本發(fā)明涉及不平衡-平衡轉(zhuǎn)換的巴倫結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于偶極子天線的巴倫。
背景技術(shù)：
：二十世紀(jì)七十年代以后，微帶天線以其重量輕、體積小、成本低、低剖面和易于共形等優(yōu)點(diǎn)，引領(lǐng)眾多學(xué)者深入研究和發(fā)展。其中微帶偶極子天線,及由其衍生的準(zhǔn)八木天線更因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，在探測(cè)、通信、廣播電視和軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。偶極子天線、準(zhǔn)八木天線等屬于差分平衡天線，以不平衡的同軸饋線對(duì)其進(jìn)行饋電時(shí)，需要能夠?qū)崿F(xiàn)不平衡-平衡轉(zhuǎn)換的巴倫進(jìn)行匹配。近年來(lái)，隨著偶極子天線等平衡電路的需求，各種巴倫應(yīng)時(shí)而生，它們有其特定的應(yīng)用價(jià)值，往往也有相應(yīng)的缺點(diǎn)。《Chung-HaoTsai,Hung-ChuanChen,andTzong-LinWu,“ANovelCompactBalunUsingaWeaklyCoupledLineWithGroundedResonator,”IEEEMicrowaveandwirelesscomponentsletters,VOL.24,NO.11,pp.762–765,november2014.》公開(kāi)了利用平行微帶線間弱耦合實(shí)現(xiàn)的一款小型化寬帶巴倫，設(shè)計(jì)頻帶內(nèi)增益穩(wěn)定，但是結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，制作成本較高。《A.M.Sánchez,M.Ribó,L.Pradell,J.AngueraandA.Andújar,“CPWbalunforprintedbalancedantennas,”IEEEElectronicsLetters22ndMay2014Vol.50No.11pp.785–786》公開(kāi)了通過(guò)抑制共面微帶線中偶模信號(hào)、匹配奇模信號(hào)實(shí)現(xiàn)的一款共面巴倫，平衡性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但帶寬較窄?！禨lawomirKoziel,StanislavOgurtsov,W.Zieniutycz,A.Bekasiewicz，“DesignofaPlanarUWBDipoleAntennaWithanIntegratedBalunUsingSurrogate-BasedOptimization,”IEEEAntennasandwirelesspropagationletters,vol.14,pp.366–369,2015.》公開(kāi)了利用電容耦合的巴倫構(gòu)造一體化超寬頻帶偶極子天線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸較大，輻射特性也不太理想?！禜ualiangZhang,HaoXin,“ADual-BandDipoleAntennaWithIntegrated-Balun,”IEEETransactionsonantennasandpropagation,vol.57,no.3,pp.786–789,March,2009.》是以四端口網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的平面巴倫，仿真和測(cè)試結(jié)果表明該類巴倫在工作頻點(diǎn)處插入損耗小，相位特性好，但應(yīng)用該巴倫構(gòu)成的偶極子天線平衡性不太理想。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)以上缺陷，本發(fā)明提供一種適用于偶極子天線的巴倫，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、制作成本低、工作頻帶寬、轉(zhuǎn)換效果好的特點(diǎn)，采用這種巴倫構(gòu)成諧振頻率為2.45GHz的偶極子天線的仿真和實(shí)測(cè)回波損耗在2～3GHz內(nèi)比較吻合、低于-10dB的相對(duì)帶寬超過(guò)25%、2.45GHz處的方向圖也符合偶極子天線的輻射特性。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種適用于偶極子天線的巴倫，包括分別設(shè)置于基片正面的第一部和反面的第二部；所述巴倫的第一部包括第一水平部和四條并排的一端連接于第一水平部的豎直部，每條所述豎直部的長(zhǎng)度等于天線諧振波長(zhǎng)的四分之一；位于外側(cè)的兩條豎直部為C微帶線，位于中間的兩條豎直部為B微帶線，所述兩條B微帶線的另一端之間連接有第二水平部，所述兩條B微帶線、第一水平部和第二水平部所包圍形成的窗口區(qū)中設(shè)置有A微帶線，所述第一水平部和第二水平部在相對(duì)外側(cè)分別設(shè)置有第一輸入端和第一輸出端；所述巴倫的第二部包括兩條端口線，所述兩條端口線的外端分別作為第二輸入端和第二輸出端，內(nèi)端分別延伸至窗口區(qū)在基片反面的投影區(qū)，并分別通過(guò)金屬過(guò)孔與A微帶線導(dǎo)通。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：A微帶線和B微帶線作為傳輸電路，依據(jù)平行微帶線上的電流分布規(guī)律，通過(guò)與傳輸電路平行的C微帶線來(lái)抵消不平衡饋電引起的交叉輻射，實(shí)現(xiàn)不平衡-平衡轉(zhuǎn)換；兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端異面設(shè)置，使天線輻射臂異面設(shè)置，有利于縮小天線的尺寸。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的巴倫第一部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的巴倫第二部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實(shí)施例的天線結(jié)構(gòu)中電流分布圖。圖4為不采用巴倫的不平衡驗(yàn)證天線結(jié)構(gòu)。圖5為采用巴倫與不采用巴倫的兩種天線的E面輻射方向圖。圖6為實(shí)施例的天線的回波損耗的仿真和實(shí)測(cè)圖。圖7為實(shí)施例中的天線在2.45GHz的信號(hào)激勵(lì)時(shí)的H面仿真和實(shí)測(cè)方向圖。圖8為實(shí)施例中的天線在2.45GHz的信號(hào)激勵(lì)時(shí)的E面仿真和實(shí)測(cè)方向圖。具體實(shí)施方式如圖1和圖2所示的虛線矩形框中是一種適用于偶極子天線的巴倫，包括分別設(shè)置于相對(duì)介電常數(shù)的FR4基片1正面的第一部和反面的第二部，所述巴倫2的第一部包括第一水平部3和四條并排的一端連接于第一水平部的豎直部，每條所述豎直部的長(zhǎng)度等于天線諧振波長(zhǎng)的四分之一；位于外側(cè)的兩條豎直部為C微帶線4，位于中間的兩條豎直部為B微帶線5，所述兩條B微帶線5的另一端之間連接有第二水平部7，所述兩條B微帶線5、第一水平部3和第二水平部7所包圍形成的窗口區(qū)11中設(shè)置有A微帶線6，所述第一水平部3和第二水平部7在相對(duì)外側(cè)分別設(shè)置有第一輸入端和第一輸出端；所述巴倫的第二部包括兩條端口線9，所述兩條端口線9的外端分別作為第二輸入端和第二輸出端，內(nèi)端分別延伸至窗口區(qū)11在基片1反面的投影區(qū)12，并分別通過(guò)半徑為1mm的金屬過(guò)孔8與A微帶線6導(dǎo)通。圖1中各結(jié)構(gòu)參數(shù)為（單位：mm）：L1W1L2W2L3W3L4W4g21.5221362.2120.3如圖1所示，A微帶線6、B微帶線5和C微帶線4之間的間隙很小，較強(qiáng)的耦合令A(yù)微帶線6上電流I1對(duì)稱分布在靠近縫隙的兩側(cè)，B微帶線5內(nèi)側(cè)分布有與A微帶線6上電流I1等值反向電流I2；B微帶線5和C微帶線4長(zhǎng)度相等，且等于天線諧振波長(zhǎng)四分之一，失配電流I3將在B微帶線5和C微帶線4之間的間隙兩側(cè)等值反向分布，實(shí)現(xiàn)平衡-不平衡匹配。以商用電磁仿真軟件HFSS對(duì)圖1和圖2所示由巴倫構(gòu)建的偶極子天線進(jìn)行仿真，激勵(lì)信號(hào)頻率為2.45GHz時(shí)，天線結(jié)構(gòu)中的電流分布如3所示，天線兩條輻射臂10上電流方向一致，大小基本相等；A微帶線6兩側(cè)的電流與隔著縫隙緊鄰的B微帶線5內(nèi)側(cè)電流大小基本相等，方向相反；B微帶線5外側(cè)與隔著縫隙緊鄰的C微帶線4內(nèi)側(cè)電流大小基本相等，方向相反，可見(jiàn)仿真中的電流分布情況與理論分析一致。為驗(yàn)證巴倫的轉(zhuǎn)換效果，構(gòu)建如圖4所示的不平衡驗(yàn)證天線結(jié)構(gòu)，再在不平衡驗(yàn)證天線中插入本實(shí)施例的巴倫，分別對(duì)采用巴倫和不采用巴倫的兩種天線進(jìn)行仿真，得到如圖5所示的兩種天線的E面輻射方向圖；從圖5可見(jiàn)，不采用巴倫的不平衡驗(yàn)證天線的E面輻射方向偏離理論方向30°左右，在插入巴倫后，E面輻射方向偏離得到有效糾正，與理論方向基本一致，驗(yàn)證了本實(shí)施例的巴倫的有效性。在3m×5m×3m微波暗室中，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀AgilentN5245A對(duì)圖1和圖2所示由巴倫構(gòu)建的偶極子天線的回波損耗（S11）和輻射方向圖進(jìn)行測(cè)試。在2～3GHz頻帶內(nèi)天線回波損耗（S11）仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果如圖6所示，在2～3GHz頻帶內(nèi)回波損耗（S11）仿真和實(shí)測(cè)曲線比較吻合，實(shí)測(cè)回波損耗（S11）在2.14～2.81GHz頻帶內(nèi)低于-10dB，仿真回波損耗（S11）在2.17～2.80GHz頻帶內(nèi)低于-10dB。以S11低于-10dB為工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，實(shí)測(cè)和仿真回波損耗（S11）相對(duì)帶寬均大于25%，可以將該巴倫定性為寬帶巴倫。在以2.45GHz的設(shè)計(jì)工作頻率為激勵(lì)信號(hào)頻率時(shí)，仿真和實(shí)測(cè)方向圖如圖7和圖8所示；在圖7中，實(shí)測(cè)與仿真方向圖都反映了偶極子天線在H面全向的輻射特點(diǎn)，實(shí)測(cè)與仿真方向圖前向吻合較好，后向存在1.6dBd的不圓度誤差；在圖8中，E面仿真與實(shí)測(cè)方向圖均為前后向幅值大，兩側(cè)幅值小，符合偶極子天線E面的輻射特點(diǎn)，與H面方向圖一致，兩曲線的前向吻合較好，后向?qū)崪y(cè)值均比仿真值小1.6dB，實(shí)測(cè)后瓣偏離理論方向20°左右，這些誤差主要由天線實(shí)物與仿真模型的參數(shù)誤差、測(cè)試暗室不滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件及固定天線的支架和SIM連接頭等引起的寄生輻射等因素造成。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3