专利名称：单层印刷电路结构的对数周期微带天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信技术领域的天线，具体是一种超宽带单层印刷电路结构的对数周期微带天线。
背景技术：
随着现代信息技术的飞速发展，超宽带技术在无线通信、电子对抗、雷达、地质勘探以及医学成像等众多领域越来越多地被采用。超宽带通信技术具有抗干扰能力强、传输速率高、消耗电能少、保密性好、发送功率小等优点。基于超宽带技术的医学成像可以有效穿透人体，形成高精度的医学影像。电子对抗技术是信息化战争的重要技术环节，可能直接 影响未来战争的走势。超宽带天线技术是上述超宽带系统中的关键技术之一。微带天线是一种较为成熟、应用广泛的天线形式，具有很低的整体剖面、宽定向波束以及较高的增益，同时也是一种良好的共形辐射器。然而，微带天线的阻抗带宽很窄，特别是单层微波介质上刻蚀的谐振型贴片天线的带宽仅有中心频率的百分之几。经对现有技术的文献检索发现，采用串馈对数周期方式提升微带天线的阻抗带宽长期以来都是现代天线技术中的研究热点之一，p. s. Hall发表在1980年2月电子快报(Electronics Letters)的文章宽频带对数周期微带天线(New wideband microstripantenna using log-periodic technique),提出了一种双层介质结构的对数周期微带天线，天线结构较复杂，且终端吸收负载严重影响天线效率，尤其在工作频率的两端天线的效率至少损失10%;M. K. A. Rahim等人发表在2007年的国际电气电子学会国际超宽带会议中的(IEEE International Conference on UffB)的文章U形和直形超宽带对数周期天线性倉匕较(Comparison between straight and U shape of ultra wide band Microstripantenna using LogPeriodic technique),提出一种单层印刷电路结构的对数周期微带天线，同时在馈线终端采用微带天线阵元截断。这种天线虽然能实现超宽带性能，但是天线的比例因子仅为I. 05，采用17个微带贴片单元也仅能获得2. 18 I的带宽。因此天线尺寸较大，无法在移动无线设备中有效集成，在各种飞行器中的布局也十分困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种单层印刷电路结构的对数周期微带天线，采用微带线共面耦合的馈电方式，高效可靠；通过调节最后一个矩形贴片末端与微带线馈线末端的间距T以补偿微带线馈线终端反射对天线阻抗匹配的影响，可以替代通常采用的终端吸收负载，提高天线效率；采用较大的具有对数周期的构形尺寸比例因子，可以减少所需的微带贴片单元数，减小天线尺寸。本发明天线具有优良的结构强度并可通过标准单层PCB工艺加工，天线辐射效率高，所需的微带贴片数量少，天线尺寸小巧，制作成本低。本发明的一种单层印刷电路结构的对数周期微带天线，该天线是采用覆铜技术在介质基板(10)上制作出N个辐射贴片(I)和一个微带线阻抗变换元件(2);所述N个辐射贴片(I)的构形尺寸为逐渐递增的；所述微带线阻抗变换元件(2)上设有馈电点(21)、微带线梯形臂(22)和微带线长臂(23)；所述N个辐射贴片(I)设置在微带线阻抗变换元件(2)的微带线长臂(23)的上下位置；即每两个置于微带线长臂(23)上方的辐射贴片之间放置一个置于微带线长臂(23)下方的辐射贴片；所述微带线阻抗变换元件(2)的馈电点(21)作为连接同轴线缆馈电的端口。在本发明中，第一个辐射贴片的长、宽尺寸应当满足在天线阻抗带宽最高频率对应波长的八分之一至二分之一之间，最后一个辐射贴片的长、宽尺寸应当满足在天线阻抗带宽最低频率对应波长Xmin的八分之一至二分之一之间。本发明单层印刷电路结构的对数周期微带天线的优点 ①本发明和现有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明采用单层微带印刷结构，加工成本低、结构强度好、可靠性高，同时加工成本低。②本发明可以采用值为I. 10的构形尺寸比例因子，只需少量的微带贴片单元即可获得超宽工作频带，极大地减小了天线尺寸。③本发明通过调节辐射贴片末端与微带线馈线末端间距可以补偿微带线馈线终端反射对天线阻抗匹配的影响，其辐射效率较采用终端吸收负载的天线更高。
图I是本发明一种单层印刷电路结构的对数周期微带天线的正面结构示意图。图IA是标注尺寸的单层印刷电路结构的对数周期微带天线的正面结构示意图。图2是实施例结构下的单层印刷电路结构的对数周期微带天线的正面结构图。图3是实施例构形天线的仿真和测试驻波系数曲线图。图4A是实施例构形天线的天线H面测试方向图。图4B是实施例构形天线的天线E面测试方向图。图5是实施例构形天线在相关频率上的仿真和测试增益图。
权利要求
1.一种单层印刷电路结构的对数周期微带天线，其特征在于该天线是采用覆铜技术在介质基板(10)上制作出N个辐射贴片(I)和一个微带线阻抗变换元件(2);所述N个辐射贴片(I)的构形尺寸为逐渐递增的； 所述微带线阻抗变换元件(2)上设有馈电点(21)、微带线梯形臂(22)和微带线长臂(23)； 所述N个辐射贴片(I)设置在微带线阻抗变换元件(2)的微带线长臂(23)的上下位置；即每两个置于微带线长臂(23)上方的辐射贴片之间放置一个置于微带线长臂(23)下方的辐射贴片； 所述微带线阻抗变换元件(2)的馈电点(21)作为连接同轴线缆馈电的端口。
2.根据权利要求I所述的单层印刷电路结构的对数周期微带天线，其特征在于介质基板(10)的材料为玻璃纤维聚四氟乙烯。
3.根据权利要求I所述的单层印刷电路结构的对数周期微带天线，其特征在于辐射贴片为金属铜材料。
4.根据权利要求I所述的单层印刷电路结构的对数周期微带天线，其特征在于辐射贴片构形尺寸之间的关系有
5.根据权利要求I所述的单层印刷电路结构的对数周期微带天线，其特征在于所述第一个辐射贴片(101)的长Lltll、宽Wltll尺寸应当满足在天线阻抗带宽最高频率对应波长入.的八分之一至二分之一之间，第N个辐射贴片(108)的长Ln、宽Wn尺寸应当满足在天线阻抗带宽最低频率对应波长Xmin的八分之一至二分之一之间。
6.根据权利要求I所述的单层印刷电路结构的对数周期微带天线，其特征在于该对数周期微带天线的阻抗带宽在2. 26GHz 6. 85GHz，且在2. 4GHz 6. 6GHz的频带范围内增益高于6. 5dB，增益波动小于2. 4dB。
全文摘要
本发明公开了一种单层印刷电路结构的对数周期微带天线，该天线是采用覆铜技术在介质基板(10)上制作出N个辐射贴片(1)和微带线阻抗变换元件(2)；微带线阻抗变换元件(2)上设有馈电点(21)、微带线梯形臂(22)和微带线长臂(23)；N个辐射贴片(1)分别置于微带线长臂(23)上下方，辐射贴片的构形尺寸为逐渐递增的，且有构形尺寸比例因子采用较大比例因子能够减少微带贴片单元数，减小天线尺寸，并降低制作成本。本发明天线具有优良的结构强度并可通过标准单层PCB工艺加工，天线辐射效率高。
文档编号H01Q1/38GK102723593SQ201210190818
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者吴琦, 王诗然, 苏东林 申请人:北京航空航天大学