CN105186127A - 一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，该天线通过改变背条与振子的相对位置，及背条与振子耦合产生感应电容来调整超宽带天线的工作波段、天线增益、天线定向性等性能。设置在介质板上下的多背条与振子无需打孔，通过电磁耦合生成感应电容产生多个谐振点，使天线阻抗特性随频率的变化减小进而拓宽天线的频带。本发明天线设计了1～3个背条，分别将原有的振子天线进一步拓宽了3个频段，背条的等效弧长为拓宽频带部分中心频率所对应波长的一半，使得天线涵盖了现在常用的所有通信的无线制式业务，同时具有高增益，稳定的方向性，小型化的优点，在无线通信方面有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于超宽带系统的小型化偶极子天线，更具体地说，是指一种能够通过改变背条与振子的相对位置，来调整超宽带天线的工作波段、天线增益、天线定向性等性能的低剖面的双层印刷天线。该专利申请的结构是在申请号为CN201210050530.8上的改进。
背景技术
20世纪80年代，随着电子科学技术的进步，通信、雷达等无线电系统的频带越来越宽，信号脉冲越来越窄，电磁频谱越来越拥挤，人们开始重视和研究超宽带(UWB)电磁学。1990年前后，人们用各种时域数值方法得到了Maxwell方程的严格瞬态解，从而为超宽带电磁学奠定了坚实的理论基础。超宽带脉冲源、超宽带天线和超宽带接收技术都有了突破，极大地促进了超宽带电磁学的研究，超宽带通信、超宽带雷达等应运而生，超宽带电磁学在成像、目标特性、反隐身技术、微波时域测量技术、微波定向传输等方面都得到了广泛的应用。天线作为UWB无线通信的关键部件，其性能直接影响到通信质量。由于UWB通信的特殊要求，对天线理论与实现技术提出了新的挑战。
近年来，随着通讯技术的迅猛发展，超宽带天线广泛应用于无线通信，超宽带雷达，卫星通信等领域，在家庭网络及移动通信等方面也有广泛的需求，因此设计一种结构简单，性能良好的超宽带天线具有重要的现实意义。超宽带天线具有很宽工作频带。在此频段内，天线的特性如输入阻抗、效率、波瓣指向、波瓣宽度、副瓣电平、方向系数、增益、极化等都在允许的范围内。传统的超宽带天线形式有螺旋天线，对数周期天线，加脊喇叭天线和渐变槽线天线等，但是它们大部分的尺寸都比较大，剖面较高，因而应用受到很大限制。其中渐变槽线天线具有易加工，成本低，高增益和良好的定向辐射特性，但是这种天线在高频段辐射效率较低，远场辐射方向图会出现裂瓣，且容易产生交叉极化问题。
随着移动通信技术，空间技术和超宽带电子技术的发展，各种电子设备均向小型化与微型化发展，天线作为无线电子系统必不可少的部件也必然向小型化方向发展。在过去的十年中，人们开始注意到UWB技术在未来高速无线通信方面的巨大潜力。随着这项技术的快速发展，高性能UWB天线成为UWB系统中非常关键的部分，很多研究围绕着UWB天线展开。一些新型的超宽带天线，如带有反射器的振子天线等，它们虽都具有良好的性能，但是剖面普遍较高，而且加工复杂，特别是一些有非平面反射器的天线，它们的应用不够灵活。
在超宽带天线中，印刷单极子天线由于其体积小，宽阻带，低造价的优点，被认为非常有前景。与此同时，一些具有相同优点的印刷偶极子天线也被设计出来。
发明内容
本发明的目的是设计了一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，是通过改变背条与振子的相对位置，及背条与振子耦合产生感应电容的技术手段，来调整超宽带天线的工作波段、天线增益、天线定向性等性能。本发明以每加载一个背条能增加一个频段，即使用1个背条增加1个频段，两个不同的背条增加2个不同的频段，3个不同的背条增加2个不同的频段。多背条加载在介质板的另一侧，无需打孔，直接通过电磁耦合生成感应电容，产生多个谐振点，使天线阻抗特性随频率的变化减小进而拓宽天线的频带。本设计加载了1个、2个或3个背条，分别将原有的振子天线进一步拓宽了3个频段，背条的等效弧长为拓宽频带部分中心频率所对应波长的一半，根据此结论使设计天线更加简便，并可应用于其他形式和频段的天线来拓宽带宽。本天线可以覆盖VHF，S和L波段，并且涵盖了现在常用的所有通信的无线制式业务，同时具有高增益，稳定的方向性，小型化的优点，在无线通信方面有广泛的应用前景。
本发明设计的一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，该天线包括有横向介质板(1)、纵向介质板(2)、反射板(3)、基板(4)和支撑柱(5)；其特征在于：横向介质板(1)的上板面(11)上采用覆铜技术加工有AA背条(1A1)，所述AA背条(1A1)的两端未设有通孔；在横向介质板(1)的下板面(12)上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子(121)和第二振子(122)；AA背条(1A1)与第一振子(121)和第二振子(122)采用了电磁耦合产生电容的方式；
第一振子(121)与第二振子(122)由椭圆形和梯形构成，椭圆形的实轴记为R2，椭圆形的虚轴记为R1，梯形的高记为L，梯形的上底的宽记为w，梯形的下底的宽为2倍的R2。第一振子121与第二振子122的间隔记为g，则有2(R1+L)＝(0.19～0.25)λ，λ表示波长，R2-R1＝0.1～6.0mm。
本发明设计的一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，该天线包括有横向介质板(1)、纵向介质板(2)、反射板(3)、基板(4)和支撑柱(5)；其特征在于：横向介质板(1)的上板面(11)上采用覆铜技术加工有BA背条(1B1)和BB背条(1B2)，所述BA背条(1B1)和BB背条(1B2)的两端未设有通孔；在横向介质板(1)的下板面(12)上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子(121)和第二振子(122)；所述BA背条(1B1)和BB背条(1B2)与第一振子(121)和第二振子(122)采用了电磁耦合产生电容的方式；
第一振子(121)与第二振子(122)由椭圆形和梯形构成，椭圆形的实轴记为R2，椭圆形的虚轴记为R1，梯形的高记为L，梯形的上底的宽记为w，梯形的下底的宽为2倍的R2。第一振子(121)与第二振子(122)的间隔记为g，则有2(R1+L)＝(0.19～0.25)λ，λ表示波长，R2-R1＝0.1～6.0mm。
本发明设计的一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，该天线包括有横向介质板(1)、纵向介质板(2)、反射板(3)、基板(4)和支撑柱(5)；其特征在于：横向介质板(1)的上板面(11)上采用覆铜技术加工有CA背条(1C1)、CB背条(1C2)和CC背条(1C3)，所述CA背条(1C1)、CB背条(1C2)和CC背条(1C3)的两端未设有通孔；在横向介质板(1)的下板面(12)上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子(121)和第二振子(122)；所述CA背条(1C1)、CB背条(1C2)和CC背条(1C3)与第一振子(121)和第二振子(122)采用了电磁耦合产生电容的方式；
第一振子(121)与第二振子(122)由椭圆形和梯形构成，椭圆形的实轴记为R2，椭圆形的虚轴记为R1，梯形的高记为L，梯形的上底的宽记为w，梯形的下底的宽为2倍的R2。第一振子(121)与第二振子(122)的间隔记为g，则有2(R1+L)＝(0.19～0.25)λ，λ表示波长，R2-R1＝0.1～6.0mm。
本发明低剖面双层印刷超宽带天线的优点在于：
①多背条与振子构成的双层印刷天线是折合振子的变种，因此该天线具有折合振子的很多优良特性。特别是小的结构尺寸和超宽的工作频带，即小尺寸大频带天线得以实现，能够加工出尺寸为180mm×150mm，带宽为0.7GHz～2.7GHz，覆盖VHF，L和S波段，倍频频带宽度可达3.5，已覆盖了现在通信的各种无线制式。
②本发明设计的多背条加载构形对于向低频段拓宽天线的带宽有着明显的效果，对于天线的小型化有一定效果，且对天线辐射特性的影响较小，不会破坏天线的方向性。
③背条的弧长与拓宽频带部分中心频率所对应的波长的1/2几乎相等，此结论可应用不同频段不同形式的天线进行频带拓宽，实用性强而且使天线设计和仿真更加简便减少了仿真所需的时间。多背条加载在介质板的另一侧，无需打孔直接通过电磁耦合产生电容，形成多个谐振点。增加天线设计的自由度，减少设计时间，使加工更加简洁，并且可以批量的生产。
④纵向介质板高度即为低剖面双层印刷超宽带天线的高度，使本发明天线的体积大大缩小，不但有利于系统的集成，而且在移动通信中有很好的隐身性能。
⑤纵向介质板的上方设置横向介质板，纵向介质板的下方设置反射板，所述反射板能够使本发明天线具有很高的增益(6.7dB～10.5dB)和定向辐射特性。在保密性高的超宽带通信系统中有很好的应用前景。
附图说明
图1是传统低剖面双层印刷超宽带天线的外部结构图。
图1A是传统低剖面双层印刷超宽带天线的另一视角外部结构图。
图1B是传统未装配反射板和基板的低剖面双层印刷超宽带天线仰视图。
图1C是本发明横向介质板的下板面的结构图。
图1D是本发明横向介质板的下板面的两个蝶形槽共形结构图。
图2是本发明设计的具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构图。
图2A是本发明设计的具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的另一视角结构图。
图2B是未装配横向介质板的具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构图。
图3是本发明设计的具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构图。
图3A是本发明设计的具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的另一视角结构图。
图3B是未装配横向介质板的具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构图。
图4是本发明设计的具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构图。
图4A是本发明设计的具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的另一视角结构图。
图4B是未装配横向介质板的具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构图。
图5A是本发明具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的驻波系数仿真性能结果图。
图5B是本发明具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的增益仿真性能结果图。
图5C是本发明具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的E面辐射方向图仿真结果图。
图5D是本发明具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的H面辐射方向图仿真结果图。
图5E是本发明具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的3D辐射方向图。
图6A是本发明具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的驻波系数仿真性能结果图。
图6B是本发明具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的增益仿真性能结果图。
图6C是本发明具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的E面辐射方向图仿真结果图。
图6D是本发明具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的H面辐射方向图仿真结果图。
图6E是本发明具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的3D辐射方向图。
图7A是本发明具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的驻波系数仿真性能结果图。
图7B是本发明具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的增益仿真性能结果图。
图7C是本发明具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的E面辐射方向图仿真结果图。
图7D是本发明具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的H面辐射方向图仿真结果图。
图7E是本发明具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的3D辐射方向图。
图8是本发明天线多个谐振点的等效原理图。
| 1.横向介质板 | 11.上板面 | 1A1.AA背条 |
| 1B1.BA背条 | 1B2.BB背条 | 1C1.CA背条 |
| 1C2.CB背条 | 1C3.CC背条 | 12.下板面 |
| 121.第一振子 | 122.第二振子 | 101.第一背条 |
| 102.第二背条 | 103.A振子 | 104.B振子 |
| 2.纵向介质板 | 201.A梯形微带线 | 202.B梯形微带线 |
| 3.反射板 | 4.基板 | 5.支撑柱 |
| 6.同轴线缆接头 |
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
参考专利申请号CN201210050530.8，申请日2012年02月29日，发明名称“一种低剖面双层印刷超宽带天线”。参见图1、图1A、图1B所示，其结构装配为：横向介质板1与反射板3之间安装有四根支撑柱5，纵向介质板2置于横向介质板1与反射板3之间的中部，反射板3置于基板4的上方。在横向介质板1的上板面1A上采用覆铜技术加工有两个背条(第一背条101、第二背条102)，在横向介质板1的下板面1B上采用覆铜技术加工有两个蝶形振子(A振子103、B振子104)。纵向介质板2的两个板面上采用覆铜技术加工有微带线(A梯形微带线201、B梯形微带线202)。基板4的上方采用覆铜技术加工有反射板3。在纵向介质板2上所述采用覆铜技术加工出的微带线，这样纵向介质板2与微带线也是天线中常称为的巴伦。
背条两端未设有通孔：
在本发明中，参见图2所示的AA背条1A1；参见图3所示的BA背条1B1和BB背条1B2；参见图4所示的CA背条1C1、CB背条1C2和CC背条1C3。采用覆铜技术加工在横向介质板1的上板面11的背条与采用覆铜技术加工在横向介质板1的下板面12上的振子为相耦合的电容形成(如图8所示)，故在背条(如图2、图3和图4中所示的背条)的两端未设有通孔。
本发明设计的天线的结构是折合振子天线变种，属于电容加载的折合振子天线。若打孔，必须和振子(第一振子121和第二振子122)重合,与打孔的天线相比金属背条可以自由选择位置，且加工更简单涉及的参数更少。背条的弧长为天线频带拓宽部分中心频率所对应波长的一半。利用这一结论使设计更加简单，减少设计时间。其等效电路如图8所示，图中本发明天线的设计原理是可以同时加载3个背条，产生耦合电容来抵消掉天线阻抗特性中的电感，产生3个谐振点(C11、C12、C13)，进而在原有振子的基础上再拓宽了3个频段。本发明天线通过加载3个背条，使天线频带由1.42～2.7GHz增加到0.7～2.7GHz，并对天线的辐射方向图几乎影响，使天线的电尺寸更小跟符合实际对天线小型化的要求。
振子结构：
参见图1C、图1D、图2A、图2B、图3A、图3B、图4A、图4B所示，本发明设计的振子(第一振子121与第二振子122的结构相同)结构为采用覆铜技术加工在横向介质板1的下板面12的蝶形槽内，因此蝶形槽的构型则为振子的构型。即振子由椭圆形和梯形构成，椭圆形的实轴记为R2，椭圆形的虚轴记为R1，梯形的高记为L，梯形的上底的宽记为w，梯形的下底的宽为2倍的R2。则有2(R1+L)＝(0.19～0.25)λ，λ表示波长，R2-R1＝0.1～6.0mm。第一振子121与第二振子122的间隔记为g，所述g也是第一蝶形槽1E的上底115与第二蝶形槽1F的上底116之间相距。
在本发明中，两端未设通孔的背条与振子采用了电磁耦合产生电容的方式。
实施例1
单背条的低剖面双层印刷超宽带天线结构：
参见图2、图2A、图2B所示，在横向介质板1的上板面11上采用覆铜技术加工有AA背条1A1，在横向介质板1的下板面12上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子121和第二振子122。
横向介质板1：
参见图1、图1A、图1B、图2、图2A所示，横向介质板1为矩形结构，横向介质板1的长记为E，宽记为D，且。
横向介质板1的上板面11上设有与AA背条1A1构形相同的弧形槽，所述弧形槽内采用覆铜技术覆上铜材料形成AA背条1A1。在横向介质板1的上板面11上设置弧形槽的结构，是有利于在槽内采用覆铜技术覆上铜材料形成双层印刷天线的上层。
参见图1D所示，横向介质板1的下板面12上设有第一蝶形槽1E、第二蝶形槽1F，且第一蝶形槽1E与第二蝶形槽1F的结构相同；
所述第一蝶形槽1E是由第一椭圆形111和第一梯形112构成，第一椭圆形111的实轴记为R2(所述2倍的R2也是第一梯形112的下底宽)，第一椭圆形111的虚轴记为R1，第一梯形112的高记为L，第一梯形112的上底115的宽记为w。同理，所述第二蝶形槽1F是由第二椭圆形113和第二梯形114构成，第二椭圆形113的实轴记为R2(所述2倍的R2也是第二梯形114的下底宽)，第一椭圆形111的虚轴记为R1，第二梯形114的高记为L，第二梯形114的上底116的宽记为w。则有2(R1+L)＝(0.19～0.25)λ，λ表示波长，R2-R1＝0.1～6.0mm。
第一蝶形槽1E的上底115与第二蝶形槽1F的上底116之间相距记为g；在本发明中，第一蝶形槽1E与第二蝶形槽1F之间的间隙用于安装纵向介质板2的上部(即纵向介质板2上部的厚度为g)。蝶形槽尺寸关系：L＝(0.28～0.34)R2，g＝(0.057～0.08)L，w＝(0.6～1.1)L。在第一蝶形槽1E和第二蝶形槽1F内采用覆铜技术覆上铜材料形成第一振子121和第二振子122，且第一振子121与第二振子122的结构相同。
在本发明中，横向介质板1、AA背条1A1、第一振子121和第二振子122构成第一天线单元。
在本发明中，横向介质板1采用介电常数为2.65的聚四氟乙烯玻璃纤维布加工。
AA背条1A1：
参见图2B所示，AA背条1A1的结构为：馈电中心点与AA背条1A1一端端部的距离记为，馈电中心点与AA背条1A1中部的距离记为，AA背条1A1的覆铜宽度记为V1，AA背条1A1一端端部与馈电中心线的距离记为U1，AA背条1A1的外侧与振子的切线间距记为q1。则有：U1＝(0.5～1.5)L、V1＝(0.09～0.3)L、q1＝(0～0.7)L。
单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的性能说明：
为了在振子天线的基础上进一步拓宽频带，并保持良好的方向性和增益特性，振子与背条的尺寸为：
E＝D＝75mm；R1＝37.80mm；R2＝33.88mm；g＝0.80mm；w＝7.75mm；
L＝11.00mm；
U1＝12.50mm；V1＝1.00mm；q1＝3.80mm。
本发明设计的具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过仿真测得驻波系数性能如图5A所示，该天线在1.1GHz～2.7GHz的范围内，其驻波系数小于2，这主要得益于天线形式的设计以及剖面高度的选择。
本发明设计的具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过仿真测得增益性能如图5B所示，该天线在2.2GHz处增益达到9.5dB，在频段1.1GHz～2.7GHz范围内，增益大于5.5dB。这说明单背条的低剖面双层印刷超宽带天线能够工作于S波段和L波段，并且该天线的倍频频带宽度可达2.5。
本发明设计的具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过仿真测得辐射方向性能如图5C、图5D所示，该天线在1.1GHz～2.7GHz范围内，有很好的定性辐射特性。与申请号为CN201210050530.8公开的该性能相比，本发明天线在H面的方向性的全向性更好。
本发明设计的具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过HFSS软件仿真测得3D辐射方向性能如图5E所示，能够更直观的看出，该天线在E面和H面方向性良好，未出现裂瓣，增益稳定。
申请号为CN201210050530.8公开的驻波系数性能为：在2.8GHz～6.2GHz的范围内，其驻波系数小于2，这主要得益于天线形式的设计以及剖面高度的选择。通过仿真测得增益性能为，该天线在3GHz处增益达到9.8dB，在频段2.8GHz～6.2GHz范围内，增益大于6.7dB。通过仿真测得辐射方向性能为，该天线在2.8GHz～6.2GHz范围内，有很好的定性辐射特性。虽然有巴伦结构进行平衡馈电，但未受大的影响，只是稍有偏移和裂瓣。
通过对比，本发明天线与申请号为CN201210050530.8相比，本发明天线为电磁耦合产生电容，无需在背条上打孔。在振子天线的基础上拓宽了频带，可以覆盖L波段和S波段。
实施例2
双背条的低剖面双层印刷超宽带天线结构：
参见图3、图3A、图3B所示，在横向介质板1的上板面11上采用覆铜技术加工有BA背条1B1和BB背条1B2，在横向介质板1的下板面12上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子121和第二振子122。
横向介质板1：
参见图1、图1A、图1B、图3、图3A所示，横向介质板1为矩形结构，横向介质板1的长记为E，宽记为D，且
横向介质板1的上板面11上设有与BA背条1B1构形相同的BA弧形槽、与BB背条1B2构形相同的BB弧形槽。所述BA弧形槽内采用覆铜技术覆上铜材料形成BA背条1B1；在所述BB弧形槽内采用覆铜技术覆上铜材料形成BB背条1B2。在横向介质板1的上板面11上设置两个弧形槽的结构，是有利于在槽内采用覆铜技术覆上铜材料形成双层印刷天线的上层。
参见图1D所示，横向介质板1的下板面12上设有第一蝶形槽1E、第二蝶形槽1F，且第一蝶形槽1E与第二蝶形槽1F的结构相同；
所述第一蝶形槽1E是由第一椭圆形111和第一梯形112构成，第一椭圆形111的实轴记为R2(所述2倍的R2也是第一梯形112的下底宽)，第一椭圆形111的虚轴记为R1，第一梯形112的高记为L，第一梯形112的上底115的宽记为w。同理，所述第二蝶形槽1F是由第二椭圆形113和第二梯形114构成，第二椭圆形113的实轴记为R2(所述2倍的R2也是第二梯形114的下底宽)，第一椭圆形111的虚轴记为R1，第二梯形114的高记为L，第二梯形114的上底116的宽记为w。则有2(R1+L)＝(0.19～0.25)λ，λ表示波长，R2-R1＝0.1～6.0mm。
第一蝶形槽1E的上底115与第二蝶形槽1F的上底116之间相距记为g；在本发明中，第一蝶形槽1E与第二蝶形槽1F之间的间隙用于安装纵向介质板2的上部(即纵向介质板2上部的厚度为g)。蝶形槽尺寸关系：L＝(0.28～0.34)R2，g＝(0.057～0.08)L，w＝(0.6～1.1)L。在第一蝶形槽1E和第二蝶形槽1F内采用覆铜技术覆上铜材料形成第一振子121和第二振子122，且第一振子121与第二振子122的结构相同。
在本发明中，横向介质板1、BA背条1B1、BB背条1B2、第一振子121和第二振子122构成第一天线单元。
在本发明中，横向介质板1采用介电常数为2.65的聚四氟乙烯玻璃纤维布加工。
BA背条1B1：
参见图3B所示，BA背条1B1的结构为：馈电中心点与BA背条1B1一端端部的距离记为馈电中心点与BA背条1B1中部的距离记为BA背条1B1的覆铜宽度记为V2，BA背条1B1一端端部与馈电中心线的距离记为U2，BA背条1B1的外侧与振子的切线间距记为q2。则有：U2＝(0.5～1.5)L、V2＝(0.5～1.1)L、q2＝(0.3～1.4)L。
BB背条1B2：
参见图3B所示，BB背条1B2的结构为：馈电中心点与BB背条1B2一端端部的距离记为馈电中心点与BB背条1B2中部的距离记为BB背条1B2的覆铜宽度记为V3，BB背条1B2一端端部与馈电中心线的距离记为U3，BB背条1B2的外侧与振子的切线间距记为q3。则有：U3＝(0.5～1.5)L、V3＝(0.5～1.1)L、q3＝(0.4～1.5)L。
双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的性能说明：
为了在振子天线的基础上进一步拓宽频带，并保持良好的方向性和增益特性，振子与背条的尺寸为：
E＝D＝75mm；R1＝37.80mm；R2＝33.88mm；g＝0.80mm；w＝7.75mm；
L＝11.00mm；
U2＝10.70mm；V2＝11.34mm；q2＝12.70mm；
U3＝20.00mm；V3＝10.53mm；q3＝11.00mm。
本发明设计的具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过仿真测得驻波系数性能如图6A所示，该天线在0.8GHz～2.7GHz的范围内，其驻波系数小于2，这主要得益于天线形式的设计以及剖面高度的选择。
本发明设计的具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过仿真测得增益性能如图6B所示，该天线在1.9GHz处增益达到9.4dB，在频段0.8GHz～2.7GHz范围内，增益大于6.8dB，倍频频带宽度可达3.4。
本发明设计的具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过仿真测得辐射方向性能如图6C、图6D所示，该天线在0.8GHz～2.7GHz范围内，有很好的定性辐射特性。虽然有巴伦结构进行平衡馈电，但未受大的影响，只是稍有偏移和裂瓣。与申请号为CN201210050530.8公开的该性能相比，本发明天线在H面的方向性全向性更好。
本发明设计的具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过HFSS软件仿真测得3D辐射方向性能如图6E所示，能够更直观的看出，该天线在E面和H面方向性良好，未出现裂瓣，增益稳定。
实施例2设计的天线与申请号为CN201210050530.8通过加载过孔两个相同圆弧背条产生单谐振点相比，本发明加载不同双背条产生双谐振点，所拓宽的频带(覆盖VHF波段、L波段和S波段)相比更宽，电尺寸更小，更加满足超宽带小型化的要求，且背条的弧长可以通过计算精确得到，减少了天线设计的时间，无需过孔增加了天线设计的自由度，同时简便了天线的加工。
实施例3
三条背条的低剖面双层印刷超宽带天线结构：
参见图4、图4A、图4B所示，在横向介质板1的上板面11上采用覆铜技术加工有CA背条1C1、CB背条1C2和CC背条1C3，在横向介质板1的下板面12上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子121和第二振子122。
横向介质板1：
参见图1、图1A、图1B、图4、图4A所示，横向介质板1为矩形结构，横向介质板1的长记为E，宽记为D，且
横向介质板1的上板面11上设有与CA背条1C1构形相同的CA弧形槽、与CB背条1C2构形相同的CB弧形槽、以及与CC背条1C3构形相同的CC弧形槽。
在CA弧形槽内采用覆铜技术覆上铜材料形成CA背条1C1。
在CB弧形槽内采用覆铜技术覆上铜材料形成CB背条1C2。
在CC弧形槽内采用覆铜技术覆上铜材料形成CC背条1C3。
参见图1D所示，横向介质板1的下板面12上设有第一蝶形槽1E、第二蝶形槽1F，且第一蝶形槽1E与第二蝶形槽1F的结构相同；
所述第一蝶形槽1E是由第一椭圆形111和第一梯形112构成，第一椭圆形111的实轴记为R2(所述2倍的R2也是第一梯形112的下底宽)，第一椭圆形111的虚轴记为R1，第一梯形112的高记为L，第一梯形112的上底115的宽记为w。同理，所述第二蝶形槽1F是由第二椭圆形113和第二梯形114构成，第二椭圆形113的实轴记为R2(所述2倍的R2也是第二梯形114的下底宽)，第一椭圆形111的虚轴记为R1，第二梯形114的高记为L，第二梯形114的上底116的宽记为w。则有2(R1+L)＝(0.19～0.25)λ，λ表示波长，R2-R1＝0.1～6.0mm。
第一蝶形槽1E的上底115与第二蝶形槽1F的上底116之间相距记为g；在本发明中，第一蝶形槽1E与第二蝶形槽1F之间的间隙用于安装纵向介质板2的上部(即纵向介质板2上部的厚度为g)。蝶形槽尺寸关系：L＝(0.28～0.34)R2，g＝(0.057～0.08)L，w＝(0.6～1.1)L。在第一蝶形槽1E和第二蝶形槽1F内采用覆铜技术覆上铜材料形成第一振子121和第二振子122，且第一振子121与第二振子122的结构相同。
在本发明中，横向介质板1、CA背条1C1、CB背条1C2、CC背条1C3、第一振子121和第二振子122构成第一天线单元。
在本发明中，横向介质板1采用介电常数为2.65的聚四氟乙烯玻璃纤维布加工。
CA背条1C1：
参见图4B所示，CA背条1C1的结构为：馈电中心点与CA背条1C1一端端部的距离记为馈电中心点与CA背条1C1中部的距离记为CA背条1C1的覆铜宽度记为V4，CA背条1C1一端端部与馈电中心线的距离记为U4，CA背条1C1的外侧与振子的切线间距记为q4。则有：U4＝(0.5～1.5)L、V4＝(0.1～0.5)L、q4＝(0.4～1.8)L。
CB背条1C2：
参见图4B所示，CB背条1C2的结构为：馈电中心点与CB背条1C2一端端部的距离记为馈电中心点与CB背条1C2中部的距离记为CB背条1C2的覆铜宽度记为V5，CB背条1C2一端端部与馈电中心线的距离记为U5，CB背条1C2的外侧与振子的切线间距记为q5。则有：U5＝(0.5～1.5)L、V5＝(0.5～1.1)L、q5＝(0.3～1.4)L。
CC背条1C3：
参见图4B所示，CC背条1C3的结构为：馈电中心点与CC背条1C3一端端部的距离记为馈电中心点与CC背条1C3中部的距离记为CC背条1C3的覆铜宽度记为V6，CC背条1C3一端端部与馈电中心线的距离记为U6，CC背条1C3的外侧与振子的切线间距记为q6。则有：U6＝(0.5～1.5)L、V6＝(0.5～1.1)L、q6＝(0.4～1.5)L。
三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的性能说明：
为了在振子天线的基础上进一步拓宽频带，并保持良好的方向性和增益特性，振子与背条的尺寸为：
E＝D＝75mm；R1＝37.80mm；R2＝33.88mm；g＝0.80mm；w＝7.75mm；
L＝11.00mm；
U4＝12.50mm；V4＝3.00mm；q4＝13.60mm；
U5＝10.70mm；V5＝11.34mm；q5＝12.70mm；
U6＝20.00mm；V6＝10.53mm；q6＝11.00mm。
本发明设计的具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过仿真测得驻波系数性能如图7A所示，该天线在0.7GHz～2.7GHz的范围内，其驻波系数小于2，这主要得益于天线形式的设计以及剖面高度的选择。
本发明设计的具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过仿真测得增益性能如图7B所示，该天线在2.6GHz处增益达到10.5dB，在频段0.7GHz～2.7GHz范围内，增益大于6.5dB，倍频频带宽度可达3.9，覆盖了现在无线通信的所有无线制式，可应用于室分天线。
本发明设计的具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过仿真测得辐射方向性能如图7C、图7D所示，该天线在0.7GHz～2.7GHz范围内，有很好的定性辐射特性。虽然有巴伦结构进行平衡馈电，但未受大的影响，只是稍有偏移和裂瓣。与申请号为CN201210050530.8公开的该性能相比，本发明天线在H面的方向性全向性更好。
本发明设计的具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线，通过HFSS软件仿真测得3D辐射方向性能如图7E所示，能够更直观的看出，该天线在E面和H面方向性良好，未出现裂瓣，增益稳定。
本发明天线设计的三背条的加载，使偶极子天线带宽由1.42～2.7GHz拓宽到了0.7～2.7GHz，成功的实现了频带(覆盖VHF波段、L波段和S波段)的拓宽，并且振子的尺寸始终保持不变，背条之间相互没有影响。根据天线的频段可以考虑多加几个背条。
本发明设计的是一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，所要解决的是如何拓宽天线的频带宽度的技术问题，在介质板的上面板设置背条，且背条的等效弧长为拓宽频带部分中心频率所对应波长的一半，该方法通过背条与振子耦合产生感应电容的技术手段，来使天线的阻抗随频率变化变小，进而拓宽天线的频带宽度。并且背条的加载对于天线的辐射性能几乎无影响，保持了原有天线的辐射性能和增益。
Claims (10)
1.一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，该天线包括有横向介质板(1)、纵向介质板(2)、反射板(3)、基板(4)和支撑柱(5)；其特征在于：横向介质板(1)的上板面(11)上采用覆铜技术加工有AA背条(1A1)，所述AA背条(1A1)的两端未设有通孔；在横向介质板(1)的下板面(12)上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子(121)和第二振子(122)；AA背条(1A1)与第一振子(121)和第二振子(122)采用了电磁耦合产生电容的方式；
第一振子(121)与第二振子(122)由椭圆形和梯形构成，椭圆形的实轴记为R2，椭圆形的虚轴记为R1，梯形的高记为L，梯形的上底的宽记为w，梯形的下底的宽为2倍的R2。第一振子(121)与第二振子(122)的间隔记为g，则有2(R1+L)＝(0.19～0.25)λ，λ表示波长，R2-R1＝0.1～6.0mm。
2.一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，该天线包括有横向介质板(1)、纵向介质板(2)、反射板(3)、基板(4)和支撑柱(5)；其特征在于：横向介质板(1)的上板面(11)上采用覆铜技术加工有BA背条(1B1)和BB背条(1B2)，所述BA背条(1B1)和BB背条(1B2)的两端未设有通孔；在横向介质板(1)的下板面(12)上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子(121)和第二振子(122)；所述BA背条(1B1)和BB背条(1B2)与第一振子(121)和第二振子(122)采用了电磁耦合产生电容的方式；
第一振子(121)与第二振子(122)由椭圆形和梯形构成，椭圆形的实轴记为R2，椭圆形的虚轴记为R1，梯形的高记为L，梯形的上底的宽记为w，梯形的下底的宽为2倍的R2。第一振子121与第二振子122的间隔记为g，则有2(R1+L)＝(0.19～0.25)λ，λ表示波长，R2-R1＝0.1～6.0mm。
3.一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，该天线包括有横向介质板(1)、纵向介质板(2)、反射板(3)、基板(4)和支撑柱(5)；其特征在于：横向介质板(1)的上板面(11)上采用覆铜技术加工有CA背条(1C1)、CB背条(1C2)和CC背条(1C3)，所述CA背条(1C1)、CB背条(1C2)和CC背条(1C3)的两端未设有通孔；在横向介质板(1)的下板面(12)上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子(121)和第二振子(122)；所述CA背条(1C1)、CB背条(1C2)和CC背条(1C3)与第一振子(121)和第二振子(122)采用了电磁耦合产生电容的方式；
第一振子(121)与第二振子(122)由椭圆形和梯形构成，椭圆形的实轴记为R2，椭圆形的虚轴记为R1，梯形的高记为L，梯形的上底的宽记为w，梯形的下底的宽为2倍的R2。第一振子121与第二振子122的间隔记为g，则有2(R1+L)＝(0.19～0.25)λ，λ表示波长，R2-R1＝0.1～6.0mm。
4.根据权利要求1所述的多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，其特征在于：AA背条(1A1)的结构为，馈电中心点与AA背条(1A1)一端端部的距离记为馈电中心点与AA背条(1A1)中部的距离记为AA背条(1A1)的覆铜宽度记为V1，AA背条(1A1)一端端部与馈电中心线的距离记为U1，AA背条(1A1)的外侧与振子的切线间距记为q1。则有： U1＝(0.5～1.5)L、V1＝(0.09～0.3)L、q1＝(0～0.7)L。
5.根据权利要求2所述的多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，其特征在于：BA背条(1B1)的结构为：馈电中心点与BA背条(1B1)一端端部的距离记为馈电中心点与BA背条(1B1)中部的距离记为BA背条(1B1)的覆铜宽度记为V2，BA背条(1B1)一端端部与馈电中心线的距离记为U2，BA背条(1B1)的外侧与振子的切线间距记为q2。则有： U2＝(0.5～1.5)L、V2＝(0.5～1.1)L、q2＝(0.3～1.4)L。
BB背条(1B2)的结构为：馈电中心点与BB背条(1B2)一端端部的距离记为馈电中心点与BB背条(1B2)中部的距离记为BB背条(1B2)的覆铜宽度记为V3，BB背条(1B2)一端端部与馈电中心线的距离记为U3，BB背条(1B2)的外侧与振子的切线间距记为q3。则有： U3＝(0.5～1.5)L、V3＝(0.5～1.1)L、q3＝(0.4～1.5)L。
6.根据权利要求3所述的多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，其特征在于：CA背条(1C1)的结构为：馈电中心点与CA背条(1C1)一端端部的距离记为馈电中心点与CA背条(1C1)中部的距离记为CA背条(1C1)的覆铜宽度记为V4，CA背条(1C1)一端端部与馈电中心线的距离记为U4，CA背条(1C1)的外侧与振子的切线间距记为q4。则有： U4＝(0.5～1.5)L、V4＝(0.1～0.5)L、q4＝(0.4～1.8)L。
CB背条(1C2)的结构为：馈电中心点与CB背条(1C2)一端端部的距离记为馈电中心点与CB背条(1C2)中部的距离记为CB背条(1C2)的覆铜宽度记为V5，CB背条(1C2)一端端部与馈电中心线的距离记为U5，CB背条(1C2)的外侧与振子的切线间距记为q5。则有： U5＝(0.5～1.5)L、V5＝(0.5～1.1)L、q5＝(0.3～1.4)L。
CC背条(1C3)的结构为：馈电中心点与CC背条(1C3)一端端部的距离记为馈电中心点与CC背条(1C3)中部的距离记为CC背条(1C3)的覆铜宽度记为V6，CC背条(1C3)一端端部与馈电中心线的距离记为U6，CC背条(1C3)的外侧与振子的切线间距记为q6。则有： U6＝(0.5～1.5)L、V6＝(0.5～1.1)L、q6＝(0.4～1.5)L。
7.根据权利要求1、2或3所述的多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，其特征在于：能够工作于VHF，S和L波段。
8.根据权利要求1、2或3所述的多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，其特征在于：在0.7GHz～2.7GHz的范围内，其驻波系数小于2。
9.根据权利要求1、2或3所述的多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，其特征在于：在2.6GHz处增益达到10.5dB，在频段0.7GHz～2.7GHz范围内，增益大于6.5dB，倍频频带宽度可达3.9。
10.根据权利要求1、2或3所述的多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，其特征在于：纵向介质板(2)的剖面高度小于40mm。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106025525A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-10-12 | 南通大学 | 低剖面的径向线螺旋天线 |
| CN106099335A (zh) * | 2016-08-18 | 2016-11-09 | 北京航空航天大学 | 一种低剖面全波段wlan‑mimo室内分布式天线 |
| CN107658555A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-02-02 | 湖南湖大华龙电气与信息技术有限公司 | 用于uwb超宽带通信的层叠结构八木天线 |
| CN115411517A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-11-29 | 嘉兴诺艾迪通信科技有限公司 | 一种蟹钳形振子的宽频带定向平板天线 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050116874A1 (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-02 | Ahmed El-Mahdawy | Horizontally polarized omni-directional antenna |
| CN102646859A (zh) * | 2012-02-29 | 2012-08-22 | 北京航空航天大学 | 一种低剖面双层印刷超宽带天线 |
-
2015
- 2015-09-14 CN CN201510581777.6A patent/CN105186127B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050116874A1 (en) * | 2003-12-02 | 2005-06-02 | Ahmed El-Mahdawy | Horizontally polarized omni-directional antenna |
| CN102646859A (zh) * | 2012-02-29 | 2012-08-22 | 北京航空航天大学 | 一种低剖面双层印刷超宽带天线 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| QI WU等: ""Theoretic and Experimental Analysis of a Reflectorbacked Dipole Antenna for 1-3 GHz EMC Test"", 《PROC. OF THE 2014 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY (EMC EUROPE 2014)》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106025525A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-10-12 | 南通大学 | 低剖面的径向线螺旋天线 |
| CN106025525B (zh) * | 2016-05-10 | 2018-10-23 | 南通大学 | 低剖面的径向线螺旋天线 |
| CN106099335A (zh) * | 2016-08-18 | 2016-11-09 | 北京航空航天大学 | 一种低剖面全波段wlan‑mimo室内分布式天线 |
| CN107658555A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-02-02 | 湖南湖大华龙电气与信息技术有限公司 | 用于uwb超宽带通信的层叠结构八木天线 |
| CN115411517A (zh) * | 2022-10-11 | 2022-11-29 | 嘉兴诺艾迪通信科技有限公司 | 一种蟹钳形振子的宽频带定向平板天线 |
| CN115411517B (zh) * | 2022-10-11 | 2024-01-23 | 嘉兴诺艾迪通信科技有限公司 | 一种蟹钳形振子的宽频带定向平板天线 |
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