CN102354806A - 一种宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带天线，主要解决现有天线带宽不足或结构复杂的问题。本发明将传输线并联谐振器引入到对称振子中，整个天线包括金属地板、辐射单元、电路板和同轴电缆，其中：辐射单元包括一对辐射臂(4，5)、金属枝节(8)和金属条带(7)；辐射臂(4)与金属条带(7)垂直连接，辐射臂(5)与金属枝节(8)垂直连接，分别印刷在电路板的正、反面；金属枝节的末端与金属条带短路连接，形成传输线并联谐振器，两个辐射臂和传输线并联谐振器组成等效的带通滤波器，使天线具有双调谐特性。本发明有效地展宽了传统细线模型对称振子的带宽，在设计频段内方向图保持规则，且结构简单，易于加工。

Description

一种宽带天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别涉及一种宽带天线，用于无线通信系统中要求宽带天线结构简单的场合。
背景技术
随着无线通信技术的发展，扩频、跳频通信技术不断应用于军用和民用通信系统中，这些技术的应用，对系统中天线的带宽提出了越来越高的要求。如何用简单的天线结构，获得较高的天线带宽，一直以来都是天线研究的热点和难点问题。
国际电子电气工程师学会杂志(IEEE Transaction on Antennas and Propagation，VOL.55，NO.11，NOVEMBER 2007)介绍了一种宽带的偏馈印刷对称振子天线，偏馈技术有效地展宽了对称振子的带宽。但是这种天线是以电压驻波比小于2.5为指标设计的，其电压驻波比过大。
中国专利申请号200810225192.0提出的一种宽带匹配网络能极大地展宽天线带宽，但是这种天线由于引入了多种阻尼网络，导致天线效率降低，不利于实用。
中国专利申请号200910246594.3提出的一种宽带天线单元，这种铸造对称振子天线结构过于复杂，并且对安装要求较高，不适合要求天线结构简单的应用场景。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种宽带天线，以在较宽的频带内减小天线复杂度和电压驻波比，避免辐射效率的降低，满足天线结构简单的应用场景使用。
实现本发明目的的技术思路是：将带通滤波器设计思想应用到天线设计中，即在等效为串联谐振器的半波长对称振子中引入传输线并联谐振器，在对称振子和传输线谐振器之间设置合适的耦合，用对称振子和传输线谐振器组成等效的二阶带通滤波器，将对称振子的辐射电阻作为带通滤波器的负载，使天线的电压驻波比曲线与二阶带通滤波器相似，其带宽相比于传统细线模型对称振子天线明显变宽。
本发明的天线包括金属地板1、辐射单元、电路板2和同轴电缆3，其中：辐射单元包括一对辐射臂4和5、金属枝节8和金属条带7；辐射臂4与金属条带7垂直连接，印制在电路板2的正面；辐射臂5与金属枝节8垂直连接，印制在电路板2的反面；金属枝节8的末端与金属条带7短路连接，以形成末端短路的传输线并联谐振器。
所述的辐射臂4和辐射臂5为相同的矩形结构，它们均与金属地板1平行，且高于金属地板1四分之一波长；辐射臂4和5的一端各切有一个三角形切角10和11，用来调整辐射臂4和5与传输线并联谐振器之间的耦合，以获得期望的电压驻波比曲线。
所述电路板2的纵轴位置的上部开有非金属化过孔形成馈电点6，同轴电缆3的内芯穿过馈电点6与辐射臂5焊接，同轴电缆3的外导体与金属条带7焊接；电路板2的纵轴位置的下部开有金属化过孔9，通过该过孔9将金属枝节8的末端与金属条带7进行短路连接。
本发明由于将带通滤波器设计思想应用到天线设计中，对辐射臂引入了金属枝节和金属条带，并在金属枝节的末端通过金属化过孔将金属枝节和金属条带短路，形成了末端短路的传输线并联谐振器，与可以等效为串联谐振器的两个辐射臂组成了等效带通滤波器，使得天线具有类似二阶带通滤波器的电压驻波比曲线，与传统的半波长细线模型对称振子相比，其电压驻波比曲线具有双谐特性，带宽相比于传统细线模型对称振子天线明显展宽，与使用集总元件匹配网络的天线相比，辐射效率高；此外由于本发明切除了矩形辐射臂的一个角，形成两个三角形切角，可进一步调整辐射臂与传输线并联谐振器之间的耦合，以获得期望的电压驻波比曲线。
仿真表明：本发明引入的传输线并联谐振器不影响天线的辐射方向图，天线的辐射方向图在设计频段内保持规则。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的电路板正面示意图；
图3是本发明的电路板反面示意图；
图4是本发明实施例的仿真电压驻波比曲线；
图5是本发明实施例的仿真辐射方向图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
参照图1，本发明的宽带天线包含金属地板1、辐射单元、电路板2和同轴电缆3；辐射单元印制在电路板2的正反面，电路板2垂直固定在金属地板1上，金属地板1采用平板结构，用于反射电磁波，其厚度相对于工作波长可忽略不计。
参照图2和图3，本发明的辐射单元包括一对辐射臂4和5、金属枝节8和金属条带7。辐射臂4和金属条带7位于电路板2的正面，辐射臂4位于电路板2的上部，金属条带7位于电路板2的纵轴位置，辐射臂4与金属条带7垂直连接；辐射臂5和金属枝节8位于电路板2的反面，辐射臂5位于电路板2的上部，金属枝节8位于电路板2的纵轴位置，其长度为四分之一介质波长，辐射臂5与金属枝节8垂直连接；辐射臂4和5形成等效为串联谐振器的半波长对称振子，并高于金属地板1四分之一波长。电路板2的纵轴位置的下部开有金属化过孔9，金属枝节8的末端和金属条带7通过过孔9短路连接，形成传输线并联谐振器，该并联谐振器与两个辐射臂4和5组成等效的二阶带通滤波器，从而获得双调谐特性以展宽带宽。辐射臂4和5采用相同的矩形结构，其长度分别为四分之一波长，宽度均为十分之一波长，但不限于十分之一波长，且均与金属地板1平行，辐射臂4和5所在电路板2的纵轴位置处，分别切除一个角形成三角形切角10和11，用来调整辐射臂4和5与传输线并联谐振器之间的耦合，以获得期望的电压驻波比曲线。
电路板2的纵轴位置的上部开有非金属化过孔形成馈电点6，同轴电缆3的内芯穿过馈电点6与辐射臂5焊接，同轴电缆3的外导体与金属条带7焊接，为了便于焊接固定同轴电缆3，本实施例中金属条带7的长度大于金属枝节8，并用金属条带7将辐射臂4与金属地板1短路连接。
本发明的效果可通过以下仿真进一步描述。
仿真1，为了说明本发明所述的宽带天线的性能，用仿真软件对天线的电压驻波比进行仿真，其结果在图4中给出。
从图4可以看出，本发明的电压驻波比曲线显示天线具有双谐振特性，电压驻波比小于1.5的频带范围为1.68-2.30GHz，相对带宽31.2％；驻波比小于2的频带范围为1.65-2.39GHz，相对带宽为36.6％。相比较于传统的细线模型对称振子天线，本发明所述的宽带天线带宽明显展宽。
仿真2，为了说明本天线的辐射特性，对天线的辐射方向图进行仿真，结果如图5中所示，其中图5(a)是1.7GHz频点的辐射方向图，图5(b)是1.92GHz频点的辐射方向图，图5(c)是2.17GHz频点的辐射方向图，图5(d)是2.4GHz频点的辐射方向图。
从图5可以看出，本发明天线的辐射方向图在设计频段内保持规则，未发生畸变。
以上仅为本发明的一个最佳实例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可作出对结构的不同改变，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (7)

1.一种宽带天线，包括金属地板(1)、辐射单元、电路板(2)和同轴电缆(3)，其特征在于：辐射单元包括一对辐射臂(4，5)、金属枝节(8)和金属条带(7)；辐射臂(4)与金属条带(7)垂直连接，印制在电路板(2)的正面；辐射臂(5)与金属枝节(8)垂直连接，印制在电路板(2)的反面；金属枝节(8)的末端与金属条带(7)短路连接，以形成末端短路的传输线并联谐振器。
2.根据权利要求1所述的一种宽带天线，其特征在于：辐射臂(4)和辐射臂(5)为相同的矩形结构，它们均与金属地板(1)平行，且高于金属地板(1)四分之一波长。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽带天线，其特征在于：辐射臂(4，5)的长度均为四分之一波长，金属枝节(8)的长度为四分之一介质波长。
4.根据权利要求1所述的一种宽带天线，其特征在于：对于辐射臂(4，5)的一端各切有一个三角形切角(10，11)，用来调整辐射臂(4，5)与传输线并联谐振器之间的耦合，以获得期望的电压驻波比曲线。
5.根据权利要求4所述的一种宽带天线，其特征在于：三角形切角(10，11)均位于电路板(2)的纵轴位置。
6.根据权利要求1所述的一种宽带天线，其特征在于：电路板(2)的纵轴位置的上部开有非金属化过孔形成馈电点(6)，同轴电缆(3)的内芯穿过馈电点(6)与辐射臂(5)焊接，同轴电缆(3)的外导体与金属条带(7)焊接。
7.根据权利要求1所述的一种宽带天线，其特征在于：电路板(2)的纵轴位置的下部开有金属化过孔(9)，通过该过孔(9)将金属枝节(8)的末端与金属条带(7)进行短路连接。
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