CN110311217B - 一种共面波导馈电的高增益缝隙赋形对数周期阵列天线 - Google Patents

一种共面波导馈电的高增益缝隙赋形对数周期阵列天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共面波导馈电的高增益缝隙赋形对数周期阵列天线，包括介质基板及金属层；本发明采用将金属层贴合在介质基板上，金属层上对称刻蚀有呈树状的镂空的槽缝，将树干槽缝作为传输缝隙，树枝槽缝作为偶极子缝隙，通过对对数周期阵列缝隙天线进行赋形，使得天线在阻抗带宽范围内，与传统对数周期阵列缝隙天线相比增益显著提高。本发明为一种经典的平面天线，由于其结构简单、制造便利、价格低廉、架设简单、不需要输入匹配电路，且具有高增益、频带宽及低重量的优点；所述的共面波导馈电具有辐射损耗小、色散特性优良且便于实现阻抗匹配的优点。

Description

一种共面波导馈电的高增益缝隙赋形对数周期阵列天线
技术领域
本发明涉及微波、无线通信与测试仿真技术领域，尤其是一种共面波导馈电的高增益缝隙赋形对数周期阵列天线。
背景技术
现有技术的对数周期缝隙天线属于中等增益宽带天线，有着较稳定的辐射特性，在无线通信系统中有很广泛的应用。对数周期缝隙天线在特定较宽的频率范围内，其重要特性，包括方向图、极化、阻抗等保持不变或稍有变化。存在的问题是，由于传统的对数周期阵列缝隙天线增益一般且尺寸较大，制约了天线增益的提高及外形尺寸的减小，为此，提高天线的增益及减小外形尺寸成为对数周期阵列缝隙天线的研究重点。此外，赋形天线最早被提出是应用于八木天线增益的提高，存在的问题是，实现较高增益、改善传统八木天线的代价是需要较大的尺寸及较多的引向器，且赋形之后增益的提高也不明显。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种共面波导馈电的高增益缝隙赋形对数周期阵列天线，本发明采用将金属层贴合在介质基板上，金属层上对称刻蚀有呈树状的镂空的槽缝，将树干槽缝作为传输缝隙，树枝槽缝作为偶极子缝隙，通过对对数周期阵列缝隙天线进行赋形，使得天线在阻抗带宽范围内，与传统对数周期阵列缝隙天线相比增益显著提高。本发明为一种经典的平面天线，由于其结构简单、制造便利、价格低廉、架设简单、不需要输入匹配电路，且具有高增益、频带宽及低重量的优点；所述的共面波导馈电具有辐射损耗小、色散特性优良且便于实现阻抗匹配的优点。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种共面波导馈电的高增益缝隙赋形对数周期阵列天线，其特点包括介质基板及金属层；
所述介质基板为设有垂直中心线的矩形板；
所述金属层为设有垂直中线的矩形板；
所述金属层贴合在介质基板上，且二者的垂直中线重合，底边对齐；
所述金属层上对称刻蚀有镂空的槽缝，该槽缝呈树状，槽缝由一条与中心线平行的树干槽缝与数条曲线的树枝槽缝构成，树干槽缝分为三段，由等宽段的第二传输缝隙、收窄段的连接缝隙及缝隙段第一传输缝隙；
树枝槽缝为四条、呈“S”形，四条树枝槽缝按形状比由大到小分为第一偶极子缝隙、第二偶极子缝隙、第三偶极子缝隙及第四偶极子缝隙，且第一偶极子缝隙、第二偶极子缝隙、第三偶极子缝隙及第四偶极子缝隙自下而上排列分别与树干槽缝等宽段的第二传输缝隙连接；
树枝槽缝及树干槽缝相对于金属层的垂直中线对称设置，且两对称设置的树干槽缝之间留有间隙；
所述树干槽缝等宽段的第二传输缝隙与第一偶极子缝隙的缝隙宽度相同；第二偶极子缝隙、第三偶极子缝隙及第四偶极子缝隙的图形依次递减缩小，递减幅度为5％。
所述树枝槽缝的“S”形由两段反向设置的四分之一圆弧段、中间连接一段垂直线段、尾端连接一段水平线段构成，且树枝槽缝的四分之一圆弧的头端与树干槽缝连接。
所述金属层的材料为铜材。
本发明采用将金属层贴合在介质基板上，金属层上对称刻蚀有呈树状的镂空的槽缝，将树干槽缝作为传输缝隙，树枝槽缝作为偶极子缝隙，通过对对数周期阵列缝隙天线进行赋形，使得天线在阻抗带宽范围内，与传统对数周期阵列缝隙天线相比增益显著提高。本发明为一种经典的平面天线，由于其结构简单、制造便利、价格低廉、架设简单、不需要输入匹配电路，且具有高增益、频带宽及低重量的优点；所述的共面波导馈电具有辐射损耗小、色散特性优良且便于实现阻抗匹配的优点。
本发明的有益效果是，通过赋形的方法，有效地提高了对数周期阵列缝隙天线的增益，具有结构简单，便于制造的特点，与传统印刷天线不同，采用缝隙天线具有一定的创新性，除设计部分外没有带来任何加工负担，有利于该天线在无线通信中的应用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的A区域的放大示意图；
图4为本发明的仿真结果示意图；
图5为本发明在Y-O-Z谐振点的辐射方向图；
图6为本发明在X-O-Y谐振点的辐射方向图；
图7为本发明的增益效果图。
具体实施方式
参阅图1、图2，本发明包括介质基板1及金属层2；
参阅图1、图2，所述介质基板1为设有垂直中心线的矩形板；所述金属层2为设有垂直中线的矩形板；所述金属层2贴合在介质基板1上，且二者的垂直中线重合，底边对齐。
参阅图1、图3，所述金属层2上对称刻蚀有镂空的槽缝，该槽缝呈树状，槽缝由一条与中心线平行的树干槽缝与数条曲线的树枝槽缝构成，树干槽缝分为三段，由等宽段的第二传输缝隙5、收窄段的连接缝隙4及缝隙段第一传输缝隙3。
参阅图1、图3，所述树枝槽缝为四条、呈“S”形，四条树枝槽缝按形状比由大到小分为第一偶极子缝隙6、第二偶极子缝隙7、第三偶极子缝隙8及第四偶极子缝隙9，且第一偶极子缝隙6、第二偶极子缝隙7、第三偶极子缝隙8及第四偶极子缝隙9自下而上排列分别与树干槽缝等宽段的第二传输缝隙5连接。
参阅图1，所述树枝槽缝及树干槽缝相对于金属层2的垂直中线对称设置，且两对称设置的树干槽缝之间留有间隙；
参阅图1，所述树干槽缝等宽段的第二传输缝隙5与第一偶极子缝隙6的缝隙宽度相同；第二偶极子缝隙7、第三偶极子缝隙8及第四偶极子缝隙9的图形依次递减缩小，递减幅度为5％。
参阅图1，所述树枝槽缝的“S”形由两段反向设置的四分之一圆弧段、中间连接一段垂直线段、尾端连接一段水平线段构成，且树枝槽缝的四分之一圆弧的头端与树干槽缝连接。
所述金属层2的材料为铜材。
参阅图4，由仿真结果可见，本发明的谐振频率为3.31GHz，该点处的回波损耗为-27dB，-10dB以下阻抗带宽为3.0GHz至4.4GHz。
本发明的偶极子缝隙对称排布，馈电方式为共面波导馈电，这种馈电结构能实现更宽的带宽，在工作频段内的最大增益值为6.13dBi，具有较好的辐射特性。
本发明的偶极子缝隙经过赋形能有效提高天线增益；参照八木天线的设计思想，通过偶极子阵列提高天线增益，本发明的改进在于将偶极子槽缝制成树状，方便槽缝的刻蚀工艺，便于天线制作，将偶极子缝隙设计为“S”形，由两段反向设置的四分之一圆弧段、中间连接一段垂直线段、尾端连接一段水平线段构成，通过弯道赋形，保证提高增益性能的同时节省一定的空间。
本发明具有馈电结构简单、低剖面、宽频带、高增益的优点，因此在无线通信系统中具有较高的应用价值。
参阅图5，将本发明置于坐标系时，本发明在Y-O-Z谐振点3.31GHz的辐射方向图。
参阅图6，将本发明置于坐标系时，本发明在X-O-Y谐振点3.31GHz的辐射方向图。
参阅图7，由图7可见，本发明在工作频率为3.4GHZ时其增益高达6.1dB。

Claims (2)

1.一种共面波导馈电的高增益缝隙赋形对数周期阵列天线，其特征在于，它包括介质基板（1）及金属层（2）；
所述介质基板（1）为设有垂直中心线的矩形板；
所述金属层（2）为设有垂直中线的矩形板；
所述金属层（2）贴合在介质基板（1）上，且二者的垂直中线重合，底边对齐；
所述金属层（2）上对称刻蚀有镂空的槽缝，该槽缝呈树状，槽缝由一条与中心线平行的树干槽缝与数条曲线的树枝槽缝构成，树干槽缝分为三段：等宽段的第二传输缝隙（5）、收窄段的连接缝隙（4）及缝隙段第一传输缝隙（3）；
树枝槽缝为四条、呈“S”形，四条树枝槽缝按形状比由大到小分为第一偶极子缝隙（6）、第二偶极子缝隙（7）、第三偶极子缝隙（8）及第四偶极子缝隙（9），且第一偶极子缝隙（6）、第二偶极子缝隙（7）、第三偶极子缝隙（8）及第四偶极子缝隙（9）自下而上排列分别与树干槽缝等宽段的第二传输缝隙（5）连接；
树枝槽缝及树干槽缝相对于金属层（2）的垂直中线对称设置，且两对称设置的树干槽缝之间留有间隙；
所述树干槽缝等宽段的第二传输缝隙（5）与第一偶极子缝隙（6）的缝隙宽度相同；第二偶极子缝隙（7）、第三偶极子缝隙（8）及第四偶极子缝隙（9）的图形依次递减缩小，递减幅度为5％；
所述树枝槽缝的“S”形由两段反向设置的四分之一圆弧段、中间连接一段垂直线段、尾端连接一段水平线段构成，且树枝槽缝的四分之一圆弧的头端与树干槽缝连接；
将所述树干槽缝作为传输缝隙，树枝槽缝作为偶极子缝隙，对对数周期阵列天线进行赋形；
所述对数周期阵列天线的谐振频率为3.31GHz，回波损耗为-27dB，-10dB以下阻抗带宽为3.0GHz至4.4GHz；在工作频率为3.4GHZ时其增益高达6.1dB。
2.根据权利要求1所述的一种共面波导馈电的高增益缝隙赋形对数周期阵列天线，其特征在于，所述金属层（2）的材料为铜材。
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