專利名稱：基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線，具體涉及一種基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線。
背景技術(shù)：
隨著大規(guī)模集成電路與空間技術(shù)的發(fā)展，各種電子設(shè)備日趨小型化、微型化，裝載在高速運(yùn)轉(zhuǎn)體上的器件還要求與運(yùn)載體表面齊平或共形，這些都對(duì)天線的提出了相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題:迫切地要求天線小型化、低輪廓。傳統(tǒng)的偶極子天線對(duì)應(yīng)的電長(zhǎng)度為半個(gè)波長(zhǎng)，在工作頻率較低的情況下，天線的縱向尺寸較長(zhǎng)，天線的機(jī)動(dòng)性、隱蔽性、隱蔽性均較差。通常，采用改變天線結(jié)構(gòu)、加載等技術(shù)可以有效地縮小天線的尺寸，但是天線的性能與天線的電尺寸是密切相關(guān)的，天線小型化必然會(huì)引起天線某些性能的惡化:帶寬變窄、輻射效率降低等等，因此，探討天線小型化以及改善小型化天線性能的研究仍具有非常重要的意義。近年來(lái)，一種傳輸線形式的電磁超介質(zhì)-復(fù)合左/右手傳輸線(composite
right-/left-handed transmission line,簡(jiǎn)稱為CRLH TL),被廣泛應(yīng)用在各種微波無(wú)源器件和天線中。因其具有奇異的色散特性:存在β (ω) < O的左手區(qū)域，由復(fù)合左右手傳輸線構(gòu)成的諧振型天線可以工作在負(fù)數(shù)階諧振模式，模式數(shù)越高，對(duì)應(yīng)的諧振頻率越低，并且各階諧振頻率由復(fù)合左右手傳輸線的LC參數(shù)決定，與天線的物理尺寸無(wú)關(guān)，因此，利用復(fù)合左右手傳輸線的諧振特性可以有效地縮小天線的尺寸。但是，這種天線同樣面臨著帶寬窄、效率低等難題。因此，現(xiàn)在迫切地需要一種實(shí)現(xiàn)可行的解決方法，其能夠在有效地縮小天線尺寸的同時(shí)，獲得較寬的工作帶寬，同時(shí)要保持良好的方向圖特性和輻射效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，其能夠產(chǎn)生寬帶諧振頻率，并且天線同時(shí)工作在多個(gè)諧振模式，可用作多頻天線或?qū)拵炀€。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，主要由介質(zhì)板、印制在介質(zhì)板上的偶極子天線構(gòu)成，其中偶極子天線包括饋源點(diǎn)以及關(guān)于饋源點(diǎn)對(duì)稱的2個(gè)天線臂。上述天線臂各包括2條相互平行的平行金屬導(dǎo)線、跨設(shè)在2條平行金屬導(dǎo)線之間的N條連接金屬導(dǎo)線、同時(shí)加載在其中I條平行金屬導(dǎo)線上的2Ν個(gè)電容、以及分別加載在不同連接金屬導(dǎo)線上的N個(gè)電感組成。2Ν個(gè)電容同時(shí)串接在同I條平行金屬導(dǎo)線上，其中夾在2條連接金屬導(dǎo)線之間的平行金屬導(dǎo)線段上各串接有2個(gè)電容，而2端的平行金屬導(dǎo)線段上各串接有I個(gè)電容。每條連接金屬導(dǎo)線上各串接有I個(gè)電感。即每個(gè)天線臂均由N個(gè)CRLH傳輸線單元相連而成，而每個(gè)CRLH傳輸線單元均包括I個(gè)電感、加載有該電感的連接金屬導(dǎo)線、靠近上述連接金屬導(dǎo)線的2個(gè)電容、以及對(duì)應(yīng)的平行金屬導(dǎo)線段。上述N為正整數(shù)，且N彡I。上述方案中，所述電感最好采用非周期性加載方式，即在每個(gè)天線臂上，處于不同CRLH傳輸線單元的電感的電感值各不相同。上述方案中，所述電容最好采用非周期性加載方式，即在每個(gè)天線臂上，處于不同CRLH傳輸線單元的電容的電容值各不相同。處于同一傳輸CRLH傳輸線單元的2個(gè)電容的電容值相同或不相同。上述方案中，在每個(gè)天線臂上，加載有電容的那條平行金屬導(dǎo)線的寬度最好從饋源點(diǎn)一端開始向另一端漸變。上述方案中，在每個(gè)天線臂上，加載有電容的那條平行金屬導(dǎo)線的導(dǎo)線寬度從饋源點(diǎn)一端開始向另一端逐漸變粗。上述方案中，在每個(gè)天線臂上，加載有電容的那條平行金屬導(dǎo)線的導(dǎo)線寬度大于另一條平行金屬導(dǎo)線的導(dǎo)線寬度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1、該偶極子天線使用N個(gè)CRLH傳輸線單元的LC梯形網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一個(gè)集總參數(shù)形式的復(fù)合左右手傳輸線結(jié)構(gòu)，由于復(fù)合左右手傳輸線結(jié)構(gòu)的天線的諧振頻率主要由加載的電容、電感值決定，與天線的物理尺寸幾乎無(wú)關(guān)，因此可有效地縮短偶極子天線的電尺寸。根據(jù)所需工作頻率，適當(dāng)選取加載的電容和電感值即可；2、天線可以同時(shí)工作在多個(gè)諧振模式，通過(guò)調(diào)整加載的電容和電感值，改變天線的色散特性和天線輸入阻抗的頻率特性，可以改變天線各諧振模式的頻率間距。當(dāng)天線的各個(gè)諧振頻率相距較遠(yuǎn)時(shí)可用作多頻天線，當(dāng)天線的諧振頻率靠近時(shí)，多個(gè)諧振點(diǎn)發(fā)生“融合”則構(gòu)成了寬帶天線；3、通過(guò)增加LC網(wǎng)絡(luò)的單元數(shù)，調(diào)整電容和電感的值，天線的工作頻率隨之降低，并且可以獲得更寬的相對(duì)阻抗帶寬；4、電容和電感采用非周期性加載方式構(gòu)成非周期性的LC梯形網(wǎng)絡(luò)，能夠進(jìn)一步產(chǎn)生寬帶諧振頻率；5、通過(guò)加寬加載了電容的導(dǎo)線的寬度，或者將加載了電容的導(dǎo)線設(shè)計(jì)成漸變式的結(jié)構(gòu)，改善天線的阻抗特性，從而獲得相對(duì)較寬的阻抗帶寬和較高的全向輻射增益。


圖1為一種基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為每個(gè)CRLH傳輸線單元的等效電路圖；圖3為復(fù)合左右手傳輸線的色散曲線；圖中標(biāo)示:1、介質(zhì)板；2、天線臂；2_1、平行金屬導(dǎo)線；2_2、連接金屬導(dǎo)線；2_3、電感；2_4、電容；2-5、CRLH傳輸線單元；3、饋源點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式一種基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，如圖1所示，主要由介質(zhì)板1、印制在介質(zhì)板I上的偶極子天線構(gòu)成，其中偶極子天線包括饋源點(diǎn)3以及關(guān)于饋源點(diǎn)3對(duì)稱的2個(gè)天線臂2。上述天線臂2各包括2條相互平行的平行金屬導(dǎo)線2-1、跨設(shè)在2條平行金屬導(dǎo)線2-1之間的N條連接金屬導(dǎo)線2-2、同時(shí)加載在其中I條平行金屬導(dǎo)線2-1上的2N個(gè)電容2-4、以及分別加載在不同連接金屬導(dǎo)線2-2上的N個(gè)電感2_3組成。2N個(gè)電容2-4同時(shí)串接在同I條平行金屬導(dǎo)線2-1上，其中夾在2條連接金屬導(dǎo)線2-2之間的平行金屬導(dǎo)線2-1段上各串接有2個(gè)電容2-4，而2端的平行金屬導(dǎo)線2-1段上各串接有I個(gè)電容2-4。每條連接金屬導(dǎo)線2-2上各串接有I個(gè)電感2-3。即每個(gè)天線臂2均由N個(gè)CRLH傳輸線單元2-5相連而成，而每個(gè)CRLH傳輸線單元2_5均包括I個(gè)電感2_3、加載有該電感2-3的連接金屬導(dǎo)線2-2、靠近上述連接金屬導(dǎo)線2-2的2個(gè)電容2_4、以及對(duì)應(yīng)的平行金屬導(dǎo)線2-1段。上述N為正整數(shù)，且N彡I。在本發(fā)明中，偶極子天線為人工復(fù)合的復(fù)合左/右手傳輸線結(jié)構(gòu)，整個(gè)LC梯形網(wǎng)絡(luò)就等效為一段復(fù)合左/右手傳輸線，也就是說(shuō)每個(gè)天線臂2都相當(dāng)于是由N個(gè)CRLH傳輸線單元2-5構(gòu)成。上述2個(gè)天線臂2相互對(duì)稱是指2個(gè)天線臂2在結(jié)構(gòu)上分別由2個(gè)完全相同的鏡像電路構(gòu)成，如2個(gè)天線臂2的平行金屬導(dǎo)線2-1和連接金屬導(dǎo)線2-2的粗細(xì)相對(duì)稱,如2個(gè)天線臂2的電容2-4和電感2-3的參數(shù)值相對(duì)稱等等。在每個(gè)天線臂2上，電感2-3加載在連接金屬導(dǎo)線2-2上的位置并 未有嚴(yán)格的規(guī)定，電容2-4加載在平行金屬導(dǎo)線2-1上的位置也并有嚴(yán)格的規(guī)定。但在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，所述電感2-3加載在連接金屬導(dǎo)線2-2的中點(diǎn)處，同一個(gè)CRLH傳輸線單元2-5中，2個(gè)電容2_4的位置關(guān)于該CRLH傳輸線單元2-5內(nèi)的連接金屬導(dǎo)線2-2相對(duì)稱。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，上述偶極子天線由終端開路的復(fù)合左/右手傳輸線構(gòu)成。圖2為一個(gè)CRLH傳輸線單元2-5結(jié)構(gòu)的無(wú)耗的等效電路模型，其中電容和電感U是所加載的電容和電感，而串聯(lián)的電感Lk和并聯(lián)的電容Ck則是由于寄生效應(yīng)而產(chǎn)生的。根據(jù)Bloch-Floquet理論分析可知，圖2所示的等效電路模型的色散關(guān)系如下式①所示，色散曲線如圖3所示。
權(quán)利要求
1.基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，主要由介質(zhì)板(I)、印制在介質(zhì)板(I)上的偶極子天線構(gòu)成，其中偶極子天線包括饋源點(diǎn)(3)以及關(guān)于饋源點(diǎn)(3)對(duì)稱的2個(gè)天線臂(2)，其特征在于: 上述天線臂(2)各包括2條相互平行的平行金屬導(dǎo)線(2-1)、跨設(shè)在2條平行金屬導(dǎo)線(2-1)之間的N條連接金屬導(dǎo)線(2-2)、同時(shí)加載在其中I條平行金屬導(dǎo)線(2-1)上的2N個(gè)電容(2-4)、以及分別加載在不同連接金屬導(dǎo)線(2-2)上的N個(gè)電感(2-3)組成；2N個(gè)電容(2-4)同時(shí)串接在同I條平行金屬導(dǎo)線(2-1)上，其中夾在2條連接金屬導(dǎo)線(2-2)之間的平行金屬導(dǎo)線(2-1)段上各串接有2個(gè)電容(2-4)，而2端的平行金屬導(dǎo)線(2-1)段上各串接有I個(gè)電容(2-4);每條連接金屬導(dǎo)線(2-2)上各串接有I個(gè)電感(2-3);即每個(gè)天線臂(2)均由N個(gè)CRLH傳輸線單元(2-5)相連而成，而每個(gè)CRLH傳輸線單元(2_5)均包括I個(gè)電感(2-3)、加載有該電感(2-3)的連接金屬導(dǎo)線(2-2)、靠近上述連接金屬導(dǎo)線(2-2)的2個(gè)電容(2-4)、以及對(duì)應(yīng)的平行金屬導(dǎo)線(2-1)段； 上述N為正整數(shù)，且N彡I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，其特征在于:所述電感(2-3)采用非周期性加載方式，即在每個(gè)天線臂(2)上，處于不同CRLH傳輸線單元(2-5)的電感(2-3)的電感(2-3)值各不相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，其特征在于:所述電容(2-4)采用非周期性加載方式，即在每個(gè)天線臂(2)上，處于不同CRLH傳輸線單元(2-5)的電容(2-4)的電容(2-4)值各不相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，其特征在于:處于同一傳輸CRLH傳輸線單兀(2-5)的2個(gè)電容(2-4)的電容(2_4)值相同或不相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，其特征在于:在每個(gè)天線臂(2)上，加載有電容(2-4)的那條平行金屬導(dǎo)線(2-1)的寬度從饋源點(diǎn)(3)一端開始向另一端漸變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，其特征在于:在每個(gè)天線臂(2)上，加載有電容(2-4)的那條平行金屬導(dǎo)線(2-1)的導(dǎo)線寬度從饋源點(diǎn)(3) —端開始向另一端逐漸變粗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，其特征在于:在每個(gè)天線臂(2)上，加載有電容(2-4)的那條平行金屬導(dǎo)線(2-1)的導(dǎo)線寬度大于另一條平行金屬導(dǎo)線(2-1)的導(dǎo)線寬度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶小型化偶極子天線，主要由介質(zhì)板、印制在介質(zhì)板上的偶極子天線構(gòu)成，其中偶極子天線包括饋源點(diǎn)以及關(guān)于饋源點(diǎn)對(duì)稱的2個(gè)天線臂。每個(gè)天線臂均由N個(gè)CRLH傳輸線單元相連而成，其中每個(gè)CRLH傳輸線單元均包括1個(gè)電感、加載有該電感的連接金屬導(dǎo)線、靠近上述連接金屬導(dǎo)線的2個(gè)電容、以及對(duì)應(yīng)的平行金屬導(dǎo)線段。本發(fā)明能夠產(chǎn)生寬帶諧振頻率，并且天線同時(shí)工作在多個(gè)諧振模式，可用作多頻天線或?qū)拵炀€。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK103078178SQ20121011803
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者曹衛(wèi)平, 李思敏, 鄭斯萍 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)