CN201887151U - 极宽带平面单极子天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的极宽带印刷单极子天线，采用共面波导馈电。馈线采用部分渐变结构，同时在馈线与贴片的连接处采用圆角化过渡处理；地板的顶端采用两个对称的1/4椭圆，且地板上共有四个圆形开孔；天线辐射贴片的底端采用圆角化，顶端经过半椭圆过渡，贴片上共有三个圆形开孔。本实用新型充分考虑天线结构设计对天线带宽和辐射性能的影响，通过对天线馈线、辐射贴片及地板结构的改进，有效的增大了天线的工作带宽，改善了天线的辐射特性，是一种可用于覆盖L、S、C、X波段的极宽带的平面单极子天线。

Description

极宽带平面单极子天线

技术领域

本实用新型涉及一种新型的可用于覆盖L、S、C、X波段的极宽带的平面单极子天线。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，无论是军事通信系统还是民用通信系统，不仅要求高质量地传输语音、数据和图像等信息，同时还要求通信系统宽带化。与此相适应，通信系统中的天线也要求宽带化。在现代军事通信系统中，出于保密通信的需求，跳频、扩频等通信技术的广泛应用以及目标识别、成像、反隐身和抗干扰以及对传输信息含量方面越来越高，而这些通信技术的应用使天线的频宽在不断地扩展。微带天线具有尺寸小、易于加工、易于有源器件集成等优点，但是它具有一个最明显的不足就是它的窄带特性。偶极子天线相对于微带天线带宽有了较大程度的提高，但是相对于对带宽要求较高的系统来说仍然不能满足要求。平面单极子天线是一个很好的选择，因为它不仅具有微带天线的上述优点，而且具有全向辐射特性以及较容易获得超宽带性能，受到了广泛的关注。利用超宽带天线可以减少系统中天线的数目，简化结构，减小体积重量，降低成本，具有重要的现实意义。

目前国内外已有研究者对拓展单极子天线的带宽做了研究。如文献1. “Low Profile and Small Size Frequency Notched Planar Monopole Antenna From 3.5 to 23.64 GHz,” Microwave and Optical Technology Letter. 2008. 50(1): 235-236；文献2. “A Compact Antenna for Ultrawide-Band Applications,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2005.53(7):2185-2192。文献1超宽带天线端口反射系数S11                                                

-10dB阻抗带宽的频率覆盖范围为3.5~23.64GHz，接近了6.8倍频；文献2超宽带天线电压驻波比VSWR

2.2的频率覆盖范围为1.7~14.5GHz，获得了将近8.5倍频。上述文献均是针对民用超宽带通信3.1~10.6GHz频率范围而设计的天线，而民用超宽带天线带宽只有3.5倍频左右。若对于带宽较高的系统来说，上述超宽带天线其主要的缺点就是带宽较窄。而目前特别在军事通信系统中，民用通信系统的带宽远远不能满足其要求，因此设计具有极宽带的天线具有广阔的应用前景。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可用于覆盖L、S、C、X波段的极宽带平面单极子天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种极宽带平面单极子天线，它由介质基板、金属贴片、地板和馈线结构构成，金属贴片和地板都位于介质基板的上方，馈线结构位于地板中线，极宽带平面单极子天线采用共面波导馈电。

本发明与现有技术相比，其显著优点：首先，该辐射贴片采用圆角化技术，馈电部分采用渐变结构，可改善低频段的阻抗匹配；其次，馈线与贴片的连接处采用圆角化技术和贴片与地板的开孔处理，可拓展天线的上限频率；再次，贴片顶端添加的半椭圆结构可降低天线的下限频率，且对天线的低频段的阻抗匹配有改善作用；然后，天线贴片和地板的圆形孔和地板上端的椭圆结构可改善方向图的稳定性；最后，该天线工作频带极宽，结构简单，易于加工。设计得到的单极子天线的阻抗带宽的频率覆盖范围为1.03-20GHz。是一种可用于覆盖L、S、C、X波段的极宽带平面单极子天线。

附图说明

图1为本实用新型极宽带平面单极子天线的立体结构示意图。

图2为本实用新型极宽带平面单极子天线的分层结构示意图。

图3为本实用新型极宽带平面单极子天线的贴片结构示意图。

图4为本实用新型极宽带平面单极子天线的接地板结构示意图。

图5为本实用新型极宽带平面单极子天线的馈线结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

结合图1、图2、图3、图4和图5，根据本实用新型制作的极宽带平面单极子天线由介质基板5、金属贴片2、地板6和馈线结构3构成。金属贴片2、地板6位于介质板5的上方，馈线结构3位于地板6中线，极宽带平面单极子天线采用共面波导馈电。金属贴片2由一个普通的长方形贴片通过贴片底边的顶点圆角化形成，贴片的顶端添加一个半椭圆，且在贴片上开三个半径相同的圆形孔1。该天线的馈线结构3由一个渐变段过渡到恒定段的结构组成，且在馈线与贴片的连接处采用圆角化处理使贴片与馈线进行平滑连接。金属地板由两个对称的1/4椭圆与方形结构2组成，地板上共开四个左右对称的圆形孔4。

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

第一步：介质基板的选取；介质基板选用相对介电常数

的rogers4350材料，厚度Ha=0.5mm。

第二步：天线贴片尺寸的确定：如图3所示，贴片由三部分组成，第一部分为两个完全相同的1/4椭圆结构，长轴半径为La，短轴半径为Wb；第二部分为半椭圆形结构，其长、短轴的半径分别为Rb、Rc；第三部分为方形结构，其宽度为Wa。贴片上开三个尺寸相同的圆形孔，孔的半径为Ra，上、下圆形孔中心离贴片底端的距离为Lb、Lc。最终优化后的各参数值为：La=26.13mm，Wb=20.1mm，Rb=22.5mm，Rc=6mm，Wa=4.8mm，Lb=21.6mm，Lc=8.8mm，Rb=12.3mm，Ld=6.4mm。

第三步：地板尺寸的确定：如图4所示，地板由两部分组成，第一部分为两个1/4椭圆结构，第二部分为方形结构。1/4椭圆的长轴半径为Ga，短轴半径为Gb，地板总的长度为Wd，宽度为Wc。地板上开四个圆形孔，上、下圆形孔的半径分别为Re、Rd，孔中心离地板中心轴的距离为Gc、Ge，与贴片底端的距离为Gd、Gf。调节地板的各结构参数值，优化天线的辐射方向图和驻波特性，得到各参数值为：Ga=25mm，Gb=15mm，Gc=6.3mm，Ge =13mm，Gd=6.4mm，Gf =16.9mm，Re=3.8mm，Rd=7.5mm，Wd=62.1mm，Wc=56mm。

第四步：馈线尺寸的确定：如图5所示，馈线由渐变段、恒定段以及顶端圆角构成。A2-A1为渐变段，A1-A0为恒定段。共面波导带宽和缝隙的总宽度保持不变，即Tc+2Td为恒定值。共面波导导带的宽度Tc=2.7mm，缝隙的宽度Td =0.15mm。调节馈线上端宽度Tb、渐变段长度Ta以及馈线顶端圆角半径Rf，最终得到馈线各参数值：Tb=2.0mm，Ta=56.45mm，Rf=1.35mm。

Claims (4)

1.一种极宽带平面单极子天线，其特征在于：它由介质基板(5)、金属贴片(2)、地板(6)和馈线结构(3)构成，金属贴片(2)和地板(6)都位于介质基板(5)的上方，馈线结构(3)位于地板(6)中线，极宽带平面单极子天线采用共面波导馈电。

2.根据权利要求1所述的极宽带平面单极子天线，其特征在于：金属贴片(2)由一个长方形贴片通过贴片底边的顶点圆角化形成，金属贴片(2)的顶端添加了一半椭圆，且在金属贴片(2)上开三个半径相同的圆形孔。

3.根据权利要求1所述的极宽带平面单极子天线，其特征在于：馈线结构(3)由一个渐变段过渡到恒定段的结构组成，且在馈线结构(3)与金属贴片(2)的连接处采用圆角化技术使金属贴片(2)与馈线结构(3)进行平滑化连接。

4.根据权利要求1所述的极宽带平面单极子天线，其特征在于：金属地板(6)由两个对称的1/4椭圆与方形结构组成，地板(6)上共开了四个左右对称的圆形孔。

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