一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，包括平行设置的圆形介质基板I和介质基板II，还包括垂直于圆形介质基板I和介质基板II的矩形介质基板和同轴线缆，所述圆形介质基板I上设置有电偶极子，所述矩形介质基板上设置有磁偶极子；所述圆形介质基板II上设置有激励源，所述同轴线缆与激励源连接；沿圆形介质基板I的直径由圆心向两端延伸形成沟槽，该沟槽的长度小于环状介质基板I的直径，矩形介质基板穿过该沟槽设置于圆形介质基板II上；本发明通过电偶极子和磁偶极子的结合，有效地实现了惠更斯源天线，具有良好的匹配，有着良好的辐射特性，具有十分好的定向性。
【专利说明】
-种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线
技术领域
[0001] 本发明设及一种天线结构，特别是一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天 线。
【背景技术】
[0002] 电小天线由于其紧凑的结构、较小的尺寸，能够满足许多无线通信平台对于天线 小型化、紧凑化的要求，因此有着巨大的应用前景，得到了越来越广泛的关注和研究。然而， 根据相关理论分析，由于天线的电尺寸远小于天线的工作波长，其福射特性(峰值可实现增 益、前后比)会变的比较差，尤其是由电小的电偶极子和磁偶极子得到的福射场。
[0003] 目前，用W提升电小天线方向性的方法主要可W分为W下Ξ类:第一类是放置"媒 介反射器"，例如:RIS、EBG等结构在福射器下面;第二类是通过使用2到3个具有类似结 构的福射器构成阵列；第Ξ类是利用电偶极子和磁偶极子的结合构成惠更斯源天线。和其 它两种方法相比，惠更斯源天线由于不需要周期性的结构和多个福射器，因此更易实现低 剖面、电小的设计目标，具有更为紧凑的结构，适用于远距离无线通信、点对点通信等领域。
【发明内容】
[0004] 鉴于此，本发明的目的是提供一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线。
[0005] 本发明的目的通过如下技术方案来实现的：一种具有边射特性的电小、低剖面惠 更斯源天线，包括平行设置的圆形介质基板I和圆形介质基板II，还包括垂直于环状圆形基 板I和圆形介质基板II的矩形介质基板和同轴线缆，所述圆形介质基板I上设置有电偶极 子，所述矩形介质基板上设置有磁偶极子;所述圆形介质基板II上设置有激励源，所述同轴 线缆与激励源连接;沿圆形介质基板I的直径由圆屯、向两端延伸形成一沟槽，该沟槽的长度 小于圆形介质基板I的直径，矩形介质基板穿过该沟槽设置于圆形介质基板II上。
[0006] 进一步，所述电偶极子包括关于沟槽对称设置的两个电偶极子单元，所述电偶极 子单元包括两弧形段和连接两弧形段的连接段，所述连接段平行于沟槽设置;所述弧形段 由圆形介质基板I的边缘向圆形介质基板I的圆屯、延伸形成，所述弧形段具有自由端和固定 端，所述固定端与连接段连接，同一电偶极子单元的两弧形段的自由端具有一定间距。
[0007] 进一步，所述电偶极子单元的两弧形段和连接段位于同一个半圆内。
[0008] 进一步，所述电偶极子单元的两弧形段的弧长相等。
[0009] 进一步，所述磁偶极子为沿矩形介质基板的边缘向里延伸形成的矩形环状结构， 矩形环状结构的下端设置有裂口。
[0010] 进一步，所述激励源包括设置于圆形介质基板II的下表面的两个矩形金属条带， 两个矩形金属条带关于圆形介质基板II的圆屯、对称;所述同轴线缆包括内忍和外忍，内忍 和外忍分别连接激励源一矩形金属条带。
[0011] 进一步，内忍和外忍连接于矩形金属条带的端部，该端部靠近圆形介质基板II的 圆屯、设置。
[0012] 由于采用了 W上技术方案，本发明具有W下有益技术效果：
[0013] (1)通过电偶极子和磁偶极子的有机结合，实现了低剖面的电小惠更斯源天线，天 线的电尺寸ka = 0.645，剖面高度仅为4.90 % λ〇;
[0014] (2)天线不仅具有良好的匹配，而且有着良好的福射特性，峰值可实现增益 3.30地i，前后比18.76地，福射效率71.60%，具有十分好的定向性，使得天线可W良好的应 用于远距离无线通信、点对点通信；
[0015] (3)天线还具有结构紧凑、简单，易于制造等优势。
【附图说明】
[0016] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中：
[0017] 图1为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的整体结构Ξ维视图； [001引图2为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的侧视图；
[0019] 图3为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线电偶极子单元的俯视图；
[0020] 图4为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线激励源的仰视图；
[0021] 图5为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的S参数曲线图；
[0022] 图6为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的E平面福射场方向图；
[0023] 图7为本发明具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线的Η平面福射场方向图；
[0024] 图中：1-电偶极子，2-磁偶极子，3-激励源，4-同轴线缆，5-沟槽，6-连接段，7-固定 端。8-弧形段，9-自由端，10-裂口，11 -矩形金属条带。
【具体实施方式】
[0025] W下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述;应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0026] -种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，包括平行设置的圆形介质基板I 和圆形介质基板II，还包括垂直于圆形介质基板I和圆形介质基板II的矩形介质基板和同 轴线缆，所述圆形介质基板I上设置有电偶极子，所述矩形介质基板上设置有磁偶极子;所 述电偶极子包括关于沟槽对称设置的两个电偶极子单元，所述电偶极子单元包括两弧形段 和连接两弧形段的连接段，两弧形段的弧长相等。所述连接段平行于沟槽设置;所述弧形段 由圆形介质基板I的边缘向圆形介质基板I的圆屯、延伸形成，所述弧形段具有自由端和固定 端，所述固定端与连接段连接，同一电偶极子单元的两弧形段的自由端具有一定间距。所述 电偶极子单元的两弧形段和连接段位于同一个半圆内。所述磁偶极子为沿矩形介质基板的 边缘向里延伸形成的矩形环状结构，矩形环状结构的下端设置有裂口。
[0027] 所述圆形介质基板II上设置有激励源，所述同轴线缆与激励源连接;沿圆形介质 基板I的直径由圆形介质基板I的圆屯、向两端延伸形成一沟槽，该沟槽的长度小于圆形介质 基板I的直径，矩形介质基板穿过该沟槽设置于圆形介质基板II上。
[0028] 所述激励源包括设置于圆形介质基板II的下表面的两个矩形金属条带，两个矩形 金属条带关于圆形介质基板II的圆屯、对称;所述同轴线缆包括内忍和外忍，内忍和外忍分 别连接激励源一矩形金属条带。内忍和外忍连接于矩形金属条带的端部，该端部靠近圆形 介质基板II的圆屯、设置。
[00巧]在本发明中，3个介质基板的材料均选用化e Rogers Duroid 5880,相对介电常数 为2.2,相对磁导率为1.0,损耗角正切为0.0009。所述电偶极子单元、磁偶极子、激励源的矩 形金属条带均为厚度相同的覆铜薄膜。
[0030] 在本发明中，记圆形介质基板I的直径为R1，厚度为h3,圆屯、到弧形段内侧的距离 为R2,圆屯、到弧形段外侧的距离为R3,弧形段的宽度为W3,两弧形段的距为G3,连接段的宽 度为W2,两连接段的距离为G2。记圆形介质基板II的直径为R4,矩形金属条带的长度为L2， 宽度为W4。记矩形介质基板的长度为L1，宽度为hi，矩形环状结构的宽度为W1，裂口的宽度 为G1，圆形介质基板II到矩形环状结构的距离为h2，圆形介质基板II的厚度为h4。
[0031] 完成上述的初始设计之后，使用高频电磁仿真软件HFSS13.0进行仿真分析，经过 仿真优化之后得到各项参数尺寸如下表所示：
[0032] 表1本发明各参数最佳尺寸表
[0033]
[0034] 依照上述参数，使用HFSS对所设计的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线 的反射系数IS111特性参数进行仿真分析，其分析结果如下：
[0035] 图5为本发明的仿真得到的S参数随频率变化的曲线图。如图所示，所设及的天线 谐振频点为1.502GHz，反射损耗值为-19.41地，-10地带宽为8.5MHz ;图6为仿真的天线在谐 振频点1.502G化时在E面的方向图，图7为仿真的天线在谐振频点1.502G化时在Η面的方向 图。从图中可W看出，天线在Ε面、Η面均具有朝天线正上方的福射方向；在谐振频点处，天线 的最大增益值为3.30地i，前后比为18.76dB，福射效率为71.60%。可见天线有着良好的福 射性能，同时有着较低的剖面，紧凑的结构。
[0036] W上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人 员可W对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。运样，倘若本发明的 运些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含运些 改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于:包括平行设置的圆形 介质基板I和圆形介质基板Π ，还包括垂直于圆形介质基板I和圆形介质基板II的矩形介质 基板和同轴线缆，所述圆形介质基板I上设置有电偶极子，所述矩形介质基板上设置有磁偶 极子;所述圆形介质基板II上设置有激励源，所述同轴线缆与激励源连接;沿圆形介质基板 I的直径由圆心向两端延伸形成沟槽，该沟槽的长度小于圆形介质基板I的直径，矩形介质 基板穿过该沟槽设置于圆形介质基板II上。2. 根据权利要求1所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于:所 述电偶极子包括关于沟槽对称设置的两个电偶极子单元，所述电偶极子单元包括两弧形段 和连接两弧形段的连接段，所述连接段平行于沟槽设置;所述弧形段由圆形介质基板I的边 缘向圆形介质基板I的圆心延伸形成，所述弧形段具有自由端和固定端，所述固定端与连接 段连接，同一电偶极子单元的两弧形段的自由端具有一定间距。3. 根据权利要求2所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于:所 述电偶极子单元的两弧形段和连接段位于同一个半圆内。4. 根据权利要求3所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于:所 述电偶极子单元的两弧形段的弧长相等。5. 根据权利要求1所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于:所 述磁偶极子为沿矩形介质基板的边缘向里延伸形成的矩形环状结构，矩形环状结构的下端 设置有裂口。6. 根据权利要求1所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于:所 述激励源包括设置于圆形介质基板II的下表面的两个矩形金属条带，两个矩形金属条带关 于圆形介质基板II的圆心对称;所述同轴线缆包括内芯和外芯，内芯和外芯分别连接激励 源一矩形金属条带。7. 根据权利要求6所述的具有边射特性的电小、低剖面惠更斯源天线，其特征在于：内 芯和外芯连接于矩形金属条带的端部，该端部靠近圆形介质基板II的圆心设置。
【文档编号】H01Q1/36GK105870632SQ201610343552
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】唐明春, 庞佑兵, 张振, 刘虹, 理查德·齐奥尔科夫斯基, 王浩
【申请人】中国电子科技集团公司第二十四研究所