CN103036023B - 宽带平面印刷偶极子天线 - Google Patents

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Abstract

一种宽带平面印刷偶极子天线，设有：两个大偶极子臂（3a、3b）、两个小偶极子臂（4a、4b）、指数型渐变线馈电微带线（1）、连接小偶极子臂与馈电微带线的连接线（5）和介质板（2）；该天线结构创新之处是采用介质板正反两面的双层印刷电路结构：将大、小两对偶极子（3a、3b）、（4a、4b）和指数型渐变线馈电微带线（1）印制在该介质板（2）的正反两面，从而实现宽频带匹配特性和稳定的方向图，在驻波比小于2时的带宽能够达到70%，工作频段内方向图稳定。特点是：尺寸小、重量轻，易于集成于各种平面器件中；馈电系统简单。因此本发明制造成本低廉、平面结构、工作频带宽，具有良好的推广应用前景。

Description

宽带平面印刷偶极子天线
技术领域
本发明涉及一种宽带平面印刷偶极子天线，确切地说，涉及一种可用于无线通信的双面印刷偶极子天线，属于通信天线的技术领域，
背景技术
随着通信技术日新月异的发展，具有低复杂度、低成本和工作频带宽等诸多优点的通信系统得到迅速发展和广泛应用。因为印刷偶极子天线具有体积小、重量轻、结构简单、易于批量生产等优点，故其被应用于各种通信系统中。但是，现有技术的印刷偶极子天线存在有：带宽较窄或结构设计复杂的缺点。例如2010年文献《宽带印刷偶极子天线》(中国期刊《科学技术与工程》，2010年第32期)中的天线为平面印刷结构，但其工作带宽只有55％。专利申请《一种带有寄生单元的宽带低交叉极化印刷偶极子天线》(申请号为201110244863.X)虽然其能够实现70％的工作带宽，但是该天线是由3块介质板和一块反射板组成，呈复杂的立体结构，不便与印刷电路板集成。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于无线通信的宽带平面印刷偶极子天线，该装置在实现天线工作宽带化的同时，还具有以下特点：造价低、平面结构、易于与其他设备集成；馈电系统简单。
为了达到上述目的，本发明提供了一种宽带平面印刷偶极子天线，设有：两个大偶极子臂(3a、3b)、两个小偶极子臂(4a、4b)、指数型渐变线馈电微带线(1)、连接小偶极子臂与馈电微带线的连接线(5)和介质板(2)；其特征在于：所述天线采用介质板(2)正反两面的双层印刷电路结构：将大、小两对偶极子(3a、3b)、(4a、4b)和指数型渐变线馈电微带线(1)印制在该介质板(2)的正反两面，从而实现宽频带特性和稳定的方向图，在驻波比小于2时的带宽能够达到70％，工作频段内方向图稳定；所述天线的第一大偶极子臂(3a)和第一小偶极子臂(4a)印制在该介质板的正面，第二大偶极子臂(3b)和第二小偶极子臂(4b)则印制在该介质板的反面。
所述两个大偶极子臂(3a、3b)和两个小偶极子臂(4a、4b)分别是两个尺寸不同的矩形贴片，共同构成该天线的辐射单元；其中，两个大偶极子臂(3a、3b)的长宽比为0.8～1.2，两个小偶极子臂的长宽比为0.8～1.2。
所述指数型渐变线馈电微带线(1)是该天线的连接转换单元，其是由印制在介质板(2)正面的设定宽度的金属线(1a)和印制在介质板(2)反面的宽度呈指数线型渐变的金属线(1b)共同组成，该馈电微带线(1)的始端连接无线电天线接口SMA(Sub-Miniature-A)，其尾端分别连接两个小偶极子臂(4a、4b)。
所述连接线(5)是弯折90度的两段矩形贴片，分别在介质板(2)正反面或上下层连接两个小偶极子臂(4a、4b)和指数型渐变线的馈电微带线(1)；且在两个小偶极子臂(4a、4b)与指数型渐变线的馈电微带线垂直相交处呈45度弯折形状。
所述介质板(2)是由适用于射频微波频段并具有相适应介电常数的绝缘材料所制成。
本发明是一种结构新颖、简单、实用的宽带平面印刷偶极子天线，其电路结构采用双偶极子形式，通过指数型渐变线的微带线馈电，可同时提供较宽的工作频带带宽(达到70％)和优良的辐射效率，且频带内方向图稳定。同时，包括平面偶极子天线和馈电系统的所有电路全部印制在介质板的两面，不需要额外的金属地板或者反射板，实现了偶极子天线整体结构的平面化、宽带化。其主要结构特点是：尺寸小、重量轻，易于集成于各种平面器件中；馈电系统非常简单，只有单个馈电。因此本发明与其他偶极子天线相比，其制造成本低廉、平面结构、馈电简单、工作频带宽，具有良好的推广应用前景。
附图说明
图1是本发明宽带平面印刷偶极子天线的三维结构示意图。
图2是本发明的宽带平面印刷偶极子天线的正面图
图3是本发明的宽带平面印刷偶极子天线的反面图。
图4是本发明的宽带平面印刷偶极子天线的频率特性实测图。
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，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
参见图1～图3，介绍本发明宽带平面印刷偶极子天线的结构组成。
该天线整体结构呈矩形体，设有：指数型渐变线馈电微带线(1)、介质板(2)、两个大偶极子臂(3a、3b)、两个小偶极子臂(4a、4b)和连接线(5)。其创新结构主要是：该天线采用在位于中间的介质板(2)正反两面的双层印刷电路结构，即将大、小两对偶极子(3a、3b)、(4a、4b)和指数型渐变线馈电微带线(1)印制在该介质板(2)的正反两面：大偶极子的一臂(3a)和小偶极子的一臂(4a)印制在该介质板的正面，大偶极子的另一臂(3b)和小偶极子的另一臂(4b)则印制在该介质板的反面。实现了宽频带特性和稳定的方向图，在驻波比小于2时的带宽能够达到70％，工作频段内方向图稳定。
连接小偶极子臂与馈电微带线的连接线位于介质板的两面。
本发明天线的两个大偶极子臂(3a、3b)和两个小偶极子臂(4a、4b)分别是两个尺寸不同的矩形贴片，共同构成该天线的辐射单元；其中，大偶极子臂(3a、3b)的长宽比为0.8～1.2，小偶极子臂的长宽比为0.8～1.2。
指数型渐变线馈电微带线(1)是该天线的连接转换单元，其是由印制在介质板(2)正面或上层的设定宽度(实施例中的该宽度为1.4mm)的金属线(1a)和印制在介质板反面或下层的宽度呈指数线型渐变的金属线(1b)共同组成，该馈电微带线(1)的始端连接无线电天线接口SMA(Sub-Miniature-A)，其尾端分别连接小偶极子臂(4a、4b)。
连接线(5)是弯折90度的两段矩形贴片，位于介质板两面，分别连接小偶极子臂(4a、4b)和指数型渐变线的馈电微带线(1)；且其弯折处采用45度。实施例的连接线(5)的宽度为1.4mm。
介质板(2)是适用于射频微波频段、并由相应介电常数(4.1～4.9之间)的绝缘材料所制成。本发明实施例中的介质板厚度为0.8mm，长度为80mm，宽度为60mm。
本发明实施例的其他电路参数如下：大偶极子臂(3a、3b)的两个矩形贴片的长、宽均为25mm，其中3a位于介质板的正面或上层，3b位于介质板的反面或下层。通过改变大偶极子臂的长度和宽度，与小偶极子臂配合，可以实现天线工作频带的拓宽。
小偶极子臂(4a、4b)的两个矩形贴片的长、宽均为10mm，4a位于介质板的正面或上层，4b位于介质板的反面或下层，通过改变小偶极子臂的长度和宽度，与大偶极子臂配合，可以实现天线工作频带的拓宽。
本发明已经进行了多次实施试验，仿真实施试验的情况介绍如下：
在天线的指数型渐变线馈电微带线(1)的起始端焊接工程用SMA接头，再外接信号源，外加的激励信号通过指数型渐变线馈电微带线(1)、连接线(5)到达小偶极子臂(4a、4b)。由小偶极子臂(4a、4b)将能量耦合到大偶极子臂(3a、3b)，大小偶极子臂共同作用将电磁波的能量辐射出去，完成无线通信的功能。
参见图4，介绍本发明实施例的频率特性、即回波损耗参数的实验结果：图中的横坐标为频率分量，单位为GHz；纵坐标为幅度分量，单位为dB。本发明实施例的一种宽带平面印刷偶极子天线的工作频段为2.1～4.4GHz，其回波损耗参数在工作频带内小于-10dB。因此，该实施例的试验是成功的，实现了发明目的。

Claims (5)

1.一种宽带平面印刷偶极子天线，设有：两个大偶极子臂(3a、3b)、两个小偶极子臂(4a、4b)、指数型渐变线馈电微带线(1)、连接小偶极子臂与馈电微带线的连接线(5)和介质板(2)；其特征在于：所述天线采用介质板正反两面的双层印刷电路结构：将大、小两对偶极子(3a、3b)、(4a、4b)和指数型渐变线馈电微带线(1)印制在该介质板(2)的正反两面，从而实现宽频带匹配特性和稳定的方向图，在驻波比小于2时的带宽能够达到70％，工作频段内方向图稳定；所述天线的第一大偶极子臂(3a)和第一小偶极子臂(4a)印制在该介质板(2)的正面，第二大偶极子臂(3b)和第二小偶极子臂(4b)则印制在该介质板(2)的反面。
2.根据权利要求1所述的宽带平面印刷偶极子天线，其特征在于：所述两个大偶极子臂(3a、3b)和两个小偶极子臂(4a、4b)分别是两个尺寸不同的矩形贴片，共同构成该天线的辐射单元；其中，两个大偶极子臂(3a、3b)的长宽比为0.8～1.2，两个小偶极子臂的长宽比为0.8～1.2。
3.根据权利要求1所述的宽带平面印刷偶极子天线，其特征在于：所述指数型渐变线馈电微带线(1)是该天线的连接转换单元，其是由印制在介质板(2)正面的设定宽度的金属线(1a)和印制在介质板(2)反面的宽度呈指数线型渐变的金属线(1b)共同组成，该馈电微带线(1)的始端连接无线电天线接口SMA，其尾端分别连接两个小偶极子臂(4a、4b)。
4.根据权利要求1所述的宽带平面印刷偶极子天线，其特征在于：所述连接线(5)是弯折90度的两段矩形贴片，分别在介质板(2)正反面或上下层连接两个小偶极子臂(4a、4b)和指数型渐变线的馈电微带线(1)；且在两个小偶极子臂(4a、4b)与指数型渐变线的馈电微带线垂直相交处呈45度弯折形状。
5.根据权利要求1所述的宽带平面印刷偶极子天线，其特征在于：所述介质板(2)是由适用于射频微波频段并具有相适应介电常数的绝缘材料所制成。
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