带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线的制作方法

本实用新型涉及一种印刷天线领域，尤其涉及一种带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线。

背景技术：

全向天线是一种在水平面内无方向性，即沿水平面内各个方向均匀辐射，水平方向全向辐射特性基本无差异，而在垂直平面内呈现定向辐射特性的天线。全向高增益一般以全向增益大于4dB为标准，这样可以保证波束较宽。现有的关于全向天线的研究主要集中于以下几种：第一种是一系列异形阵子，此类天线虽然能实现宽带，但存在方向图分裂的缺点，其全向性也较差；第二种是同轴共线交叉馈电阵子天线(COCOAntenna)，此类天线由于终端为短路结构，整个天线为谐振式结构，因此带宽较窄，同时还存在占用体积较大，不易携带等缺点；除此之外的一些其它全向天线普遍存在带宽较窄、单位长度增益较低、质量大、不易集成和小型化的缺点。除了这些传统的全向天线外，印刷型全向天线由于采用了现代印制电路板结构，以其体积小、质量小、平面化易于集成、方便携带、制作工艺相对简单、符合现代设备小型化的需求等优点，可广泛应用于一对多的基站对终端的通信、卫星通信、无人机通信等各个通信领域中。

传统同轴馈电天线存在由于在馈电端引入同轴线而造成实际天线的辐射效果与仿真结果存在较大差异的问题。由同轴线的馈电特点可知，在同轴线的内部，同轴线内导体和外导体内表面上的电流在数值上是相等的，在方向上是相反的，然而当电流到达天线的时候，一部分电流会从外导体的外表面流失，从而导致同轴线馈电不平衡。而引入传统扼流套虽然可以解决此问题，但又会带来使天线整体尺寸增加而不易小型化、影响印刷天线的低剖面特性的问题，还会给天线的组装增加难度。

技术实现要素：

本实用新型现提供一种旨在实现了全向天线的宽带化、高增益化、平面化、小型化、解决了存在的由于引入同轴线馈电而引起的天线驻波系数和辐射增益变差的问题的带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线。

本实用新型公开了一种带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线，为双面印刷电路板结构，包括介质板，所述介质板呈矩形，所述介质板上对称设置有4对金属过孔，每对金属过孔之间通过跳线连接，所述跳线位于所述介质板的背面，还包括：馈电辐射单元、不对称辐射型终端负载和印刷型扼流结构；

所述印刷型扼流结构包括外套和中心馈线，所述外套相对于所述中心馈线对称印制于所述介质板正面的底部；

所述馈电辐射单元包括共面波导中心馈线、交叉中心馈线和四对共面波导馈电单元，所述共面波导中心馈线和交叉中心馈线并列印制于所述介质板的正面，第一对共面波导馈电单元与第四对共面波导馈电单元对称印制于所述介质板正面，第二对共面波导馈电单元与第三对共面波导馈电单元对称印制于所述介质板正面；

所述交叉中心馈线的上端与所述不对称辐射型终端负载相连，所述交叉中心馈线的下端与所述印刷型扼流结构的外套相连，所述交叉中心馈线的左侧与第一对共面波导馈电单元相连，并通所述金属过孔和相应的跳线与右侧的第四对共面波导馈电单元相连；

所述共面波导中心馈线的下端与所述印刷型扼流结构的中心馈线相连，共面波导中心馈线的右侧与第二对共面波导馈电单元相连，并通所述金属过孔和相应的跳线与左侧的第三对共面波导馈电单元相连。

优选的，所述第一对共面波导馈电单元与所述第三对共面波导馈电单元交叉印制于所述介质板的左侧正面；

所述第二对共面波导馈电单元与所述第四对共面波导馈电单元交叉印制于所述介质板的右侧正面。

优选的，所述四对共面波导馈电单元的尺寸均相同。

优选的，所述共面波导馈电单元呈矩形，长14.8mm，宽4.55mm，同侧相邻的两个共面波导馈电单元之间的距离为3.8mm。

优选的，所述介质板的长为99.1mm，宽为12.4mm。

优选的，所述不对称辐射型终端负载呈不对称梯形，不对称梯形的上底与所述交叉中心馈线的上端连接，不对称梯形的下底与所述介质板的上端重合，不对称梯形的高为18mm，上底为0.9mm，下底为11.4mm。

优选的，所述交叉中心馈线与所述共面波导中心馈线之间的间隙为0.5mm。

优选的，所述共面波导中心馈线的宽为0.9mm，所述交叉中心馈线的宽为0.9mm。

优选的，所述印刷型扼流结构的外套呈门型，门型包括长边、短边和连接边，长边和短边通过连接边相连，左侧外套的长边与所述交叉中心馈线的下端相连，右侧长边与位于介质板下部的第四共面波导馈电单元相连，门型的长边长10.5mm，短边长10mm，长边和短边的宽均为1mm，所述印刷型扼流结构的中心馈线的宽为1.5mm。

优选的，所述金属过孔的直径为0.2mm，每一对金属过孔之间的距离均为3.1mm，所述跳线的宽为0.2mm。

上述技术方案的有益效果：

本技术方案中，通过引用了非对称结构的辐射型终端负载以及在馈电端引入了印刷型扼流结构，形成了一种带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线，实现了全向天线的宽带化、高增益化、平面化、小型化、解决了存在的由于引入同轴线馈电而引起的天线驻波系数和辐射增益变差的问题。

附图说明

图1为本实用新型所述的带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线正面结构示意图；

图2为本实用新型所述的带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线侧面结构示意；

图3为本实用新型所述的带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线背面结构示意图；

图4为带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线的正面尺寸示意图；

图5为带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线的侧面尺寸示意图；

图6为带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线的背面尺寸示意图；

图7为带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线的驻波系数曲线图；

图8为带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线的H面辐射方向示意图；

图9为带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线E面辐射方向示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

如图1-图6所示，本实用新型公开了一种带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线，为双面印刷电路板结构，包括介质板1，介质板1呈矩形，介质板1上对称设置有4对金属过孔8，每对金属过孔8之间通过跳线9连接，跳线9位于介质板1的背面，还包括：馈电辐射单元、不对称辐射型终端负载10和印刷型扼流结构；

印刷型扼流结构包括外套12和中心馈线11，外套12相对于中心馈线11对称印制于介质板1正面的底部；

馈电辐射单元包括共面波导中心馈线2、交叉中心馈线3和四对共面波导馈电单元，共面波导中心馈线2和交叉中心馈线3并列印制于介质板1的正面，第一对共面波导馈电单元4与第四对共面波导馈电单元7对称印制于介质板1正面，第二对共面波导馈电单元5与第三对共面波导馈电单元6对称印制于介质板1正面；

交叉中心馈线3的上端与不对称辐射型终端负载10相连，交叉中心馈线3的下端与印刷型扼流结构的外套12相连，交叉中心馈线3的左侧与第一对共面波导馈电单元4相连，并通金属过孔8和相应的跳线9与右侧的第四对共面波导馈电单元相连；

共面波导中心馈线2的下端与印刷型扼流结构的中心馈线11相连，共面波导中心馈线2的右侧与第二对共面波导馈电单元5相连，并通金属过孔8和相应的跳线9与左侧的第三对共面波导馈电单元6相连。

进一步地，带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线工作于C波段，为双面印刷电路板结构，介质板1厚度W9为1.6mm，介质板1的长L1为99.1mm，宽W1为12.4mm。相对介电常数为4.4，其双面印刷金属层由金属过孔8连接，四对金属过孔8穿过介质板1将介质板1的正面与背面导通。

本实用新型的目的是在不影响印刷天线低剖面、小型化、易于集成的优点的前提下，提供一种带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线，在实现宽带全向高增益的同时解决引入同轴线馈电对天线辐射效果产生不利影响的问题。通过引用了非对称结构的辐射型终端负载以及在馈电端引入了印刷型扼流结构，形成了一种带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线，实现了全向天线的宽带化、高增益化、平面化、小型化、解决了存在的由于引入同轴线馈电而引起的天线驻波系数和辐射增益变差的问题。

在优选的实施例中，第一对共面波导馈电单元4与第三对共面波导馈电单元6交叉印制于介质板1的左侧正面；

第二对共面波导馈电单元5与第四对共面波导馈电单元7交叉印制于介质板1的右侧正面。

在优选的实施例中，四对共面波导馈电单元的尺寸均相同。

进一步地，共面波导馈电单元呈矩形，长L3为14.8mm，宽W5为4.55mm，同侧相邻的两个共面波导馈电单元之间的距离L4为3.8mm。

在优选的实施例中，不对称辐射型终端负载10呈不对称梯形，不对称梯形的上底与交叉中心馈线3的上端连接，不对称梯形的下底与介质板1的上端重合，不对称梯形的高L2为18mm，上底为0.9mm，下底W2为11.4mm。

在优选的实施例中，交叉中心馈线3与共面波导中心馈线2之间的间隙W4为0.5mm。

在优选的实施例中，共面波导中心馈线2的宽W3为0.9mm，交叉中心馈线3的宽为0.9mm。

在优选的实施例中，印刷型扼流结构的外套12呈门型，门型包括长边、短边和连接边，长边和短边通过连接边相连，左侧外套的长边与交叉中心馈线3的下端相连，右侧长边与位于介质板1下部的第四共面波导馈电单元相连，门型的长边长L6为10.5mm，短边长10mm，长边与短边的差L5为0.5mm，长边的宽W6为1mm，短边的宽W7为1mm，印刷型扼流结构的中心馈线11的宽W8为1.5mm。

在优选的实施例中，金属过孔8的直径L9为0.2mm，每一对金属过孔8之间的距离W10均为3.1mm，位于最上面一层的金属过孔8距离介质板1上端面的距离L7为18mm，跳线9的宽L8为0.2mm。

在本实施例中，电流由同轴线馈入，通过印刷型扼流结构后，一部分沿着交叉相连的传输线流动到左右分别与两条馈线相连的辐射单元上，在各个单元上形成电流分布，成为此天线辐射的主体，除此之外，另一部分电流沿着传输线流到终端的不对称辐射型终端负载10，此终端负载与终端的共面波导中心馈线2以及馈线两侧的共面波导接地板一起形成了一个不对称形状的单极天线，而此单极天线之所以采用不对称的形状，是因为天线的馈电点并不在底边的中心点，在下端相对于天线整体来说有小距离的偏移，采用此不对称形状可在一定程度上改善由此造成的辐射方向图的小程度偏离，从而在一定程度上提高了天线的增益。而引入的印刷型扼流结构实为平面印刷化的扼流套，此结构解决了馈电电流沿着同轴外导体的外表面回流而导致的天线辐射性变差的问题，该结构平面化的设计可以与天线主体一体化印刷，在不影响天线宽带全向高增益特点的同时，保证了天线的低剖面、小型化、质量小以及易于集成化的特点。

本实用新型为工作于C波段的一种带有扼流结构的宽带全向高增益印刷天线，仿真结果表明，天线在4.4～5.4GHz的频率范围内反射系数低于-10dB，相对带宽达到20％，在典型频率4.8GHz处水平面内全向辐射增益大于4dBi，实现了宽带全向高增益的要求。

本实用新型具有以下有益效果：与传统的COCO天线相比，其平面印刷结构具有剖面低、质量小、易于集成的优点；与已有的印刷型全向天线相比，本实用新型所引入的印刷型扼流装置有效地解决了一部分电流在天线馈电端由同轴外导体反向流回而产生的电流损失的问题，其平面结构可直接与天线一体化印刷，在不影响天线的低剖面小型化易于集成特性的前提下，避免了非印刷结构的扼流套占用空间大以及不易连接的问题；另外天线顶端的辐射型负载采用了不对称的梯形形状，与采用等腰梯形辐射型负载的天线相比，其底边偏右可在一定程度上改善驻波系数并提高天线的辐射增益。

综上，本实用新型在将传统的COCO天线平面化形成了一种印刷全向天线之后，在终端增加一种非对称形终端负载，其不对称的结构可以在一定程度上平衡由于天线自身结构造成的馈电端口偏离中心而引起的辐射方向图偏移，从而在一定程度上提高了天线的增益。除此之外，在天线的馈电前端增加了一个印刷型扼流装置，该装置解决了由于使用同轴馈电而造成的天线电流沿着SMA接头外壁回流到馈电端口的同轴线外导体外表面，从而影响该天线的驻波系数和辐射增益的问题，与不带有此扼流装置的天线相比，增加此装置对天线的辐射效果有显著的改善。

图7为本实用新型的天线驻波系数图，图上绘有带有本实用新型扼流装置的天线的驻波系数曲线和不带有该扼流装置的天线的驻波系数曲线，此二曲线可形成鲜明对比；图8为天线在4.8GHz处的H面辐射方向图，图上绘有带有本实用新型扼流装置的天线辐射方向图和不带有该扼流装置的天线辐射方向图；图9为天线在4.8GHz处的E面辐射方向图，图上绘有带有本实用新型扼流装置的天线辐射方向图和不带有该扼流装置的天线辐射方向图。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。