专利名称：单向性双极化超宽带天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域的天线，尤其是一种单向性双极化超宽带天线。
背景技术：
超宽带(Ultra-Wide Band, UWB)通信技术以其传输速率高、抗多径干扰能力强、 高保密性、有利于多功能一体化等优点成为短距离无线通信极具竞争力和发展前景的技术之一。有鉴于此，美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission, FCC)于 2002年2月核定超宽带通信技术为一般商业用通信系统，并规范超宽带通信为高传输速率 (数据速率每秒大于100Mb)、低功率(功率小于-41dBm/MHz)以及短距离(通信半径小于10 公尺)通信系统，工作频率范围在3. lGHz-10. 6GHz之间。目前，大多数的超宽带天线的辐射方向图成锥形，单向性辐射方向图的超宽带天线设计很少，如文献 H. Schantz, The Art and Science of Ultrawideband Antennas. Norwood1MA: Artech House, 2005中所设计的具有单向性辐射方向图的超宽带天线，其辐射方向图不稳定，增益较低，难以满足应用要求。微带贴片天线可以实现单向性辐射方向图，但是带宽较窄。通过采用一些改进技术可以拓宽微带贴片天线的带宽，但是其辐射方向图和增益在工作频段上仍然不稳定。为了克服上述技术的缺点，急需提供一种具有单向性辐射方向图，辐射方向稳定，增益与效益较高的超宽带天线。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供用于超宽带通信的单向性双极化超宽带天线。为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案。单向性双极化超宽带天线，其包括上层的双极化电偶极子振子片、中间的直立匹配电路结构和下层的基座反射板，所述基座反射板为平面基座反射板或倒圆台形基座反射板，所述直立匹配电路结构包括相互正交的第一直立匹配电路结构介质基板和第二直立匹配电路结构介质基板。上述单向性双极化超宽带天线进一步优化的技术方案是，所述双极化电偶极子振子片包括上层介质基板及上层介质基板下侧平面上的两个正交的蝶状电偶极子，每个蝶状电偶极子的偶极支脚被连接到直立匹配电路结构上。上述单向性双极化超宽带天线进一步优化的技术方案是，每个蝶状电偶极子由两个扇形臂构成，相邻的两个扇形臂的圆弧端由一个弧形微带线连接在一起，每个蝶状电偶极子的两个扇形臂靠近圆心的两顶端为电偶极子的偶极支脚。上述单向性双极化超宽带天线进一步优化的技术方案是，第一直立匹配电路结构介质基板的一侧面上设有第一渐变式圆弧状单极子贴片和与第一渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位顶部连接的第一馈电贴片，另一侧面上设有第二渐变式圆弧状单极子贴片和与第二渐变式圆弧状单极子贴片的窄端连接第二馈电贴片；第二直立匹配电路结构介质基板的一侧面上设有第三渐变式圆弧状单极子贴片和与第三渐变式圆弧状单极子贴片中间部位连接的第三馈电贴片，另一侧面上设有第四渐变式圆弧状单极子贴片和与第四渐变式圆弧状单极子贴片的窄端连接的第四馈电贴片；第三渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位高于第一渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位，第一渐变式圆弧状单极子贴片与第三渐变式圆弧状单极子贴片交叉且中间部位不相互接触。上述单向性双极化超宽带天线进一步优化的技术方案是，上层的双极化电偶极子振子片包括上层介质基板、位于上层介质基板同一下侧平面上的第一扇形臂、第二扇形臂、 第三扇形臂和第四扇形臂子；第一扇形臂、第二扇形臂、第三扇形臂和第四扇形臂子位于同一圆形上，第一扇形臂和第三扇形臂组成一个碟状电偶极子，第二扇形臂和第四扇形臂子组成另一个碟状电偶极子。 上述单向性双极化超宽带天线进一步优化的技术方案是，位于同一圆形上的第一扇形臂和第二扇形臂的弧形边通过第二弧形微带线相连，第二扇形臂和第三扇形臂的弧形边通过第三弧形微带线相连，第三扇形臂和第四扇形臂的弧形边通过第四弧形微带线相连，第四扇形臂和第一扇形臂的弧形边通过第一弧形微带线相连，且第一扇形臂、第二扇形臂、第三扇形臂和第四扇形臂的弧形边和所述第一弧形微带线、第二弧形微带线、第三弧形微带线和第四弧形微带线之间连接形成圆周，第一扇形臂的顶角和第三扇形臂的顶角为对顶角，第二扇形臂的顶角和第四扇形臂的顶角为对顶角，第一扇形臂、第二扇形臂、第三扇形臂和第四扇形臂的顶角被切除一部分使使各扇形臂不相互接触。上述单向性双极化超宽带天线进一步优化的技术方案是，第一渐变式圆弧状单极子贴片的一端比另一端宽，中间部位宽度小于窄端(末端)的宽度，宽端(始端)与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，窄端(末端)与第二 SMA连接器相连，第二 SMA连接器与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，第一馈电贴片一端与第一渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位相连，第一馈电贴片的另一端与第四扇形臂的支脚相连；第二渐变式圆弧状单极子贴片的一端比另一端宽，宽端(始端)与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，窄端(末端)与第二馈电贴片的一端相连，第二馈电贴片的另一端与第二扇形臂的支脚相连。上述单向性双极化超宽带天线进一步优化的技术方案是，第三渐变式圆弧状单极子贴片的一端比另一端宽，中间部位宽度小于窄端(末端)的宽度，宽端(始端)与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，窄端(末端)与第一 SMA连接器相连，第一 SMA连接器与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，第三馈电贴片的一端与第一渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位相连，第三馈电贴片另一端与第一扇形臂的支脚相连；第四渐变式圆弧状单极子贴片的一端比另一端宽，宽端与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连， 窄端与第四馈电贴片的一端相连，第四馈电贴片的另一端与第三扇形臂的支脚相连。上述单向性双极化超宽带天线进一步优化的技术方案是，第一馈电贴片的高度与第一渐变式圆弧状单极子贴片中间部位顶部到平面基座反射板或倒圆台形基座反射板底部的距离之和等于第一直立匹配电路结构介质基板的高度；第三馈电贴片的高度与第二渐变式圆弧状单极子贴片中间部位顶部到平面基座反射板或倒圆台形基座反射板底部的距离之和等于第二直立匹配电路结构介质基板的高度。上述单向性双极化超宽带天线进一步优化的技术方案是，第一直立匹配电路结构介质基板和第二直立匹配电路结构介质基板均垂直于平面基座反射板，且高度一致，第一直立匹配电路结构介质基板、第二直立匹配电路结构介质基板的竖边到正交中心的距离相等；第一渐变式圆弧状单极子贴片、第二渐变式圆弧状单极子贴片、第三渐变式圆弧状单极子贴片、第四渐变式圆弧状单极子贴片的宽端宽度一致；第一渐变式圆弧状单极子贴片与第三渐变式圆弧状单极子贴片中间部位的宽度一致，窄端的宽度也一致；第二渐变式圆弧状单极子贴片与第四渐变式圆弧状单极子贴片的窄端宽度一致；第一扇形臂、第二扇形臂、 第三扇形臂和第四扇形臂的形状大小一致且均勻间隔分布在圆形上。本发明设计了一种由两个正交的线性极化天线构成的双极化超宽带单向天线。由于所述天线增益在Z轴方向变化得很快，为了增加天线增益和辐射方向在工作带宽的稳定性，可用一个倒圆台形基座反射板来代替平面基座反射板。为了便于构造和支撑，蝶状电偶极子可被印在上层介质基板上。每两个蝶状电偶极子的偶极支脚被连接到了天线的垂直部分，垂直部分包括两个交叉的渐变式圆弧状单极子贴片。与现有技术相比，本发明具有如下技术效果和优点采用本发明的结构，使得天线具有单向性辐射方向图，辐射方向稳定，增益与效益较高，工作频率为超带宽通信频率。这里使用所述结构渐变传输线传送稳定平衡的能量。本发明可以使用两种反射板一平面基座反射板和倒圆台形基座反射板。测试结果显示，当所述天线安装在倒圆台形基座反射板上时，有126.^^2.4-10.6 GHz)的重叠阻抗带宽，并且在第一端口(即第一 SMA连接器14) 和第二端口(即第二 SMA连接器15)上分别有4-13 dBi和7-14.5 dBi的增益。工作带宽上隔离度小于_25dB。由于结构上的自然互补性，该天线在工作带宽有一个相对稳定的垂射方向的辐射方向图，以及较低的横向极化和较低的后瓣反射。这种天线适用于各种超宽带无线通信系统。
图1显示了单向性双极化超宽带天线装载平面基座反射板的几何形状。图2显示了单向性双极化超宽带天线载倒圆台形基座反射板的几何形状。图3显示了双极化电偶极子振子片的仰视图的几何形状。图4显示了图1中单向性双极化超宽带天线的Z-Y视图的几何形状。图5显示了图1中单向性双极化超宽带天线的Z-Y试图的几何形状。图6显示了图1中单向性双极化超宽带天线的Z-X视图的几何形状。图7显示了图1中单向性双极化超宽带天线的Z-X试图的几何形状。图8标绘了所述单向性双极化超宽带天线装载在平面基座反射板上的测试与仿真的增益情况。图9标绘了所述单向性双极化超宽带天线装载在倒圆台形基座反射板上的测试与仿真的增益情况。图10标绘了工作带宽为2500MHz时辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器 14)装载平面基座反射板上的测试结果。图11标绘了工作带宽为4500MHz时辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器 14)装载平面基座反射板上的测试结果。图12标绘了工作带宽为6500MHz时辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器14)装载平面基座反射板上的测试结果。图13标绘了工作带宽为850 0MHz时辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器 14)装载平面基座反射板上的测试结果。图14标绘了工作带宽为10500MHz时辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器 14)装载平面基座反射板上的测试结果。图15标绘了工作带宽为2500MHz时辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器 14)装载倒圆台形基座反射板上的测试结果。图16标绘了工作带宽为4500MHz时辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器 14)装载倒圆台形基座反射板上的测试结果。图17标绘了工作带宽为6500MHz时辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器 14)装载倒圆台形基座反射板上的测试结果。图18标绘了工作带宽为8500MHz时辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器 14)装载倒圆台形基座反射板上的测试结果。图19标绘了工作带宽为10500MHz时辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器
14)装载倒圆台形基座反射板上的测试结果。图20标绘了工作带宽为2500MHz时辐射方向图在第二端口(即第二 SMA连接器
15)装载平面基座反射板上的测试结果。图21标绘了工作带宽为4500MHz时辐射方向图在第二端口(即第二 SMA连接器 15)装载平面基座反射板上的测试结果。图22标绘了工作带宽为6500MHz时辐射方向图在第二端口(即第二 SMA连接器 15)装载平面基座反射板上的测试结果。图23标绘了工作带宽为8500MHz时辐射方向图在第二端口(即第二 SMA连接器 15)装载平面基座反射板上的测试结果。图24标绘了工作带宽为10500MHz时辐射方向图在第二端口(即第二 SMA连接器 15)装载平面基座反射板上的测试结果。图25标绘了工作带宽为2500MHz时辐射方向图在第二端口(即第二 SMA连接器 15)装载倒圆台形基座反射板上的测试结果。图26标绘了工作带宽为4500MHz时辐射方向图在第二端口(即第二 SMA连接器 15)装载倒圆台形基座反射板上的测试结果。图27标绘了工作带宽为6500MHz时辐射方向图在第二端口(即第二 SMA连接器 15)装载倒圆台形基座反射板上的测试结果。图28标绘了工作带宽为8500MHz时辐射方向图在第二端口(即第二 SMA连接器 15)装载倒圆台形基座反射板上的测试结果。图29标绘了工作带宽为10500MHz时辐射方向图在第二端口(即第二 SMA连接器 15)装载倒圆台形基座反射板上的测试结果。图30标绘了使用平面基座反射板3和倒圆台形基座反射板4分别进行仿真和测试的隔离度的频率特性曲线。图10 图29的线段A表示在Phi=90时，在E(Phi)平面的增益情况(dB);线段B 表示在Phi=O时，在E (Theta)平面的增益情况(dB);线段C表示在Phi=90时，在E (Theta)平面的增益情况(dB)；线段D表示在时，在平面的增益情况(dB)。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施和要求保护的范围并不局限于下例表述的范围。单向性双极化超宽带天线的上层为双极化电偶极子振子片，双极化电偶极子振子片包括上层介质基板及其下侧平面上的两个正交的蝶状电偶极子；每个蝶状电偶极子由两个扇形臂(贴片材料)构成，相邻的两个扇形臂的圆弧端由一个弧形微带线连接在一起。为了便于构造和支撑，蝶状电偶极子被印在了一个介质基板上。每个蝶状电偶极子的偶极支脚(靠近圆心的部分)被连接到了天线的直立匹配电路结构上，直立匹配电路结构包括两个交叉的渐变式圆弧状单极子贴片。每两个交叉的渐变式圆弧状单极子贴片被印在了一个介质基板上。两个位于基座反射板下面的SMA连接器(射频同轴连接器)分别与交叉的渐变式圆弧状单极子贴片的传输线的末端连接在一起。如图1、图2所示，单向性双极化超宽带天线包括上层的双极化电偶极子振子片1、 中间的直立匹配电路结构，下层的平面基座反射板3或倒圆台形基座反射板4，直立匹配电路结构包括第一直立匹配电路结构介质基板16和第二直立匹配电路结构介质基板17。如图3所示，上层的双极化电偶极子振子片1包括上层介质基板5、位于上层介质基板5同一下侧平面上的第一扇形臂6、第二扇形臂7、第三扇形臂8、第四扇形臂子9、第一弧形微带线10、第二弧形微带线11、第三弧形微带线12、第四弧形微带线13 ；第一扇形臂6 和第三扇形臂8组成一个碟状电偶极子，第二扇形臂7和第四扇形臂子9组成另一个碟状电偶极子。位于同一圆形上的第一扇形臂6和第二扇形臂7的弧形边通过第二弧形微带线11 相连，第二扇形臂7和第三扇形臂8的弧形边通过第三弧形微带线12相连，第三扇形臂8 和第四扇形臂9的弧形边通过第四弧形微带线13相连，第四扇形臂9和第一扇形臂6的弧形边通过第一弧形微带线10相连，且第一扇形臂6、第二扇形臂7、第三扇形臂8和第四扇形臂9的弧形边和所述第一弧形微带线10、第二弧形微带线11、第三弧形微带线12和第四弧形微带线13之间连接形成圆周，第一扇形臂6的顶角和第三扇形臂8的顶角为对顶角， 第一扇形臂6的顶角和第二扇形臂8的顶角被切除一部分使该两个顶角之间有间隙(即使各扇形臂不相互接触)，第二扇形臂7的顶角和第四扇形臂9的顶角为对顶角，第二扇形臂7 的顶角和第四扇形臂9的顶角被切除一部分使该两个顶角之间有间隙(即使各扇形臂不相互接触)。如图4所示，第一直立匹配电路结构介质基板16和第二直立匹配电路结构介质基板17相互正交；第一直立匹配电路结构介质基板16垂直于平面基座反射板3，第一直立匹配电路结构介质基板16的前表面附着有第一渐变式圆弧状单极子贴片18、第一馈电贴片19 ；第一渐变式圆弧状单极子贴片18左边的一端宽，且与平面基座反射板3或倒圆台形基座反射板4相连，右边的一端窄，中间部位宽度小于右边的宽度，右边窄端与下层的第二 SMA连接器15相连，第二 SMA连接器15与平面基座反射板3或倒圆台形基座反射板4相连，第一馈电贴片19 一端与第一渐变式圆弧状单极子贴片18的中间部位相连，第一馈电贴片19另一端与第四扇形臂9的支脚相连。
如图5所示，第一直立匹配电路结构介质基板16的另一侧表面附着有第二渐变式圆弧状单极子贴片21、第二馈电贴片20 ；第二渐变式圆弧状单极子贴片21左端的宽度大于右端的宽度，左端与平面基座反射板3或倒圆台形基座反射板4相连，窄端与第二馈电贴片 20相连，第二馈电贴片20与第二扇形臂7支脚相连。如图6所示，第二直立匹配电路结构介质基板17和第一直立匹配电路结构介质基板16相互正交；第二直立匹配电路结构介质基板17垂直于平面基座反射板3，第二直立匹配电路结构介质基板17的前表面附着有第三渐变式圆弧状单极子贴片22、第三馈电贴片25 ；第三渐变式圆弧状单极子贴片22左边的一端宽，且与平面基座反射板3或倒圆台形基座反射板4相连，中间部位宽度小于右边的宽度，右边的一端窄，右边窄端与下层的第一 SMA连接器14相连，第一 SMA连接器14与平面基座反射板3或倒圆台形基座反射板4相连，第三馈电贴片25的一端与第一渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位18相连，第三馈电贴片25另一端与第一扇形臂6的支脚相连。如图7所示，第二直立匹配电路结构介质基板17的另一侧表面附着有第四渐变式圆弧状单极子贴片23、第四馈电贴片24 ；第四渐变式圆弧状单极子贴片23左端的宽度大于右端的宽度，左端与平面基座反射板3或倒圆台形基座反射板4相连，右边的一端窄即窄端与第四馈电贴片24的一端相连，第四馈电贴片24的另一端与第三扇形臂8的支脚相连。
实施例图1-5显示了双极化的超宽带单向天线的几何形状。天线的上层由2个相同的蝶状电偶极子构成构成，每个扇形臂半径为22mm且都有41. 7°的弧度，四个个扇形臂均勻间隔排布。第一弧形微带线10、第二弧形微带线11、第三弧形微带线12和第四弧形微带线13 的宽度为0. 3mm.第一直立匹配电路结构介质基板16、第二直立匹配电路结构介质基板17 的厚度为1.57mm。每个扇形臂靠近中心的末端的偶极支脚被连接到了天线的垂直部分(直立匹配电路结构)。第一直立匹配电路结构介质基板16、第二直立匹配电路结构介质基板17 的高度为20mm.平面基座反射板3的边长为120mm，第一直立匹配电路结构介质基板16、第二直立匹配电路结构介质基板17的竖边到中心的距离为24mm。第一渐变式圆弧状单极子贴片18、第二渐变式圆弧状单极子贴片21、第三渐变式圆弧状单极子贴片22、第四渐变式圆弧状单极子贴片23的宽的一端的宽度均为IOmm ；第一渐变式圆弧状单极子贴片18与第三渐变式圆弧状单极子贴片22中间窄的部分的宽度均为0. 85mm，另一端的宽度为2. 5mm ； 第二渐变式圆弧状单极子贴片21与第四渐变式圆弧状单极子贴片23窄的一端的宽度为 0.85mm。第一馈电贴片19、第二馈电贴片20宽度为1mm，高度为1.9mm，第三馈电贴片25、 第四馈电贴片24的宽度为1mm，高度为0. 5mm。倒圆台形基座反射板4的水平高度为20mm， 上端开口直径为130mm，底部圆形基座反射板2的直径为70mm。第一馈电贴片19的高度与第一渐变式圆弧状单极子贴片18中间部位顶部到平面基座反射板3的距离之和等于第一直立匹配电路结构介质基板16的高度。第三馈电贴片25的高度与第二渐变式圆弧状单极子贴片22中间部位顶部到平面基座反射板3的距离之和等于第二直立匹配电路结构介质基板17的高度。 为了研究天线增益和辐射方向图的表现，所述天线一开始时被安装在一个2mm 厚，120mm长的平面基座反射板3上。然后，所述天线就被安装在了一个倒圆台形基座反射板4上。这里使用三维电磁仿真软件Ansoft HFSS 12仿真以及优化了所述天线的性能曲线。利用Agilent E5071C网络分析仪和SATIMO天线近场测试系统测试了所述天线的原型。图8描绘了所述天线安装在平面基座反射板3上之后在工作带宽上的驻波比和增益。 可以看出，在第一端口(即第一 SMA连接器14)和第二端口上阻抗带宽分别为127.0% (驻波比小于2)和126. 2% (驻波比小于2)，同时仿真的阻抗带宽分别为133. 3% (驻波比小于 2)和131.0% (驻波比小于2)。这里显示了阻抗带宽的仿真结果与测试结果的良好吻合。 仿真结果与测试结果的重合阻抗带宽分别为131.0% (驻波比小于2)和126.2% (驻波比小于2)，满足了超宽带应用的要求。另外，图9显示了当所述天线安装在倒圆台形基座反射板 4时的阻抗带宽。可以看到，与装在平面基座反射板时相比，两个端口仿真与测试的重叠阻抗带宽没有变化。
图8和图9还显示了所述天线在工作带宽上的增益情况。当所述天线安装在平面基座反射板3上时，仿真与测试在工作带宽上的增益均在-7. 5dBi到10. 5dBi之间变化，说明了辐射方向图上的主瓣不是总是指向Z轴的。为了改进辐射方向图的反应情况，所述天线装载在了倒圆台形基座反射板4上。图9显示了仿真与测试的天线增益。可以看到，在第一端口(即第一 SMA连接器14)和第二端口(即第二 SMA连接器15)上，所测试的天线增益以及仿真的天线增益分别为4-13dBi以及7-14. 5dBi，显示出在增益稳定性上的一个重大改进。图10到图19和图20到图29分别标绘了辐射方向图在第一端口(即第一 SMA连接器14)和第二端口(即第二 SMA连接器15)上的测试结果。图10到图19和图20到图29 同时比较了装载平面基座反射板3和倒圆台形基座反射板4两种情况。可以看出，当所述天线安装在平面基座反射板3时，在工作带宽上两个端口的辐射方向图在垂射上变化得很快。当工作带宽超出6GHz的时候，主瓣方向没有办法固定在垂射上。另外，当使用倒圆台形基座反射板4的时候，主瓣方向总是被固定在垂射Z轴方向。在工作带宽上，反向辐射可以保持在比主瓣小的15dB。从图10到图19和图20到图29可以看出，倒圆台形基座反射板4可以抑制旁瓣以及增大主瓣的增益。图30标绘了使用平面基座反射板3和倒圆台形基座反射板4分别进行仿真和测试的隔离度的频率特性曲线。当所述天线使用倒圆台形基座反射板4的时候，测试结果在工作带宽上的隔离度小于_25dB，比使用平面基座反射板3时高2dB。仿真结果与测试结果相当吻合。本实施方式中，由上述两对直立渐变式圆弧状单极子贴片和两对电偶极子构成的单向天线。所述天线可以由线性的或者双极化的辐射线构造而成。两种反射板一平面基座反射板3和倒圆台形基座反射板4的测试结果显示，当所述天线安装在倒圆台形基座反射板4上时，有126. 2%(2. 4-10. 6 GHz)的重叠阻抗带宽，并且在第一端口(即第一 SMA连接器14)和第二端口(即第二 SMA连接器15)上分别有4-13 dBi和7-14.5 dBi的增益。工作带宽上隔离度小于_25dB，天线适用于各种超宽带无线通信系统。
权利要求
1.单向性双极化超宽带天线，其特征在于包括上层的双极化电偶极子振子片、中间的直立匹配电路结构和下层的基座反射板，所述基座反射板为平面基座反射板或倒圆台形基座反射板，所述直立匹配电路结构包括相互正交的第一直立匹配电路结构介质基板和第二直立匹配电路结构介质基板。
2.根据权利要求1所述的单向性双极化超宽带天线，其特征在于所述双极化电偶极子振子片包括上层介质基板及上层介质基板下侧平面上的两个正交的蝶状电偶极子，每个蝶状电偶极子的偶极支脚被连接到直立匹配电路结构上。
3.根据权利要求2所述的单向性双极化超宽带天线，其特征在于每个蝶状电偶极子由两个扇形臂构成，相邻的两个扇形臂的圆弧端由一个弧形微带线连接在一起，每个蝶状电偶极子的两个扇形臂靠近圆心的两顶端为电偶极子的偶极支脚。
4.根据权利要求1所述的单向性双极化超宽带天线，其特征在于，第一直立匹配电路结构介质基板的一侧面上设有第一渐变式圆弧状单极子贴片和与第一渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位顶部连接的第一馈电贴片，另一侧面上设有第二渐变式圆弧状单极子贴片和与第二渐变式圆弧状单极子贴片的窄端连接第二馈电贴片；第二直立匹配电路结构介质基板的一侧面上设有第三渐变式圆弧状单极子贴片和与第三渐变式圆弧状单极子贴片中间部位连接的第三馈电贴片，另一侧面上设有第四渐变式圆弧状单极子贴片和与第四渐变式圆弧状单极子贴片的窄端连接的第四馈电贴片；第三渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位高于第一渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位，第一渐变式圆弧状单极子贴片与第三渐变式圆弧状单极子贴片交叉且中间部位不相互接触。
5.根据权利要求1所述的单向性双极化超宽带天线，其特征在于，上层的双极化电偶极子振子片包括上层介质基板、位于上层介质基板同一下侧平面上的第一扇形臂、第二扇形臂、第三扇形臂和第四扇形臂子；第一扇形臂、第二扇形臂、第三扇形臂和第四扇形臂子位于同一圆形上，第一扇形臂和第三扇形臂组成一个碟状电偶极子，第二扇形臂和第四扇形臂子组成另一个碟状电偶极子。
6.根据权利要求5所述的单向性双极化超宽带天线，其特征在于，位于同一圆形上的第一扇形臂和第二扇形臂的弧形边通过第二弧形微带线相连，第二扇形臂和第三扇形臂的弧形边通过第三弧形微带线相连，第三扇形臂和第四扇形臂的弧形边通过第四弧形微带线相连，第四扇形臂和第一扇形臂的弧形边通过第一弧形微带线相连，且第一扇形臂、第二扇形臂、第三扇形臂和第四扇形臂的弧形边和所述第一弧形微带线、第二弧形微带线、第三弧形微带线和第四弧形微带线之间连接形成圆周，第一扇形臂的顶角和第三扇形臂的顶角为对顶角，第二扇形臂的顶角和第四扇形臂的顶角为对顶角，第一扇形臂、第二扇形臂、第三扇形臂和第四扇形臂的顶角被切除一部分使使各扇形臂不相互接触。
7.根据权利要求5所述的单向性双极化超宽带天线，其特征在于，第一渐变式圆弧状单极子贴片的一端比另一端宽，中间部位宽度小于窄端的宽度，宽端与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，窄端与第二 SMA连接器相连，第二 SMA连接器与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，第一馈电贴片一端与第一渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位相连，第一馈电贴片的另一端与第四扇形臂的支脚相连；第二渐变式圆弧状单极子贴片的一端比另一端宽，宽端与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，窄端与第二馈电贴片的一端相连，第二馈电贴片的另一端与第二扇形臂的支脚相连。
8.根据权利要求7所述的单向性双极化超宽带天线，其特征在于，第三渐变式圆弧状单极子贴片的一端比另一端宽，中间部位宽度小于窄端的宽度，宽端与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，窄端与第一 SMA连接器相连，第一 SMA连接器与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，第三馈电贴片的一端与第一渐变式圆弧状单极子贴片的中间部位相连，第三馈电贴片另一端与第一扇形臂的支脚相连；第四渐变式圆弧状单极子贴片的一端比另一端宽，宽端与平面基座反射板或倒圆台形基座反射板相连，窄端与第四馈电贴片的一端相连，第四馈电贴片的另一端与第三扇形臂的支脚相连。
9.根据权利要求8所述的单向性双极化超宽带天线，其特征在于，第一馈电贴片的高度与第一渐变式圆弧状单极子贴片中间部位顶部到平面基座反射板或倒圆台形基座反射板底部的距离之和等于第一直立匹配电路结构介质基板的高度；第三馈电贴片的高度与第二渐变式圆弧状单极子贴片中间部位顶部到平面基座反射板或倒圆台形基座反射板底部的距离之和等于第二直立匹配电路结构介质基板的高度。
10.根据权利要求5 9任一项所述的单向性双极化超宽带天线，其特征在于，第一直立匹配电路结构介质基板和第二直立匹配电路结构介质基板均垂直于平面基座反射板，且高度一致，第一直立匹配电路结构介质基板、第二直立匹配电路结构介质基板的竖边到正交中心的距离相等；第一渐变式圆弧状单极子贴片、第二渐变式圆弧状单极子贴片、第三渐变式圆弧状单极子贴片、第四渐变式圆弧状单极子贴片的宽端宽度一致；第一渐变式圆弧状单极子贴片与第三渐变式圆弧状单极子贴片中间部位的宽度一致，窄端的宽度也一致； 第二渐变式圆弧状单极子贴片与第四渐变式圆弧状单极子贴片的窄端宽度一致；第一扇形臂、第二扇形臂、第三扇形臂和第四扇形臂的形状大小一致且均勻间隔分布在圆形上。
全文摘要
本发明公开一种单向性双极化超宽带天线，包括上层的双极化电偶极子振子片、中间的直立匹配电路结构和下层的基座反射板，所述基座反射板为平面基座反射板或倒圆台形基座反射板，所述直立匹配电路结构的基板包括两对直立渐变式圆弧状单极子贴片，双极化电偶极子振子片包括两对电偶极子。由于结构上的自然互补性，该天线工作频率为超带宽通信频率，具有单向性辐射方向图，辐射方向稳定，增益与效益较高。这种天线适用于各种超宽带无线通信系统。
文档编号H01Q1/38GK102299405SQ20111013277
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者吴壁群 申请人:广东博纬通信科技有限公司