CN203039108U

CN203039108U - 一种宽带uhf印刷偶极子天线

Info

Publication number: CN203039108U
Application number: CN 201320022297
Authority: CN
Inventors: 王善进; 刘华珠
Original assignee: Dongguan University of Technology
Current assignee: Dongguan University of Technology
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2023-01-16

Abstract

一种宽带UHF印刷偶极子天线，包括两面覆铜的基板，玛春德巴伦和两个天线振子，玛春德巴伦包括一条开路微带线、两条短路微带线和一个接地板，开路微带线、短路微带线和天线振子设置在基板的第一面，接地板设置在基板的第二面，两条短路微带线分别设置在开路微带线的两侧，短路微带线的一端与接地板电连接，短路微带线的另一端与天线振子连接，接地板上设置有两个凹字形的除去覆铜的凹槽，设置接地板的位置和面积，以及两个凹槽的位置和面积，使该玛春德巴伦的偶模阻抗大小为奇模阻抗大小的至少三倍。本实用新型能在UHF波段获得良好的宽带性能，相比现有的工作在该波段的拉杆天线具有体积小，便于携带，易于与电路集成的优点。

Description

一种宽带UHF印刷偶极子天线

技术领域

本实用新型涉及一种印刷天线，具体涉及一种宽带UHF印刷偶极子天线。

背景技术

偶极子天线是一类结构简单而实用的天线，在通信、广播电视及军事等系统中均可见应用，印刷偶极子天线具有低轮廓和便于与电路集成等优点，这种结构上的灵活性使其成为一种紧凑的线天线并应用于各种不同的场合。然而，这类天线本身的频带宽度一般难以满足实际的工程需求，同时还需要解决平衡馈电及阻抗匹配等问题，所以信号馈入天线之前还需巴伦的介入。

巴伦是一种平衡非平衡转换器，它可将不平衡信号转换为两路幅度相等、相位相差180度的信号，巴伦在平衡天线、推挽放大器和平衡混频器等电路中是一个不可或缺的关键器件。平面微带巴伦因为可以直接印刷在电路板上，从而具有加工简单、结构紧凑的特点，平面玛春德巴伦（Marchand Balun）是其中的重要的一类。

一些工作在UHF（Ultra High Frequency,特高频）波段的无线通信产品，因为信号波长较长，而且带宽跨度大，为了有效接收信号，需要采用体积较大的天线，实际工程中大多采用拉杆天线，这显然不利设备的便携，同时也不便于与电路集成。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本实用新型提供一种体积小、便携、方便与电路集成、工作在UHF波段的宽带印刷偶极子天线。

为实现上述目的，本实用新型的一种宽带UHF印刷偶极子天线，包括两面覆铜的基板，玛春德巴伦和两个天线振子，玛春德巴伦包括一条开路微带线、两条短路微带线和一个接地板，开路微带线、短路微带线和天线振子设置在基板的第一面，接地板设置在基板的第二面，两条短路微带线分别设置在开路微带线的两侧，短路微带线的一端与接地板电连接，短路微带线的另一端与天线振子连接，接地板上设置有两个凹字形的除去覆铜的凹槽，设置接地板的位置和面积，以及两个凹槽的位置和面积，使该玛春德巴伦的偶模阻抗大小为奇模阻抗大小的至少三倍。

其中，基板上设置有通孔，短路微带线通过通孔与接地板电连接。

其中，一条短路微带线与开路微带线构成一耦合线。

其中，天线振子包括辐射部、渐变部和连接部，辐射部和连接部的形状皆为矩形，渐变部的形状为等腰梯形，连接部与短路微带线连接，渐变部的上底边与连接部连接，下底边与辐射部连接；短路微带线包括矩形的耦合一部和矩形的耦合二部，耦合一部和耦合二部连接，耦合二部与天线振子的连接部连接，短路微带线与天线振子为基板上经蚀刻成型的一个整体。

其中，凹槽包括一个矩形的凹槽底部和两个矩形的凹槽侧部，凹槽底部的长为39.2mm、宽为2.5mm，凹槽侧部的长为45.5mm、宽为8.4mm。

其中，开路微带线的形状为一个长为105mm、宽为2mm的矩形；天线振子的辐射部的长为58mm、宽为29mm，渐变部的上底边的长为4mm、下底边的长为58mm、高为23mm，连接部的宽为4mm；短路微带线的耦合一部的长为15mm、宽为8mm，耦合二部的宽为4mm；通孔为圆孔，通孔的半径为1mm；短路微带线与开路微带线之间的距离为2mm。

其中，该宽带UHF印刷偶极子天线还包括一个SMA接头，SMA接头设置于基板边缘，SMA接头与玛春德巴伦连接。

其中，基板为FR4基板，基板厚度为2mm。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过优化设计使印刷天线也能在UHF波段获得良好的宽带性能，相比现有的工作在该波段的拉杆天线具有体积小，便于携带，易于与电路集成的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为基板第一面的结构示意图。

图3为基板第二面的结构示意图。

图4为巴伦的重叠面积的示意图。

图5为基板第一面的各部件的尺寸标注的示意图。

图6为基板第二面的各部件的尺寸标注的示意图。

附图标记包括：

1—基板 2—短路微带线 21—耦合一部

22—耦合二部 3—开路微带线 4—天线振子

41—连接部 42—渐变部 43—辐射部

5—通孔 6—接地板 7—凹槽

71—凹槽底部 72—凹槽侧部 8—SMA接头。

具体实施方式

为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

本实用新型的目的是提供一种可工作在UHF波段并能获得良好宽带特性的印刷偶极子天线。在传统的玛春德巴伦结构的基础上，在接地板上设置凹字形的凹槽，改变了巴伦的耦合线与接地板之间的电容值，进行巴伦奇偶模阻抗的调整，最后提高偶模阻抗与奇模阻抗的比值，实现带宽的拓展。仿真和实测均表明，本实用新型的天线在530MHz~790MHz左右的范围内的回波损耗低于-10dB，相对带宽可达40%。

本实用新型的一种宽带UHF印刷偶极子天线包括基板1、玛春德巴伦（Marchand Balun）和天线振子4，玛春德巴伦包括一条开路微带线3、短路微带线2和接地板6。基板1为FR4基板，基板1厚度为2mm，基板1两面覆铜，开路微带线3、短路微带线2和天线振子4设置在基板1的第一面，接地板6设置在基板1的第二面。该天线还包括一个SMA接头8，SMA接头8设置在基板1边缘，SMA接头8与玛春德巴伦连接。本实用新型的天线通过该SMA接头8外接电路，信号通过该SMA接头8进入开路微带线，开路微带线周围形成磁场将信号辐射到短路微带线，经玛春德巴伦实现平衡馈电与阻抗匹配后，得到两路幅度相等，相位相差180度的信号，最后将信号馈入天线振子4，天线振子4将信号辐射到空间中去，实现信号的发射，信号接收则是相反的过程。

如图1所示为本实用新型的结构示意图，图中阴影部分为设置在基板1第一面的开路微带线3、短路微带线2和天线振子4，虚线部分为设置在基板1第二面的接地板6。如图2所示为基板1第一面的结构示意图，两条短路微带线2分别设置在开路微带线3的两侧，短路微带线2一端与接地板6电连接，另一端与天线振子4连接，基板1上设置有通孔5，通孔5的孔壁上镀铜，短路微带线2通过通孔5与接地板6电连接。如图3所示为基板1第二面的结构示意图，接地板6上设置有两个凹字形的除去覆铜的凹槽7，凹槽7开口方向相反，凹槽7包括一个矩形的凹槽底部71和两个矩形的凹槽侧部72。设置接地板6的位置和面积，以及两个凹槽7的位置和面积，使该玛春德巴伦的偶模阻抗大小为奇模阻抗大小的至少三倍。偶模阻抗大小为奇模阻抗大小的至少三倍时，巴伦电路可得到较为理想的性能，如图4所示，在本实施例中，通过玛春德巴伦和接地板6形状的设计，改变耦合线与接地板6之间的重叠面积（图4中的黑色部分即为重叠面积），减小偶模状态下的等效电容，同时使奇模状态下的下的等效电容保持不变，因为电容与阻抗成反比关系，所以偶模阻抗增大，使其大小为奇模阻抗的大小的至少三倍，从而改善玛春德巴伦的性能，实现带宽的拓展。

如图2所示，短路微带线2包括矩形的耦合一部21和矩形的耦合二部22，耦合一部21侧边与耦合二部22的侧边连接，短路微带线2呈阶梯状；一条短路微带线2和开路微带线3构成一耦合线，本实用新型包括两个耦合线。天线振子4包括辐射部43、渐变部42和连接部41，辐射部43和连接部41的形状皆为矩形，渐变部42的形状为等腰梯形，辐射部43一条较长的边与渐变部42的下底边重合，渐变部42的上底边与连接部41的一条边重合，天线振子4的整体形状呈漏斗形；天线振子4与短路微带线2为基板1上经蚀刻成型的一个整体。天线振子4的渐变部42为等腰梯形的形状，从上底边到下底边逐渐变宽，这样的形状可使天线振子4的阻抗呈现一种渐变的变化，通过选择合适的尺寸参数（下文将给出本实用新型的最优尺寸参数），可使得天线在较宽的频带内实现良好的阻抗匹配，达到拓宽带宽的目的。

如图5所示为基板1第一面的各部件的尺寸标注示意图，耦合一部21的宽度W2和短路微带线2与开路微带线3的距离S这两个参数的大小用来控制耦合线的耦合系数，耦合系数可影响到耦合线的奇偶模阻抗，通过这两个参数的选择和优化得到最佳的耦合系数，从而使玛春德巴伦具有良好的相位及功率等分特性。

如图5和图6所示为本实用新型经过优化得到的最佳尺寸参数，其中开路微带线3的长L1为105mm，宽W1为2mm；耦合一部21的长L2为15mm，宽W2为8mm；耦合二部22的宽W3为4mm；天线振子4的连接部41的宽也为4mm；天线振子4的渐变部42的上底边长为4mm,下底边的长为58mm，高H为23mm；天线振子4的辐射部43的长L3为58mm，宽W6为29mm；通孔5的的半径为1mm；开路微带线3与短路微带线2的距离S为2mm；凹槽底部71的长L4为39.2mm，宽W4为2.5mm；凹槽侧部72的长L5为45.5mm，宽W5为8.4mm。

本实用新型的印刷天线工作在UHF波段并具有良好的性能，改变了以往在UHF波段为获得较宽的带宽只能使用拉杆天线的现状。本实用新型通过优化使印刷天线也能在UHF波段获得良好的宽带性能，相比现有的工作在该波段拉杆天线具有体积小，便于携带，易于与电路集成的优点。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种宽带UHF印刷偶极子天线，包括两面覆铜的基板，玛春德巴伦和两个天线振子，玛春德巴伦包括一条开路微带线、两条短路微带线和一个接地板，其特征在于：开路微带线、短路微带线和天线振子设置在基板的第一面，接地板设置在基板的第二面，两条短路微带线分别设置在开路微带线的两侧，短路微带线的一端与接地板电连接，短路微带线的另一端与天线振子连接，接地板上设置有两个凹字形的除去覆铜的凹槽，设置接地板的位置和面积，以及两个凹槽的位置和面积，使该玛春德巴伦的偶模阻抗大小为奇模阻抗大小的至少三倍。

2.根据权利要求1的一种宽带UHF印刷偶极子天线，其特征在于：基板上设置有通孔，短路微带线通过通孔与接地板电连接。

3.根据权利要求1的一种宽带UHF印刷偶极子天线，其特征在于：一条短路微带线与开路微带线构成一耦合线。

4.根据权利要求1的一种宽带UHF印刷偶极子天线，其特征在于：天线振子包括辐射部、渐变部和连接部，辐射部和连接部的形状皆为矩形，渐变部的形状为等腰梯形，连接部与短路微带线连接，渐变部的上底边与连接部连接，下底边与辐射部连接；短路微带线包括矩形的耦合一部和矩形的耦合二部，耦合一部和耦合二部连接，耦合二部与天线振子的连接部连接，短路微带线与天线振子为基板上经蚀刻成型的一个整体。

5.根据权利要求1的一种宽带UHF印刷偶极子天线，其特征在于：凹槽包括一个矩形的凹槽底部和两个矩形的凹槽侧部，凹槽底部的长为39.2mm、宽为2.5mm，凹槽侧部的长为45.5mm、宽为8.4mm。

6.根据权利要求4的一种宽带UHF印刷偶极子天线，其特征在于：开路微带线的形状为一个长为105mm、宽为2mm的矩形；天线振子的辐射部的长为58mm、宽为29mm，渐变部的上底边的长为4mm、下底边的长为58mm、高为23mm，连接部的宽为4mm；短路微带线的耦合一部的长为15mm、宽为8mm，耦合二部的宽为4mm；通孔为圆孔，通孔的半径为1mm；短路微带线与开路微带线之间的距离为2mm。

7.根据权利要求1的一种宽带UHF印刷偶极子天线，其特征在于：该宽带UHF印刷偶极子天线还包括一个SMA接头，SMA接头设置于基板边缘，SMA接头与玛春德巴伦连接。

8.根据权利要求1的一种宽带UHF印刷偶极子天线，其特征在于：基板为FR4基板，基板厚度为2mm。