CN101436713A - 一种宽频带微带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽频带微带天线，属于天线技术领域。所述天线由传输馈线、复合的左右手非线性传输线和介质基底构成；复合的左右手非线性传输线与介质基底连接，传输馈线与复合的左右手非线性传输线连接。复合的左右手非线性传输线由至少一个左手非线性传输线和右手非线性传输线交替串联构成；左手非线性传输线由串联可变电容和并联电感构成；右手非线性传输线由串联电感和并联可变电容构成。本发明通过复合的左右手非线性传输线代替传统微带天线上的金属导体薄片，左手非线性传输线具有高通特性，右手非线性传输线具有低通特性，复合的左右手非线性传输线具有带通特性，大大地拓展了微带天线的频带宽度。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种宽频带微带天线。
背景技术
微波中继通信属于无线通信方式，其无线电波的接收和发送是由天线来完成的，具体是：微波发信机输出的信号通过馈线发送至天线，天线向对端发射无线电磁波；天线接收对端发射来的无线电磁波，并通过馈线发送至微波收信机。在实际应用中，天线性能的好坏将直接影响到整个微波通信系统的正常运行。
近50年来，微带天线技术已成为天线技术领域中发展最快的一项技术，尤其是在70年代，随着微波单片集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit，MMIC)的发展，使得微带天线技术广泛地吸引着全球学术界、工业界及政府相关部门的重视。随着个人通讯系统、全球定位系统、直播卫星和无线局域网等应用市场的快速发展，微带天线将有着更加广阔的需求。
微带天线是在带有导体接地板的介质基底上1贴加金属导体薄片2而形成的天线，它利用微带线或同轴线3等馈线馈电，如图1所示。其中，馈线用于向金属导体薄片提供能量和信号，金属导体薄片是天线的辐射单元，介质基底对天线起支撑承载作用。介质基底一般为绝缘或半绝缘材料。微带天线还可以被看作为一种缝隙天线。通常情况下，由于介质基底的厚度与传输波长相比是很小的，因而微带天线实现了一维小型化，属于小天线类别。其中，作为辐射单元的金属导体薄片一般是具有规则形状的面积单元，例如矩形、圆形、三角形或圆环形薄片等等，如图2所示。微带天线由于具有体积小、质量轻和低剖面等特点，并且它还可以与微波单片集成电路整合在一起，可以轻易地附着在任意表面而不影响其内部结构与特性，因此被大量地应用在高速运行的载体上。
但是，由于微带天线本身结构的特性，主要表现在金属导体薄片的辐射单元频带窄，使得其在频宽上的表现不如其他种类的天线，难以同时满足发射/接收信号的频带宽度，并且发射效率低。
发明内容
为了拓展微带谐振天线的带宽范围，以及提高发射效率，本发明提供了一种宽频带微带天线，所述天线由传输馈线、复合的左右手非线性传输线和介质基底构成；所述复合的左右手非线性传输线与所述介质基底连接，所述传输馈线与所述复合的左右手非线性传输线连接。
所述复合的左右手非线性传输线由至少一个左手非线性传输线和右手非线性传输线交替串联构成；所述左手非线性传输线由串联可变电容和并联电感构成；所述右手非线性传输线由串联电感和并联可变电容构成。
所述可变电容具体为变容二极管；在所述左手非线性传输线中，所述变容二极管串联在电路中；在所述右手非线性传输线中，所述变容二极管并联在电路中。
在所述左手非线性传输线和右手非线性传输线中，通过改变所述变容二极管的反向直流偏置电压，调节所述左手非线性传输线和右手非线性传输线的截止频率。
所述左手非线性传输线和右手非线性传输线之间通过隔直电容连接，所述隔直电容用于防止所述左手非线性传输线和右手非线性传输线中的反向直流偏置电压互相干扰。
所述传输馈线的阻抗值为50欧姆。
有益效果：本发明通过复合的左右手非线性传输线代替传统微带天线上的金属导体薄片，左手非线性传输线具有高通特性，右手非线性传输线具有低通特性，复合的左右手非线性传输线具有带通特性，大大地拓展了微带天线的频带宽度，有效地提高了微带天线的发射效率。
附图说明
图1是现有技术中微带天线的结构示意图；
图2是现有技术中常见的金属导体薄片的形状示意图；
图3是本发明实施例复合的左右手非线性传输线的电路原理示意图；
图4是本发明实施例右手非线性传输线的电路原理示意图；
图5是本发明实施例左手非线性传输线的电路原理示意图；
图6是本发明实施例复合的左右手非线性传输线的带通特性与反向直流偏置电压的关系曲线图；
图7是本发明实施例复合的左右手非线性传输线与带通滤波器品质因数的关系曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图3，本发明实施例提出了一种宽频带微带天线，该天线由传输馈线、复合的左右手非线性传输线和介质基底构成。复合的左右手非线性传输线与介质基底连接，传输馈线与复合的左右手非线性传输线连接。
复合的左右手非线性传输线由至少一个左手非线性传输线和右手非线性传输线交替串联构成；右手非线性传输线由串联电感LR和并联可变电容CR构成；由于在其中传播的波表现出的电场强度、磁场强度和波矢成右手定则，所以被称为右手非线性传输线，如图4所示。左手非线性传输线由串联可变电容CL和并联电感LL构成，其可变电容与电感的位置与右手非线性传输线的可变电容与电感的位置相反；由于在其中传播的波表现出的电场强度、磁场强度和波矢的左手规律，与传统的左手规律截然相反，所以被称为左手非线性传输线，如图5所示。在实际应用中，可以选取阻抗值为50欧姆的传输馈线来实现本发明实施例。
在实际应用中，可变电容可以通过变容二极管来实现，如图3所示。变容二极管又称“可变电抗二极管”，是一种利用PN结电容(势垒电容)与其反向直流偏置电压的依赖关系及原理制成的二极管，反向直流偏置电压愈大，则结电容愈小；变容二极管具有与衬底材料电阻率有关的串联电阻R。在左手非线性传输线中，变容二极管是非线性单元，通过改变其反向直流偏置电路中的电压值Vdc2可以调节变容二极管的反向电容，进而调节左手非线性传输线的截止频率；同理，在右手非线性传输线中，也可以通过改变反向直流偏置电压Vdc1来调节右手非线性传输线的截止频率。在左手非线性传输线中，变容二极管D串联在电路中；在右手非线性传输线中，变容二极管D并联在电路中。通过调节左手非线性传输线中的反向直流偏置电压Vdc2来调节非线性变容二极管的反向电容值，使带通滤波器的下限频率得以调节；通过调节右手非线性传输线中的反向直流偏置电压Vdc1来调节非线性变容二极管的反向电容值，使带通滤波器的上限频率得以调节，该特性如图6所示。从图6所示的特性曲线图可以看出，左手非线性传输线和右手非线性传输线表现出了截然不同的特性：左手非线性传输线为高通特性，右手非线性传输线为低通特性，两者依次交替串联形成带通滤波器。
在实际应用中，左手非线性传输线和右手非线性传输线之间通过隔直电容C连接，隔直电容C用于防止左手非线性传输线和右手非线性传输线中的反向直流偏置电压互相干扰。图7为计算机仿真出的带通滤波器品质因数与复合的左右手非线性传输线的关系曲线图，图7的仿真结果显示了左手非线性传输线和右手非线性传输线所表现的带通特性。图7的仿真结果表明：增加左手非线性传输线和右手非线性传输线的个数，可以提高带通滤波器的品质因数；当左手非线性传输线和右手非线性传输线的个数较少时，继续增加左手非线性传输线和右手非线性传输线的个数可以显著提高带通滤波器的品质因数，当左手非线性传输线和右手非线性传输线个数增加到8个以上时，对带通滤波器品质因数的影响就比较小了。在实际应用中，可以通过增加左手非线性传输线和右手非线性传输线的个数，来增加微带天线的谐振频率，这样大大地拓展了微带天线的频带宽度，有效地提高了微带天线的发射效率。
本发明实施例通过复合的左右手非线性传输线代替传统微带天线上的金属导体薄片，复合的左右手非线性传输线结合了左手非线性传输线和右手非线性传输线，左手非线性传输线和右手非线性传输线交替串联。本发明实施例提供的左手非线性传输线具有高通特性，右手非线性传输线具有低通特性，复合的左右手非线性传输线具有带通特性。本发明实施例提供的宽频带微带天线，可以通过设定左手非线性传输线和右手非线性传输线中的非线性元件的阻抗值，来实现微带天线频带宽度的拓展。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种宽频带微带天线，其特征在于，所述天线由传输馈线、复合的左右手非线性传输线和介质基底构成；所述复合的左右手非线性传输线与所述介质基底连接，所述传输馈线与所述复合的左右手非线性传输线连接。
2.如权利要求1所述的宽频带微带天线，其特征在于，所述复合的左右手非线性传输线由至少一个左手非线性传输线和右手非线性传输线交替串联构成；所述左手非线性传输线由串联可变电容和并联电感构成；所述右手非线性传输线由串联电感和并联可变电容构成。
3.如权利要求2所述的宽频带微带天线，其特征在于，所述可变电容具体为变容二极管；在所述左手非线性传输线中，所述变容二极管串联在电路中；在所述右手非线性传输线中，所述变容二极管并联在电路中。
4.如权利要求3所述的宽频带微带天线，其特征在于，在所述左手非线性传输线和右手非线性传输线中，通过改变所述变容二极管的反向直流偏置电压，调节所述左手非线性传输线和右手非线性传输线的截止频率。
5.如权利要求2所述的宽频带微带天线，其特征在于，所述左手非线性传输线和右手非线性传输线之间通过隔直电容连接，所述隔直电容用于防止所述左手非线性传输线和右手非线性传输线中的反向直流偏置电压互相干扰。
6.如权利要求1所述的宽频带微带天线，其特征在于，所述传输馈线的阻抗值为50欧姆。
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