專利名稱：：低輪廓超寬帶犁形天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于無線通信天線，具體是一種犁形天線，主要應(yīng)用于超寬帶低輪廓天線陣列。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)代通信為了實現(xiàn)全球范圍的無縫覆蓋，可以同時進(jìn)行語音、文本、圖像、視頻的高速多媒體通信，通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是包含多種通信技術(shù)的有線無線相結(jié)合的綜合網(wǎng)絡(luò)。在這樣的背景下，由于超寬帶技術(shù)具有極大的帶寬，極低的功率，可實現(xiàn)現(xiàn)有頻率資源復(fù)用等顯著特點。在不占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源情況下帶來一種全新的話音和數(shù)據(jù)通信方式。實現(xiàn)天線的極大帶寬是需要解決的首要問題。常規(guī)的無線電通信基于傳統(tǒng)的天線理論,天線上的電流是按正弦規(guī)律變化的，使用的天線大都是諧振天線，相對帶寬很窄。犁形天線則是超寬帶天線里一種比較好的實現(xiàn)方式。但由于傳統(tǒng)犁形天線其縱向輪廓一般都有幾個波長，這使得該天線組成陣列以后，陣面輪廓較高，特別是應(yīng)用于低頻段時，顯得極為龐大。所以急需設(shè)計一種低輪廓的犁形天線用以滿足現(xiàn)代無線通信陣列天線的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)犁形天線輪廓高的問題，提供一種低輪廓超寬帶犁形天線，以減低天線的縱向輪廓，避免天線性能的惡化，滿足超寬帶陣列的低輪廓要求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括共面波導(dǎo)阻抗變換器、開路腔和左右對稱的指數(shù)狀輻射體，共面波導(dǎo)阻抗變換器的左槽線與指數(shù)狀輻射體過渡連接，右槽線與開路腔連接，中心導(dǎo)帶與右側(cè)指數(shù)狀輻射體連接，其中每個指數(shù)狀輻射體上，開有雙"工"形加載槽；共面波導(dǎo)阻抗變換器的中心導(dǎo)帶為矩形階梯漸變結(jié)構(gòu)。所述的雙"工"形加載槽為上下結(jié)構(gòu)，上"工"形的下橫加載槽與4下"工"形的上橫加載槽通過橫窄槽線連接。所述的共面波導(dǎo)阻抗變換器的中心導(dǎo)帶由六段寬度不等的矩形階梯阻抗變換線連接組成。所述的開路腔由兩條夾角60°的等長直線與它們之間的圓弧線組成。本發(fā)明與傳統(tǒng)犁形天線相比，具有如下優(yōu)點1)改善了天線輻射方向圖的前后比，提高了定向性。由于傳統(tǒng)犁形天線是依靠高輪廓即較長的指數(shù)線來保證天線的方向性，但在降低天線的縱向輪廓時，天線上的部分面電流會向后流動，形成后向輻射，削弱天線的定向性，為此本發(fā)明在指數(shù)狀輻射體上釆用的雙"工"形加載槽，有效地遏制了傳統(tǒng)犁形天線表面的后向電流，使面電流盡量沿指數(shù)線向前流動形成輻射，從而極大地改善了天線輻射方向圖的前后比，具有很好的定向性。2)展寬了阻抗帶寬由于傳統(tǒng)犁形天線依靠較寬的橫向尺寸保證阻抗帶寬，在降低橫向尺寸后，天線的帶寬會受到限制，而加載槽的設(shè)計使天線在較小的橫向尺寸情況下具有超寬帶特性，且開路腔的形狀設(shè)計，較之傳統(tǒng)矩形開路腔具有超寬帶特性。3)實現(xiàn)了天線的低輪廓小型化傳統(tǒng)的微帶多級l/4入阻抗變換器，每一段長度都是l/4入，在使用六級變換線的情況下，總長度達(dá)1.5入。本發(fā)明設(shè)計的共面波導(dǎo)阻抗變換器長度為0.15入o，僅為微帶阻抗變換器的10%，當(dāng)頻率較低，波長較長時,這樣的設(shè)計極為可觀低降低了天線的縱向輪廓，且共面波導(dǎo)比微帶線具有更寬的阻抗帶寬。以上設(shè)計措施保證了天線的定向性好、超寬帶和低輪廓的特征。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的共面波導(dǎo)阻抗變換器示意圖3為本發(fā)明的雙"工"形加載槽示意圖；圖4為本發(fā)明的駐波比VSWR實際測試圖5為本發(fā)明在頻率分別為fo、3f。、4fo時的E面及H面實測增益方向圖6為本發(fā)明與傳統(tǒng)犁形天線在頻率2fo時的測試方向圖對比。具體實施例方式以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和性能。參照圖l，本發(fā)明給出的實例是低輪廓犁形天線，其工作帶寬是上限頻率fH:下限頻率&=4:1。該天線主要由單面覆銅介質(zhì)板構(gòu)成，本實施案例中的覆銅介質(zhì)采用FR4材料，介電常數(shù)為4.4，厚度為1.5mm。具體結(jié)構(gòu)包括共面波導(dǎo)阻抗變換器l，開路腔2，左右對稱指數(shù)狀輻射體3和雙"工"形加載槽4四部分。共面波導(dǎo)阻抗變換器1的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由共面波導(dǎo)中心導(dǎo)帶11、左槽線12和右槽線13構(gòu)成。共面波導(dǎo)中心導(dǎo)帶11設(shè)計為六段寬度漸變的矩形階梯阻抗變換線，并將其左槽線12與指數(shù)狀輻射體3連接，右槽線13與開路腔2連接。階梯阻抗變換線可以有效展寬饋線帶寬，且該變換段長度比傳統(tǒng)的微帶變換段長度減少很多，本實施例采用的變換線總長度為0.15入o，入o為最低工作頻率對應(yīng)的在自由空間中的波長，而傳統(tǒng)微帶變換線每段長度為0.25"，總共需1.5入o，極大地減小了縱向尺寸，實現(xiàn)天線的低輪廓。開路腔2由兩條夾角60°的等長直線與它們之間的圓弧線組成。其功能是在整個超寬帶工作頻帶內(nèi)，將共面波導(dǎo)右槽線13中的電場開路。由于開路腔2采用了漸變結(jié)構(gòu)，使得饋線部分的寬帶性能得以實現(xiàn)。左右對稱的指數(shù)狀輻射體3是天線輻射的主要區(qū)域，由兩條左右對稱的指數(shù)線構(gòu)成。其起始窄縫隙部分決定天線的高頻輻射性能，開口寬縫隙部分決定低頻輻射性能，使之成為一種行波結(jié)構(gòu)，極大地增加了天線的帶寬。該輻射指數(shù)線的具體形式?jīng)Q定了天線的方向圖特性和阻抗帶寬特性。在左右對稱的指數(shù)狀輻射體3上，腐蝕形成雙"工"形加載槽4。參照圖3，本發(fā)明的雙"工"形加載槽4為上下結(jié)構(gòu)，其中上"工"形的下橫加載槽43與下"工"形的上橫加載槽45通過橫窄槽線44連接，上"工"形的上橫加載槽41長度與上"工"形的下橫加載槽43之比為2:1，上"工"形的下橫加載槽43與指數(shù)狀輻射體3邊緣貫通，上"工"形的豎加載槽42位于上"工"形的上橫加載槽41的右側(cè)1/6處和下橫加載槽43的右側(cè)5/8處；該上"工"形的豎加載槽42與該上"工"形的上橫加載槽41和下橫加載槽43的長度比分別為1:7.5和l:4，寬度比為l:1。下"工"形的上橫加載槽45與下"工"形的下橫加載槽47的長度比為1:l丄下"工"形的豎加載槽46位于下"工"形的上橫加載槽45的1/2處和下"工"形的下橫加載槽47的右側(cè)5/11處；該下"工"形的豎加載槽46與該下"工"形的上橫加載槽45和下橫加載槽47長度比分別為3:5和6:11，寬度比為2:1;上"工"形的上橫加載槽41與下"工"形的上橫加載槽45長度之比為3:2。這個開槽結(jié)構(gòu)遏制了傳統(tǒng)犁形天線在天線輻射銅層上的后向電流，使得后向輻射大為減少。整個天線的能量在共面波導(dǎo)阻抗變換器1處饋入，采用50Q同軸線饋電，能量沿共面波導(dǎo)經(jīng)阻抗變換后傳遞至指數(shù)狀輻射體3處，再經(jīng)由指數(shù)狀輻射體3向自由空間輻射出去。本發(fā)明的效果，通過以下實測結(jié)果進(jìn)一步說明圖4給出了該天線的駐波比VSWR實際測試圖，從圖4中可以看出來，絕大部分帶寬均在2以下。由于超寬帶天線駐波實測指標(biāo)可以放寬至2.5~3以下，故本發(fā)明完全達(dá)到駐波要求。圖5給出了天線分別在fo、2fo、3fo、4fo時的E面及H面增益方向圖。其中，圖5(a)為本發(fā)明在頻率為fo時的E面實測增益方向圖；圖5(b)為本發(fā)明在頻率為f。時的H面實測增益方向圖；圖5(c)為本發(fā)明在頻率為3fo時的E面實測增益方向圖；圖5(d)為本發(fā)明在頻率為3fo時的H面實測增益方向圖；圖5(e)為本發(fā)明在頻率為4fo時的E面實測增益方向圖；圖5(f)為本發(fā)明在頻率為4fo時的H面實測增益方向圖。從圖(5)可以看出，天線在整個工作頻帶內(nèi)E面、H面方向圖具有明顯的前后比，方向圖特性良好。在這些頻點上的方向圖前后比,如表1所示表l低輪廓犁形天線方向圖前后比測試結(jié)果7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表1可以看出來，犁形天線使用開槽結(jié)構(gòu)以后，其前后比明顯改善，特別是對于低頻段，傳統(tǒng)犁形天線后向電流很強，而通過使用該開槽結(jié)構(gòu)以后，前后比大大增加了。圖6給出了本發(fā)明與傳統(tǒng)犁形天線在頻率為2/。時的E面和H面方向圖測試結(jié)果對比。其中，圖6(a)為未開雙"工"字型槽天線在2/。時的E面方向圖；圖6(b)為未開雙"工"字型槽天線在2/。時的H面方向圖；圖6(c)為開雙"工"字型槽天線在2/。時的E面方向圖；圖6(d)為開雙"工"字型槽天線在2/。時的H面方向從圖6對比中可以明顯看到兩種天線前后比的改善，同時天線波束寬度進(jìn)一步展寬。傳統(tǒng)犁形天線只有在縱向尺寸大于至少入o時，天線的方向圖才有較好的輻射定向性，而本發(fā)明只有0.258入o,極大地減小了尺寸，實現(xiàn)了低輪廓。傳統(tǒng)犁形天線只有在橫向尺寸大于至少1/2入o時才能保證超寬帶，而加載槽的設(shè)計使得天線橫向尺寸在0.33入0時就達(dá)到要求，可見，雙"工"形加載槽對于天線的低輪廓、超寬帶性能起著決定性作用。從表1和圖4、圖5、圖6這些實測結(jié)果可見，本發(fā)明提供了一個具有優(yōu)良機械和輻射性能的低輪廓超寬帶犁形天線實例，該天線具有加工方便，調(diào)試簡單的特點，可以廣泛用于超寬帶通信中。在相關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
，本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思和方案，具有極高應(yīng)用價值。權(quán)利要求1.一種低輪廓超寬帶犁形天線，包括共面波導(dǎo)阻抗變換器(1)、開路腔(2)和左右對稱的指數(shù)狀輻射體(3)，共面波導(dǎo)阻抗變換器(1)的左槽線(12)與指數(shù)狀輻射體(3)過渡連接，右槽線(13)與開路腔(2)連接，中心導(dǎo)帶(11)與右側(cè)指數(shù)狀輻射體連接，其特征在于每個指數(shù)狀輻射體(3)上，開有雙“工”形加載槽(4)；共面波導(dǎo)阻抗變換器(1)的中心導(dǎo)帶(11)為矩形階梯漸變結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低輪廓超寬帶犁形天線，其特征在于雙"工"形加載槽(4)為上下結(jié)構(gòu)，上"工"形的下橫加載槽(43)與下"工"形的上橫加載槽(45)通過橫窄槽線(44)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低輪廓超寬帶犁形天線，其特征在于上"工"形的上橫加載槽(41)長度與上"工"形的下橫加載槽(43)之比為2:1，上"工"形的下橫加載槽(43)與指數(shù)狀輻射體(3)邊緣貫通。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低輪廓超寬帶犁形天線，其特征在于上"工"形的豎加載槽(42)位于上"工"形的上橫加載槽(41)的右側(cè)1/6處和下橫加載槽(43)的右側(cè)5/8處，該上"工"形的豎加載槽(42)與該上"工"形的上橫加載槽(41)和下橫加載槽(43)的長度比分別為l:7.5和1:4，寬度比為l:1。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低輪廓超寬帶犁形天線，其特征在于下"工"形的上橫加載槽(45)與下"工"形的下橫加載槽(47)的長度比為1:1.1，下"工"形的豎加載槽(46)位于下"工"形的上橫加載槽(45)的中心和下"工"形的下橫加載槽(47)的右側(cè)5/11處，該下"工"形的豎加載槽(46)與該下"工"形的上橫加載槽(45〉和下橫加載槽(47)長度比分別為3:5和6:U，寬度比為2:1。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低輪廓超寬帶犁形天線，其特征在于上"工"形的上橫加載槽(41)與下"工"形的上橫加載槽(45)長度之比為3:2。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低輪廓超寬帶犁形天線，其特征在于上"工"形的豎加載槽(42)與下"工"形的豎加載槽(46)長度比為3:1，寬度比為2:1。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低輪廓超寬帶犁形天線，其特征在于共面波導(dǎo)阻抗變換器(1)的中心導(dǎo)帶(11)由六段寬度不等的矩形階梯阻抗變換線連接組成。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低輪廓超寬帶犁形天線，其特征在于開路腔(2)由兩條夾角60。的等長直線與它們之間的圓弧線組成。全文摘要本發(fā)明公開了一種低輪廓超寬帶犁形天線。它由介質(zhì)基板及覆在上面的單層輻射銅層組成，銅層上包括共面波導(dǎo)阻抗變換器(1)、開路腔(2)和左右對稱的指數(shù)狀輻射體(3)，共面波導(dǎo)阻抗變換器(1)的左槽線(12)與指數(shù)狀輻射體(3)過渡連接，右槽線(13)與開路腔(2)連接，中心導(dǎo)帶(11)與右側(cè)指數(shù)狀輻射體連接，每個指數(shù)狀輻射體(3)上，開有雙“工”形加載槽(4)，該雙“工”形加載槽(4)為上下結(jié)構(gòu)，上“工”形的下橫加載槽(43)與下“工”形的上橫加載槽(45)通過橫窄槽線(44)連接；共面波導(dǎo)阻抗變換器(1)的中心導(dǎo)帶(11)為矩形階梯漸變結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，覆蓋4∶1帶寬，定向性好，可用于超寬帶無線通信領(lǐng)域。文檔編號H01Q1/36GK101577363SQ20091002287公開日2009年11月11日申請日期2009年6月5日優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日發(fā)明者吳青鋒,濤應(yīng),張小苗,李晉陽申請人:西安電子科技大學(xué)