CN102683809B - 一种宽带小型化共形单极子天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了宽带小型化共形微带单极子天线，其特点是该天线的微带加载单元(2)、微带单极子辐射单元(3)和微带阻抗渐变段(4)依次连接并印刷在薄而柔性印刷电路板(5)上，印刷电路板(5)弯曲后粘贴在介质圆柱体(8)的表面上，构成天线的圆柱共形辐射体；圆柱共形辐射体顶端装设金属圆盘(1)，金属圆盘(1)与微带加载单元(2)连接，实现天线小型化；圆柱共形辐射体外装设金属套筒(6)，实现天线宽带特性；圆柱共形辐射体底部与金属接地板(7)连接；它采用光刻技术加工，加工精度高，大幅度降低加工误差对天线性能的影响，提高天线辐射效率，减轻了天线重量。同时减少天线制作中的机械加工量，降低了天线制作时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种宽带小型化共形单极子天线，属于无线电设备中天线领域。
背景技术
天线是无线电设备中的关键部件，它承担着能量转换功能和定向辐射(或接收)的功能，直接决定电磁能量在空间传输的效率，影响整个无线系统工作效果。随着现代通信技术的迅猛发展，对天线性能提出了许多特殊的和苛刻的要求。例如在舰艇、车辆等高速运动通讯中，要求天线要同时具备宽带、小型化、不影响气动性、调试简单、容易加工和制作等性能。
单极子天线是一类性能优异和应用广泛的天线，具有结构简单和全向辐射特性等优点，在现代通讯中有较广泛的应用。单极子天线结构可大致分为两部分：辐射单元和金属接地板。传统的单极子天线多采用细直金属棒或金属板作为天线的辐射单元，一般为窄带天线，其工作频带宽度仅为百分之几，天线长度大多数为1/4至1/2个波长，这使单极子天线的工程应用受到很大限制。
为了加宽其工作频带或为了实现小型化，人们对单极子天线的结构进行了改进，提出了一些新的天线结构形式。电子工业出版社出版的林昌禄主编《天线工程手册》第8章中，对单极子天线的设计和性能做了全面介绍和总结，列举的套筒单极子天线可以展宽带宽。但这些单极子天线都以细直金属棒为辐射单元，天线整体为金属结构，尺寸大，重量大，并且采用金属机械加工制作，加工成本高；《IEEE Transactions on Antennas andPropagation》第12期54卷(2006年)中论文”A Novel Miniature Broadband/MultibandAntenna Based on an End-Loaded Planar Open-Sleeve Dipole”采用平面单极子天线，提出在辐射阵子顶端加载，从而减小了天线尺寸，同时采用微带套筒，展宽了工作带宽，使带宽达到了31％，但该天线面积较大，介质板较厚，难以应用于较窄小空间的应用场合；《火控雷达技术》第34卷(2005年)论文”小型化平面单极子天线研究”提出末端采用蛇形结构，并在适当的位置采用集中加载电阻，从而减小了天线尺寸，扩展了工作带宽，但该天线采用加载集中元件，从而使天线增益不高，辐射效率大幅度地降低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种宽带小型化共形单极子天线，其特点是该共形单极子天线的辐射单元，微带阻抗渐变段和矩形微带加载单元印刷在印刷介质板上，代替传统的细直金属棒或金属板，它采用光刻技术加工，加工精度高，大幅度降低加工误差对天线性能的影响，提高天线辐射效率，减轻了天线重量。同时减少天线制作中的机械加工量，降低了天线制作时间和成本。
本发明由以下技术措施实现：
宽带小型化共形微带单极子天线的微带加载单元、微带单极子辐射单元和微带阻抗渐变段依次连接并印刷在薄而柔性印刷电路板上，印刷电路板弯曲后粘贴在介质圆柱体的表面上，构成天线的圆柱共形辐射体；圆柱共形辐射体顶端装设金属圆盘，金属圆盘与微带加载单元连接，实现天线小型化；圆柱共形辐射体外装设金属套筒，实现天线宽带特性；圆柱共形辐射体底部与金属接地板连接。
印刷电路板为薄而柔软的聚四氟乙烯或环氧树脂制作，能够弯曲实现共形结构。
介质圆柱体为聚四氟乙烯或有机玻璃制作。
本发明具有如下优点：
1.宽带小型化共形单极子天线辐射单元印刷在介质板上，代替传统的细直金属棒或金属板，减轻了天线重量。同时减少天线制作中的机械加工量，降低了天线制作时间和成本。
2.宽带小型化共形单极子天线辐射单元采用光刻技术加工，加工精度高，大幅度降低加工误差对天线性能的影响。
3.宽带小型化共形单极子天线的矩形微带加载单元和金属圆盘，增加电流流动路径，有助于减小天线尺寸，从而实现天线小型化。
4.微带阻抗渐变段能够有效地实现天线阻抗匹配，提高天线辐射效率。
5.圆柱共形辐射体外装设金属套筒，能够展宽天线的工作频带。
6.采用薄而柔软的聚四氟乙烯或环氧树脂制作的印刷电路板，能够弯曲实现共形结构，从而大幅度地减少天线面积，能够实现在窄小空间的应用。
附图说明
图1单极子天线三维结构示意图
图2印刷电路板展开示意图
图3单极子天线剖面图
图4单极子天线S11曲线图
图5仿真辐射方向图
1.金属圆盘，2.微带加载单元，3.微带单极子辐射单元，4.微带阻抗渐变段，5.印刷电路板，6.金属套筒，7.金属接地板，8.介质圆柱体。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例：
宽带小型化共形单极子天线的整体结构如图1-3所示，该单极子天线由微带加载单元2、天线辐射单元3、微带阻抗渐变段4、印刷电路板5、金属圆盘1、金属套筒6、金属接地板7、介质圆柱体8组成。
宽带小型化共形单极子天线的微带加载单元2、辐射单元3和微带阻抗渐变段4依次连接并印刷在电路板5上，该印刷电路板采用聚四氟乙烯，它具有易弯曲特性、微波损耗小，厚度为0.25mm，相对介电常数为2.65。
印刷电路板弯曲后粘贴在介质圆柱体8的表面上构成天线的圆柱共形辐射体；圆柱共形辐射体顶端装设金属圆盘1，金属圆盘与微带加载单元2连接，实现天线小型化；圆柱共形辐射体外装设金属套筒6，实现天线宽带特性；圆柱共形辐射体底部与金属接地板7连接。
该天线采用50Ω同轴线进行馈电，同轴线内导体穿过金属接地板后焊接在微带渐变段的起始端，同轴线外导体焊接到金属接地板。
经数值仿真计算和测试，本实施例宽带小型化共形单极子天线的工作频段可以从908MHz延伸到1238MHz，相对带宽33％，具备宽带工作性能。并且该天线具有小型化特点，其高度仅为0.14λ(λ为该天线在工作频带低端的波长)。
Claims (3)
1.一种宽带小型化共形微带单极子天线，其特征在于该天线的微带加载单元(2)、微带单极子辐射单元(3)和微带阻抗渐变段(4)依次连接并印刷在薄而柔性印刷电路板(5)上，印刷电路板(5)弯曲后粘贴在介质圆柱体(8)的表面上，构成天线的圆柱共形辐射体；圆柱共形辐射体顶端装设金属圆盘(1)，金属圆盘(1)与微带加载单元(2)连接，实现天线小型化；圆柱共形辐射体外装设金属套筒(6)，实现天线宽带特性；圆柱共形辐射体底部与金属接地板(7)连接。
2.如权利要求1所述宽带小型化共形微带单极子天线，其特征在于印刷电路板(5)为薄而柔软的聚四氟乙烯或环氧树脂制作。
3.如权利要求1所述宽带小型化共形微带单极子天线，其特征在于介质圆柱体(8)为聚四氟乙烯或有机玻璃制作。
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