CN104124517A - 一种缝隙阵列pcb天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缝隙阵列PCB天线，包括一体化设计的第一反射器和第二反射器，所述第一反射器上方依次设有第一辐射单元层和第一引向器，所述第二反射器上方依次设有第二辐射单元层和第二引向器；所述第一反射器和第二反射器衔接处通过一传输线变压器连接短截线选频网络，所述第一辐射单元层和第二辐射单元层上分别设有第一馈线接入点和第二馈线接入点，所述两个馈线接入点通过同轴传输线连接；所述反射器、辐射单元层和引向器均为双面覆铜板PCB结构，双面覆铜板上分布有金属化通孔阵列。本发明所述的缝隙阵列PCB天线，既具有八木天线好的方向性和较高的增益的优点，又具有一般平板天线的尺寸小、重量轻、低价位、高效能、易集成和易安装等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线电技术，特别涉及一种缝隙阵列PCB天线。
背景技术
在靠电磁波传递信息的无线电技术设备，如广播、电视、通讯、导航、雷达等，PCB天线是必不可少的重要组成部分，在高效能的卫星、飞机和移动通信手机应用中，PCB天线获得了较高的青睐。但是目前的PCB天线通常增益较低、方向性不高、尺寸大、重量较重且集成难度大。
发明内容
本发明目的是：提供一种较高增益、好的方向性和尺寸小、重量轻、容易集成的PCB天线。
本发明的技术方案是：
本发明的优点是：
一种缝隙阵列PCB天线，包括一体化设计的第一反射器和第二反射器，所述第一反射器上方依次设有第一辐射单元层和第一引向器，所述第二反射器上方依次设有第二辐射单元层和第二引向器；所述第一反射器和第二反射器衔接处通过一传输线变压器连接短截线选频网络，所述第一辐射单元层和第二辐射单元层上分别设有第一馈线接入点和第二馈线接入点，所述两个馈线接入点通过同轴传输线连接；所述第一引向器和第二引向器短于1/2个波长，即1/2λ，第一辐射单元层和第二辐射单元层上设有缝隙，缝隙长度等于1/2λ，第一反射器和第二反射器长于1/2λ；所述第一反射器、第一辐射单元层和第一引向器组成一个阵列，第二反射器、第二辐射单元层和第二引向器组成另一个阵列，这两个阵列中心间距大于1/2λ。
优选的，所述第一反射器、第二反射器、第一辐射单元层、第二辐射单元层、第一引向器和第二引向器均为PCB结构，所述PCB结构为双面覆铜板，双面覆铜板上分布有导通覆铜板两面覆铜的金属化通孔阵列。
具体的，所述输线变压器为50Ω的1:1传输线变压器。
优选的，所述第一引向器与第一辐射单元层距离、第二引向器与第二辐射单元层距离均为1/20λ；所述第一辐射单元层与第一反射层距离、第二辐射单元层与第二反射层距离均为1/15λ。
进一步的，所述传输线变压器到第一馈线接入点和第二馈线接入点距离均为1/4λ。
进一步的，所述第一辐射单元层和第二辐射单元层上均设有互相垂直且总长度为1/2λ的两个辐射缝隙。
进一步的，所述第一辐射单元层和第二辐射单元层上还设有若干固定孔，通过塑料件与各自两侧的反射层和引向层相固定。
一种4阵列缝隙阵列PCB天线，包括4个上述反射器、辐射单元层和引向器组成的阵列，4个阵列共用一个短截线选频网络。
一种六面体缝隙阵列PCB天线，包括一个六面体结构，所述六面体结构的每个面上均设有上述缝隙阵列PCB天线。
本发明的有益效果有：
1．本发明所述的缝隙阵列PCB天线，既具有八木天线好的方向性和较高的增益的优点，又具有一般平板天线的尺寸小、重量轻、低价位、高效能和容易安装等优点；
2．外形适用于平面和非平面，而且容易和微带线电路相结合；
3．容易集成在一个立方体上，可在任意方向上进行通信，并保持高增益。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明实施例所述的缝隙阵列PCB天线的俯视图；
图2、3为本发明实施例所述短截线选频网络S参数图；
图4为本发明实施例所述的辐射单元层的结构示意图；
图5为本发明实施例所述的4阵列缝隙阵列PCB天线的结构示意图；
图6为本发明实施例所述的六面体缝隙阵列PCB天线的结构示意图。
具体实施方式
实施例：
如图1所示，本发明所揭示的缝隙阵列PCB天线，包括一体化设计的第一反射器10和第二反射器20，所述第一反射器10上方依次设有第一辐射单元层11和第一引向器12，所述第二反射器20上方依次设有第二辐射单元层21和第二引向器22；所述第一反射器10和第二反射器20衔接处通过一传输线变压器3连接短截线选频网络4，所述第一辐射单元层11和第二辐射单元层21上分别设有第一馈线接入点111和第二馈线接入点211，所述两个馈线接入点通过同轴传输线5连接；所述第一反射器10、第二反射器20、第一辐射单元层11、第二辐射单元层21、第一引向器12和第二引向器22均为PCB结构，所述PCB结构为双面覆铜板，双面覆铜板上分布有导通覆铜板两侧覆铜的金属化通孔阵列，使覆铜板两侧覆铜处于同一种电位。
具体的，所述第一引向器12和第二引向器22短于1/2个波长，即1/2λ，第一反射器10和第二反射器20长于1/2λ；所述第一反射器10、第一辐射单元层11和第一引向器12组成一个阵列，第二反射器20、第二辐射单元层21和第二引向器22组成另一个阵列，这两个阵列中心间距大于1/2λ。所述第一辐射单元层11和第二辐射单元层21上设有互相垂直且总长度为1/2λ的两个辐射缝隙，所述第一辐射单元层和第二辐射单元层上还设有若干固定孔，通过塑料件与各自两侧的反射层和引向层相固定，所述第一引向器与第一辐射单元层距离、第二引向器与第二辐射单元层距离均为1/20λ；所述第一辐射单元层与第一反射层距离、第二辐射单元层与第二反射层距离均为1/15λ。
具体的，如图4所示为第一辐射单元层11的结构示意图，第二辐射单元层12的结构与其相同，其中，K1～K4为固定孔，通过塑料件固定到第一反射层10。J1～J4也为固定孔，通过塑料件固定到第一引向层12；C为50欧姆馈线接入点(即图1中的111)。L1、L2为辐射缝隙，L1的长度和L2的长度相加约等于1/2λ，L1和L2的宽度决定天线的工作带宽，缝隙越宽，带宽越大。
所述传输线变压器3为50Ω的1:1传输线变压器，传输线变压器3到第一馈线接入点和第二馈线接入点距离均为1/4λ。短截线选频网络5配合输线变压器3，输入端短截线选频网络S参数如图2、图3所示。
此时，两个引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90度；引向器感应的电磁波会向辐射单元层辐射，辐射信号滞后于从空中直接到达辐射单元的信号90度，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。反射器略长于1/2λ，呈感性，电流滞后90度，再加上辐射到有源振子过程中又滞后90度，与反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180度，起到了抵消作用。一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。
图5为集成了4个阵子的缝隙阵列PCB天线，增益可增加2dBi。采用这种这种结构的PCB天线不但有很好的方向性和较高的增益，而且体积小、重量轻，容易集成，满足各种高效能通信设备的需求。
如图6所示，采用了六面体结构，每个面都有一个缝隙阵列天线，使整个六面型天线在360度方向上都保持高增益。
Claims (9)
1.一种缝隙阵列PCB天线，其特征在于：包括一体化设计的第一反射器和第二反射器，所述第一反射器上方依次设有第一辐射单元层和第一引向器，所述第二反射器上方依次设有第二辐射单元层和第二引向器；所述第一反射器和第二反射器衔接处通过一传输线变压器连接短截线选频网络，所述第一辐射单元层和第二辐射单元层上分别设有第一馈线接入点和第二馈线接入点，所述两个馈线接入点通过同轴传输线连接；
所述第一引向器和第二引向器短于1/2个波长，即1/2λ，第一辐射单元层和第二辐射单元层上设有缝隙，缝隙长度等于1/2λ，第一反射器和第二反射器长于1/2λ；所述第一反射器、第一辐射单元层和第一引向器组成一个阵列，第二反射器、第二辐射单元层和第二引向器组成另一个阵列，这两个阵列中心间距大于1/2λ。
2.根据权利要求1所述的缝隙阵列PCB天线，其特征在于：所述第一反射器、第二反射器、第一辐射单元层、第二辐射单元层、第一引向器和第二引向器均为PCB结构，所述PCB结构为双面覆铜板，双面覆铜板上分布有导通覆铜板两面覆铜的金属化通孔阵列。
3.根据权利要求2所述的缝隙阵列PCB天线，其特征在于：所述输线变压器为50Ω的1:1传输线变压器。
4.根据权利要求2所述的缝隙阵列PCB天线，其特征在于：所述第一引向器与第一辐射单元层距离、第二引向器与第二辐射单元层距离均为1/20λ；所述第一辐射单元层与第一反射层距离、第二辐射单元层与第二反射层距离均为1/15λ。
5.根据权利要求3所述的缝隙阵列PCB天线，其特征在于：所述传输线变压器到第一馈线接入点和第二馈线接入点距离均为1/4λ。
6.根据权利要求4所述的缝隙阵列PCB天线，其特征在于：所述第一辐射单元层和第二辐射单元层上均设有互相垂直且总长度为1/2λ的两个辐射缝隙。
7.根据权利要求6所述的缝隙阵列PCB天线，其特征在于：所述第一辐射单元层和第二辐射单元层上还设有若干固定孔，通过塑料件与各自两侧的反射层和引向层相固定。
8.一种4阵列缝隙阵列PCB天线，其特征在于：包括4个上述反射器、辐射单元层和引向器组成的阵列，4个阵列共用一个短截线选频网络。
9.一种六面体缝隙阵列PCB天线，其特征在于：包括一个六面体结构，所述六面体结构的每个面上均设有上述缝隙阵列PCB天线。
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