一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于天线技术领域，设及一种方向图可任意设计的单层平面型电小天 线。
【背景技术】
[0002] 在近距离图像信号传输、W及点对点无线通信系统中，为了保证通信质量，通常在 系统前端运用定向天线。而传统的定向天线多为八木结构W及八木结构所衍生而来的天 线。根据八木天线的结构特性，一般的八木天线包括激励元、引向器和反射器等单元，通过 调节各单元的尺寸和相对位置，从而实现良好的定向福射性能。然而随着目前通信平台的 日益紧凑化，射频前端对天线尺寸的要求愈加苛刻，致使一般的电尺寸与工作波长相比拟 的八木结构无法满足目前的需求。
[0003] 近年来，电小天线由于其相对于工作波长具有紧凑的尺寸而受到了广泛关注和深 入研究。恰恰是因为它具有较小的电尺寸，而使得对应的福射方向性与小尺寸的电偶极子 或者磁偶极子类似。若天线不仅能够保持电小尺寸而且具有优越的方向性，对实际的工程 应用将具有良好的价值。例如，让电小天线具有较高的增益和与一般贴片天线相比拟（或 者更加优越）的峰值增益。 【实用新型内容】
[0004] 有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种方向图可任意设计的单层平面型电小 天线，该天线采用共面微带结构，只需通过调节引向器上裂口的开口方向，无需改变其余的 任何天线参数，就可W自由控制天线在引向器所在180°的半平面空间内的任意福射方向 设计，同时，本天线在各个福射方向上均具有非常好的匹配。
[0005] 为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0006] 一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，该天线包括介质基板、引向器、激 励元和共面波导结构；引向器、激励元、共面波导结构均位于介质基板上表面；介质基板上 表面的靠上部分设置有半圆环条带形状的引向器；介质基板上表面的靠下部分设置有矩形 形状的共面波导，共面波导的中屯、导体带一端接半圆环形激励元，另一端接50Q同轴馈线 的内导体，共面波导中位于中屯、导体带两侧的导体平面均为矩形，且均与同轴馈线的外导 体相连。
[0007] 进一步，所述引向器为一个半圆环形结构，圆环的两端可W为裂口结构，也可W与 共面波导的导体平面相连接；圆环上有一扇形裂口，扇形裂口的圆屯、位置即为半圆环引向 器的圆屯、。
[000引 进一步，半圆环的外环半径R1为42mm~43mm，内环半径R2为38mm~ 39mm，扇形裂口的开口大小0 =8~12。，扇形裂口的中线与正X轴的夹角a可在 [0.5X0，180° -0.5X0]之间随意变换，即通过改变裂口的朝向得到不同福射方向的天 线。a的取值区间依据为；为保证裂口移动的过程中裂口宽度始终不变，所W裂口中线与X 轴正方向的夹角a能取的最小值为0. 5X0，最大值为180° -0. 5X0。
[0009] 进一步，所述激励元与引向器为同屯、半圆环结构，激励元的其中一边接共面波导 的中屯、导体带，另一边接共面波导的其中一块导体平面。
[0010] 进一步，激励元的外圆环半径R3为7mm~8mm，内圆环半径R4为3mm~4mm。
[0011] 进一步，所述共面波导结构分为S个部分，中间的是中屯、导体带，其一端与激励元 相连，另一端与同轴馈线相连。中屯、导体带的宽度FW5 =R3-R2 ;两侧为长度不等，宽度相等 的矩形导体平面，较大的导体平面的长L2为56mm~59mm，较小导体平面的长L3为45mm~ 47mm，两个导体平面的宽度W2为47mm~50mm。
[0012] 进一步，所述介质基板为RogersDuroid5880,相对介电常数为2. 2,相对磁导率 为1. 0,损耗角正切为0. 0009,板材厚度H= 0. 127mm。
[0013] 进一步，介质基板下端为直角边，上端为弧形边，圆弧的半径R0 = 29mm~31mm。
[0014] 本实用新型的有益效果在于；1)该天线采用共面微带结构，只需通过调节引向 器上裂口的开口方向，无需改变其余的任何天线参数，就可W自由控制天线在引向器所在 180°的半平面空间内的任意福射方向设计；2)可在极短的周期内设计出所需福射方向的 天线，且该天线结构紧凑、简单，易于制造。
【附图说明】
[0015] 为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下 附图进行说明：
[0016] 图1为本实用新型的整体结构S维视图；
[0017] 图2为本实用新型的俯视图；
[001引图3为本实用新型中a取几个特定值时的示意图；
[0019] 图4为本实用新型的S11参数和可实现增益随裂口的开口方向a变化的曲线图；
[0020] 图中；1-介质基板，2-引向器，3-引向器裂口，4-激励元，5-共面波导的中屯、导体 带，
[0021] 6-共面波导的导体平面，7-同轴馈线。
【具体实施方式】
[0022] 下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。
[0023] 图1为本实用新型的整体结构S维视图，如图所示，本实用新型提供的一种方向 图可任意设计的单层平面型电小天线，该天线包括：介质基板1，引向器2,引向器裂口 3,激 励元4,共面波导的中屯、导体带5,共面波导的导体平面6,同轴馈线7。引向器、激励元、共 面波导结构均位于介质基板1的上表面。中屯、导体带5的一端与激励元4相连，另一端与 同轴线7相连。
[0024] 图2为本实用新型的俯视图，如图所示；介质基板上表面的靠上部分设置有半圆 环形条带形状的引向器2上有一扇形环状裂口 3,该裂口的圆屯、角为0，裂口中线与X轴正 方向夹角为a，a可在X0Y的上半平面空间进行任意变化。介质基板上表面的靠下部分设 置有长方形形状的共面波导，共面波导的中屯、导体带一端接半圆环形激励元，并且该激励 元与所述引向器为同屯、半圆环，共面波导的中屯、导体带的另一端接50Q同轴馈线7的内导 体。
[0025] 所述引向器2为一个半圆环形结构，圆环的两端可W为裂口结构，也可W与共面 波导的导体平面相连接。圆环的外环半径R1为42mm，内环半径R2为38. 5mm，圆环上扇形 裂口的开口大小0 =8°，扇形裂口的中线与正X轴的夹角a可在[4,176。]之间随意 变换，图2示为a=90°时的情况，图3为a=4,45° ,135° ,176°时的示意图。
[0026] 所述激励元4与引向器2为同屯、半圆环结构，激励元3的其中一边与共面波导的 中屯、导体带5平滑相接，另一边与共面波导的较大导体平面相切。引向器的外圆环半径R3 为7. 5mm，内圆环半径为R4 = 3. 5mm。
[0027] 所述共面波导结构分为S个部分，中间的是中屯、导体带5,宽度为R3-R2;两侧为 长度不等，宽度相等的两个矩形导体平面6,较大的导体平面的L2为57. 38mm，较小导体平 面的L3为46. 38mm，两个导体平面的宽度W2为48mm;中屯、导体带和两侧的导体平面之间的 缝隙宽度FW5 = 0. 12mm。
[002引所述同轴线7的内导体与共面波导的中屯、导体带连接，外导体与共面波导的两个 导体平面连接。
[0029] 所述介质基板为RogersDuroid5880,相对介电常数为2. 2,相对磁导率为1. 0， 损耗角正切为0.0009,板材厚度H= 0. 127mm。介质基板的巧方向上的两个弧角半径为R0 =30mm〇
[0030] 在本实施例中，引向器2,激励元4,共面波导5、6均为厚度h= 0. 017mm的覆铜薄 膜。在本实施例中，使用高频电磁仿真软件HFSS13. 0进行仿真分析，经过仿真优化之后得 到各项参数尺寸如下表所示：
[0031] 表1各参数最佳尺寸表
[0032]
【主权项】
1. 一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在于：该天线包括介质基 板、引向器、激励元和共面波导结构；引向器、激励元、共面波导结构均位于介质基板上表 面；介质基板上表面的靠上部分设置有半圆环条带形状的引向器；介质基板上表面的靠下 部分设置有长方形形状的共面波导，共面波导的中心导体带一端接半圆环形激励元，并且 该激励元与所述引向器为同心半圆环，共面波导的中心导体带的另一端接50Q同轴馈线 的内导体，共面波导中位于中心导体带两侧的导体平面均为矩形，且均与同轴馈线的外导 体相连。
2. 根据权利要求1所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在 于：所述引向器为一个半圆环形结构，圆环的两端可以为裂口结构，也可以与共面波导的导 体平面相连接；圆环上有一扇形裂口，扇形裂口的圆心位置即为半圆环引向器的圆心。
3. 根据权利要求2所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在 于：半圆环的外环半径Rl为42mm~43mm，内环半径R2为38mm~39mm，扇形裂口的开口大 小0 = 8~12°，扇形裂口的中线与正X轴的夹角a可在[〇. 5X0,180° -0. 5X0]之 间随意变换，即通过改变裂口的朝向得到不同辐射方向的天线。
4. 根据权利要求3所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在 于：所述激励元与引向器为同心半圆环结构，激励元的其中一边接共面波导的中心导体带， 另一边接共面波导的其中一块导体平面；接地板为长方形结构，分为左右两个长方形，分布 在激励元两侧。
5. 根据权利要求4所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在 于：引向器的外圆环半径R3为7mm~8mm，内圆环半径R4为3mm~4mm〇
6. 根据权利要求5所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在 于：所述共面波导结构分为三个部分，中间的是中心导体带，与激励元的一端平滑相接；两 侧为长度不等，宽度相等的两个矩形导体平面，较大的导体平面与激励元的另一端相连。
7. 根据权利要求6所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在 于：中心导体带的宽度FW5 =R3-R2 ;两侧为长度不等，宽度相等的两个矩形导体平面，较大 的导体平面的长L2为56mm~59mm，较小导体平面的长L3为45mm~47mm，两个导体平面 的宽度W2为47mm~50mm。
8. 根据权利要求7所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在 于：所述介质基板为RogersDuroid5880,相对介电常数为2. 2,相对磁导率为1.0,损耗角 正切为0.0009。
9. 根据权利要求8所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在 于：介质基板下端为直角边，上端为弧形边。
【专利摘要】本实用新型涉及一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，该天线包括介质基板、引向器、激励元和共面波导结构；引向器、激励元、共面波导结构均位于介质基板上表面；介质基板上表面的靠上部分设置有半圆环条带形状的引向器；介质基板上表面的靠下部分设置有矩形形状的共面波导，共面波导的中心导体带一端接半圆环形激励元，并且该激励元与所述引向器为同心半圆环，共面波导的中心导体带的另一端接50Ω同轴馈线的内导体，共面波导中位于中心导体带两侧的导体平面均为矩形，且均与同轴馈线的外导体相连。本天线只需通过调节引向器上裂口的开口方向就可以自由控制天线的任意辐射方向，且结构紧凑、简单，易于制造。
【IPC分类】H01Q1-50, H01Q1-38, H01Q19-02
【公开号】CN204391271
【申请号】CN201520111514
【发明人】唐明春, 石婷, 理查德·齐奥尔科夫斯基
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月15日