專利名稱：加載型耦合饋電的全向輻射振子陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種印刷型天線，具體涉及ー種全向輻射印刷型天線。
背景技術(shù)：
印刷型天線是ー種采用現(xiàn)代印制電路板技術(shù)制作的天線，全向天線是ー種在水平面內(nèi)輻射特性基本沒有差異，而在垂直面內(nèi)具有定向輻射性的天線，即在水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性。全向天線發(fā)展至今，結(jié)構(gòu)形式上產(chǎn)生了多祥化的改變，有單極子、偶極子、雙錐、螺旋天線等，而實(shí)現(xiàn)方式上主要有并饋和串饋兩種方式。在一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的基站對(duì)終端的通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)等ー些專用通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。
一般以全向増益超過4dB為高增益標(biāo)準(zhǔn)，這樣可保證波束較寬。因此需要通過合理的設(shè)計(jì)保證天線在單位尺寸上產(chǎn)生最高的増益，現(xiàn)有的研究可以概括為(I)、異形振子，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶，但會(huì)發(fā)生方向圖分裂，全向性較差。(2)、同軸共線交叉饋電振子天線(COCO Antenna)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)高増益和全向性，但是由于終端為短路器，使得整個(gè)天線為諧振式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致帶寬較窄?，F(xiàn)有的全向高増益天線普遍具有帶寬窄和単位長(zhǎng)度產(chǎn)生的增益較低等特點(diǎn)，而后者不利于天線的小型化。因此如何在保證全向性較好的情況下盡可能展寬帶寬并同時(shí)提高増益，是研究的熱點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有全向天線的帶寬窄、單位電長(zhǎng)度增益低、全向性差的問題，提供一種加載型耦合饋電的全向輻射振子陣列天線。本發(fā)明的加載型耦合饋電的全向輻射振子陣列天線包括介質(zhì)板、共面波導(dǎo)中心饋線、饋電端ロ匹配枝節(jié)、輻射型終端負(fù)載、上水平饋線、下水平饋線和兩組振子，介質(zhì)板的正面印刷有兩組振子、共面波導(dǎo)中心饋線、饋電端ロ匹配枝節(jié)和輻射型終端負(fù)載，輻射型終端負(fù)載、共面波導(dǎo)中心饋線和饋電端ロ匹配枝節(jié)由上至下依次設(shè)置，且共面波導(dǎo)中心饋線的上端與輻射型終端負(fù)載連接，共面波導(dǎo)中心饋線的下端與饋電端ロ匹配枝節(jié)連接，兩組振子上、下設(shè)置在輻射型終端負(fù)載的下方，每組振子包括左側(cè)振子、右側(cè)振子和兩個(gè)加載水平金屬帶條，左側(cè)振子和右側(cè)振子對(duì)稱設(shè)置在共面波導(dǎo)中心饋線的兩側(cè)，兩個(gè)加載水平金屬帶條對(duì)稱設(shè)置在左側(cè)振子和右側(cè)振子的外側(cè)，每個(gè)加載水平金屬帶條與其對(duì)應(yīng)的振子垂直設(shè)置，且每個(gè)加載水平金屬帶條與其對(duì)應(yīng)的振子連接，介質(zhì)板上與每個(gè)左側(cè)振子和每個(gè)右側(cè)振子對(duì)應(yīng)處均設(shè)有ー個(gè)金屬化過孔，上方的左側(cè)振子和右側(cè)振子對(duì)應(yīng)的兩個(gè)金屬化過孔在同一水平線上，下方的左側(cè)振子和右側(cè)振子對(duì)應(yīng)的兩個(gè)金屬化過孔在同一水平線上，上水平饋線的兩端分別與上方的兩個(gè)金屬化過孔連接，下水平饋線的兩端分別與下方的兩個(gè)金屬化過孔連接。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)一、上、下方的左側(cè)振子和右側(cè)振子通過上水平饋線和下水平饋線與金屬化過孔連接，達(dá)到強(qiáng)制均衡饋電的作用，使得上、下的左側(cè)振子和右側(cè)振子都能夠很好的進(jìn)行饋電；加載水平金屬帶條的作用是改善天線上的電流分布，使得天線上的輻射電流更為均勻，從而大幅度的改善輻射方向圖的不圓度，提高全向性；加載饋電端ロ匹配枝節(jié)則起到了調(diào)整饋電端ロ阻杭，從而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的作用。ニ、本發(fā)明采用輻射型終端負(fù)載，改變了以往損耗型終端負(fù)載的使天線效率降低的缺點(diǎn)，能夠提高增益減少損耗，從而得到較高的増益。三、本發(fā)明采用印刷結(jié)構(gòu)，利于天線的小型化和批量生產(chǎn)，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。


圖I是本發(fā)明的整體主視圖；圖2是圖I的I局部放大圖；圖3是圖2的后視圖；圖4是圖3的A-A剖視圖；圖5是圖4的II局部放大圖；圖6是具體實(shí)施方式
四的天線反射系數(shù)測(cè)試圖；圖7是具體實(shí)施方式
四的天線在典型頻點(diǎn)4. 6GHz E面和H面方向圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖I 圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的加載型耦合饋電的全向輻射振子陣列天線包括介質(zhì)板I、共面波導(dǎo)中心饋線6、饋電端ロ匹配枝節(jié)7、輻射型 終端負(fù)載8、上水平饋線9、下水平饋線10和兩組振子，介質(zhì)板I的正面印刷有兩組振子、共面波導(dǎo)中心饋線6、饋電端ロ匹配枝節(jié)7和輻射型終端負(fù)載8，輻射型終端負(fù)載8、共面波導(dǎo)中心饋線6和饋電端ロ匹配枝節(jié)7由上至下依次設(shè)置，且共面波導(dǎo)中心饋線6的上端與輻射型終端負(fù)載8連接，共面波導(dǎo)中心饋線6的下端與饋電端ロ匹配枝節(jié)7連接，兩組振子上、下設(shè)置在輻射型終端負(fù)載8的下方，每組振子包括左側(cè)振子2、右側(cè)振子3和兩個(gè)加載水平金屬帶條4，左側(cè)振子2和右側(cè)振子3對(duì)稱設(shè)置在共面波導(dǎo)中心饋線6的兩側(cè)，兩個(gè)加載水平金屬帶條4對(duì)稱設(shè)置在左側(cè)振子2和右側(cè)振子3的外側(cè)，每個(gè)加載水平金屬帶條4與其對(duì)應(yīng)的振子垂直設(shè)置，且每個(gè)加載水平金屬帶條4與其對(duì)應(yīng)的振子連接，介質(zhì)板I上與每個(gè)左側(cè)振子2和每個(gè)右側(cè)振子3對(duì)應(yīng)處均設(shè)有ー個(gè)金屬化過孔5，上方的左側(cè)振子2和右偵技辰子3對(duì)應(yīng)的兩個(gè)金屬化過孔5在同一水平線上，下方的左側(cè)振子2和右側(cè)振子3對(duì)應(yīng)的兩個(gè)金屬化過孔5在同一水平線上，上水平饋線9的兩端分別與上方的兩個(gè)金屬化過孔5連接，下水平饋線10的兩端分別與下方的兩個(gè)金屬化過孔5連接。
具體實(shí)施方式
ニ、結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的輻射型終端負(fù)載8的形狀由上部為長(zhǎng)方形與下部為半圓形構(gòu)成，長(zhǎng)方形的短邊與半圓形的直徑相等。長(zhǎng)方形的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度為L(zhǎng)I、短邊寬度(半圓形直徑)為W1，這樣設(shè)計(jì)，能夠起到輻射電磁波的作用，從而使天線的增益得到了進(jìn)ー步的提高。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三、結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的饋電端ロ匹配枝節(jié)7與左側(cè)振子2之間的距離和饋電端ロ匹配枝節(jié)7與右側(cè)振子3之間的距離相等。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或二相同。整個(gè)天線是ー塊雙面的印刷電路板,介質(zhì)板I的厚度Dl為I. 5mm,介質(zhì)板I為相對(duì)介電常數(shù)e ^是4. 4的環(huán)氧(FR4)基板。饋電ロ加載了饋電端ロ匹配枝節(jié)7用來匹配天線饋電，饋電端ロ匹配枝節(jié)7起到調(diào)整輸入阻抗的作用，使得饋電效率更高；加載水平金屬帶條4用來改善天線上的電流分布使得天線上的輻射電流更為均勻，從而大幅度的改善天線方向圖的不圓度，提高全向性；左側(cè)振子2和右側(cè)振子3通過上水平饋線9與金屬化過孔5相連接，達(dá)到了強(qiáng)制均衡饋電的目的；共面波導(dǎo)中心饋線6位于印刷天線的中心，能夠?qū)侂婋娏骱芎玫乃椭两K端輻射型負(fù)載；天線的終端為輻射型終端負(fù)載8 (即無耗的異形輻射型負(fù)載)，能夠提高増益減少損耗，從而得到較高的増益。
具體實(shí)施方式
四介質(zhì)板I的長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為W ;上方左側(cè)振子2的上端面至上方加載水平金屬帶條4的上端面之間的距離為L(zhǎng)2，上方左側(cè)振子2的下端面至上方加載水平金屬帶條4的下端面之間的距離為L(zhǎng)2，左側(cè)振子2至右側(cè)振子3之間的距離為W2，加載水平金屬帶條4的寬度為L(zhǎng)3、長(zhǎng)度為W3，饋電端ロ匹配枝節(jié)7的寬度為L(zhǎng)4、饋電端ロ匹配枝節(jié)7的長(zhǎng)度為W4，上方左側(cè)振子2至下方左側(cè)振子2之間的間距為L(zhǎng)5 (上方右側(cè)振子3至下方上方之間的間距為L(zhǎng)5)，共面波導(dǎo)中心饋線6的寬度為W5，下方左側(cè)振子2和下方右側(cè)振子3的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)6，左側(cè)振子2和右側(cè)振子3寬均為W6，上水平饋線9和下水平饋線10的寬 均為L(zhǎng)7、長(zhǎng)度均為W7，下方左側(cè)振子2的下端面至下方加載水平金屬帶條4的下端面之間的距離為L(zhǎng)8，上水平饋線9的中心線至介質(zhì)板I的上端面之間的距離為L(zhǎng)9，上水平饋線9的中心線至下水平饋線10的中心線之間的距離為L(zhǎng)lO，下水平饋線10的中心線至介質(zhì)板I的下端面之間的距離為L(zhǎng)11，上水平饋線9和下水平饋線10的厚度均為D2，左側(cè)振子2、右側(cè)振子3、加載水平金屬帶條4、共面波導(dǎo)中心饋線6、饋電端ロ匹配枝節(jié)7和輻射型終端負(fù)載8的厚度均為D3。作為優(yōu)選的方案，上述尺寸為W= 29. 8mm、Wl = 10mm、W2 = 3. 8mm、W3 = 10mm、W4 = 2. 4mm、W5 = 0. 6mm、W6 = 3mm、W7 = 5. 4mm、L = 102mm、LI = 20mm、L2 = 20mm、L3=2mm、L4 = 0. 6mm、L5 = 5mm、L6 = 24mm、L7 = 0. 8mm、L8 = 2mm、L9 = 31. 4mm、LlO = 41. 2mm、Lll = 29. 4mm、Dl = L 5mm、D2 = 0. 1mm、D3 = 0. Imm0根據(jù)上述尺寸制作了天線的實(shí)物并進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果見圖6和圖7，天線在
4.6GHz-5. 6GHz的頻帶內(nèi)反射系數(shù)低于_10dB，相對(duì)帶寬為19. 6%，工作帶寬內(nèi)單位電長(zhǎng)度增益達(dá)到了 3. 32dB (4. 7GHz)，最大增益達(dá)到了 5. 2dB (4. 7GHz)，同時(shí)工作帶寬內(nèi)不圓度低于I. OdB，實(shí)現(xiàn)了寬帶全向高増益的要求。從圖7的天線測(cè)試結(jié)果可以看出，天線在屬于C波段的典型工作頻率4. 7GHz處具有較好的全向特性和較高的増益，E面方向圖表明天線在該頻點(diǎn)增益超過了 4dB，達(dá)到了
5.2dB，符合對(duì)天線高増益特性的預(yù)期，H面方向圖表明天線在該頻點(diǎn)的不圓度很小，小于I. OdB，符合對(duì)天線全向性的預(yù)期。天線在結(jié)合天線尺寸以及天線參數(shù)的測(cè)試結(jié)果，說明了本項(xiàng)發(fā)明在天線尺寸、帶寬、波束覆蓋和增益等指標(biāo)上獲得了良好的結(jié)合。加載型耦合饋電的全向輻射振子天線陣列的提出，擴(kuò)展了全向性天線的工作頻帶，同時(shí)保證了較寬工作頻帶內(nèi)較高的増益和優(yōu)異的全向性，并且，天線的單位電長(zhǎng)度増益很高，采用了印刷結(jié)構(gòu)，利于天線的小型化，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。(I)、本發(fā)明所提出的“加載型耦合饋電的全向輻射振子陣列天線”饋電形式緊湊，充分利用了天線空間，具有很好的小型化效果，饋電結(jié)構(gòu)為共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，既可以適用于同軸線等傳統(tǒng)饋線饋電，又可以適用于現(xiàn)代集成傳輸線饋電；(2)、本發(fā)明所提出的天線單位電長(zhǎng)度增益較高，具有較高的全向性和較寬的頻帶，相對(duì)帶寬較大；(3)、本發(fā)明所采用的是印刷結(jié)構(gòu)，介質(zhì)板I的厚度采用I. 5mm，具有很低的剖面，使其非常方便集成和 小型化。
權(quán)利要求
1.一種加載型耦合饋電的全向輻射振子陣列天線，所述全向輻射振子天線包括介質(zhì)板I、共面波導(dǎo)中心饋線(6)，上水平饋線(9)和下水平饋線(10)，其特征在干所述全向輻射振子天線還包括兩組振子、饋電端ロ匹配枝節(jié)(7)和輻射型終端負(fù)載(8)，介質(zhì)板(I)的正面印刷有兩組振子、共面波導(dǎo)中心饋線出)、饋電端ロ匹配枝節(jié)(7)和輻射型終端負(fù)載(8)，輻射型終端負(fù)載(8)、共面波導(dǎo)中心饋線(6)和饋電端ロ匹配枝節(jié)(7)由上至下依次設(shè)置，且共面波導(dǎo)中心饋線出)的上端與輻射型終端負(fù)載(8)連接，共面波導(dǎo)中心饋線￠)的下端與饋電端ロ匹配枝節(jié)(7)連接，兩組振子上、下設(shè)置在輻射型終端負(fù)載(8)的下方，每組振子包括左側(cè)振子(2)、右側(cè)振子(3)和兩個(gè)加載水平金屬帶條(4)，左側(cè)振子(2)和右側(cè)振子(3)對(duì)稱設(shè)置在共面波導(dǎo)中心饋線出)的兩側(cè)，兩個(gè)加載水平金屬帶條(4)對(duì)稱設(shè)置在左側(cè)振子(2)和右側(cè)振子(3)的外側(cè)，每個(gè)加載水平金屬帶條(4)與其對(duì)應(yīng)的振子垂直設(shè)置，且每個(gè)加載水平金屬帶條(4)與其對(duì)應(yīng)的振子連接，介質(zhì)板(I)上與每個(gè)左側(cè)振子(2)和每個(gè)右側(cè)振子(3)對(duì)應(yīng)處均設(shè)有ー個(gè)金屬化過孔(5)，上方的左側(cè)振子⑵和右側(cè)振子(3)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)金屬化過孔(5)在同一水平線上，下方的左側(cè)振子(2)和右側(cè)振子(3)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)金屬化過孔(5)在同一水平線上，上水平饋線(9)的兩端分別與上方的兩個(gè)金屬化過孔(5)連接，下水平饋線(10)的兩端分別與下方的兩個(gè)金屬化過孔(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述加載型耦合饋電的全向輻射振子陣列天線，其特征在于輻射型終端負(fù)載(8)的形狀由上部為長(zhǎng)方形與下部為半圓形構(gòu)成，長(zhǎng)方形的短邊與半圓形的直徑相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述加載型耦合饋電的全向輻射振子陣列天線，其特征在于所述饋電端ロ匹配枝節(jié)(7)與左側(cè)振子(2)之間的距離和饋電端ロ匹配枝節(jié)(7)與右側(cè)振子(3)之間的距離相等。
全文摘要
加載型耦合饋電的全向輻射振子陣列天線，它涉及一種全向輻射振子陣列天線，以解決現(xiàn)有全向天線的帶寬窄、單位電長(zhǎng)度增益低、全向性差的問題。介質(zhì)板1的正面印刷有兩組振子、共面波導(dǎo)中心饋線、饋電端口匹配枝節(jié)和輻射型終端負(fù)載，共面波導(dǎo)中心饋線的上端與輻射型終端負(fù)載連接、下端與饋電端口匹配枝節(jié)連接，兩組振子上、下設(shè)置，每組振子包括左側(cè)振子、右側(cè)振子和兩個(gè)加載水平金屬帶條，左側(cè)振子和右側(cè)振子對(duì)稱設(shè)置在共面波導(dǎo)中心饋線的兩側(cè)，兩個(gè)加載水平金屬帶條對(duì)稱設(shè)置在左側(cè)振子和右側(cè)振子的外側(cè)，上水平饋線的兩端分別與上方的兩個(gè)金屬化過孔連接，下水平饋線的兩端分別與下方的兩個(gè)金屬化過孔連接。本發(fā)明屬于用于通信的印刷型天線。
文檔編號(hào)H01Q13/00GK102760944SQ20121026647
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者劉曦, 劉夢(mèng)芊, 林怡琛, 林澍, 田雨, 荊麗雯, 董佳鑫, 陸加, 馬欣茹 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)