CN107069213B - 平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线 - Google Patents

Abstract

平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线包括接地板（10）、两个平面辐射振子（20）、上盖板（30）和馈电接头（40）组成；馈电接头（40）的外导体（41）与接地板（10）相连，内导体（42）通过接地板（10）中心的馈电孔（11）与两个辐射振子（20）相连；每个辐射振子（20）都与接地板（10）垂直，两个辐射振子（20）之间相互垂直；每个辐射振子（20）的窄端（21）与馈电接头（40）的内导体（42）相连，辐射振子（20）的宽端（22）与上盖板（30）垂直相连；辐射振子（20）的两边的短截线（24）延伸到接地板（10）并与接地板（10）相连。该天线制作方便，频带宽、尺寸小、方向性图均匀性好且增益频带内平坦。

Description

平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线

技术领域

本发明涉及一种天线，尤其是一种平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线。

背景技术

电磁辐射监测和电磁兼容测试等应用对天线提出了多方面的要求，特别是要求宽带、带内增益平缓、全向均匀的辐射方向性图，而且还要求尺寸小，制作简单低成本。通常的宽带天线有双锥天线和单锥天线，后者用接地板代替其中一个金属锥体，更便于馈电。双锥天线和单锥天线的方向性图的圆度较好，但难以用印刷电路板制作。平面扇形单极子天线是单锥天线的平面形式，可以使用印刷电路板制作，具有结构简单，制作方便成本低的优点，但由于辐射结构的对称性差，导致方向性图的圆度差一些。

发明内容

技术问题:本发明的目的是提出一种平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线，该天线尺寸小、频带宽、制作简单方便成本低，而且辐射方向性在各个方向的均匀性好，增益随频率的变化平缓。

技术方案：本发明的平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线包括接地板、两个平面辐射振子、上盖板和馈电接头组成；接地板导电，其中心有一个馈电孔，接地板的一侧接馈电接头，另一侧接辐射振子；馈电接头的外导体与接地板相连，内导体通过接地板中心的馈电孔与两个辐射振子相连；两个辐射振子导电，每个辐射振子都与接地板垂直，两个辐射振子之间夹角为直角；每个辐射振子的窄端与馈电接头的内导体相连，辐射振子的宽端与上盖板垂直相连，电流可以从内导体经过辐射振子流到上盖板上；上盖板导电，与接地板平行；

接地板的形状是圆形，以改善天线方向性图的均匀性；接地板的大小影响方向性图的均匀性，可根据的方向性图的均匀性，确定接地板的大小；

辐射振子的形状是对称的，辐射振子形状是下窄上宽的梯形，辐射振子靠近接地板的一边窄，靠近上盖板的一边宽；辐射振子的对称轴是直线，对称轴经过接地板的中心和上盖板的中心；

每个辐射振子的两边，各伸出一个短截线，短截线的一端是振子端，从辐射振子伸出；短截线的另一端是接地端，延伸到接地板、并与接地板相连；短截线靠近振子端有一段金属上导电层，短截线靠近接地端有一段金属下导电层，上导电层和下导电层之间不导电。

两个辐射振子各有一条安装槽缝，每个辐射振子的安装槽缝沿着该辐射振子的对称轴，两个辐射振子安装槽缝的开口方向相对，以便两个辐射振子可以相互垂直的卡在一起。

每个辐射振子与其两边的短截线由同一块印刷电路板构成；短截线与接地板相连，电流可以从接地板流到短截线上靠近接地端的下导电层，接地端的下导电层可以改善天线的辐射方向性图的圆度和驻波特性，提高低频段的增益，其长度可以根据工作频段调节。

改变短截线在辐射振子边上连接的位置，和改变短截线振子端的上导电层的长度，可以调节天线的驻波大小和位置。

接地板、辐射振子和上盖板由平面印刷电路板构成，以降低成本。

馈电接头的内导体、两个辐射振子和上盖板在电气上都是连通的。

接地板外围有四个槽缝，四个槽缝的形状是直线，四个槽缝离接地板中心的距离相等；短截线的接地端可以穿过接地板外围的槽缝、通过焊接或者导电胶粘接与接地板连接，既保证了电气连接，又使得辐射振子与接地板形成了多点连接的一个整体，保证了天线机械结构的稳定性。

上盖板的形状是圆形或者正方形，上盖板有四条上盖板槽缝，上盖板槽缝沿圆形的半径方向或者正方形的对角线方向，四个上盖板槽缝相隔90度；辐射振子穿过上盖板槽缝，通过焊接或者导电胶粘接与上盖板连接，既保证了电气连接，又使得辐射振子与上盖板形成了多点连接的一个整体，保证了天线机械结构的稳定性。

天线增益一般随着频率的升高而增加，低频段天线的增益相对较低，为了改善天线增益的频率平坦度，需要提高天线低频段的增益。另一方面提高天线辐射方向性的均匀性，就需要提高天线在较弱辐射方向的辐射性能，提高结构的对称性。相对于一个平面振子的平面单极子天线，平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线因为有两个正交的平面辐射振子，而且接地板是垂直于辐射振子的圆形，整个天线的结构类似立体单锥天线，因而其方向性图在接地板所在的水平面的均匀性大大提高；另外辐射振子多，低频段的增益也比单极子天线高。导电的上盖板改善了低频段的匹配，也使得天线的最低工作频率变低，使天线得以小型化。接地板的面积大于上盖板的面积，接地板的面积大可以增加接地板的反射，因而增加了天线在接地板上面半空间的辐射性能，另一方面接地板面积小，其边缘的绕射就较强，绕射可以改善天线在接地板下半空间的辐射性能，因而提高俯仰面的方向性图的均匀性，尤其是在低频段绕射相对更强，因此要根据方向性图均匀性的要求，确定接地板的大小，可以通过仿真确定接地板的具体尺寸。

有益效果：本发明的平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线的有益效果是，天线的尺寸小、频带宽，可以用印刷电路板制作，制作简单方便成本低，而且辐射方向性的圆度好，增益随频率的变化平缓。

附图说明

图1为平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线整体结构示意图。

图2为平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线馈电接头示意图。

图3为平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线中辐射振子的结构示意图。

图4为平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线中辐射振子的结构示意图。

图5为平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线中上盖板的结构示意图。

图6为平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线中接地板的结构示意图。

图中有：接地板10、馈电孔11、槽缝12、辐射振子20、窄端21、宽端22、对称轴23、短截线24、振子端25、接地端26、上导电层27、下导电层28、安装槽缝29、上盖板30、上盖板槽缝31、馈电接头40、外导体41和内导体42。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明所采用的实施方案是：平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线包括接地板10、两个平面辐射振子20、上盖板30和馈电接头40组成；接地板10导电，其中心有一个馈电孔11，接地板10的一侧接馈电接头40，另一侧接辐射振子20；馈电接头40的外导体41与接地板10相连，内导体42通过接地板10中心的馈电孔11与两个辐射振子20相连；两个辐射振子20导电，每个辐射振子20都与接地板10垂直，两个辐射振子20之间夹角为直角；每个辐射振子20的窄端21与馈电接头40的内导体42相连，辐射振子20的宽端22与上盖板30垂直相连，电流可以从内导体42经过辐射振子20流到上盖板30上；上盖板30导电，与接地板10平行；

接地板10的形状是圆形，以改善天线方向性图的均匀性；接地板10的大小影响方向性图的均匀性，可根据的方向性图的均匀性，确定接地板10的大小；

辐射振子20的形状是对称的，对称轴23是直线，对称轴23经过接地板10的中心和上盖板30的中心，辐射振子20形状是下窄上宽的梯形，辐射振子20靠近接地板10的一边窄，靠近上盖板30的一边宽；

辐射振子20的两边，各伸出一个短截线24，短截线24的一端是振子端25，从辐射振子20伸出；短截线24的另一端是接地端26，延伸到接地板10、并与接地板10相连；短截线24靠近振子端25有一段金属上导电层27，短截线24靠近接地端26有一段金属下导电层28，上导电层27和下导电层28之间不导电；

两个辐射振子20各有一条安装槽缝29，每个辐射振子20的安装槽缝29沿着该辐射振子20的对称轴23，两个辐射振子20安装槽缝29的开口方向相对，以便两个辐射振子20可以相互垂直的卡在一起。

每个辐射振子20与其两边的短截线24由同一块印刷电路板构成。

短截线24与接地板10相连，电流可以从接地板10流到短截线24上靠近接地端26的下导电层28，接地端26的下导电层28可以改善天线的辐射方向性图的圆度和驻波特性，提高低频段的增益，其长度可以根据工作频段调节。

改变短截线24与辐射振子20连接的位置，和改变短截线24振子端25的导电层27的长度，可以调节天线的驻波大小和位置。

接地板10、辐射振子20和上盖板30由平面印刷电路板构成，以降低成本。

馈电接头40的内导体42、两个辐射振子20和上盖板30在电气上都是连通的。

接地板10外围有四个槽缝12，四个槽缝12的形状是直线，四个槽缝12离接地板10中心的距离相等；短截线24接地端穿过接地板10外围的槽缝12、通过焊接或者导电胶粘接与接地板10连接，既保证了电气连接，又使得辐射振子20与接地板10形成了多点连接的一个整体，保证了天线机械结构的稳定性。

上盖板30的形状是圆形或者正方形，上盖板30有四条上盖板槽缝31，上盖板槽缝31沿圆形的半径方向或者正方形的对角线方向，四个上盖板槽缝31相隔90度；辐射振子20穿过上盖板30的槽缝31，通过焊接或者导电胶粘接与上盖板30连接，既保证了电气连接，又使得辐射振子20与上盖板30形成了多点连接的一个整体，保证了天线机械结构的稳定性。

天线增益一般随着频率的升高而增加，低频段天线的增益相对较低，为了改善天线增益的频率平坦度，需要提高天线低频段的增益。另一方面提高天线辐射方向性的均匀性，就需要提高天线在较弱辐射方向的辐射性能，提高结构的对称性。相对于一个平面振子的平面单极子天线，平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线因为有两个正交的平面辐射振子20，而且接地板10是垂直于辐射振子20的圆形，整个天线的结构类似单锥天线，因而其方向性图在接地板10所在的水平面的均匀性大大提高；另外辐射振子20数量多，低频段的增益也比单极子天线高。导电的上盖板30改善了低频段的匹配，也使得天线的最低工作频率变低，使天线得以小型化。接地板10的面积大于上盖板30的面积，接地板10的面积大可以增加接地板10的反射，因而增加了天线在接地板10上面半空间的辐射性能，另一方面接地板10面积小，其边缘的绕射就较强，绕射可以改善天线在接地板10下半空间的辐射性能，因而提高俯仰面的方向性图的均匀性，尤其是在低频段绕射相对更强，因此要根据方向性图均匀性的要求，确定接地板10的大小，可以通过仿真确定接地板的具体尺寸。

辐射振子20的数量可以多于两个，例如四个辐射振子20，辐射振子20之间的夹角

45度，辐射振子20越多，方向性图在水平面的均匀性越强，但辐射振子20大于两个以后，增加辐射振子20数量使得方向性图均匀性提高的幅度余地不是很大了，而且结构和成本也相应提高。

短截线24不仅可以改善天线的方向性，而且起机械结构的支撑作用，短截线24振子端25的上导电层27具有匹配调谐作用；短截线24接地端26的下导电层28一方面可以起焊盘作用，用于与接地板10焊接固定辐射振子；另一方面，短截线24接地端26的下导电层28的可以改善天线低频段的匹配，降低天线的最低工作频率。

接地板10上也可以没有槽缝12，短截线24的接地端26伸到接地板10，通过焊接把短截线24与接地板10连接在一起。

在工艺上，平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线的接地板10、上盖板30和辐射振子20都可以用印刷电路板（PCB）制作。辐射振子20用印刷电路板制作时，印刷电路板的两面都有导电层，通过金属化过孔或者金属化包边把两面的导电层连接在一起。辐射振子20的双面导电层可以增加天线的阻抗带宽，改善天线在接地板所在水平面的方向性图的均匀性。

使用印刷电路板时，上导电层和下导电层也可以在短截线的两面都有，上盖板和接地板也可以有两面的导电层，都可以通过金属化过孔或者金属化包边把两面的导电层连接在一起。

辐射振子20正交卡好以后也可以焊接交汇处以增加结构强度；装配后可以用焊接把辐射振子20、接地板10和上盖板30焊接在一起。

接地板10和上盖板30也可以用金属板材料，如铜板、铝板。金属板的厚度既要保证一定的机械强度，又要避免太厚，增加重量和成本。

接地板10可以不是天线单独的一个部分，而是其它电路的一个部分，如接地板10是接收机或发射机的一个部分，是接收机或者发射机的电路地，这时候也可以省掉馈电接头40，接收机或者发射机的信号端直接与辐射振子20连接。

使用螺钉把馈电接头40与接地板10连接在一起。

根据以上所述，便可实现本发明。

Claims (3)

1.一种平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线，包括接地板（10）、两个平面辐射振子（20）、上盖板（30）和馈电接头（40）；接地板（10）导电，其中心有一个馈电孔（11），接地板的一侧接馈电接头（40），另一侧接辐射振子（20）；馈电接头（40）的外导体（41）与接地板（10）相连，内导体（42）通过接地板（10）中心的馈电孔（11）与两个辐射振子（20）相连；两个辐射振子（20）导电，每个辐射振子（20）都与接地板（10）垂直，两个辐射振子（20）之间夹角为直角；每个辐射振子（20）的窄端（21）与馈电接头（40）的内导体（42）相连，辐射振子（20）的宽端（22）与上盖板（30）垂直相连，电流可以从内导体（42）经过辐射振子（20）流到上盖板（30）上；上盖板（30）导电，与接地板（10）平行；

接地板（10）的形状是圆形，以改善天线方向性图的均匀性；接地板（10）的大小影响方向性图的均匀性，可根据的方向性图的均匀性，确定接地板（10）的大小；

辐射振子（20）的形状是对称的，辐射振子形状是下窄上宽的梯形，辐射振子靠近接地板的一边窄，靠近上盖板的一边宽；辐射振子（20）的对称轴（23）是直线，对称轴（23）经过接地板（10）的中心和上盖板（30）的中心；

每个辐射振子（20）的两边，各伸出一个短截线（24），短截线（24）的一端是振子端（25），从辐射振子伸出；短截线（24）的另一端是接地端（26），延伸到接地板（10）、并与接地板（10）相连；短截线靠近振子端（25）有一段金属上导电层（27），短截线靠近接地端（26）有一段金属下导电层（28），上导电层（27）和下导电层（28）之间不导电；

改变短截线（24）在辐射振子（20）边上连接的位置，和改变短截线（24）振子端（25）的上导电层（27）的长度，可以调节天线的驻波大小和位置；

接地板（10）、辐射振子（20）和上盖板（30）由平面印刷电路板构成，以降低成本。

2.根据权利要求1所述的一种平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线，其特征在于两个辐射振子（20）各有一条安装槽缝（29），每个辐射振子（20）的安装槽缝（29）沿着该辐射振子（20）的对称轴（23），两个辐射振子（20）安装槽缝（29）的开口方向相对，以便两个辐射振子（20）可以相互垂直的卡在一起。

3.根据权利要求1所述的一种平面工艺的小型化宽带全向立体振子天线，其特征在于每个辐射振子（20）与其两边的短截线（24）由同一块印刷电路板构成；短截线（24）与接地板（10）相连，电流可以从接地板（10）流到短截线（24）上靠近接地端（26）的下导电层（28），接地端（26）的下导电层（28）可以改善天线的辐射方向性图的圆度和驻波特性，提高低频段的增益，其长度可以根据工作频段调节。