CN209913030U - 赋形平面八木对数周期天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种赋形平面八木对数周期天线，在一块印刷电路板的上下两表面各刻蚀一层金属结构，金属材质为铜。上层金属结构由偶极子阵列与赋形引向器组成，下层金属结构由偶极子阵列与接地结构组成，偶极子臂的形状均为S形，引向器的形状为直线段与圆弧相间连接。偶极子臂赋形后能有效提高天线增益，增加引向器也能够提高增益。本实用新型体积小、重量轻、剖面低、易集成，在无线通讯系统中有较强应用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及微波、无线通信与测试仿真技术领域，具体是一种赋形平面八木对数周期天线。
背景技术
平面天线具有体积小、重量轻、剖面低、易集成的特性，平面对数周期天线自发明以来，至今技术已非常成熟。对数周期天线属于宽带天线，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。对数周期天线是一种非频变天线，该类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。由于传统的对数周期天线增益一般，因此如何提高天线增益成为天线设计的重点。
提高天线增益最普遍的方法是构建阵列，但是这样就需要额外考虑馈电、阵列之间的耦合等对天线性能的影响，不仅大大增加天线的尺寸而且增大设计复杂度，提高制作成本。增加引向器也是一个提高端射天线增益的有效方式，随着引向器数量的增加，增益提高的效果会逐渐变差。当引向器个数提高到10个以上时，再继续增加引向器，增益几乎不会再提高。本实用新型中涉及的赋形方式最早被提出是应用于八木天线增益的提高，有比较明显的效果，赋形之后增益提高3dB。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种赋形平面八木对数周期天线，该天线具有结构简单、增益高、易加工等优点。对偶极子臂及引向器的赋形，有效地提高了天线增益。引向器的引入使偶极子阵列与引向器之间产生耦合，也为增益的提高做出贡献。对比于传统平面对数周期天线，增益有明显提高。
实现本实用新型目的的具体技术方案是：
一种赋形平面八木对数周期天线，特点是该天线由上至下依次包括，第一金属结构、介质基板和第二金属结构；介质基板为矩形；
所述第一金属结构包括微带馈线、上层连接线、上层第一偶极子臂、上层第二偶极子臂、上层第三偶极子臂、上层第四偶极子臂和赋形引向器；所述第一金属结构除了赋形引向器外，为固定连接的一个整体；所述第二金属结构为一个整体，包括接地结构、下层连接线、下层第一偶极子臂、下层第二偶极子臂、下层第三偶极子臂和下层第四偶极子臂；
所述微带馈线为矩形，其下边界与介质基板下边界对齐，垂直中线与介质基板的垂直中线对齐；
所述上层连接线为矩形，与微带馈线相连，其垂直中线与介质基板的垂直中线对齐；所述上层第一偶极子臂、上层第二偶极子臂、上层第三偶极子臂和上层第四偶极子臂均呈S形，弯曲的弧度各不相同，长度和宽度依次减小，上层第四偶极子臂尾端与上层连接线的末端对齐，各偶极子臂交错依次向上连接在连接线的两侧；所述赋形引向器为左右对称结构，由圆弧和直线段相间连接构成，对称轴与介质基板的垂直中线对齐，设置于上层第四偶极子臂上方；
所述接地结构为左右对称结构，外边界与介质基板的边界重合，内边界为圆弧形；
所述下层连接线为矩形，与接地结构相连，其垂直中线与介质基板的垂直中线对齐；所述下层第一偶极子臂、下层第二偶极子臂、下层第三偶极子臂和下层第四偶极子臂均呈S形，弯曲的弧度各不相同，长度和宽度依次减小，下层第四偶极子臂尾端与下层连接线的末端对齐，各偶极子臂交错依次向上连接在连接线的两侧；
所述上层第一偶极子臂与下层第一偶极子臂、上层第二偶极子臂与下层第二偶极子臂、上层第三偶极子臂与下层第三偶极子臂、上层第四偶极子臂与下层第四偶极子臂结构各自相同，在介质基板上分别位于同一高度。
所述第一金属结构、第二金属结构使用的材料均为铜。
所述介质基板为Rogers RO4003C，相对介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027，厚度为0.508mm。
所述微带馈线设计简单，且可实现50Ω阻抗匹配。
本实用新型的有益效果是，本实用新型通过将偶极子臂进行赋形，并增加赋形引向器，有效地提高了印刷对数周期偶极子阵列天线的增益，有利于该定向天线在无线通信中的应用。而且和传统印刷天线一样可直接刻蚀在天线的基板上，除设计部分外没有带来任何加工负担，也无需增大天线的体积。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的第一金属结构示意图；
图3为本实用新型的第二金属结构示意图；
图4为实施例的回波损耗、增益结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
实施例
参阅图1，本实用新型所述的天线共有3层结构，包括介质基板1、介质基板1上表面的第一金属结构2和下表面的第二金属结构3，介质基板1为矩形。
参阅图2，在介质基板1的上层刻蚀第一金属结构2，图2为本实用新型的第一金属结构示意图。如图2所示，微带馈线4为矩形，其下边界与介质基板1下边界对齐，垂直中线与介质基板1的垂直中线对齐；上层连接线5为矩形，与微带馈线4相连，其垂直中线与介质基板1的垂直中线对齐；上层第一偶极子臂6、上层第二偶极子臂7、上层第三偶极子臂8和上层第四偶极子臂9均呈S形，弯曲的弧度各不相同，长度和宽度依次减小，上层第四偶极子臂9尾端与上层连接线5的末端对齐，各偶极子臂交错依次向上连接在连接线5的两侧。赋形引向器10为左右对称结构，由圆弧和直线段相间连接构成，对称轴与介质基板1的垂直中线对齐，不与第一金属结构2的其他部分连接，刻蚀于上层第四偶极子臂9上方。
参阅图3，在介质基板1的下层刻蚀第二金属结构3，图3为本实用新型的第二金属结构示意图。如图3所示，接地结构11为左右对称结构，外边界与介质基板1的边界重合，内边界为圆弧形。下层连接线12为矩形，与接地结构11相连，其垂直中线与介质基板1的垂直中线对齐。下层第一偶极子臂13、下层第二偶极子臂14、下层第三偶极子臂15和下层第四偶极子臂16均呈S形，弯曲的弧度各不相同，长度和宽度依次减小，下层第四偶极子臂16尾端与下层连接线12的末端对齐，各偶极子臂交错依次向上连接在连接线12的两侧。
参阅图2-3，上层第一偶极子臂6与下层第一偶极子臂13、上层第二偶极子臂7与下层第二偶极子臂14、上层第三偶极子臂）与下层第三偶极子臂15、上层第四偶极子臂9与下层第四偶极子臂16结构各自相同，在介质基板1上分别位于同一高度；
参阅图1-3，在设计时，优选介质基板1采用Rogers RO4003C，其介电常数为3.55，损耗角正切为0.0027，介质基板厚度为0.508mm；介质基板1的上下表面的金属层的厚度设置为0.035mm，使用加工材料为铜。
参阅图2-3，所有偶极子臂和连接线构成偶极子阵列，作为该天线的辐射单元；偶极子臂经过赋形能有效提高天线增益；接地结构11的作用是作为反射器，增强天线的方向性；赋形引向器10的作用是进一步增强天线的方向性、提高天线的增益。
图4为本实用新型的仿真结果图。如图所示，该天线的谐振频率为2.46GHz，该点处的回波损耗为为-33dB，-10dB以下阻抗带宽为2.3GHz至2.6GHz，阻抗带宽内增益为6.38dBi至9.65dBi。
以上所述,仅是本实用新型的较优案例,并非对本实用新型作任何形式上的限制,虽然本实用新型已经对实施案例做了详细的阐述,然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉该领域专业人士,在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更改或修饰为同等变化的等效实施案例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容,根据本实用新型的技术实质对上实施案例所作的任何简单修改,等同变化与修饰,仍属本实用新型技术方案的范围内。
Claims (2)
1.一种赋形平面八木对数周期天线，其特征在于，包括介质基板（1）、刻蚀于介质基板（1）上表面的第一金属结构（2）及刻蚀于介质基板（1）下表面的第二金属结构（3）；
所述第一金属结构（2）包括微带馈线（4）、上层连接线（5）、上层第一偶极子臂（6）、上层第二偶极子臂（7）、上层第三偶极子臂（8）、上层第四偶极子臂（9）和赋形引向器（10）；所述第一金属结构（2）除了赋形引向器（10）外，为固定连接的一个整体；所述第二金属结构（3）为一个整体，包括接地结构（11）、下层连接线（12）、下层第一偶极子臂（13）、下层第二偶极子臂（14）、下层第三偶极子臂（15）和下层第四偶极子臂（16）；
所述介质基板（1）为矩形；所述微带馈线（4）为矩形，其下边界与介质基板（1）下边界对齐，垂直中线与介质基板（1）的垂直中线对齐；
所述上层连接线（5）为矩形，与微带馈线（4）相连，其垂直中线与介质基板（1）的垂直中线对齐；所述上层第一偶极子臂（6）、上层第二偶极子臂（7）、上层第三偶极子臂（8）和上层第四偶极子臂（9）均呈S形，弯曲的弧度各不相同，长度和宽度依次减小，上层第四偶极子臂（9）尾端与上层连接线（5）的末端对齐，各偶极子臂交错依次向上连接在连接线的两侧；所述赋形引向器（10）为左右对称结构，由圆弧和直线段相间连接构成，对称轴与介质基板（1）的垂直中线对齐；设置于上层第四偶极子臂（9）上方；
所述接地结构（11）为左右对称结构，外边界与介质基板（1）的边界重合，内边界为圆弧形；
所述下层连接线（12）为矩形，与接地结构（11）相连，其垂直中线与介质基板（1）的垂直中线对齐；所述下层第一偶极子臂（13）、下层第二偶极子臂（14）、下层第三偶极子臂（15）和下层第四偶极子臂（16）均呈S形，弯曲的弧度各不相同，长度和宽度依次减小，下层第四偶极子臂（16）尾端与下层连接线（12）的末端对齐，各偶极子臂交错依次向上连接在连接线（12）的两侧；
所述上层第一偶极子臂（6）与下层第一偶极子臂（13）、上层第二偶极子臂（7）与下层第二偶极子臂（14）、上层第三偶极子臂（8）与下层第三偶极子臂（15）、上层第四偶极子臂（9）与下层第四偶极子臂（16）结构各自相同，在介质基板（1）上分别位于同一高度。
2.根据权利要求1所述的赋形平面八木对数周期天线，其特征在于，第一金属结构（2）、第二金属结构（3）使用的材料均为铜。
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| CN110265777A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-09-20 | 华东师范大学 | 赋形平面八木对数周期天线 |
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