CN106067595A - 超宽带电小定向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种超宽带电小定向天线，旨在提供一种结构简单，传输线阻抗匹配可靠的定向天线，本发明通过下述技术方案予以实现：微带贴片环(1)和微带线地(4)置于介质板上表面；平行微带双线(2)和微带线(3)置于介质板(8)下表面；微带贴片环(1)后端中心点中串有通过优化选取电阻阻值获得电小定向特性的加载电阻；微带贴片环前端中心点通过特性阻抗为200欧姆的平衡馈线形式的平行微带双线导连接后端金属化过孔(7)实现对微带贴片环的馈电；平行微带双线导通过微带贴片环前端连接变压器(6)，变压器电连接微带线和微带线地构成特性阻抗为50欧姆的非平衡馈线形式，构成一副小尺寸匹配的超宽带带馈线形式电小定向天线。

Description

超宽带电小定向天线
技术领域
本发明涉及一种几何尺寸小于(1/8～1/10)λ波长的超宽带电小定向天线，特别是用于机载干涉仪测向系统中，终端接收设备平台上的超宽带电小定向天线。
技术背景
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和微型化方向发展，一方面要求天线具有宽频带、多功能、多业务融合等特点，另一方面又要求天线的体积小、质量轻、成本低。对一些特殊的安装环境，尤其对于机载天线，天线的宽带化和小型化必须是设计时所考虑的，同时宽带匹配能否实现是决定宽带天线设计是否成功的关键。所谓电小天线是指天线最大几何尺寸远小于工作波长的天线，一般以为天线的最大几何尺寸若小于(1/8～1/10)λ(λ为工作波长)则归入电小天线之列，电小天线实际上具有三中基本形式，即电振子型天线，其输入电抗为电容性阻抗；磁振子型天线，其输入电抗为电感性阻抗；此外，即前两者的结合。从理论上讲，天线尺寸越小，它的Q值也越高，工作频带带宽越窄，因此电小天线的宽带化设计是工程设计中面临的难题，再者因电小天线实质上是辐射较弱的电感性或电容性元件，使之阻抗特性非常恶劣，与传输线匹配相当困难，如果是宽带匹配更是难上加难，因此针对电小天线阻抗特性设计合适的匹配相当重要。传统的宽带匹配通常有巴伦馈线设计，其优点是频带宽、结构设计简单，缺点是其理论设计长度应为λ/4，若按实际使用频率设计，其长度尺寸超过200mm，这显然会增加天线的整体尺寸，不利于天线小型化设计；多级阶梯阻抗变换器，该类馈线设计的频带宽度及尺寸减缩设计方面均比较有限；目前很多宽带电小天线均采用天线宽带匹配网络拓扑结构以实现信号源到天线转换功率最大输出，该类设计采用集总元器件组成，设计过程中计算量偏大，设计复杂，通过网络带宽有限，无法满足要求的350MHz～2000MHz的带宽要求。
发明内容
本发明的任务是针对现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单，传输线阻抗匹配可靠，能够在不采用过于复杂结构形式前提下，在有限几何尺寸安装平台同时实现满足增益方向图要求和350MHz～2000MHz的带宽要求的小尺寸匹配的超宽带电小定向天线。
解决所述问题的技术方案是，一种超宽带电小定向天线，包括：微带贴片环1、平行微带双线2，微带线3、微带线地4，其中，微带贴片环1和微带线地4置于介质板8上表面，平行微带双线2和微带线3置于介质板8下表面，其特征在于：微带贴片环1为超宽带电小定向天线的辐射部分,平行微带双线2、微带线3和微带线地4为超宽带电小定向天线的馈线部分；微带贴片环1前端为沿辐射方向正向位置，前端中心点通过特性阻抗为200欧姆的平衡馈线形式的平行微带双线导2，后端中心点中串联有通过优化选取电阻阻值获得电小定向特性的加载电阻，且后端为沿辐射方向反向位置；微带贴片环1通过连接位于后端的平行微带双线金属化过孔7实现对微带贴片环1的馈电；平行微带双线导2通过微带贴片环1前端连接变压器6，变压器6电连接微带线3和微带线地4构成特性阻抗为50欧姆的非平衡馈线形式，微带贴片环1利用上述特性阻抗等于电压/电流原理，以及变压器6从高电压到低电压的超宽带电压转换特性实现有限空间尺寸里馈线形式从平衡到不平衡的直接过渡，构成一副小尺寸匹配的超宽带带馈线形式电小定向天线。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
结构简单。本发明采用1mm厚双面覆铜印制板加工而成的微带贴片环、平行微带双线，微带线、带线地以及介质板，天线馈线总长度尺寸以及天线总长度尺寸均仅为75mm，且≤λmax/10，结构简单。采用微带贴片环为超宽带电小定向天线的辐射部分，平行微带双线、微带线和带线地为超宽带电小定向天线的馈线部分，将微带贴片环和带线地置于介质板上表面；平行微带双线和微带线置于介质板下表面，能够在无需增加额外复杂立体结构件的前提下，实现了电小定向和宽带匹配特性。
传输线阻抗匹配可靠。本发明采用平行微带双线金属化过孔的馈电方式，其馈线部分包括平行微带双线、微带线和带线地。其中，平行微带双线是特性阻抗为200欧姆的平衡馈线形式，微带线和带线地构成特性阻抗为50欧姆的非平衡馈线形式，两者通过变压器电连接，利用特性阻抗等于电压/电流原理以及变压器从高电压到低电压的超宽带电压转换特性以实现有限空间尺寸里馈线形式从平衡到不平衡的直接过渡，从而得到从350MHz～2000MHz的小尺寸超宽带匹配馈线形式，构成一副小尺寸匹配的超宽带电小定向天线，传输线阻抗匹配可靠。
能够在不采用过于复杂结构形式前提下，在有限几何尺寸安装平台同时实现满足增益方向图要求和350MHz～2000MHz的带宽要求。本发明利用传统电小环的设计思想，电小环天线采用微带贴片环形式，微带贴片环后端中心点中串入一定阻值的加载电阻，通过对加载电阻阻值的优化选取以获得电小定向特性；微带贴片环前端中心点通过金属化过孔与平行微带双线导通从而实现对微带贴片环的馈电；特性阻抗为200欧姆的平行微带双线与特性阻抗为50欧姆的微带线及带线地通过变压器电连接，利用特性阻抗等于电压/电流原理以及变压器从高电压到低电压的超宽带电压转换特性以实现有限空间尺寸里馈线形式从平衡到不平衡的直接过渡，从而得到小尺寸超宽带匹配馈电。通过上述结构布局和电气等设计，使天线在350MHz～2000MHz频带范围内驻波小于3，满足天线正常工作的天线总长度小于100mm(约λmax/10)，350MHz～2000MHz频带范围内驻波小于3的两个条件，同时具有前向辐射方向图特性。
本发明可以应用于用于机载干涉仪测向系统中终端接收设备平台以及其他有类似性能要求的天线领域。
附图说明
图1是本发明超宽带电小定向天线的立体结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1的透视图。
图中：1微带贴片环，2平行微带双线，3微带线，4微带线地，5加载电阻，6变压器，7金属化过孔，8介质板。
具体实施方式
参阅图1、图2、图3。在以下描述的实施例中，一种超宽带电小定向天线，包括：微带贴片环1、平行微带双线2，微带线3、带线地4以及介质板8，其中：微带贴片1环为超宽带电小定向天线的辐射部分；平行微带双线2、微带线3和带线地为超宽带电小定向天线的馈线部分；微带贴片环1和带线地4置于介质板8上表面；平行微带双线2和微带线3置于介质板8下表面；微带贴片环1后端中心点中串入一定阻值的加载电阻5，通过对加载电阻5阻值的优化选取以获得电小定向特性，微带贴片环1后端是指沿辐射方向反向位置；微带贴片环1前端中心点通过金属化过孔7与平行微带双线2导通从而实现对微带贴片环的馈电，微带贴片环前端是指沿辐射方向正向位置；平行微带双线2是特性阻抗为200欧姆的平衡馈线形式，微带线3和带线地构成特性阻抗为50欧姆的非平衡馈线形式，两者通过变压器6电连接，利用特性阻抗等于电压/电流原理以及变压器从高电压到低电压的超宽带电压转换特性以实现有限空间尺寸里馈线形式从平衡到不平衡的直接过渡，从而得到小尺寸的超宽带馈线形式；最终构成一副小尺寸匹配的超宽带电小定向天线。
参阅图1和图3。介质板8是厚度为1mm的矩形板，矩形板长度＝75mm，且≤最大波长λmax/10。其介质板长度总长度尺寸为75mm≤最大波长λmax/10的外形尺寸，即为超宽带电小天线外形尺寸。超宽带电小天线的超宽带匹配馈电由平行微带双线2，微带线3及微带线地4组成，其中，平行微带双线2是特性阻抗为200欧姆的平衡馈线形式，微带线3和带线地构成特性阻抗为50欧姆的非平衡馈线形式，两者通过变压器6电连接，利用特性阻抗等于电压/电流原理以及变压器从高电压到低电压的超宽带电压转换特性，以实现有限空间尺寸里馈线形式从平衡到不平衡的直接过渡，从而得到从350MHz～2000MHz的小尺寸超宽带匹配馈电。

Claims (4)

1.一种超宽带电小定向天线，包括：微带贴片环(1)、平行微带双线(2)，微带线(3)、微带线地(4)，其中，微带贴片环(1)和微带线地(4)置于介质板(8)上表面，平行微带双线(2)和微带线(3)置于介质板(8)下表面，其特征在于：微带贴片环(1)为超宽带电小定向天线的辐射部分,平行微带双线(2)、微带线(3)和微带线地(4)为超宽带电小定向天线的馈线部分；微带贴片环(1)前端为沿辐射方向正向位置，前端中心点通过特性阻抗为200欧姆的平衡馈线形式的平行微带双线导(2)，后端中心点中串联有通过优化选取电阻阻值获得电小定向特性的加载电阻，且后端为沿辐射方向反向位置；微带贴片环(1)通过连接位于后端的平行微带双线金属化过孔(7)实现对微带贴片环(1)的馈电；平行微带双线导(2)通过微带贴片环(1)前端连接变压器(6)，变压器(6)电连接微带线(3)和微带线地(4)构成特性阻抗为50欧姆的非平衡馈线形式，微带贴片环(1)利用上述特性阻抗等于电压/电流原理，以及变压器(6)从高电压到低电压的超宽带电压转换特性实现有限空间尺寸里馈线形式从平衡到不平衡的直接过渡，构成一副小尺寸匹配的超宽带带馈线形式电小定向天线。
2.如权利要求1所述的超宽带电小定向天线，其特征在于：介质板(8)是厚度为1mm的矩形板，矩形板长度＝75mm，且≤最大波长λmax/10。
3.如权利要求1所述的超宽带电小定向天线，其特征在于：天线总长度小于100mm，350MHz～2000MHz频带范围内驻波小于3。
4.如权利要求1所述的超宽带电小定向天线，其特征在于：超宽带匹配馈电由平行微带双线(2)，微带线(3)及微带线地(4)组成，其中，平行微带双线(2)是特性阻抗为200欧姆的平衡馈线形式，微带线(3)和微带线地(4)构成特性阻抗为50欧姆的非平衡馈线形式，两者通过变压器(6)电连接。
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