一種超寬帶雙圓環(huán)形平面單極天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種無線通信技術領域的天線，特別是一種超寬帶雙圓環(huán)形平面單極天線，適合短程超寬帶通信。
【背景技術】
[0002]隨著高速電子集成電路的迅猛發(fā)展，為適應小型集成化的需求，超寬帶天線以其低功耗、低成本、高安全性、高數(shù)據(jù)率以及抗多徑干擾等優(yōu)點受到廣泛關注。2002年，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)批準將3.1?10.6GHz頻段作為超寬帶技術的應用頻段，這使得超寬帶印刷單極子天線成為研究的熱點。超寬帶天線通常具有一致的群時延和線性的相移、工作頻帶內(nèi)高輻射效率、穩(wěn)定的方向性和天線增益，而低剖面、小型化是當前超寬帶天線的發(fā)展方向。用于超寬帶的印制天線結構主要有單極天線、雙極天線、分形結構、螺旋結構等，與其它結構相比，印制單極超寬帶天線最為簡單，并且具有顯著緊湊尺寸和穩(wěn)定的輻射特性。超寬帶印刷單極天線一般由覆在介質(zhì)基板兩側(cè)或同側(cè)的單極貼片和導體地板構成，通過匹配網(wǎng)絡、電抗加載、結構優(yōu)化、增加饋電點等實現(xiàn)天線的寬頻帶和小型化設計，利用地板中央的微帶線或共面波導進行饋電，具備體積小、剖面低、易與終端設備集成等特點，被無線通信系統(tǒng)廣泛應用。印刷單級天線超寬帶特性的實現(xiàn)一般通過優(yōu)化輻射單元、接地面和饋源結構來實現(xiàn)，就輻射單元而言，心形、U形、圓形、橢圓形、叉指形等輻射單元和地板可以等效為傳輸TEM模電磁波的均勻漸變傳輸線，因此具有不同程度的寬頻帶特性，就饋電結構而言，主要有微帶和共面波導兩種，共面波導結構由于具有較低的輻射損耗和良好的色散特性，在增加帶寬方面具有優(yōu)勢，但因自由度增加，其結構優(yōu)化難度較大，微帶天線具有體積小、重量輕、加工成本低、容易同有源器件集成等優(yōu)點。在各類超寬帶印制單極天線中，采用微帶饋電的印制矩形單極天線結構最為簡單，其它單極天線可近似為它的變形或結構優(yōu)化。利用饋電結構增加帶寬，最重要的是輻射單元下端與接地面間隙的調(diào)整，一種矩形槽地板的平面單極天線通過接地面切口，實現(xiàn)了4.8:1的阻抗帶寬。改變饋電方式也可以有效降低天線的低頻工作頻率，如使用非中心饋電或多點饋電等，可以降低低頻工作頻率。一種矩形貼片印刷單極天線將單極貼片進行階梯形過渡，通過微帶進行饋電，地板上對應開矩形的槽，相當于在貼片單元與地板之間增加一個匹配網(wǎng)絡，展寬了天線的帶寬，該天線的尺寸為16X 18mm，Sn < -1OdB的頻率覆蓋范圍3.1?11GHz。一種圓形貼片印刷單極天線使用圓形單極子貼片，利用微帶饋電，阻抗帶寬超過5.3:1,Sn < -1OdB的頻率覆蓋2.27GHz?12GHz以上。一種環(huán)形槽圓盤單極天線將圓形單極貼片外增加一圓環(huán)，通過微帶線串聯(lián)并饋電，展寬天線帶寬，在圓形貼片上開一矩形槽，通過調(diào)整槽與X軸的角度改善阻抗匹配，S11 S-1OdB的頻率覆蓋2.127?12GHz。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種尺寸小、帶寬大、結構簡單、回波損耗較低且具有較寬的阻抗帶寬和良好的全向輻射特性的超寬帶雙圓環(huán)形平面單極天線。
[0004]本實用新型的技術方案是，在FR4介質(zhì)基板上印有雙圓環(huán)形輻射單元(I)、漸變結構微帶線(2)和背面橢圓槽形地板(3)，外接同軸接頭(4)，雙圓環(huán)形輻射單元(I)采用內(nèi)徑相同且外徑不同的同心半圓環(huán)組合結構，雙圓環(huán)形輻射單元中間形成一圓形孔，漸變結構微帶線(2)下端與同軸接頭(4)內(nèi)導體相連，便于外接同軸電纜，在介質(zhì)基板背面下端的矩形地板上設有以輻射單元中心為圓心，軸比為1.3的橢圓凹槽，形成橢圓槽形地板(3)，與輻射單元之間設有一定的縫隙。
[0005]本實用新型的效果在于:本天線具有超寬帶、尺寸小、結構簡單、便于加工等特點，通過調(diào)整上下圓環(huán)外徑、圓孔直徑、橢圓槽形半徑，展寬阻抗帶寬，利用漸變微帶線作為饋源，能夠改善低頻段的駐波特性，增加低頻有效電流路徑長度。該天線具有超寬帶特性，有效工作帶寬覆蓋2.8?13.5GHz，輻射特性好，增益穩(wěn)定，達到短距超寬帶通信應用的要求。
【附圖說明】
[0006]圖1是本實用新型實例xoy方向的結構示意圖。
[0007]圖2是本實用新型實例zoy方向的結構示意圖。
[0008]圖3是本實用新型實例xoz方向的結構示意圖。
[0009]圖4是實用新型實例反射系數(shù)Sn隨參數(shù)^2的變化曲線。
[0010]圖5本實用新型實例反射系數(shù)Sn隨參數(shù)r3的變化曲線。
[0011]圖6本實用新型實例反射系數(shù)Sn隨參數(shù)r4的變化曲線。
[0012]圖7本實用新型實例的阻抗頻率特性。
[0013]圖8本實用新型實例實測反射系數(shù)Sn曲線與仿真結果比較。
[0014]圖9是本實用新型實例在頻率為3、6、9GHz時的E面增益方向圖。
[0015]圖10是本實用新型實例在頻率為3、6、9GHz時的H面增益方向圖。
【具體實施方式】
[0016]本實用新型的【具體實施方式】是:如圖1、2、3所示，一種超寬帶雙圓環(huán)形平面單極天線是由印制在介質(zhì)基板上的雙圓環(huán)形輻射單元(I)、漸變結構微帶線(2)、背面橢圓槽形地板(3)和外接同軸接頭(4)構成。雙圓環(huán)形輻射單元(I)采用內(nèi)徑相同且外徑不同的同心半圓環(huán)組合結構，展寬天線頻帶，雙圓環(huán)形輻射單元中間形成一圓形孔，通過調(diào)整圓孔半徑，改變輻射單元表面電流分布，降低所需帶寬內(nèi)駐波比，從而調(diào)節(jié)阻抗匹配，改進天線的全向性，通過漸變結構微帶線(2)對輻射單元饋電，在優(yōu)化阻抗匹配的同時降低輻射損耗，改善低頻段的駐波特性，增加低頻有效電流路徑長度，漸變結構微帶線(2)的下端與同軸接頭
(4)內(nèi)導體相連，以便外接同軸線，在介質(zhì)基板背面下端的矩形地板上設有以輻射單元中心為圓心，軸比為1.3的橢圓凹槽，形成橢圓槽形地板(3)，與輻射單元之間設有一定的縫隙，相當于一個匹配網(wǎng)絡，進一步展寬天線的阻抗帶寬，并實現(xiàn)全向性輻射。
[0017]選擇介電常數(shù)er= 3.0的FR4型雙面敷銅介質(zhì)基板，厚度h = 1mm，介質(zhì)損耗為
0.001。介質(zhì)基板I = 40mm、寬W = 40mm。微帶天線具有體積小、重量輕、加工成本低、容易同有源器件集成等優(yōu)點。要實現(xiàn)雙圓環(huán)單極天線的超寬帶特性應調(diào)整W1、W2，使其產(chǎn)生附加電抗特性，以進一步補償隨頻率變化的電抗參量，從而展寬帶寬。為達到尺寸小型化，微帶線高度I2的可取略大于1/4等效波長，而微帶線