專利名稱：一種超寬頻天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超寬頻天線，可用于全球微波互聯(lián)接入Wimax，無(wú)線局域網(wǎng)WLAN，特高頻X雷達(dá)波段和特高頻Ku雷達(dá)波段進(jìn)行通信。
背景技術(shù)：
微帶天線以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低剖面、一維小型化以及易集成等特點(diǎn)，滿足了現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)和要求，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)的優(yōu)劣，取決于天線、發(fā)射機(jī)功率、接收機(jī)靈敏度和信號(hào)處理等方面，而天線則起到關(guān)鍵性的作用。與以往的單制式通信標(biāo)準(zhǔn)相比，目前的營(yíng)銷商更希望不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以應(yīng)用在同一天線中，針對(duì)完全不同的網(wǎng)絡(luò)采用不同的通信編碼方式，這就要求天線具有多種性能。超寬頻多帶圓極化天線融合了超寬頻天線和多帶圓極化天線的特性，具有很高的科研價(jià)值。超寬頻天線的實(shí)現(xiàn)使天線覆蓋了一定無(wú)線通信范圍內(nèi)的所有波段，為系統(tǒng)提供多種通信信道，滿足了天線收發(fā)一體化及其擴(kuò)展通信容量的需求，并簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。超寬頻多帶圓極化天線，在超·寬頻通帶實(shí)現(xiàn)多個(gè)工作帶內(nèi)的圓極化工作模，實(shí)現(xiàn)頻率和極化復(fù)用，不僅能提高天線性能，而且在很大程度上能降低整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)的成本。超寬頻多帶圓極化天線，被普遍應(yīng)用于雷達(dá)衛(wèi)星、射頻識(shí)別、導(dǎo)航遙感、電子偵察和干擾等系統(tǒng)中，主要實(shí)現(xiàn)地面通信的極化分集、極化隔離；移動(dòng)電臺(tái)、衛(wèi)星通信的收發(fā)共用、頻率共用、頻率捷變、抗多徑衰落等。然而由于天線本身的多功性能，導(dǎo)致了天線結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。微帶天線基本上可以分為微帶貼片天線、微帶行波天線和微帶縫隙天線三類；微帶貼片天線按貼片的不同形狀可分為矩形微帶天線、圓形微帶天線、三角形、五角形、橢圓以及其他可能的幾何圖形微帶天線；按實(shí)現(xiàn)方法大致可分為兩類，即單層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的微帶天線和層疊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的微帶天線；微帶天線饋電方式也有多種，實(shí)際中應(yīng)用最多的是同軸線饋電、微帶線饋電和縫隙稱合饋電三種方式。目前，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了有關(guān)天線實(shí)現(xiàn)超寬頻多帶圓極化特性的一系列研究工作，并取得了一些成果。研究中多采用單極子天線結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)天線的超寬帶特性，方法簡(jiǎn)單易行，但這種天線的極化模式一般為線極化，較難實(shí)現(xiàn)天線的多帶圓極化功能。有些研究人員在天線中采用多個(gè)正交的饋源或多層介質(zhì)基板，來(lái)實(shí)現(xiàn)多帶圓極化特性，這種結(jié)構(gòu)雖然圓極化性能良好，但天線很難實(shí)現(xiàn)超寬帶特性，且本身增加了天線的復(fù)雜性和不同頻段和極化間的耦合，導(dǎo)致天線成本和調(diào)試難度的增加。還有些研究采用的是由曲線微帶線構(gòu)成的多帶圓極化天線，這種結(jié)構(gòu)形式不規(guī)則，無(wú)法用數(shù)值方法確定其饋電位置，在實(shí)際中不常見(jiàn)，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，主要依靠實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)其目的，在實(shí)際應(yīng)用中受到了一定的限制。上面各種方法由于本身存在的不足，限制了其在移動(dòng)終端和衛(wèi)星通信領(lǐng)域的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)以上問(wèn)題，提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有四帶圓極化特性的超寬頻天線，以滿足移動(dòng)終端和衛(wèi)星通信系統(tǒng)的需求。[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型包括金屬地板,方形介質(zhì)基板,福射貼片,饋電枝節(jié),匹配枝節(jié)和微帶線饋源,所述福射貼片通過(guò)饋電枝節(jié)和匹配枝節(jié)與微帶線饋源進(jìn)行電連接，該福射貼片、饋電枝節(jié)和匹配枝節(jié)均印制在方形介質(zhì)基板的正表面上，呈軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述金屬地板刻蝕有T型槽，用以實(shí)現(xiàn)天線低頻處兩個(gè)波段的圓極化，其特征在于所述輻射貼片的中心位置上刻蝕有極化孔，該極化孔的邊緣設(shè)有兩個(gè)相互正交的矩形縫隙，兩縫隙的交點(diǎn)與極化孔的中心點(diǎn)重合。所述輻射單元為圓形或矩形或橢圓形貼片。所述輻射單元上刻蝕的極化孔用圓形或方形或橢圓形結(jié)構(gòu)。所述金屬地板的長(zhǎng)寬比為3，用作輻射貼片的輻射反射板。 所述圓形福射貼片的半徑為6mm-12mm。所述圓形極化孔的半徑在I. 5mm-3mm范圍內(nèi)可調(diào)。所述兩個(gè)矩形縫隙長(zhǎng)度不等，寬度相等，長(zhǎng)度在8mm-15mm范圍內(nèi)取值，寬度在
O.Imm-Imm范圍內(nèi)取值。所述微帶線饋源放置在方形介質(zhì)基板的邊緣。所述方形介質(zhì)基板的介電常數(shù)介于1-10之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)I.本實(shí)用新型由于在輻射貼片上刻蝕有兩個(gè)矩形縫隙，相互正交放置，交點(diǎn)與輻射貼片的中心點(diǎn)重合，通過(guò)改變輻射貼片上電流流經(jīng)的路徑，減小了天線所需輻射貼片的面積。2.本實(shí)用新型由于在輻射貼片上刻蝕有一個(gè)極化孔，增加了輻射貼片上電流的電長(zhǎng)度，從而減小了天線所需輻射貼片的面積。3.本實(shí)用新型由于采用匹配枝節(jié)調(diào)節(jié)天線的饋電，從而改善了工作頻段內(nèi)的阻抗匹配特性，提高了天線的輻射效率。4.本實(shí)用新型由于輻射貼片，饋電枝節(jié)和匹配枝節(jié)均印制在介質(zhì)基板的正表面上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，加工方便，便于與射頻前端的微波電路集成，降低了設(shè)計(jì)成本和系統(tǒng)復(fù)雜性。5.本實(shí)用新型由于在輻射單元上刻蝕有一個(gè)極化孔和兩個(gè)相交的矩形縫隙結(jié)構(gòu)，形成了特高頻X雷達(dá)波段和特高頻Ku雷達(dá)波段兩個(gè)頻段的圓極化，實(shí)現(xiàn)了較寬的圓極化帶。6.本實(shí)用新型能根據(jù)實(shí)際需求自行改進(jìn)，通過(guò)改變金屬地板、輻射單元、T型槽、極化孔和相交矩形縫隙的尺寸和位置，來(lái)調(diào)節(jié)輻射工作點(diǎn)、阻抗帶寬和極化帶寬，滿足不同的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活。

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I的側(cè)視圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；[0028]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例I的回波損耗仿真及實(shí)測(cè)曲線圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例I在3. 63GHz-3. 69GHz的軸比圖；圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例I在5. 18GHz-5. 36GHz的軸比圖；圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例I在10. 94GHZ-11. 05GHz的軸比圖；圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例I在15. 125GHz-17. 575GHz的軸比圖；圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例I在3. 7GHz處的左右旋圓極化方向圖；圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例I在5. IGHz處的左右旋圓極化方向圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施實(shí)例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述 實(shí)施例I :參見(jiàn)圖I和圖2，本實(shí)用新型的超寬頻天線，包括金屬地板1，方形介質(zhì)基板2，輻射貼片3,饋電枝節(jié)4,匹配枝節(jié)5和微帶線饋源6,所述福射貼片3通過(guò)饋電枝節(jié)4和匹配枝節(jié)5與微帶線饋源6進(jìn)行電連接,該福射貼片3、饋電枝節(jié)4和匹配枝節(jié)5均印制在介質(zhì)基板2的正表面上，呈軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)；輻射貼片3的中心位置上刻蝕有極化孔8，該極化孔8的邊緣設(shè)有兩個(gè)相互正交的矩形縫隙9和10，兩縫隙的交點(diǎn)與極化孔8的中心點(diǎn)重合；微帶線饋源6放置在介質(zhì)基板2的邊緣。所述極化孔8的形狀為圓形孔,該極化孔8的半徑設(shè)為R, R在I. 5mm-3mm范圍內(nèi)可調(diào)，通過(guò)改變R的大小，可以調(diào)節(jié)極化工作點(diǎn)和圓極化帶寬。例如R為2. 2 mm時(shí)，天線在 3. 62GHz-3. 68GHz,4. 98GHz_5. 22GHz,10. 82GHz_10. 92GHz 和 15. 15GHz_17. 7GHz 四個(gè)頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)圓極化特性;R為2. 3mm時(shí)，天線在3. 63GHz_3. 69GHz，5. 18GHz_5. 36GHz,10. 94GHz-ll. 05GHz和15. 125GHz_17. 575GHz四個(gè)頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)圓極化特性；R為2. 4mm時(shí)，天線在 3. 62GHz-3. 77GHz, 5. 14GHz_5. 34GHz, 10. 99GHz_ll. IlGHz 和 14. 675GHz_17. 875GHz四個(gè)頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)圓極化特性。本實(shí)例中，R取值為2. 3mm。所述兩個(gè)矩形縫隙9和10長(zhǎng)度不等，寬度相等，長(zhǎng)度在8mm-14mm范圍內(nèi)取值，寬度在O. Imm-Imm范圍內(nèi)取值。本實(shí)例中，矩形縫隙9的長(zhǎng)度為IOmm,寬度為O. 5mm,矩形縫隙10的長(zhǎng)度為12mm，寬度為O. 5mm，兩縫隙9和10關(guān)于極化孔8的圓心呈中心對(duì)稱放置。所述圓形極化孔8與兩個(gè)矩形縫隙9和10，共同實(shí)現(xiàn)了 10. 94GHZ-11. 05GHz和15. 125GHz-17. 575GHz 頻段的圓極化。 所述金屬地板I的長(zhǎng)寬比取值為3，用作輻射貼片3的輻射反射板，本實(shí)例中，金屬地板I的長(zhǎng)為27_，寬為9_ ;金屬地板I上刻蝕有一個(gè)T型槽7，該T型槽7包括一個(gè)縱向矩形槽和一個(gè)橫向矩形槽，縱向矩形槽的長(zhǎng)為4mm,寬為O. 6mm,橫向矩形槽的長(zhǎng)為6. 9mm,寬為 I. 3mm,實(shí)現(xiàn)了 3. 63GHz_3. 69GHz 和 5. 18GHz_5. 36GHz 頻段的圓極化。所述福射貼片3的半徑取值為8. 5mm ;介質(zhì)基板2的介電常數(shù)為4. 4,邊長(zhǎng)為27mm,厚度為Imm ;饋電枝節(jié)4的長(zhǎng)為6. 5mm,寬為I. 6mm ;匹配枝節(jié)5的長(zhǎng)為3mm,寬為2mm。實(shí)施例2 參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例中的超寬頻天線，輻射單元3為橢圓貼片，該輻射單元3上刻蝕的極化孔8采用橢圓形結(jié)構(gòu),橢圓形福射貼片3的長(zhǎng)軸半徑為8mm,短軸半徑為4mm,橢圓形極化孔8的半徑的長(zhǎng)軸半徑為3mm,短軸半徑為I. 5mm,矩形縫隙9的長(zhǎng)度為8mm,寬度為O.1mm,矩形縫隙10的長(zhǎng)度為IOmm,寬度為O. Imm,介質(zhì)基板2的介電常數(shù)為I，其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施實(shí)例I相同。實(shí)施例3 參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例中的超寬頻天線，輻射單元3為矩形貼片，該輻射單元3上刻蝕的極化孔8采用方形結(jié)構(gòu)，矩形輻射貼片3的長(zhǎng)為18mm，寬為9mm，方形極化孔8的邊長(zhǎng)為
2.3mm,矩形縫隙9的長(zhǎng)度為12mm,寬度為Imm,矩形縫隙10的長(zhǎng)度為14mm,寬度為Imm,介質(zhì)基板2的介電常數(shù)為10，其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施實(shí)例I中相同。以上是本實(shí)用新型的三個(gè)具體實(shí)例并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的任何限制。本實(shí)用新型的實(shí)例效果可通過(guò)以下結(jié)果圖進(jìn)一步說(shuō)明對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例I的回波損耗進(jìn)行仿真和測(cè)量，其結(jié)果如圖5所示，由圖5回波損耗的仿真和測(cè)量曲線圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型的超寬帶天線工作頻段覆蓋3. 2GHz-20GHz,其帶寬為16. 8GHz，相對(duì)帶寬為145%。對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例I 分別在 3. 63GHz-3. 69GHz,5. 18GHz_5. 36GHz，10. 94GHz-ll. 05GHz和15. 125GHz_17. 575GHz處的軸比進(jìn)行仿真，其結(jié)果分別如圖6、圖7、圖8和圖9所示，由圖6、圖7、圖8和圖9的軸比圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型在各頻段內(nèi)的圓極化相對(duì)帶寬分別為4%，4. 5%，1%，17. 4%，實(shí)現(xiàn)了寬極化帶寬。對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例I在3. 7GHz和5. IGHz處的左右旋圓極化方向圖進(jìn)行仿真，其結(jié)果如圖10和圖11所示，由圖10和圖11的方向圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型在3. 7GHz和5. IGHz處分別實(shí)現(xiàn)了左旋圓極化和右旋圓極化，其增益為I. 5dB以上。
權(quán)利要求1.一種超寬頻天線，包括金屬地板(1)，方形介質(zhì)基板(2),福射貼片(3),饋電枝節(jié)(4),匹配枝節(jié)(5)和微帶線饋源(6),所述福射貼片(3)通過(guò)饋電枝節(jié)(4)和匹配枝節(jié)(5)與微帶線饋源(6)進(jìn)行電連接,該福射貼片(3)、饋電枝節(jié)(4)和匹配枝節(jié)(5)均印制在方形介質(zhì)基板(2)的正表面上，呈軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述金屬地板(I)刻蝕有T型槽(7)，用以實(shí)現(xiàn)天線低頻處兩個(gè)波段的圓極化，其特征在于 所述輻射貼片(3)的中心位置上刻蝕有極化孔(8)，該極化孔(8)的邊緣設(shè)有兩個(gè)相互正交的矩形縫隙(9)和(10)，兩縫隙的交點(diǎn)與極化孔(8)的中心點(diǎn)重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種超寬頻天線，其特征在于輻射單元(3)為圓形或矩形或橢圓形貼片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超寬頻天線，其特征在于極化孔(8)為圓形或方形或橢圓形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超寬頻天線，其特征在于金屬地板(I)的長(zhǎng)寬比為3，用作輻射貼片(3)的輻射反射板。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超寬頻天線，其特征在于圓形輻射貼片(3)的半徑為4mm-9mm0
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超寬頻天線，其特征在于圓形極化孔(8)的半徑在I.5mm-3mm范圍內(nèi)可調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超寬頻天線，其特征在于兩個(gè)矩形縫隙(9、10)長(zhǎng)度不等，寬度相等，長(zhǎng)度在8mm-14mm范圍內(nèi)取值，寬度在O. Imm-Imm范圍內(nèi)取值。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超寬頻天線，其特征在于微帶線饋源(6)放置在方形介質(zhì)基板(2)的邊緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超寬頻天線，其特征在于方形介質(zhì)基板(2)的介電常數(shù)介于I-IO之間。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種超寬頻天線，該天線包括金屬地板(1)，介質(zhì)基板(2)，輻射貼片(3)，饋電枝節(jié)(4)，匹配枝節(jié)(5)和微帶線饋源(6)，該輻射貼片(3)，饋電枝節(jié)(4)和匹配枝節(jié)(5)均印制在介質(zhì)基板(2)的正表面上，與微帶線饋源(6)進(jìn)行電連接，呈軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)；金屬地板(1)上刻蝕有T型槽(7)，作為輻射貼片(3)的輻射反射板；輻射貼片(3)的中心位置上刻蝕有極化孔(8)，該極化孔(8)的邊緣設(shè)有兩個(gè)相互正交的矩形縫隙(9)和(10)，兩縫隙的交點(diǎn)與極化孔(8)的中心點(diǎn)重合；微帶線饋源(6)放置在介質(zhì)基板(2)的邊緣。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)具有四個(gè)圓極化帶的超寬頻特性，可應(yīng)用于衛(wèi)星通信。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK202712422SQ20122034356
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者翟會(huì)清, 李桂紅, 李桐, 李龍, 梁昌洪 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)