CN100428565C - 高介电常数圆极化小型超高频天线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高介电常数圆极化小型超高频天线(UHF)及其制作方法。UHF天线特征在于：(1)所述的超高频天线是由辐射贴片、馈电点和介质基片组成；(2)辐射贴片紧贴在介质基片的上表面，介质基片的下表面为金属接地面；介质基片和辐射贴片呈矩形或正方形；(3)馈电点位于矩形或正方形的辐射贴片的对角线离顶点的1/3处。其制作方法是采用ε≥38高均匀性陶瓷基片，再结合丝网印刷技术完成厚膜焙银后形成辐射贴片，然后再圆极化。具有制作工艺成熟、体积小及使用灵活等特点。

Description

高介电常数圆极化小型超高频天线及其制备方法

技术领域

本发明是一种安装于移动通信手持终端的基于高介电常数介质的圆极化小型超高频微带天线(UHF)及其制备方法。所涉及的天线工作在UHF频段的超高频段内，适用于卫星转发通信数据时的地面收/发天线。属于微小卫星实现数据存储-转发通信天线的技术领域。

背景技术

随着国际空间技术的发展，现代微小卫星正在成为一颗璀璨的明星，辉映在浩瀚的太空，给信息社会插上腾飞的翅膀。

由于大卫星的发射费用昂贵，而且人们对卫星的功能又提出了越来越高的要求，所以对新型卫星的探索从来就没有停止。随着小型电子设备和推进装置的发展，新一代小型卫星的发展得到加速。进入20世纪80年代以来，在发展大型卫星的同时，卫星小型化已成为当今国际航天器研制领域中一个不容忽视的趋势。

随着微小卫星的迅猛发展和移动通信产品市场需求的日益膨胀，只有那些体积小，携带方便，高灵敏度，高稳定性的无线通信产品才能满足需求。目前微电子、微机械等新兴微加工技术，使得不仅是数字、基带电路模块，甚至连射频模块也已成功地实现了微型化、芯片化的设计和生产。与此同时，天线作为重要的射频前端器件，其指标要求也日益“苛刻”，小型化、内置化、多频段、智能化是移动终端小天线的发展趋势。卫星天线通常采用圆极化天线，电磁波辐射的电场矢量的轨迹就是天线的极化方式，若轨迹是圆形的，则该天线就是圆极化辐射天线。圆极化天线有着隔离性好、抗干扰性能强、接受能力强等优点。

目前，在超高频频段工作的手持终端天线的类型很多，常用的有半环天线和鞭状天线，它们共同的缺点就是体积大，由于材料大多选用玻璃钢等高强度材料而导致重量过大等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高介电常数圆极化小型超高频天线及其制备方法，所涉及的UHF天线以符合移动通信手持终端收/发天线小型化的要求，是一种体积小、重量轻、仰角高等优点为一体的圆极化小型平面天线。为了缩短天线的尺寸，以ε_r≥38的高介电常数的介质为基片，设计出了高介电常数圆极化小型超高频天线。所述的超高频天线由辐射单元、馈电点、介质基片组成。介质基片和辐射贴片呈正方形或矩形，辐射单元紧贴在介质基片上表面，它是采用焙银技术而制成的正方形或矩形贴片。其介质基片尺寸和介电常数、馈电点位置、工作频率等参数都是根据相关公式和利用专业软件(高频仿真软件HFSS8.0版)仿真计算后确定的。

目前UHF频段移动手持终端的天线类型很多，世界上各大通信公司之间竞争也很激烈，均将目光投向小而轻便的问题上，且均有了各自开发的产品。但是这些天线都存在体积大，使用不方便等的缺点。本发明目的就是发明一种使用灵活，便携式微小型天线，同时具有制作工艺成熟，适于批量生产，工作性能可靠等实用新型的天线。

本发明实施方案是：

第一、采用人工烧结的方式来制作一定厚度的，具有高介电常数(ε_r＝38)，高均匀性的陶瓷基片，基片呈正方形或矩形再结合丝网印刷技术来完成厚膜焙银后形成矩形或正方形辐射贴片。由于介电常数为≥38的陶瓷材料的配方和烧结技术很成熟。

第二、根据理论设计的结构方案来确定平板天线辐射贴片的尺寸。

$f=\frac{c}{2(b+2\mathrm{\Δl})\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_e}}---\left(1\right)$

式中f为工作频率；c为光速；b为辐射贴片的长度；Δl为介质电容效应引起的延伸长度；ε_e为有效介电常数Δl和ε_e分别由下列二式计算得到：

$\mathrm{\Δl}=0.412h\frac{{\mathrm{\ϵ}}_e+0.3\frac{a}{h}+0.264}{{\mathrm{\ϵ}}_e-0.258\frac{a}{h}+0.8}---\left(2\right)$

${\mathrm{\ϵ}}_e=\frac{1}{2}[{\mathrm{\ϵ}}_r+1+({\mathrm{\ϵ}}_r-1){(1+\frac{10h}{a})}^{-1/2}]---\left(3\right)$

式中a为天线辐射贴片的宽度；h为介质基片的厚度；ε_r为介质基片的相对介电常数；a、b、h和f均由上式计算得到的。

第三、根据经验，圆极化天线的馈电位置一般选在辐射贴片对角线上离顶点1/3处。

第四、在标准暗室中进行的阻抗曲线测试如图2、3所示，基本上达到了圆极化天线技术参数的要求。

本发明的主要特征：

1、该微带贴片天线的介质基片是人工烧结成的陶瓷材料，其介电常数为≥38。介电常数小于38也可以，但是由理论公式(1)可以看出微带天线的辐射单元尺寸也跟着变化。

2、辐射单元紧贴着介质基片的上表面，介质基片的下表面是金属接地面；基片厚度为3-7mm。

3、馈电点位置位于矩形辐射贴片对角线上，离对角顶点约1/3处，此1/3的馈电位置是一般通过调试后才能确定的。

4、工作频率为450MHz，驻波比小于1.5的带宽为4MHz。

5、极化方式为圆极化，轴比小于2dB，增益大于2dB；

6、高介电常数的基片材料，工作频率在超高频的低频段内。

附图说明

图1本发明所提供的圆极化小型超高频天线(UHF)的结构示意图

图2本发明所提供的圆极化小型超高频天线(UHF)的驻波比

图3本发明所提供的圆极化小型超高频天线(UHF)阻抗圆图

具体实施方式

实施例1.本发明所提供的小型化超高频天线，(如图1所示)其介质基片3为正方形，其尺寸为64mm×64mm，厚度为5mm，其辐射贴片1采用丝网印刷，厚膜涂银，紧贴着介质基片的上表面，介质基片的下表面是金属接地面4。辐射贴片尺寸为54.12mm×54.22mm的矩形，其上的馈电点(2)位于矩形辐射贴片的对角线离顶端1/3处。本实施例基片的介电常数ε＝38，极化方式为圆极化，轴比小于2，增益大于2dB，工作频率在超高频的频率内工作频率为450MHz，驻波比小于1.5的带宽为4MHz。

实施例2.选用介电常数ε＞38的材料，作为介质基片，厚度为7mm，呈矩形，其尺寸为64mm×63mm，通过焙银，丝网印刷等同实施例1所述工艺，使辐射贴片紧贴介质的上表面，贴片尺寸为54.12mm×54.12mm正方形，馈电点在正方形对角线距顶点1/3处。其余同实施例1。

Claims (4)

1、一种圆极化小型化超高频天线，所述的超高频天线是由辐射贴片、馈电点和介质基片组成；其特征在于所述辐射贴片、介电基片的厚度和工作频率是由下列三个公式确定的：

$f=\frac{c}{2(b+2\mathrm{\Δl})\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_e}}---\left(1\right)$

$\mathrm{\Δl}=0.412h\frac{{\mathrm{\ϵ}}_e+0.3\frac{a}{h}+0.264}{{\mathrm{\ϵ}}_e-0.258\frac{a}{h}+0.8}---\left(2\right)$

${\mathrm{\ϵ}}_e=\frac{1}{2}[{\mathrm{\ϵ}}_r+1+({\mathrm{\ϵ}}_r-1){(1+\frac{10h}{a})}^{-1/2}]---\left(3\right)$

式中a、b分别为天线辐射贴片的宽度和长度

Δl为介质电容效应引起的延伸长度

ε_e为有效介电数

ε_r为介质基片的相对介电常数

h为介质基片的厚度

c为光速

f为工作频率

其中，辐射贴片紧贴在介质基片的上表面，介质基片的下表面为金属接地面；介质基片和辐射贴片呈矩形或正方形；馈电点位于矩形或正方形的辐射贴片的对角线离顶点的1/3处。

2、按权利要求1所述的圆极化小型化超高频天线，其特征在于介质基片为正方形，厚度为5mm，辐射贴片为矩形，辐射贴片上的馈电点位于矩形辐射贴片的对角线离顶端1/3处；介质基片的介电常数ε＞38。

3、按权利要求1所述的圆极化小型化超高频天线，其特征在于介质基片为矩形，厚度为7mm，辐射贴片为正方形，辐射贴片上的馈电点位于正方形对角线距顶点的1/3处；介电基片的介电常数ε＞38。

4、制作如权利要求1所述的圆极化小型化超高频天线的方法，其特征在于具体步骤是：

(1)采用人工烧结方式制作5mm厚度的介电常数为≥38的衬底材料；

(2)采用丝网印刷的方式在步骤(1)制作的高介质常数的基片上表面完成厚膜焙银，形成辐射贴片，贴片为正方形或为矩形；

(3)选定圆极化天线的馈电点，它位于矩形或正方形对角线离顶端1/3处；

(4)高介电常数基片底面涂金属接地。

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