渐变式共面波导馈电的双椭圆组合单极子天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种无线通信技术领域的天线，特别是一种渐变式共面波导馈电 的双椭圆组合单极子天线，适用于近距离宽频带通信。
【背景技术】
[0002] 随着3G、WLAN、UWB等无线通信技术的迅猛发展，系统信道容量不断增加，信息传输 速率不断提高，要求无线通信系统中的天线必须具备宽频带特性。近期，国内外公开一些新 型的印刷单极子天线，不但缩小天线的体积而且拓展了应用的范围。实践证明，圆盘、方形、 五边形、六边形单极子都有较宽的工作频带，但由于地平面与辐射单元垂直，形成非平面结 构，不能与印刷电路集成起来，限制了其应用范围。螺旋、正旋、椭圆形以及改进的圆形、半 椭圆形的单极子天线具有不同程度的宽频带特性，将矩形贴片切去一部分，将其上半部改 成蝶形结构，改善馈线与缝隙之间的匹配，天线的带宽达到113%，将圆形贴片作馈源，采用 共面波导馈电的印刷天线，能够将驻波比带宽增至145%，如果用椭圆形替代圆形馈源，能 够使天线的带宽进一步增大到173%(1.3~20GHz)以上。微带天线具有重量轻、体积小、加 工成本低、容易与有源器件集成等优点，但微带天线的波瓣宽度较窄，限制其应用于宽频带 天线的范围。宽频带天线的设计应选择具有宽带特性的天线结构和馈电网络，共面波导这 种馈电方式已经被广泛应用，共面波导馈电的天线与微带天线相比有较宽的带宽和较低的 辐射损耗，具有良好的色散特性，能够提高天线效率，因辐射体、馈电导带和地板均在介质 基板的同侧，所以加工方便。研究表明，采用共面波导馈电的椭圆形辐射贴片天线，相对带 宽可达131.44%，频率覆盖2.85GHz~14.36GHz，在贴片上开槽能够实现陷波功能，通过增 加匹配枝节可使天线阻抗带宽达到221 %。宽频带天线的低截止频率是由低频时的有效电 流路径长度决定的，在多边形、矩形振子上或是地板上开一些矩形槽或使用分形的方法，能 够增加有效电路路径长度，降低低频截止频率，从而展宽频带。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的是提供一种体积小、结构简单、加工方便的渐变式共面波导馈 电的双椭圆组合单极子天线，其辐射特性稳定，回波损耗较低，具有较宽的阻抗带宽和良好 的全向辐射特性。
[0004] 本实用新型的技术方案是，在F4B-2介质基板上印有一个中间开孔且上下不同半 径的双椭圆组合辐射单元（1)、渐变式共面波导(2)和阶梯结构地板(3)，外接同轴接头(4)， 双椭圆组合辐射单元（1)采用上下不同半径的双椭圆组合结构，为上下轴比都为1.25的组 合椭圆，将辐射单元中间开一圆孔，渐变式共面波导(2)的下端与同轴接头(4)内导体相连， 以便外接同轴线，地板采用阶梯结构，阶梯结构地板(3)与渐变式共面波导(2)之间设有一 定的缝隙。
[0005] 本实用新型的效果在于:本天线具有宽频带、小型化、结构简单、加工方便、易于共 形等特点，通过调整上下椭圆半径、圆孔直径、地板阶梯结构尺寸，调节匹配带宽，利用渐变 式共面波导作为馈源对缝隙进行激励，能够得到较宽的阻抗带宽，降低辐射损耗，提高天线 的集成度。该天线具有宽频带特性，有效工作带宽覆盖2.4~12.6GHz，在工作频段内具有良 好的全向辐射特性，增益稳定，适用于近距宽频带无线通信。
【附图说明】
[0006] 图1是本实用新型实例xoy方向的结构示意图。
[0007] 图2是本实用新型实例zoy方向的结构示意图。
[0008]图3是实用新型实例反射系数Sn随参数ri、r3的变化曲线。
[0009]图4本实用新型实例反射系数Sn随参数r2的变化曲线。
[0010]图5本实用新型实例实测反射系数Sn曲线与仿真结果比较。
[0011]图6是本实用新型实例在频率为4.6、12.6、18. IGHz时的E面增益方向图。
[0012]图7是本实用新型实例在频率为4.6、12.6、18. IGHz时的H面增益方向图。
【具体实施方式】
[0013] 本实用新型的【具体实施方式】是:如图1、2所示，本渐变式共面波导馈电的双椭圆组 合单极子天线是由印制在介质基板上的一个中间开孔且上下不同半径的双椭圆组合辐射 单元(1)、渐变式共面波导(2)、阶梯结构地板(3)和外接的同轴接头(4)构成。双椭圆组合辐 射单元（1)上下轴比都为1.25的组合椭圆，辐射单元采用上下不同半径的双椭圆组合结构， 降低低频截止频率，增加低频有效电流路径长度，将辐射单元中间开一圆孔，改变金属表面 电流流向，有效降低所需带宽内驻波比，提高天线工作带宽，通过渐变式共面波导的方式对 其进行馈电，降低辐射损耗，调节输入阻抗，共面波导的下端与同轴接头(4)内导体相连，以 便外接同轴线，地板采用阶梯结构，相当于一个分布式匹配网络，形成多谐振、宽频带和良 好的全向性辐射特性，阶梯结构地板(3)与渐变式共面波导（2)之间设有一定的缝隙，通过 渐变式共面波导（2)作为馈源对缝隙进行激励，等效于一个匹配网络，达到良好的阻抗匹 配。
[0014] 介质基板选择介电常数￡1 = 2.55的F4B-2型，厚度h = 0.2mm，介质损耗为0.001。介 质基板 I = 40mm、宽 w = 40mm。
[0015] 共面波导相对于微带线，具有色散低、辐射损耗小、容易同其它元器件串并连接、 集成度高等优点。渐变式共面波导内导带终端为开路，作为馈源对缝隙进行激励，缝隙的结 构等效于一个匹配网络，渐变式共面波导的阻抗特性由介质基板厚度h，相对介电常数 ￡r， 渐变式共面波导导带的长度12,宽度W1、W2，导带与阶梯结构地板之间的缝隙间隔g等参数 共同决定，调节1 2、《1、《2^，可以实现良好的阻抗匹配。渐变式共面波导阻抗特性的计算公 式如下：
[0016]
[0017 ]其中ε rff为渐变式共面波导的相对有效介电常数，表不为：
[0018]
[0019] 其中
[0020] 为实现5