专利名称：基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天线，具体涉及一种基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线。
背景技术：
随着大规模集成电路与空间技术的发展，各种电子设备日趋小型化、微型化，装载在高速运转体上的器件还要求与运载体表面齐平或共形，这些都对天线的提出了相应的技术问题:迫切地要求天线小型化、低轮廓。传统的偶极子天线对应的电长度为半个波长，在工作频率较低的情况下，天线的纵向尺寸较长，天线的机动性、隐蔽性、隐蔽性均较差。通常，采用改变天线结构、加载等技术可以有效地缩小天线的尺寸，但是天线的性能与天线的电尺寸是密切相关的，天线小型化必然会引起天线某些性能的恶化:带宽变窄、辐射效率降低等等，因此，探讨天线小型化以及改善小型化天线性能的研究仍具有非常重要的意义。近年来，一种传输线形式的电磁超介质-复合左/右手传输线(composite
right-/left-handed transmission line,简称为CRLH TL),被广泛应用在各种微波无源器件和天线中。因其具有奇异的色散特性:存在β (ω) < O的左手区域，由复合左右手传输线构成的谐振型天线可以工作在负数阶谐振模式，模式数越高，对应的谐振频率越低，并且各阶谐振频率由复合左右手传输线的LC参数决定，与天线的物理尺寸无关，因此，利用复合左右手传输线的谐振特性可以有效地缩小天线的尺寸。但是，这种天线同样面临着带宽窄、效率低等难题。因此，现在迫切地需要一种实现可行的解决方法，其能够在有效地缩小天线尺寸的同时，获得较宽的工作带宽，同时要保持良好的方向图特性和辐射效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，其能够产生宽带谐振频率，并且天线同时工作在多个谐振模式，可用作多频天线或宽带天线。为解决上述问题，本发明所设计的一种基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，主要由介质板、印制在介质板上的偶极子天线构成，其中偶极子天线包括馈源点以及关于馈源点对称的2个天线臂。上述天线臂各包括2条相互平行的平行金属导线、跨设在2条平行金属导线之间的N条连接金属导线、同时加载在其中I条平行金属导线上的2Ν个电容、以及分别加载在不同连接金属导线上的N个电感组成。2Ν个电容同时串接在同I条平行金属导线上，其中夹在2条连接金属导线之间的平行金属导线段上各串接有2个电容，而2端的平行金属导线段上各串接有I个电容。每条连接金属导线上各串接有I个电感。即每个天线臂均由N个CRLH传输线单元相连而成，而每个CRLH传输线单元均包括I个电感、加载有该电感的连接金属导线、靠近上述连接金属导线的2个电容、以及对应的平行金属导线段。上述N为正整数，且N彡I。上述方案中，所述电感最好采用非周期性加载方式，即在每个天线臂上，处于不同CRLH传输线单元的电感的电感值各不相同。上述方案中，所述电容最好采用非周期性加载方式，即在每个天线臂上，处于不同CRLH传输线单元的电容的电容值各不相同。处于同一传输CRLH传输线单元的2个电容的电容值相同或不相同。上述方案中，在每个天线臂上，加载有电容的那条平行金属导线的宽度最好从馈源点一端开始向另一端渐变。上述方案中，在每个天线臂上，加载有电容的那条平行金属导线的导线宽度从馈源点一端开始向另一端逐渐变粗。上述方案中，在每个天线臂上，加载有电容的那条平行金属导线的导线宽度大于另一条平行金属导线的导线宽度。与现有技术相比，本发明具有如下优点:1、该偶极子天线使用N个CRLH传输线单元的LC梯形网络，构成一个集总参数形式的复合左右手传输线结构，由于复合左右手传输线结构的天线的谐振频率主要由加载的电容、电感值决定，与天线的物理尺寸几乎无关，因此可有效地缩短偶极子天线的电尺寸。根据所需工作频率，适当选取加载的电容和电感值即可；2、天线可以同时工作在多个谐振模式，通过调整加载的电容和电感值，改变天线的色散特性和天线输入阻抗的频率特性，可以改变天线各谐振模式的频率间距。当天线的各个谐振频率相距较远时可用作多频天线，当天线的谐振频率靠近时，多个谐振点发生“融合”则构成了宽带天线；3、通过增加LC网络的单元数，调整电容和电感的值，天线的工作频率随之降低，并且可以获得更宽的相对阻抗带宽；4、电容和电感采用非周期性加载方式构成非周期性的LC梯形网络，能够进一步产生宽带谐振频率；5、通过加宽加载了电容的导线的宽度，或者将加载了电容的导线设计成渐变式的结构，改善天线的阻抗特性，从而获得相对较宽的阻抗带宽和较高的全向辐射增益。
图1为一种基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线的结构示意图；图2为每个CRLH传输线单元的等效电路图；图3为复合左右手传输线的色散曲线；图中标示:1、介质板；2、天线臂；2_1、平行金属导线；2_2、连接金属导线；2_3、电感；2_4、电容；2-5、CRLH传输线单元；3、馈源点。
具体实施例方式一种基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，如图1所示，主要由介质板1、印制在介质板I上的偶极子天线构成，其中偶极子天线包括馈源点3以及关于馈源点3对称的2个天线臂2。上述天线臂2各包括2条相互平行的平行金属导线2-1、跨设在2条平行金属导线2-1之间的N条连接金属导线2-2、同时加载在其中I条平行金属导线2-1上的2N个电容2-4、以及分别加载在不同连接金属导线2-2上的N个电感2_3组成。2N个电容2-4同时串接在同I条平行金属导线2-1上，其中夹在2条连接金属导线2-2之间的平行金属导线2-1段上各串接有2个电容2-4，而2端的平行金属导线2-1段上各串接有I个电容2-4。每条连接金属导线2-2上各串接有I个电感2-3。即每个天线臂2均由N个CRLH传输线单元2-5相连而成，而每个CRLH传输线单元2_5均包括I个电感2_3、加载有该电感2-3的连接金属导线2-2、靠近上述连接金属导线2-2的2个电容2_4、以及对应的平行金属导线2-1段。上述N为正整数，且N彡I。在本发明中，偶极子天线为人工复合的复合左/右手传输线结构，整个LC梯形网络就等效为一段复合左/右手传输线，也就是说每个天线臂2都相当于是由N个CRLH传输线单元2-5构成。上述2个天线臂2相互对称是指2个天线臂2在结构上分别由2个完全相同的镜像电路构成，如2个天线臂2的平行金属导线2-1和连接金属导线2-2的粗细相对称,如2个天线臂2的电容2-4和电感2-3的参数值相对称等等。在每个天线臂2上，电感2-3加载在连接金属导线2-2上的位置并 未有严格的规定，电容2-4加载在平行金属导线2-1上的位置也并有严格的规定。但在本发明优选实施例中，所述电感2-3加载在连接金属导线2-2的中点处，同一个CRLH传输线单元2-5中，2个电容2_4的位置关于该CRLH传输线单元2-5内的连接金属导线2-2相对称。在本发明优选实施例中，上述偶极子天线由终端开路的复合左/右手传输线构成。图2为一个CRLH传输线单元2-5结构的无耗的等效电路模型，其中电容和电感U是所加载的电容和电感，而串联的电感Lk和并联的电容Ck则是由于寄生效应而产生的。根据Bloch-Floquet理论分析可知，图2所示的等效电路模型的色散关系如下式①所示，色散曲线如图3所示。
权利要求
1.基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，主要由介质板(I)、印制在介质板(I)上的偶极子天线构成，其中偶极子天线包括馈源点(3)以及关于馈源点(3)对称的2个天线臂(2)，其特征在于: 上述天线臂(2)各包括2条相互平行的平行金属导线(2-1)、跨设在2条平行金属导线(2-1)之间的N条连接金属导线(2-2)、同时加载在其中I条平行金属导线(2-1)上的2N个电容(2-4)、以及分别加载在不同连接金属导线(2-2)上的N个电感(2-3)组成；2N个电容(2-4)同时串接在同I条平行金属导线(2-1)上，其中夹在2条连接金属导线(2-2)之间的平行金属导线(2-1)段上各串接有2个电容(2-4)，而2端的平行金属导线(2-1)段上各串接有I个电容(2-4);每条连接金属导线(2-2)上各串接有I个电感(2-3);即每个天线臂(2)均由N个CRLH传输线单元(2-5)相连而成，而每个CRLH传输线单元(2_5)均包括I个电感(2-3)、加载有该电感(2-3)的连接金属导线(2-2)、靠近上述连接金属导线(2-2)的2个电容(2-4)、以及对应的平行金属导线(2-1)段； 上述N为正整数，且N彡I。
2.根据权利要求1所述基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，其特征在于:所述电感(2-3)采用非周期性加载方式，即在每个天线臂(2)上，处于不同CRLH传输线单元(2-5)的电感(2-3)的电感(2-3)值各不相同。
3.根据权利要求1所述基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，其特征在于:所述电容(2-4)采用非周期性加载方式，即在每个天线臂(2)上，处于不同CRLH传输线单元(2-5)的电容(2-4)的电容(2-4)值各不相同。
4.根据权利要求3所述基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，其特征在于:处于同一传输CRLH传输线单兀(2-5)的2个电容(2-4)的电容(2_4)值相同或不相同。
5.根据权利要求1所述基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，其特征在于:在每个天线臂(2)上，加载有电容(2-4)的那条平行金属导线(2-1)的宽度从馈源点(3)一端开始向另一端渐变。
6.根据权利要求5所述基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，其特征在于:在每个天线臂(2)上，加载有电容(2-4)的那条平行金属导线(2-1)的导线宽度从馈源点(3) —端开始向另一端逐渐变粗。
7.根据权利要求1所述基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，其特征在于:在每个天线臂(2)上，加载有电容(2-4)的那条平行金属导线(2-1)的导线宽度大于另一条平行金属导线(2-1)的导线宽度。
全文摘要
本发明公开一种基于复合左右手传输线的宽带小型化偶极子天线，主要由介质板、印制在介质板上的偶极子天线构成，其中偶极子天线包括馈源点以及关于馈源点对称的2个天线臂。每个天线臂均由N个CRLH传输线单元相连而成，其中每个CRLH传输线单元均包括1个电感、加载有该电感的连接金属导线、靠近上述连接金属导线的2个电容、以及对应的平行金属导线段。本发明能够产生宽带谐振频率，并且天线同时工作在多个谐振模式，可用作多频天线或宽带天线。
文档编号H01Q1/38GK103078178SQ20121011803
公开日2013年5月1日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者曹卫平, 李思敏, 郑斯萍 申请人:桂林电子科技大学