专利名称：小型超宽带渐变单极缝隙天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种具有超宽频带工作特性的小型微带印刷天线，该天线具有小巧的体积，极轻的重量，可用作小型超宽带通信设备的收发天线，属于微波技术领域。
背景技术：
超宽带通信技术以其数据速率高、系统结构简洁、成本低廉等特点，成为目前无线通信技术研究的一大热点。在超宽带通信系统的设计中，一项重要内容就是超宽带小型天线的设计与实现，该天线设计的好坏直接关系到整机性能的优劣。超宽带天线就是指具有超宽频带工作特性的天线，一般意义上认为，具有超过25％相对带宽的天线即属于此类天线，在其工作频带内，这种天线具有良好的阻抗匹配特性、稳定的辐射方向性和相对平坦的增益特性和极化特性。除此以外，特别针对超宽带(UWB)通信而言，还要求天线具有体积小、全向辐射、成本低廉、便于加工与安装等特点。常规的超宽带天线主要包括频率无关天线(双锥天线、对数周期天线等)、渐变槽线天线、TEM角锥喇叭天线等，它们都具有很宽的工作频带，但由于它们多属于行波天线，因此受到最低工作频率的限制、体积相当庞大；另一方面，这类天线多属于非平面结构、难以完成与小型通信系统的一体化设计，这样就使得这类天线难以应用在小型通信设备特别是手持设备中；加之这类天线中有不少是端射特性的定向天线，不能满足超宽带通信全向覆盖的要求，因此无法直接应用在超宽带通信中。针对这些问题，为了实现天线的小型化设计，近年来出现的超宽带天线还包括各种变形的单极子天线、印刷型单极子天线和印刷型宽缝隙天线等类型。变形单极子天线虽然构造简单，但是如同普通的单极子天线一样，它需要一个面积相当大的屏蔽导体才能实现平衡馈电、正常工作，而实际情况中，不少设备、特别是小型手持设备往往无法满足这种安装条件，因此这类天线的应用也会收到限制、只能用于具有金属外壳的固定型或大中型设备上；印刷型单极子天线和印刷型宽缝隙天线体积比上述的几种天线都要显著缩小，而且对安装条件要求不苛刻，可以与某些小型设备的印刷电路板实现集成化设计，但现有的这两类天线均具有较大的体积。近年来，从印刷单极子天线与宽缝隙天线的设计出发，又衍生出一个重要变形种类的天线——单极缝隙天线。这种天线兼备上述两种天线的优点，还具有体积较小的特点，可以直接集成在印刷电路板上。然而，这类天线的工作性能虽好，但一般的工作带宽无法超过3∶1，不能覆盖超宽带通信的频段。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的问题，提出一种结构新颖、具有小型超宽带特性的单极缝隙天线，它具有较小的体积和较低的剖面尺寸，能有效地集成在印刷电路板上。本发明的技术解决方案利用印刷电路板工艺，在低介电常数微带线的屏蔽导体上设计一个渐变结构的单极缝隙，渐变结构的引入有利于显著增加天线的工作频带，同时采用叉状支节进行馈电、实现有效的宽带阻抗调配。本发明的优点结构简单、体积轻巧、制作工艺简单、成本低廉。
附图1是天线的结构(正面、侧面)与参考坐标示意图。
附图2是天线的实测输入回波损耗示意图。
附图3是天线的两个工作平面的实测方向图，其中图3.a是E面(zy平面)方向图，图3.b是H面(zx平面)方向图。
附图4是天线的实测增益曲线。
附图1中的1是介质基板，2是渐变形的单极缝隙(辐射单元)，3是馈线，4是叉状调谐支节。
具体实施例方式
对照附图1，该结构的特点是天线的辐射单元为渐变形的单极缝隙，渐变线与两侧垂直边界线的夹角(锐角)为25.5度；为了得到较好的匹配特性，馈线采用阶梯跃变结构、直接过渡到调谐支节；调谐支节为叉状，两个叉指的中心间距应该控制在一个合理的范围(8.2-9.0mm)、以便控制输入反射特性。
对照附图2，它给出了介质基板1的相对介电常数为2.65、厚度为1毫米时天线的实测输入回波损耗。考虑到降低制作成本，这种天线应制作在价廉易得的低介电常数介质材料上，整体体积不超过30mm×28mm×1mm。由图可见，天线在3-4和5-10.6GHz两段频带内，回波损耗均在-13.4dB(驻波比1.5)左右或以下；在4-5GHz频段内，回波损耗在-10.5dB以下(驻波比低于1.85)。也就是说，天线在超宽带通信所规定的工作频带内，回波损耗低于-10dB、具有良好的阻抗匹配特性，这一宽带特性正是这种新型天线的特点之一。
参照图1给出的参考坐标系并对照附图3、4，它们给出的是上述天线在工作频率为3.5GHz、6.8GHz、9.0GHz时的远区辐射特性以及整个工作频段内的增益特性。由图可见，天线具有近似的全向辐射特性和波动不超过2dBi的增益特性。因此，可以认为天线的方向图带宽、增益带宽与阻抗带宽是基本一致的、即均具有宽带特性。
渐变单极缝隙天线具有超宽带、结构简单、体积轻巧、剖面尺寸低、易于制作的特点。若采用印刷电路技术在更高介电常数的介质进行设计，还可能进一步缩小体积；而且其馈电结构很有利于天线一系统的集成化设计、即采用半导体工艺实现天线与前端电路的集成。所以，这种天线将是很适用于小型超宽带通信设备的。
超宽带无线通信设备具有数据速率高、结构简单、成本低廉的特点，天线的小型化、集成化设计将有利于进一步降低整机尺寸与成本，因此，本发明在超宽带无线通信中有着广泛的应用前景。
权利要求
1.小型渐变单极缝隙天线，其特征是天线采用印刷电路板工艺制作在低介电常数基板(1)上，在微带线的屏蔽导体上制作渐变结构的单极缝隙(2)作为辐射单元，在屏蔽导体的另一侧制作合适尺寸的跃变馈线(3)和叉状调谐支节(4)进行宽带匹配馈电，渐变单极缝隙的渐变线与垂直边界线的夹角为20-30度。
全文摘要
本发明是小型渐变单极缝隙天线，其特征是天线采用印刷电路板工艺制作在低介电常数基板上，在微带线的屏蔽导体上制作渐变结构的单极缝隙作为辐射单元，在屏蔽导体的另一侧制作合适尺寸的跃变馈线和叉状调谐支节进行宽带匹配馈电，渐变单极缝隙的渐变线与垂直边界线的夹角为20－30度。优点结构简单、体积轻巧、剖面尺寸低、易于制作。若采用印刷电路技术在更高介电常数的介质进行设计，还可能进一步缩小体积；而且其馈电结构很有利于天线—系统的集成化设计，即采用半导体工艺实现天线与前端电路的集成。所以，这种天线将是很适用于小型超宽带通信设备的，在超宽带无线通信中也有着广泛的应用前景。
文档编号H01Q9/04GK1835282SQ200610038670
公开日2006年9月20日 申请日期2006年3月8日 优先权日2006年3月8日
发明者吕文俊, 程崇虎, 朱洪波 申请人:南京邮电大学