CN106684539A - 一种印刷领结振子阵列的角反射天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印刷领结振子阵列的角反射天线，其特点是含有天线辐射单元和天线金属反射面，天线辐射单元(1)由印刷领结所在振子阵列，接地层(7)，微带并联馈电网格组成，印刷领结振子阵列和接地层印刷在印刷电路板的一面金属表层(3)上，微带并联馈电网格印刷在另一面金属表层(5)上，L形馈电分支(10)分别对印刷领结振子(6)进行耦合馈电，通过微带线(8)和微带线(9)连接构成T型微带网络，为印刷领结振子阵列提供统一馈电和阻抗匹配。

Description

一种印刷领结振子阵列的角反射天线

技术领域

本发明涉及一种印刷领结振子阵列的角反射天线，属于无线电设备中天线领域。

背景技术

天线是无线电设备中的关键部件，它承担着能量转换功能和定向辐射(或接收)的功能，直接决定电磁能量在空间传输的效率，影响整个无线系统工作效果。随着现代通信技术的迅猛发展，对天线性能提出了许多特殊的和苛刻的要求。例如在远距离定向通讯中，要求天线要同时具备宽带、高辐射增益、高前后比、低辐射旁瓣、调试简单、容易大批量加工和制作等性能。传统的天线类型很难同时满足上述所有性能要求。

角反射天线是一类性能优异的天线，它具有结构紧凑、易实现宽带和较高辐射增益等特点，在现代通讯中有较广泛的应用。角反射天线结构可大致分为两部分：天线反射面和馈电激励的辐射单元。角反射天线多采用半波偶极振子作为天线的辐射单元，为了进一步扩展天线的辐射带宽，也有部分角反射天线的辐射单元采用领结型振子等结构。

现有的角反射天线存在着以下缺点：

1.天线为全金属结构，重量较重。

2.采用半波偶极振子的角反射天线带宽较窄，难以满足宽带通讯的需要。采用领结型振子的角反射天线频带较宽，一般可达到2∶1的带宽。但领结型振子的结构较复杂，金属机械加工的难度和成本较高，也难以做到高精度加工，加工误差对天线性能的影响较大。

3.天线系统绝大多数是采用50Ω的同轴线馈电。同轴线馈电属于非平衡馈电，而角反射天线需要平衡馈电，需要非平衡到平衡馈电地转换。许多角反射天线的输入阻抗不为50Ω，特别是领结型振子角反射天线的输入阻抗通常在200～300Ω，远高于50Ω，需要阻抗变换以实现天线馈电的阻抗匹配。因此，角反射天线在设计时还需要设计天线巴伦(Balun)，完成天线馈电的非平衡到平衡转换和阻抗变换。在高频和宽带情况下，巴伦的设计有相当的难度。

4.角反射天线的辐射单元和巴伦通常是分离的两个部分，它们之间的连接给天线设计、制作和调试都带有不小的麻烦。

5.角反射天线的增益与反射面的尺寸有关，当反射面的尺寸已经较大之后，再靠增大反射面的尺寸就很难进一步提高天线增益，因此目前角反射天线的最大增益通常为13dBi～14dBi，难以进一步提高天线的增益。

角反射天线是一类应用广泛的传统天线。为提高角反射天线增益或为了加宽其工作频带，人们对角反射天线的结构进行了改进，提出了一些新的天线结构形式。美国JohnD.Kraus撰写的天线领域权威著作《Antennas：For All Applications》的第10章中，对半波偶极振子和领结型振子两类角反射天线的设计和性能做了全面介绍和总结，列举的半波偶极振子角反射天线在端射时的增益大约为12dBi，而领结型振子角反射天线的中心频率增益为13dBi，工作频带可达到2∶1。但这些角反射天线都为全金属结构，重量较大，且增益较低(最大为13dBi)；《ELECTRONICS LETTERS》第32卷16期(1996年)论文“Triple corner reflector antenna and its performance in H-plane”在角反射天线的反射面边缘增加了一个副反射面，从而提高端射增益3dBi，但该天线结构上仍采用金属结构的半波偶极振子，重量较大且工作频带较窄。《IEEE TRANSACTIONS ONANTENNAS AND PROPAGATION》1983年第3期上论文“Cylindrical and Three-Dimensional Corner Reflector Antennas”介绍一种改进的半波偶极振子角反射天线，在反射面的夹角处增加了一个圆弧形档板，从而提高天线增益约1dBi，但该天线的工作频带较窄，没有同时兼顾高增益和宽频带的要求，此外为全金属结构，重量大，结构复杂造成机械加工成本高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种印刷领结振子阵列的角反射天线。

本发明由以下技术措施实现：

印刷领结振子阵列的角反射天线含有天线辐射单元和天线金属反射面，天线辐射单元由印刷领结所在振子阵列，接地层，微带并联馈电网格组成，印刷领结振子阵列和接地层印刷在印刷电路板的一面金属表层上，微带并联馈电网格印刷在另一面金属表层上，L形馈电分支分别对印刷领结振子进行耦合馈电，通过微带线和微带线连接构成T型微带网络，为印刷领结振子阵列提供统一馈电和阻抗匹配。

天线辐射单元以微带天线形式印刷在印刷电路板上，印刷电路板分为三层，上、下层为金属表层，中间为介质层，为实现宽工作频带。

印刷领结振子阵列由两组或两组以上的印刷领结振子组成，为提高天线增益。

介质层为聚四氟乙烯或者环氧树脂。

本发明具有如下优点：

1.天线辐射单元印刷在PCB板，代替传统的金属辐射振子，减轻了天线重量。同时减少天线制作中的加械加工量，降低了天线制作时间和成本。

2.印刷领结振子阵列可以采用光刻技术加工，加工精度高，可以大幅度降低加工误差对天线性能的影响。

3.领结振子具有工作频带宽的特点，因此本发明的角反射天线有较宽的工作频带。

4.用与印刷领结振子阵列制作在同一片PCB板上的微带馈电网络实现天线辐射单元的馈电和阻抗匹配。天线结构更加紧凑，并且不需要额外的巴伦以完成阻抗变换，简化了天线设计、制作和调试。

附图说明

图1为本发明的角反射天线结构图

图2天线辐射单元的PCB板侧视图

图3天线辐射单元的PCB板正视图之一

图4天线辐射单元的PCB板正视图之二

1.天线辐射单元，2.天线金属反射面，3，5金属表层，4.介质层，6.印刷领结振子，7.金属接地层，8.50Ω微带线，9.100Ω微带线，10.L型馈电分支。

具体实施例

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例：

印刷领结振子阵列的角反射天线的整体结构如图1～4所示，该角反射天线由天线辐射单元1和金属反射面2组成。

天线辐射单元印刷在PCB板上，该PCB板的结构分为三层如图2所示，上、下两层分为金属表层3和金属表层5，中间为介质层4，介质层由微波损耗小的聚四氟乙烯或者环氧树脂等材料组成，相对介电常数为4.4。

天线辐射单元1由领结振子阵列、接地层7、微带并联馈电网络三部分组成。其中领结振子阵列由两组印刷领结振子6组成，领结振子阵列和接地层7印刷在PCB板的一面金属表层3上如图3所示，微带并联馈电网络由50Ω微带线8、100Ω微带线9和L型馈电分支10组成，微带并联馈电网络印刷在另一面金属表层5上如图4所示，两支L形馈电分支分别对两组领结振子进行耦合馈电，再通过两条100Ω微带线9连接到50Ω微带线8，100Ω微带线9和50Ω微带线8构成一个T形微带网络，实现两组领结振子阵列的统一馈电。由于印刷领结振子的特征阻抗约90Ω，而天线馈电端口阻抗为50Ω，该T形微带网络同时完成了天线馈电的阻抗匹配。

经数值仿真计算和天线测试，本例角反射天线的工作频段可以从1.25GHz延伸到2.02GHz，具备超宽带工作性能。在金属反射面2尺寸为700mm×700mm和反射面夹角为90°情况下，其辐射增益为16dBi，远超过现有采用金属辐射振子的角反射天线(约13dBi)。

Claims (4)

1.一种印刷领结振子阵列的角反射天线，含有天线辐射单元和天线金属反射面，其特征在于天线辐射单元(1)由印刷领结组成振子阵列，接地层(7)，微带并联馈电网格组成，印刷领结振子阵列和接地层印刷在印刷电路板的一面金属表层(3)上，微带并联馈电网格印刷在另一面金属表层(5)上，L形馈电分支(10)分别对印刷领结振子(6)进行耦合馈电，通过微带线(8)和微带线(9)连接构成T型微带网络，为印刷领结振子阵列提供统一馈电和阻抗匹配。

2.如权利要求1所述印刷领结振子阵列的角反射天线，其特征在于天线辐射单元(1)以微带天线形式印刷在印刷电路板上，印刷电路板分为三层，上、下层为金属表层(3)和金属表层(5)，中间为介质层(4)，为实现宽工作频带。

3.如权利要求1所述印刷领结振子阵列的角反射天线，其特征在于印刷领结振子阵列由两组或两组以上的印刷领结振子(6)组成，为提高天线增益。

4.如权利要求1所述印刷领结振子阵列的角反射天线，其特征在于介质层(4)为聚四氟乙烯或者环氧树脂。