一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线，包括平面螺旋天线、馈电巴伦、微带线及介质基板，所述平面螺旋天线包括天线一臂及天线二臂，所述天线一臂及天线二臂分别印制在介质基板的正、反面，所述天线二臂是天线一臂关于原点旋转180度得到，天线一臂包括第一条边界及第二条边界，所述第二条边界是第一条边界关于原点旋转90度得到的，所述天线二臂与馈电巴伦的地板连接，共同构成天线的地平面，所述天线一臂通过微带线与馈电巴伦的中心导体连接。本实用新型天线具有臂宽较宽，且天线臂较短的特点，易于实现同平面馈电。
【专利说明】一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信【技术领域】，具体涉及一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线。
【背景技术】
[0002]随着现代无线通信技术的迅速发展，通信系统对天线的要求越来越高。一方面要求宽频带，希望一副天线能够同时支持多个频段的无线通信。另一方面要求小型化，随着高速集成电路的快速发展，系统设备向一体化，小型化，集成化不断迈进，作为无线电子设备的终端，现代电子设备对天线提出了小型化、易于集成的要求。
[0003]平面螺旋天线是一种常用的宽频带圆极化天线。传统的平面螺旋天线主要有两种:平面等角螺旋天线和平面阿基米德螺旋天线。这两种天线所需的最小尺寸都是由天线工作的最低频率决定的，如何在满足频带内各项性能的要求下最大限度的减小尺寸是该类天线研究的热点。
[0004]经典的平面螺旋天线，属于自互补型双臂平衡馈电天线，因此天线的理论阻抗为180欧姆，为实现天线与50欧姆同轴电缆的平衡馈电，必须用到馈电巴伦。典型的螺旋天线馈电网络是渐变线巴伦，传统的巴伦通常放置在螺旋天线的中心，且垂直于螺旋天线平面。垂直放置巴伦的好处是:对螺旋天线的辐射特性的影响最小。但是由于巴伦长度较大，导致螺旋天线纵向体积较大，因此垂直巴伦馈电的方法给螺旋天线的制造以及小型化系统集成造成了不便。缩短垂直巴伦长度以及采用平面馈电结构的方法成为螺旋天线缩小尺寸的研究热点。
[0005]经典设计的两种平面螺旋天线，形式固定，给螺旋天线馈电方法的研究造成了限制。在相同尺寸的条件下，阿基米德天线的圆极化带宽比阿基米德天线宽，然而阿基米德天线的臂宽很窄，且臂长较长，不易于进行同平面馈电。
实用新型内容
[0006]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线。
[0007]本实用新型采用如下技术方案:
[0008]一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线，包括平面螺旋天线、馈电巴伦、微带线及介质基板，所述馈电巴伦包括地板及中心导体，所述地板印制在介质基板的反面，所述中心导体及微带线印制在介质基板正面，所述微带线与中心导体连接，所述平面螺旋天线包括天线一臂及天线二臂，所述天线一臂及天线二臂分别印制在介质基板的正、反面，所述天线二臂是天线一臂关于原点旋转180度得到，天线一臂包括第一条边界及第二条边界，所述第二条边界是第一条边界关于原点旋转90度得到的，所述天线二臂与馈电巴伦的地板连接，共同构成天线的地平面，所述天线一臂通过微带线与馈电巴伦的中心导体连接。
[0009]所述第一边界通过如下公式确定:
[0010]
z、 , arctan {φ -B )
r((p)= r0* A * --J-+D
[0011]其中，r是第一边界上的点到原点的距离，Φ是旋转角度，&是天线的内径。
[0012]所述馈电巴伦的特性阻抗呈指数渐变变化。
[0013]所述天线一臂通过微带线与馈电巴伦的中心导体连接，具体为:微带线在介质基板的正面沿着天线二臂的中心线，延伸到原点，通过原点与天线一臂连接。
[0014]本实用新型的有益效果:
[0015](I)本实用新型天线具有臂宽较宽，且天线臂较短的特点，易于实现同平面馈电；
[0016](2)通过将馈电巴伦设计在天线同一平面的方法，将天线和馈电巴伦整合成一个双层结构，大大减小了天线的纵向尺寸，结构紧凑；
[0017](3)巧妙地将天线两臂分别印制在介质板材的两面，避免了馈电巴伦与天线臂的手工连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线的结构示意图；
[0019]图2是图1中介质基板正面金属覆盖不意图；
[0020]图3是图1中介质基板反面金属覆盖示意图；
[0021]图4为本实用新型的回波损耗仿真曲线图；
[0022]图5为本实用新型的正方向轴比仿真曲线图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0024]实施例
[0025]如图1-图3所示，一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线，包括平面螺旋天线、特性阻抗值呈指数渐变变化的馈电巴伦、微带线5及介质基板6，所述馈电巴伦包括地板4及中心导体3，所述馈电巴伦的中心导体3及地板4分别印制在介质基板6的正、反面，常规螺旋天线两臂通常被印制在介质基板同一面，在本实用新型中为了避免多余的连接工作，平面螺旋天线的天线一臂I及天线二臂2分别印制在介质基板6的正、反面，巧妙的与馈电巴伦形成双层的一体化结构，所述天线二臂2与馈电巴伦的地板4连接，共同构成天线的地平面，所述天线一臂I通过微带线5与馈电巴伦的中心导体3连接，具体为:微带线5在介质基板6的正面沿着天线二臂2的中心线，延伸到原点，通过原点与天线一臂I连接，馈电巴伦与平面螺旋天线印制在同一平面，馈电巴伦与同轴线相连的一端，特性阻抗为50欧姆。
[0026]所述天线二臂2是天线一臂I关于原点旋转180度得到，天线一臂包括第一条边界IA及第二条边界2A，所述第二条边界2A是第一条边界IA关于原点旋转90度得到的，两条边界组合形成了天线一臂1，所述第一条边界是通过如下公式确定的:
[0027]
,x arctan (φ - B )
ν{φ) = A*r0 * -^-J-+D
[0028]r是天线边界上的点到原点的距离，屮是旋转角度，Γ(ι是天线的内径。A，B，C，D是用于确定天线尺寸的常数。
[0029]新型螺旋天线的公式有4个未知参数，但是如果确定天线的内径Γ(ι和外径Γι，起始旋转角度P ο和终止旋转角度P I，通过简单的计算，天线的4个未知参数，可以缩减为两个，
即参数D和A是可通过B、C的值计算得出的:
[0030]
r, * circta n ^ - /;, * arctan( ^ J
1 K C' ° C
D =-^-
rO-rI
[0031]
f φ0-Β ) ^
arctan- +Z>
C
V ^ /
[0032]为了获得轴比特性和臂长的平衡，通过电磁仿真软件计算，优化出辐射特性最好时A、D的值，进而获得天线的所有参数。本实施例中在仿真模型中使用的参数为I*。=0.2mm，Φ0 = 0，Φ 丄=3.75 π，B = 4.6，C = 3。
[0033]本实用新型的天线与巴伦的一体化结构由相对介电常数为2.2，厚度为0.8mm，损耗正切角不大于0.001的F4B介质板材制作而成。
[0034]图4为本实用新型的回波损耗仿真曲线图，在3-lOGHz频率范围内，回波损耗均小于-10dB。图5为本实用新型的正方向轴比仿真曲线图，在工作频带内，轴比均小于3dB。
[0035]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线，包括平面螺旋天线、馈电巴伦、微带线及介质基板，所述馈电巴伦包括地板及中心导体，所述地板印制在介质基板的反面，所述中心导体及微带线印制在介质基板正面,所述微带线与中心导体连接,其特征在于,所述平面螺旋天线包括天线一臂及天线二臂，所述天线一臂及天线二臂分别印制在介质基板的正、反面，所述天线二臂是天线一臂关于原点旋转180度得到，天线一臂包括第一条边界及第二条边界，所述第二条边界是第一条边界关于原点旋转90度得到的，所述天线二臂与馈电巴伦的地板连接，共同构成天线的地平面，所述天线一臂通过微带线与馈电巴伦的中心导体连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线，其特征在于，所述馈电巴伦的特性阻抗呈指数渐变变化。
3.根据权利要求1所述的一种集成巴伦结构的新型超宽带平面螺旋天线，其特征在于，所述天线一臂通过微带线与馈电巴伦的中心导体连接，具体为:微带线在介质基板的正面沿着天线二臂的中心线，延伸到原点，通过原点与天线一臂连接。
【文档编号】H01Q1/36GK203983479SQ201420400056
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】黄惠芬, 吕宗霖 申请人:华南理工大学