專利名稱：平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超寬帶印刷偶極天線，具體涉及平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線。
背景技術(shù)：
超寬帶(Ultra-Wide Band, UWB)技術(shù)的最初形式為脈沖無線通信,起源于20世紀40年代，從其出現(xiàn)到20世紀90年代之前，UffB技術(shù)作為軍事技術(shù)在雷達和低截獲率等通信設備中使用。在20世紀60年代時域電磁學的研究中，超寬帶技術(shù)用于通過沖激響應完整地描述某ー類微波網(wǎng)絡的瞬時特性。美國0SD/DARPA(The Defense Advanced ResearchProject Agency and the Office of the Secretary of Defense)提出并經(jīng)UWB Group 認可，首先定義了 “超寬帯”概念。 在美國有關(guān)UWB技術(shù)的絕大部分早期研究工作，特別是沖激無線電通信領(lǐng)域，均在機密的美國政府計劃下支持完成。1994年以后，保密限制才逐漸解除，從而大大加快了這一方面的研究。2002年2月14日，超寬帶技術(shù)獲得了 FCC的批準用于民用通信。FCC定義超寬帶的含義是信號的相對帶寬大于等于20%，或者絕對帶寬大于500MHz。由于超寬帶技術(shù)對帶寬的要求，時域上的脈沖信號可以滿足這ー要求。脈沖源的頻譜通常具有一定的帶寬，在應用中常常會遇到估計脈沖信號所包含的普分量信息，例如最高頻率分量和頻寬。理論上，可以通過FFT變換得到信號的頻譜，常用的脈沖源有高斯脈沖、微分高斯脈沖、升余弦函數(shù)等。UffB技術(shù)在寬帶通信、擴頻通信、探地雷達、沖擊雷達、電磁兼容等領(lǐng)域有廣泛的應用。它主要朝高峰值功率、窄脈沖和重復頻率的方向發(fā)展，它具有GHz量級的帶寬，并引起發(fā)射能量相當小，因此可能在不占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源的情況下帶來一種全新的語音及數(shù)據(jù)通信方式。天線是超寬帶系統(tǒng)中發(fā)射和接收信號的關(guān)鍵部件，隨著超寬帶技術(shù)的廣泛應用，對超寬帶天線的研究也日益變得重要，超寬帶天線的設計也越來越受到人們的重視，新形式和新性能的超寬帶天線不斷涌現(xiàn)。超寬帶天線同時也帶動寬帶頻譜儀和接收機的發(fā)展，促使寬帶天線在EMC的整個頻段范圍內(nèi)有良好的接收和發(fā)射性能。UffB適用于高速、近距離的無限個人通信，如當前的WLAN的各種應用，也適用于短距離數(shù)字化的音視頻無限鏈接，短距離寬帶高速無接入等相關(guān)民用領(lǐng)域。值得說明，在UWB技術(shù)里規(guī)定的室內(nèi)UWB通信的實際使用頻譜范圍為3. I 10. 6GHz，其比帶寬(最高頻率與最低頻率之比)為3. 42 I ;同時規(guī)定對中心頻率大于2. 5GHz的UWB系統(tǒng)需要擁有至少-IOdB的500MHz帶寬，而對中心頻率低于2. 5GHz的UWB系統(tǒng)，相對帶寬至少應達到20%。隨著超寬帶通信方式的提出，工作于3. I 106GHz的寬頻帶天線層出不窮，主要以雙錐天線的各種演變形式為主，這包括蝶形天線、淚滴天線、漸變槽縫天線等及其變形形式。另外超寬帶天線還包括TEM喇叭天線、反射面天線、透鏡反射面天線以及超寬帶天線陣列等?，F(xiàn)有的超寬帶線極化天線包括曲折臂天線、線錐天線和蝶形線天線以及ー些異形振子單極天線，上述線天線均具有寬帶特性，但現(xiàn)有的超寬帶線天線存在寬帶指標低、饋電平衡性差、全向性方向圖帶寬低以及尺寸較大，不能適用于電磁環(huán)境監(jiān)測、頻譜測量設備等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有超寬帶天線的平面化、超寬帶化和小型化平衡饋電及方向圖對稱性較差的問題，進而提出平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線。本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明包括介質(zhì)板、組合半圓形對稱振子左側(cè)振子、組合半圓形對稱振子右側(cè)振子、金屬片、平衡微帶線下貼片、金屬化過孔和平衡微帶線上貼片，組合半圓形對稱振子左側(cè)振子與組合半圓形對稱振子右側(cè)振子沿介質(zhì) 板的中線對稱印刷在介質(zhì)板的上表面上，且組合半圓形對稱振子左側(cè)振子的直邊與中線平行并遠離中線，平衡微帶線上貼片沿介質(zhì)板中線的長度方向印刷在介質(zhì)板的上表面上，且平衡微帶線上貼片的下端與介質(zhì)板的下邊緣接觸，平衡微帶線下貼片沿介質(zhì)板中線的長度方向印刷在介質(zhì)板的下表面上，且平衡微帶線下貼片的下端與介質(zhì)板的下邊緣接觸，金屬化過孔通過金屬片與平衡微帶線下貼片的上端連接。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明為平面印刷型天線，尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，可集成到移動終端的電路板上，極大地實現(xiàn)了天線的小型化，本發(fā)明的饋電形式為平衡微帶線饋電，所占面積僅為天線面積的1.5%，具有很好的小型化效果，同時，這種平衡微帶線饋電形式可以適用于同軸線等傳統(tǒng)饋線饋電，也可以適用于現(xiàn)代集成傳輸線饋電；這樣ー來，適用范圍廣，既可以用同軸線饋電，也可以與印刷電路板集成。本發(fā)明所提出的天線輻射體為對稱振子結(jié)構(gòu)，方向圖具有対稱性。


圖I是本發(fā)明上表面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明下表面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖I的俯視圖，圖4是本發(fā)明天線反輻射系數(shù)測試結(jié)果，圖5是2. 5GHz時天線的E面方向圖實驗結(jié)果，圖中measured是測試結(jié)果曲線，simulated是仿真結(jié)果曲線，圖6是2. 5GHz時天線的H面方向圖實驗結(jié)果，圖中measured是測試結(jié)果曲線，simulated是仿真結(jié)果曲線。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線包括介質(zhì)板I、組合半圓形對稱振子左側(cè)振子2、組合半圓形對稱振子右側(cè)振子3、金屬片4、平衡微帶線下貼片5、金屬化過孔6和平衡微帶線上貼片7，組合半圓形對稱振子左側(cè)振子2與組合半圓形對稱振子右側(cè)振子3沿介質(zhì)板I的中線對稱印刷在介質(zhì)板I的上表面上，且組合半圓形對稱振子左側(cè)振子2的直邊與中線平行并遠離中線，平衡微帶線上貼片7沿介質(zhì)板I中線的長度方向印刷在介質(zhì)板I的上表面上，且平衡微帶線上貼片7的下端與介質(zhì)板I的下邊緣接觸，平衡微帶線下貼片5沿介質(zhì)板I中線的長度方向印刷在介質(zhì)板I的下表面上，且平衡微帶線下貼片5的下端與介質(zhì)板I的下邊緣接觸，金屬化過孔6通過金屬片4與平衡微帶線下貼片5的上端連接。本實施方式中組合半圓形對稱振子左側(cè)振子2與組合半圓形對稱振子右側(cè)振子3構(gòu)成了天線的輻射體部分；平衡微帶線下貼片5與平衡微帶線上貼片7構(gòu)成了平衡微帶饋電線部分，組合半圓形對稱振子左側(cè)振子2與組合半圓形對稱振子右側(cè)振子3降低了結(jié)構(gòu)的突變部分導致的電磁波反射，拓寬了天線阻抗帶寬，從而達到了超寬帶特性。
具體實施方式
ニ 結(jié)合圖I和圖2說明本實施方式，本實施方式所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線的介質(zhì)板I的長度Ls為46mm,介質(zhì)板I的寬度Ws為36. 2mm,介質(zhì)板I的厚度Hs為I. 5mm,介質(zhì)板I是耐火材料等級為FR-4的耐火材料制作的。本實施方式中FR-4是ー種耐火材料等級的代號，所代表的意思是樹脂材料經(jīng)過燃燒狀態(tài)必須能夠自行熄滅的ー種材料規(guī)格，它不是ー種材料名稱，而是ー種材料等級。
其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線的組合半圓形對稱振子左側(cè)振子2由第一半圓片2-1、第二半圓片2-2和第三半圓片2-3組成，第三半圓片2-3、第二半圓片2_2、第一半圓片
2-1沿水平方向由左至右依次搭接，第一半圓片2-1的半徑為R1，第二半圓片2-2的半徑為R2，第三半圓片2-3的半徑為R3，且R1 : R2 : R3 = 4 : 2 : I。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線的第一半圓片2-1的半徑R1 = 14_，第二半圓片2-2的半徑R2 = 7_，第三半圓片2-3的半徑R3 = 3. 5_。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線的組合半圓形對稱振子右側(cè)振子3由第四半圓片
3-1、第五半圓片3-2和第六半圓片3-3組成，第四半圓片3-1、第五半圓片3-2、第六半圓片3-3沿水平方向由左至右依次搭接，第四半圓片3-1的半徑為R4，第五半圓片3-2的半徑為R5，第六半圓片3-3的半徑為R6，且R4 : R5 : R6 = 4 : 2 : I。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線的第四半圓片3-1的半徑R4 = 14_，第五半圓片3-2的半徑R5 = 7mm,第六半圓片5_3的半徑R6 = 3. 5_。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線的平衡微帶線下貼片(5)的長邊長度L5為22. 55mm，平衡微帶線下貼片5的短邊長度L6為8mm，平衡微帶線下貼片5的第一平衡微帶線寬度Wf1為1.1mm。其其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線的平衡微帶線上貼片7的長邊長度L2為22. 55mm，平衡微帶線上體貼片7的短邊長度L1為12mm，平衡微帶線上貼片7的第二平衡微帶線寬度Wf2為I. 1mm。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線的金屬片4的長度L3為2. 6mm,金屬片4底邊與介質(zhì)板I底邊之間的距離L4為21. 45mm。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線的組合半圓形對稱振子左側(cè)振子2與組合半圓形對稱振子右側(cè)振子3之間距離L7為I. 6mm。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一、ニ、三、四、五、六、七、八或九相同。工作原理本發(fā)明的組合半圓形對稱振子左側(cè)振子2與組合半圓形對稱振子右側(cè)振子3為天線的輻射體，金屬輻射體表面的電流主要分布在金屬片4的邊緣，邊緣的電流對輻射體的 貢獻是主要的。本發(fā)明印刷偶極天線能夠形成全向輻射，由于駐波電流的輻射會在其E面形成兩個主瓣，其方向垂直于電流的流向，通過組合半圓形對稱振子左側(cè)振子2與組合半圓形對稱振子右側(cè)振子3對稱設置，使兩個駐波電流的主瓣的場疊加，形成ー個在天線E面是8字形的方向圖，從而實現(xiàn)天線的全向輻射。從圖4的測試結(jié)果可以看出，天線在2. 8-20GHz的頻帶內(nèi)反射系數(shù)低于-IOdB,比帶寬為7.1 1，覆蓋了整個C/X/Ku波段，部分覆蓋了 S和K波段，達到了超寬帶天線的指標，也到達了 FCC (美國聯(lián)邦通訊委員會)規(guī)定的覆蓋3. 1-10. 6GHz的要求。從圖5和圖6的測試結(jié)果可以看出，天線在2. 5GHz時E面方向圖呈現(xiàn)8字，H面方向圖呈現(xiàn)近似圓形，是典型的全向輻射天線的方向圖，介質(zhì)材料存在的問題和測試時夾具的影響會使天線方向圖的副瓣與仿真結(jié)果存在一定差異，所以本發(fā)明天線可以用于全方位的電磁波發(fā)射和接收。
權(quán)利要求
1.平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，其特征在于所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子結(jié)構(gòu)的超寬帶印刷偶極天線包括介質(zhì)板(I)、組合半圓形對稱振子左側(cè)振子(2)、組合半圓形對稱振子右側(cè)振子(3)、金屬片(4)、平衡微帶線下貼片(5)、金屬化過孔(6)和平衡微帶線上貼片(7)，組合半形對稱振子左側(cè)振子(2)與組合半圓形對稱振子右側(cè)振子(3)沿介質(zhì)板(I)的中線對稱印刷在介質(zhì)板(I)的上表面上，且組合半圓形對稱振子左側(cè)振子(2)的直邊與中線平行并遠離中線，平衡微帶線上貼片(7)沿介質(zhì)板(I)中線的長度方向印刷在介質(zhì)板(I)的上表面上，且平衡微帶線上貼片(7)的下端與介質(zhì)板(I)的下邊緣接觸，平衡微帶線下貼片(5)沿介質(zhì)板(I)中線的長度方向印刷在介質(zhì)板(I)的下表面上，且平衡微帶線下貼片(5)的下端與介質(zhì)板(I)的下邊緣接觸，金屬化過孔(6)通過金屬片(4)與平衡微帶線下貼片(5)的上端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，其特征在于介質(zhì)板⑴的長度(Ls)為46mm,介質(zhì)板⑴的寬度(Ws)為36. 2mm,介質(zhì)板⑴的厚度(Hs)為I. 5mm,介質(zhì)板(I)是耐火材料等級為FR-4的耐火材料制作的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，其特征在于組合半圓形對稱振子左側(cè)振子(2)由第一半圓片(2-1)、第二半圓片(2-2)和第三半圓片(2-3)組成，第三半圓片(2-3)、第二半圓片(2-2)、第一半圓片(2-1)沿水平方向由左至右依次搭接，第一半圓片(2-1)的半徑為R1，第二半圓片(2-2)的半徑為R2，第三半圓片(2-3)的半徑為 R3,且 R1 : R2 : R3 = 4 : 2 : I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，其特征在于第一半圓片(2-1)的半徑R1 = 14mm,第二半圓片(2_2)的半徑R2 = 7mm,第三半圓片(2-3)的半徑 R3 = 3. 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，其特征在于組合半圓形對稱振子右側(cè)振子(3)由第四半圓片(3-1)、第五半圓片(3-2)和第六半圓片(3-3)組成，第四半圓片(3-1)、第五半圓片(3-2)、第六半圓片(3-3)沿水平方向由左至右依次搭接，第四半圓片(3-1)的半徑為R4，第五半圓片(3-2)的半徑為R5，第六半圓片(3-3)的半徑為 R6,且 R4 : R5 : R6 = 4 : 2 : I。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，其特征在于第四半圓片(3-1)的半徑R4= 14mm,第五半圓片(3_2)的半徑R5 = 7mm,第六半圓片(5-3)的半徑 R6 = 3. 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，其特征在于平衡微帶線下貼片(5)的長邊長度(L5)為22. 55mm，平衡微帶線下貼片(5)的短邊長度(L6)為8mm，平衡微帶線下貼片(5)的第一平衡微帶線寬度(Wf1)為I. 1mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，其特征在于平衡微帶線上貼片(7)的長邊長度(L2)為22. 55mm，平衡微帶線上體貼片(7)的短邊長度(L1)為12mm，平衡微帶線上貼片(7)的第二平衡微帶線寬度(Wf2)為I. 1mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，其特征在于金屬片(4)的長度(L3)為2. 6_，金屬片(4)底邊與介質(zhì)板(I)底邊之間的距離(L4)為 21. 45mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，其特征在干組合半圓形對稱振子左側(cè)振子(2)與組合半圓形對稱振子右側(cè)振子⑶之間距離(L7)為I. 6mm。全文摘要
平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線，它涉及超寬帶印刷偶極天線，具體涉及平衡微帶線饋電組合半圓片形振子超寬帶印刷偶極天線。本發(fā)明為解決現(xiàn)有超寬帶天線的平面化、超寬帶化和小型化平衡饋電及方向圖對稱性較差的問題。本發(fā)明組合半圓形對稱振子左側(cè)振子與組合半圓形對稱振子右側(cè)振子沿介質(zhì)板的中線對稱印刷在介質(zhì)板的上表面上，平衡微帶線上貼片沿介質(zhì)板中線的長度方向印刷在介質(zhì)板的上表面上，平衡微帶線下貼片沿介質(zhì)板中線的長度方向印刷在介質(zhì)板的下表面上，且平衡微帶線下貼片的下端與介質(zhì)板的下邊緣接觸，金屬化過孔通過金屬片與平衡微帶線下貼片的上端連接。本發(fā)明用于接收和發(fā)射輻射信號。
文檔編號H01Q1/50GK102694252SQ201210190018
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者劉家宏, 劉夢芊, 吳迪, 林澍, 田雨, 陸加 申請人:哈爾濱工業(yè)大學