CN102738580B - 带扩展地平面开路节和半椭圆形开槽的超宽带单极子天线 - Google Patents
带扩展地平面开路节和半椭圆形开槽的超宽带单极子天线 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种带扩展地平面开路节和半椭圆形开槽的超宽带单极子天线。微波基板的正面为金属面，采用共面波导的馈电形式；馈线伸出来高于两边金属地的一段为金属耦合线，金属耦合线与开口向上带半椭圆形开槽的矩形金属片底面连接，同时对两边的金属地向上扩展，即在金属地的两外侧分别延伸一段扩展地平面开路节。该天线充分利用了共面波导的馈电方式，通过带有扩展地平面开路节和半椭圆形开槽矩形贴片，实现了超宽带的性能，符合单极子的辐射特性，同时使得天线更加紧凑，单面的特点能更方便地和其他电路集成。天线制作简单，易于和PCB电路集成，可广泛应用于各种手持、数据传输、成像、目标识别等的超宽带无线通信系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种超宽带单极子天线，尤其是涉及一种带扩展地平面开路节和半椭圆形开槽的超宽带单极子天线。
背景技术
随着高速集成电路的快速发展，系统设备向多功能一体化、小型集成化、模块化、智能化的方向不断迈进。作为无线电系统的终端设备，现代电子设备对天线提出更高的性能要求：宽带、小型化、体积小、重量轻、易于制造、成本低、易于集成化等。
由于目标识别、成像、反隐身和抗干扰以及对传输信息含量方面越来越高的要求，现代雷达及通信设备的频段及频宽在不断地扩展。超宽带的技术特点使得它在雷达系统、通信领域、军事应用等方面日益展现其优越性能，具有广阔的应用前景。原有的超宽带天线如等角螺旋天线、对数周期偶极子天线、加脊喇叭天线以及锥形天线等，由于其复杂的结构和庞大的体积已经无法与现代化的高集成系统相结合。随着固态有源电路的快速发展以及对电子设备轻型化、小型化要求的提高，需要天线方便地与其它电路集成，这一需求促进了天线小型化、平面化的发展。
发明内容
为了克服背景技术领域中的天线结构复杂和庞大的体积已经无法与现代化的高集成系统相适应，满足小型化超宽带天线的需求，方便天线与其他电路集成，本发明的目的是提供一种带有扩展地平面开路节和半椭圆形开槽的超宽带单极子天线。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明的微波基板的正面为金属面，微波基板金属面上，采用共面波导的馈电形式，即两边是金属地，金属地的中间是馈线；馈线伸出来高于两边金属地的一段为金属耦合线，金属耦合线与开口向上带半椭圆形开槽的矩形金属片底面连接，同时对两边的金属地向上扩展，即在金属地的两外侧分别延伸一段扩展地平面开路节，微波基板的背面没有金属层。
所述的共面波导的馈电形式，包含两边的金属地和馈线，共面波导为对称结构，馈线接SMA射频连接器的内导体，两边金属地分别接SMA射频连接器的外导体。
本发明具有的有益的效果是：
该天线充分利用了共面波导的馈电方式，通过带有扩展地平面开路节和半椭圆形开槽矩形贴片，实现了超宽带的性能，符合单极子的辐射特性，同时使得天线更加紧凑，单面的特点能更方便地和其他电路集成。天线制作工艺简单，制作成本低，天线制造材料可针对不同的应用场合灵活选择，易于和PCB电路集成，可广泛应用于各种手持、数据传输、成像、目标识别等的超宽带无线通信系统中。
附图说明
图1是本发明的整体结构视图。
图2是本发明的侧视图。
图3是本发明天线单元结构的详细参数标注图。
图中：1、微波基板，2、金属地，3、馈线，4、金属耦合线，5、带半椭圆形开槽的矩形金属片，6、扩展地平面开路节。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，微波基板1的正面为金属面，微波基板金属面上，采用共面波导的馈电形式，即两边是金属地2，金属地2的中间是馈线3；馈线伸出来高于两边金属地2的一段为金属耦合线4，金属耦合线4与开口向上带半椭圆形开槽的矩形金属片5底面连接，同时对两边的金属地2向上扩展，即在金属地2的两外侧分别延伸一段扩展地平面开路节6，微波基板1的背面没有金属层。信号通过馈线3，经金属耦合线4，将电磁能量馈给带半椭圆形开槽的矩形金属片5，同时也将有一部分电磁能量通过金属地2流到两端的扩展地平面开路节6，共同辐射达到超宽带的效果。
所述的共面波导的馈电形式，包含两边的金属地2和馈线3，共面波导为对称结构，馈线3接SMA射频连接器的内导体，两边金属地2分别接SMA射频连接器的外导体。
扩展地平面开路节6和带半椭圆形开槽的矩形金属片5分别谐振于低频段和中高频段，共同辐射达到的超宽带的效果。
能达到的超宽带天线谐振的范围为3.7GHz～10.1GHz。
本发明作为发射天线，信号从馈线3处通过SMA射频连接器馈入，电流一部分经过金属耦合线4流向带半椭圆形开槽的矩形金属片5，另一部分电流通过金属地2的边缘流向两端的扩展地平面开路节6，以上两部分在高低频共同作用，最后达到超宽带辐射的效果。作为接收天线时，则是一个逆过程。
如图2、图3所示，本发明的天线设计相关参数主要涉及如下：微波基板1和微波正面金属层的距离为h，微波基板1的长宽分别为：Ls，Ws，金属地2和馈线3的长度为Lg，馈线3的宽度以及与金属地2之间的间隔分别为w、g，金属耦合线4的长度为d，半椭圆形开槽的矩形金属片5中的矩形长宽为La、Lb，椭圆的长、短轴分别为Eb、Ea，两端的扩展地平面开路节6长宽分别表示为：(Ls-Lg)、(Ws -2×W1)/2。
对于模型的设计，低频的谐振主要由扩展地平面开路节6长度决定，所以必须在频带和天线面积大小之间做一个折中，中高频的谐振部分的电流分布主要集中于半椭圆形开槽的矩形金属片5的边缘。在天线的设计过程中，可以合理的调节微波基本的厚度h和介电常数使天线更好的达到超宽带的性能。最后，利用现有的电磁仿真软件，进行模型的建模、仿真、优化，最终获得所需要加工的模型尺寸。
下面给出实际制作的一个超宽带单极子天线的一个实例，微波基板的厚度h=1mm，介电常数为4.5时，经过电磁仿真软件仿真、优化得到的天线参数如下：Ws = 20 mm, Ls = 24 mm, Ea = 6 mm, Eb = 10 mm, Lb = 6mm, La =11 mm, w1 = 18 mm, d = 0.8 mm, Lg = 7 mm, g = 0.3 mm and w = 2.6 mm.整个天线的面积为24×20mm2,结构紧凑，尺寸小，且性能达到超宽带的要求。
由于整个天线是单面的印制天线，加工十分方便，只要通过普通的蚀刻工艺获得，再接上50欧姆的SMA射频连接器，即可测试，操作简单，方便，易于和各种PCB电路集成。
Claims (2)
1.一种带扩展地平面开路节和半椭圆形开槽的超宽带单极子天线，其特征在于：微波基板(1)的正面为金属面，微波基板金属面上，采用共面波导的馈电形式，即两边是金属地(2)，金属地(2)的中间是馈线(3)；馈线伸出来高于两边金属地(2)的一段为金属耦合线(4)，金属耦合线(4)与开口向上带半椭圆形开槽的矩形金属片(5)底面连接，同时对两边的金属地(2)向上扩展，即在金属地(2)的两外侧分别延伸一段扩展地平面开路节(6)，微波基板(1)的背面没有金属层；
扩展地平面开路节(6)和带半椭圆形开槽的矩形金属片(5)分别谐振于低频段和中高频段，共同辐射达到的超宽带的效果；
作为发射天线，信号从馈线(3)处通过SMA射频连接器馈入，电流一部分经过金属耦合线(4)流向带半椭圆形开槽的矩形金属片(5)，另一部分电流通过金属地(2)的边缘流向两端的扩展地平面开路节(6)，以上两部分在高低频共同作用，最后达到超宽带辐射的效果；作为接收天线时，则是一个逆过程。
2.根据权利要求1所述的一种带扩展地平面开路节和半椭圆形开槽的超宽带单极子天线，其特征在于：所述的共面波导的馈电形式，包含两边的金属地(2)和馈线(3)，共面波导为对称结构，馈线(3)接SMA射频连接器的内导体，两边金属地(2)分别接SMA射频连接器的外导体。
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