CN101895010A - 一种共面波导馈电宽带印刷单极子天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种共面波导馈电宽带印刷单极子天线，属于微波技术领域。本发明是在介质基板上分别设计结构完全对称的顶层辐射单元与底层辐射单元、顶层接地板和底层接地板；分别采用顶层馈线与底层馈线对顶层辐射单元和底层辐射单元进行馈电；通过孔径较小的金属化过孔(数量3-16个，半径范围0.25-0.8毫米)，把顶层馈线和底层馈线连接在一起；通过孔径较大的金属化过孔(数量3-16个，半径范围0.5-1.2毫米)，把顶层接地板和底层接地板连接在一起。本发明能显著降低接地板上的表面电流密度，结构简单，无需附加馈电部件；制作工艺简单、便于集成、成本低廉。

Description

一种共面波导馈电宽带印刷单极子天线
技术领域：
本发明涉及一种共面波导馈电印刷单极子天线，属于微波技术领域。
背景技术：
随着现代无线通信技术的发展，宽带/超宽带天线已经成为无线通信系统中的关键部件之一。一般意义上认为，具有超过25％相对带宽的天线就是超宽带天线，且在其频带内，天线应具有良好的阻抗匹配特性、稳定的辐射方向性和相对平坦的增益特性和基本稳定的极化特性。对于小型设备(如手持机、便携式计算机、无线网卡以及各种智能家电)而言，还要求天线具有体积小、全向辐射、成本低廉、便于加工与安装等特点。由于小型宽带/超宽带天线的“接地板”面积可与其辐射单元相比拟(甚至小于辐射单元)，一般情况下，绝大部分小型宽带天线“接地板”上的电流密度都比较大，造成它们的阻抗匹配特性与辐射特性都强烈依赖于系统的接地板尺寸，以及安装位置。这就使得在实际应用中，往往需要针对每种特定机型设计相应的天线，实际研发的复杂度、调试量都比较大，不利于天线的通用化与标准化设计。
为了降低安装场合对天线性能的影响，必须设法降低天线接地板与馈线上的电流分布密度，而迫使电流分布在辐射单元上，降低馈线与接地板的辐射效应。
发明内容
发明目的：
本发明的所要解决的技术问题是旨在克服常规单极子天线性能对接地板比较敏感的问题，提供一种共面波导馈电宽带印刷单极子天线。
技术方案：
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种共面波导馈电宽带印刷单极子天线，包括介质基板、顶层辐射单元、底层辐射单元、顶层馈线与底层馈线、顶层接地板和底层接地板；其中顶层辐射单元、顶层接地板分别设置在介质基板的顶层，底层辐射单元、底层接地板分别设置在介质基板的底层；所述顶层辐射单元与底层辐射单元结构相同并且分别相对于介质基板对称映射排布，顶层馈线与顶层辐射单元的端部连接，底层馈线与底层辐射单元的端部连接；所述介质基板的中部纵向设置N个第一金属化过孔，在所述介质基板的两端以及第一金属化过孔的左右两侧分别纵向设置M个第二金属化过孔，N、M均为正整数；所述顶层馈线与底层馈线通过第一金属化过孔连接；所述顶层接地板与底层接地板结构相同并且分别相对于介质基板对称映射排布，通过第二金属化过孔连接构成折合接地板结构。
进一步，本发明的共面波导馈电宽带印刷单极子天线的第一金属化过孔的数量3-16个，半径范围为0.3-0.8毫米。
进一步，本发明的共面波导馈电宽带印刷单极子天线的第二金属化过孔的数量3-16个，半径范围为0.5-1.2毫米。
本发明的共面波导馈电宽带印刷单极子天线，具有折合接地板结构，其制作方法是利用印刷电路板工艺，在介质基板上设计辐射单元、馈线与接地板，采用金属化过孔连接介质基板两面的接地板、构成折合接地板结构，另一方面采用完全对称的馈线与辐射单元结构，并采用金属化过孔将馈线连接在一起。
有益效果：
本发明提高天线结构的对称性，等效增加馈线、接地板的有效面积，降低馈线与接地板上的表面电流密度分布。
同时，本发明的天线具有较小的体积、简单的结构和极低的剖面尺寸，能够有效地实现与前端射频电路的集成。同时结构简单、工作频带宽、便于制作实现和集成，为陆地移动通信、超宽带无线通信天线的开发提供技术储备。
附图说明：
附图1是天线的结构(正面、剖面)示意图。
附图2是利用IE3D软件计算的天线表面电流分布与参考对照图；
其中：附图2a为具有折合接地板结构的共面波导馈电宽带印刷单极子天线的表面电流分布图，
附图2b为用于参考的、同样工作频率上常规共面波导印刷单极子天线的表面电流分布图。
图中标号：1是顶层辐射单元，2是介质基板，3是顶层馈线，4是底层馈线，5是孔径较小的金属化过孔，6是顶层接地板，7是底层接地板，8是孔径较大的金属化过孔。
具体实施方案：
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：
对照附图1，其结构是：天线制作在介质基板上，辐射单元由顶层辐射单元与底层辐射单元构成，两者结构、尺寸完全相同，分别采用顶层馈线与底层馈线进行馈电，顶层馈线与底层馈线通过一列孔径较小的金属化过孔(数量3-16个，半径根据介质基板的介电常数与工作频段的不同，范围为0.25-0.8毫米)连接起来。
天线的接地板由顶层接地板和底层接地板构成，通过两列孔径较大的金属化过孔8(数量3-16个，半径根据介质基板的介电常数与工作频段的不同，范围为0.5-1.2毫米)，连接成折合接地板。
所述的具有折合接地板结构的共面波导馈电宽带印刷单极子天线，其辐射单元不仅限于圆形，也可以是椭圆形、矩形或其它图形的组合形状。
对照附图2，附图2a给出了介质基板2按照相对介电常数为2.65、厚度为1毫米时，天线辐射单元为圆形时候，利用IE3D软件计算的表面电流分布(工作频率为3.3GHz)，为了方便对照比较，附图2b还给出了形状相同、采用同样材料设计、具有同样工作频段的常规共面波导馈电单极子天线的表面电流分布(工作频率同样为3.3GHz)。根据附图2的比较可见，具有折合接地板结构的共面波导馈电宽带印刷单极子天线，其接地板上的表面电流密度比常规共面波导馈电单极子天线的表面电流密度降低10-20dB，表明采用折合接地板结构有利于降低接地板上的电流密度，抑制接地板的辐射效应。
具有折合接地板结构的共面波导馈电宽带印刷单极子天线具有超宽带工作特性、结构简单、体积轻巧、易于制作、成本低廉的特点。这种天线的接地板电流密度较常规印刷单极子天线显著降低，因此可望有效降低小型宽带印刷天线对安装场合的敏感性，可用作各类小型超宽带通信设备的收发天线。因此，本发明在移动通信、超宽带无线通信中有着广泛的应用前景。

Claims (3)

1.一种共面波导馈电宽带印刷单极子天线，其特征在于：包括介质基板(2)、顶层辐射单元(1)、底层辐射单元(9)、顶层馈线(3)与底层馈线(4)、顶层接地板(6)和底层接地板(7)；其中顶层辐射单元(1)、顶层接地板(6)分别设置在介质基板(2)的顶层，底层辐射单元(9)、底层接地板(7)分别设置在介质基板(2)的底层；所述顶层辐射单元(1)与底层辐射单元(9)结构相同并且分别相对于介质基板(2)对称映射排布，顶层馈线(3)与顶层辐射单元(1)的端部连接，底层馈线(4)与底层辐射单元(9)的端部连接；所述介质基板(2)的中部纵向设置N个第一金属化过孔(5)，在所述介质基板(2)的两端以及第一金属化过孔(5)的左右两侧分别纵向设置M个第二金属化过孔(8)，N、M均为正整数；所述顶层馈线(3)与底层馈线(4)通过第一金属化过孔(5)连接；所述顶层接地板(6)与底层接地板(7)结构相同并且分别相对于介质基板(2)对称映射排布，通过第二金属化过孔(8)连接构成折合接地板结构。
2.根据权利要求1所述的共面波导馈电宽带印刷单极子天线，其特征在于：所述第一金属化过孔(5)的数量3-16个，半径范围为0.3-0.8毫米。
3.根据权利要求1所述的共面波导馈电宽带印刷单极子天线，其特征在于：所述第二金属化过孔(8)的数量3-16个，半径范围为0.5-1.2毫米。
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