一種電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線電天線領(lǐng)域，涉及電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型寬帶天線，尤其適用于移動(dòng)通信、雷達(dá)等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代無線電技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，有力地推動(dòng)著天線系統(tǒng)向?qū)拵?、小型化、集成化以及高性能化方向發(fā)展。電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線，將基本電偶極子與蝶形縫隙(磁偶極子類)天線組合在一起，構(gòu)成電磁互補(bǔ)型天線，從而形成較電偶極子、蝶形縫隙天線兩者單獨(dú)工作的帶寬要寬的多的新型天線，由于該天線成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剖面小、工作頻帶寬和易于批量生產(chǎn)，同時(shí)采用微帶饋電形式，便于直接和系統(tǒng)其它電路集成等優(yōu)點(diǎn)，因此在無線電天線領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]隨著4G移動(dòng)通信LTE技術(shù)的發(fā)展對(duì)天線技術(shù)提出了新的要求，在盡可能不增加天線數(shù)目和設(shè)備的情況下，讓天線在盡可能寬的頻帶或者多個(gè)頻帶上工作，具有多個(gè)工作模式并具有良好的傳輸特性是業(yè)界追求的目標(biāo)。電偶極子與磁偶極子互補(bǔ)型天線是近些年來出現(xiàn)的新型天線技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作帶寬寬、電性能優(yōu)異的特點(diǎn)受到了業(yè)界的青睞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:眾所周知天線工作受到頻帶的限制，在通信、雷達(dá)、導(dǎo)航和電子對(duì)抗等無線電技術(shù)領(lǐng)域，特別是在目前4G移動(dòng)通信巨大市場(chǎng)的需求牽引下，如何實(shí)現(xiàn)多頻天線集成，且要滿足體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、頻帶寬、電性能優(yōu)良是一個(gè)挑戰(zhàn)性的課題。本發(fā)明的目的就是開發(fā)一種寬帶電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線，通過電偶極子天線與蝶形縫隙天線互補(bǔ)的方式，合理的解決兩者的電激勵(lì)、互耦、極化一致和天線方向圖兼容，使之在多頻狀態(tài)下仍然具有出色的性能，實(shí)現(xiàn)寬帶的頻譜共享和信息的高效傳輸，提高頻譜利用率。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線結(jié)構(gòu)，根據(jù)電偶極子天線與蝶形縫隙天線工作在不同頻段上，通過合理的構(gòu)造和配置，選擇合適的饋電方式、天線的極化統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)天線的互補(bǔ)工作。
[0006]該天線包括上層的電偶極子、中層的含有蝶形縫隙天線的金屬面、下層的微帶饋電線三層結(jié)構(gòu)；在上層的電偶極子中，左向L形金屬片和右向L形金屬片構(gòu)成T型電偶極子天線；在中層，含有蝶形縫隙天線的金屬面位于做為載體的介質(zhì)板上方，在下層部分，微帶饋電線位于介質(zhì)板下方。
[0007]所述的電偶極子中的左向L形金屬片和右向L形金屬片構(gòu)成的雙臂相隔一間距S，該雙臂長(zhǎng)度接近半波長(zhǎng)，水平放置，平行于介質(zhì)板；亦可由中心向兩側(cè)傾斜銳角放置，電偶極子坐落在含有蝶形縫隙天線的金屬面上，高度為h。
[0008]所述的含有蝶形縫隙天線的金屬面上，蝶形縫隙天線是在金屬層上刻蝕出的一對(duì)三角形構(gòu)成，該一對(duì)三角形頂點(diǎn)相對(duì)；蝶形縫隙天線也可以是微帶槽線構(gòu)成，其包絡(luò)為三角形。
[0009]下層的微帶饋電線為金屬微帶線，由該微帶線為天線饋電。
[0010]所述的間距S小于十分之一波長(zhǎng)，跨接在蝶形縫隙兩側(cè)。
[0011]所述的高度h= (0.8?1.2) X0.25波長(zhǎng)。
[0012]有益效果:
[0013]I)金屬電偶極子天線是由基本電振子天線，廣泛應(yīng)用在GSM和3G移動(dòng)通信基站天線上，具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
[0014]2)蝶形縫隙天線是一類磁偶極天線，在工作頻段內(nèi)具有較好帶寬特性。且其附著在電偶極子天線的地板上，結(jié)構(gòu)緊湊，采用成熟的PCB(印刷電路)加工工藝，易批量生產(chǎn)，加工精度高、電性能穩(wěn)定。
[0015]3)電偶極子天線與蝶形縫隙天線兩者電磁互補(bǔ)，通過合理的構(gòu)造和配置可以使其天線方向圖背瓣相消，主瓣迭加，頻帶互補(bǔ)。
[0016]4)通過采用合理的饋電方式，可使電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線的相對(duì)阻抗帶寬，從單一天線的2.7%提高到26.2% (VSffR ^ 2)。
【附圖說明】
[0017]圖1是電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線三層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是電偶極子中心向兩側(cè)傾斜銳角放置的三層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線立體圖；
[0020]圖4是蝶形縫隙天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5是電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線增益實(shí)測(cè)結(jié)果。
[0022]其中有:電偶極子1、左向L形金屬片11、右向L形金屬片12、介質(zhì)板2、含有蝶形縫隙天線的金屬面21、微帶饋電線3 ;左向L形金屬片11與右向L形金屬片12的間距S、高度h ;左向L形金屬片11與右向L形金屬片12由中心向兩側(cè)傾斜銳角α。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線包括上層的電偶極子1、中層的含有蝶形縫隙天線的金屬面21、下層的微帶饋電線3三層結(jié)構(gòu)；在上層的電偶極子I中，左向L形金屬片11和右向L形金屬片12構(gòu)成T型電偶極子天線；在中層，含有蝶形縫隙天線的金屬面21位于做為載體的介質(zhì)板2上方，在下層部分，微帶饋電線3位于介質(zhì)板2下方。所述的電偶極子I中的左向L形金屬片11和右向L形金屬片12構(gòu)成的雙臂相隔一間距S，該雙臂長(zhǎng)度接近半波長(zhǎng)，水平放置，平行于介質(zhì)板2 ;亦可由中心向兩側(cè)傾斜銳角放置，電偶極子I坐落在含有蝶形縫隙天線的金屬面21上，高度為h。
[0024]所述的含有蝶形縫隙天線的金屬面21上，蝶形縫隙天線是在金屬層上刻蝕出的一對(duì)三角形構(gòu)成，該一對(duì)三角形頂點(diǎn)相對(duì)；蝶形縫隙天線也可以是微帶槽線構(gòu)成，其包絡(luò)為三角形。
[0025]兩L形單金屬片構(gòu)成T型電偶極子天線，其雙臂長(zhǎng)度近似等于半波長(zhǎng)。根據(jù)需要電偶極子雙臂頂端可以加直角彎，偶極子天線雙臂可以平行于微帶介質(zhì)基板水平放置，亦可以傾斜放置α角小于90°，電偶極子距離介質(zhì)板的高度為h近似等于四分之一波長(zhǎng)(高度h= (0.8?1.2) X0.25波長(zhǎng))。T型電偶極子天線用金屬板制作或用金屬箔制作并依附在介質(zhì)板載體金屬表面上，可用焊接或螺釘固定在介質(zhì)板上；
[0026]在中層部分為介質(zhì)基片雙面覆銅板，以介質(zhì)基板為載體，其上的金屬層上刻蝕有兩蝶形三角形縫隙天線，或以三角形為包絡(luò)的蝶形縫隙，金屬電偶極子天線坐落在蝶形縫隙的金屬面上，以間距s跨接在蝶形縫隙的兩側(cè)金屬面上，s小于十分之一波長(zhǎng)；
[0027]在下層部分為金屬微帶線，由該微帶線為天線饋電。金屬微帶線可以用四分之一開路線饋電，也可以直接通過金屬通孔pin與上層金屬層相連饋電。
[0028]在本發(fā)明中，電偶極子天線與蝶形縫隙天線的中心工作頻率分別處于互補(bǔ)型合成天線工作頻段的高低端。恰當(dāng)?shù)倪x取饋電點(diǎn)的位置和饋電方式，可使天線頻段和輻射方向圖都具有出色的性能。
[0029]實(shí)施實(shí)例:
[0030]我們?cè)?.86-2.42GHz頻段上實(shí)現(xiàn)了電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線。其中基片為尚頻介質(zhì)基片。
[0031]天線的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果參見圖5。
[0032]電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線的工作原理:
[0033]電偶極子與磁偶極子天線是天線的兩種主要的基本形式，蝶形縫隙天線屬于磁偶極子天線。電偶極子與磁偶極子天線兩種基本天線本身的工作帶寬有限，且極化正交。將兩種天線依照輻射原理適當(dāng)組合使其極化相同，選擇恰當(dāng)?shù)酿侂姺绞剑沟脙商炀€同時(shí)激勵(lì)且各自工作在不同的頻率上構(gòu)成寬頻帶，則可實(shí)現(xiàn)電性能優(yōu)良的寬帶低背瓣的互補(bǔ)型天線。
[0034]天線的輻射方向圖由電偶極子和縫隙天線共同決定。對(duì)上半平面z>0，電偶極子與磁偶極子的電場(chǎng)同向疊加；對(duì)下半平面z〈0，電偶極子與磁偶極子電場(chǎng)反向相消，背瓣被壓縮，因此實(shí)現(xiàn)了單向輻射特性，提高了天線的前后比。
[0035]電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線有以下發(fā)明創(chuàng)造點(diǎn):
[0036]電偶極子與磁偶極子天線是兩種主要的基本天線形式，蝶形縫隙天線屬于磁偶極子天線。本發(fā)明將兩種主要的基本天線形式合二為一，通過天線形式互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)了天線的頻寬帶性能和天線方向圖的穩(wěn)定。該天線的創(chuàng)造點(diǎn)是:其一，天線結(jié)構(gòu)緊湊，兩副天線合二為一；其二，采用電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型構(gòu)造了所需的寬頻特性；其三，饋電形式簡(jiǎn)單易行，實(shí)現(xiàn)了電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線同時(shí)饋電；其四，電偶極子與磁偶極子天線方向圖在上半平面同向疊加，下半平面反向疊加，增大了天線的增益減小了天線背瓣，且極化純度很高，具有很好的極化隔離特性。
[0037]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線，其特征在于:該天線包括上層的電偶極子(1)、中層的含有蝶形縫隙天線的金屬面(21)、下層的微帶饋電線(3)三層結(jié)構(gòu)；在上層的電偶極子(I)中，左向L形金屬片(11)和右向L形金屬片(12)構(gòu)成T型電偶極子天線；在中層，含有蝶形縫隙天線的金屬面(21)位于做為載體的介質(zhì)板(2)上方，在下層部分，微帶饋電線(3 )位于介質(zhì)板(2 )下方。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線，其特征在于:所述的電偶極子(I)中的左向L形金屬片(11)和右向L形金屬片(12)構(gòu)成的雙臂相隔一間距S，該雙臂長(zhǎng)度接近半波長(zhǎng)，水平放置，平行于介質(zhì)板(2);亦可由中心向兩側(cè)傾斜銳角放置，電偶極子(I)坐落在含有蝶形縫隙天線的金屬面(21)上，高度為h。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線，其特征在于:所述的含有蝶形縫隙天線的金屬面(21)上，蝶形縫隙天線是在金屬層上刻蝕出的一對(duì)三角形構(gòu)成，該一對(duì)三角形頂點(diǎn)相對(duì)；蝶形縫隙天線也可以是微帶槽線構(gòu)成，其包絡(luò)為三角形。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線，其特征在于:下層的微帶饋電線(3)為金屬微帶線，由該微帶線為天線饋電。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線，其特征在于:所述的間距S小于十分之一波長(zhǎng)，跨接在蝶形縫隙兩側(cè)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線，其特征在于:所述的高度h=(0.8 ?1.2) X0.25 波長(zhǎng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電偶極子與蝶形縫隙互補(bǔ)型天線，該天線包括上層的電偶極子(1)、中層的含有蝶形縫隙天線的金屬面(21)、下層的微帶饋電線(3)三層結(jié)構(gòu)；在上層的電偶極子(1)中，左向L形金屬片(11)和右向L形金屬片(12)構(gòu)成T型電偶極子天線；在中層，含有蝶形縫隙天線的金屬面(21)位于做為載體的介質(zhì)板(2)上方，在下層部分，微帶饋電線(3)位于介質(zhì)板(2)下方。通過電偶極子天線與蝶形縫隙天線互補(bǔ)的方式，合理的解決兩者的電激勵(lì)、互耦、極化一致和天線方向圖兼容，使之在多頻狀態(tài)下仍然具有出色的性能，實(shí)現(xiàn)寬帶的頻譜共享和信息的高效傳輸，提高頻譜利用率。
【IPC分類】H01Q21/30, H01Q1/38, H01Q1/36
【公開號(hào)】CN105048071
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510456943
【發(fā)明人】華光, 李明
【申請(qǐng)人】東南大學(xué), 江蘇亨鑫科技有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年7月29日