專利名稱：一種寬帶通信天線的制作方法
技術領域：
本發明屬于天線領域，具體涉及一種寬帶通信天線，尤其是具有寬帶小型化特性的全向通信天線。
背景技術：
ISM (Industrial, Scientific and Medical)頻段即工業，科學和醫用頻段，這是一個自由開放的短距離無線通信頻段，主要用于工業、科學、醫療研究方面的無線通信應用。歐美日等國家的無線管理機構分別設置了各自的ISM頻段。在美國，該頻段是依據美國聯邦通信委員會FCC (Federal Communications Commission)所定義出來,可用的頻段包括27MHz，26(T470MHz，902 928MHz和2. 4GHz。在歐洲，ISM頻段的標準中心頻率為433MHz、868MHz 和 2. 4GHz。目前，國際上最常用的 ISM 頻段是 433MHz、868MHz、915MHz 及 2. 4GHz。 近年來，隨著現今對小業務流量、低成本、低功耗的無線通信需求的逐漸增強，ISM頻段可以很好的應用于各種場合，如與計算機串口的無線互聯，工業控制、科學研究、醫療及家庭無線接入控制(如自動車庫門開關，汽車無線鑰匙，家庭無線門窗鎖，無線遙控玩具，無線遠程抄表或者利用無線攝像機發送視頻等)，這些需求具有數據量小，使用不受限制，結構簡單、價格低廉、可靠性高等特點。中心頻率為433MHz的頻段是研究和開發試驗中較為常用的ISM頻段。從微波頻段劃分的角度來講，該頻段屬于UHF波段，其頻率較低，波長較長，這必然造成該頻段常用的桿狀全向天線尺寸偏大，這些類型的天線高度均超過半波長或者四分之一波長，天線高度太大導致其占用的體積空間較大，全向性能較差，并且饋電結構也難于設計，使得天線的帶寬較窄。考慮到上述情況，有必要為實際無線通信平臺開發一種寬帶小型化全向天線系統，提供比現有的天線設計更理想的電磁及物理結構特性。
發明內容
本發明目的在于克服現有技術中存在的不足和缺陷，提供一種寬帶通信天線，解決常規桿狀微波全向天線占空間體積大，安裝不便，帶寬較窄等問題。本發明所采用的技術方案是一種寬帶通信天線，包括天線本體及同軸饋電連接器，天線本體是長條狀的介電常數小于5的印制板，印制板上印制有蛇形金屬結構。如上所述的一種寬帶通信天線，其中所述蛇形金屬結構的始端與印制板正面下半部分的微帶阻抗變換線直接相連，蛇形金屬結構的末端通過通孔與印制板背面上半部分的直通微帶導線相連；印制板背面下半部分全覆蓋金屬層，作為微帶金屬地；所述直通微帶導線與微帶金屬地通過片式電阻連接；所述同軸饋電連接器的同軸內芯與微帶阻抗變換線相連接，同軸外導體與微帶金屬地相連接。如上所述的一種寬帶通信天線，其中所述印制板基材為FR4，其常溫介電常數為4.4。如上所述的一種寬帶通信天線，其中所述片式電阻為120Q。如上所述的一種寬帶通信天線，其中所述印制板高度小于中心頻率對應波長的20%。如上所述的一種寬帶通信天線，其中所述同軸饋電連接器還包括同軸正面法蘭支架和同軸背面法蘭支架，且兩者之間的縫隙為I. 8_。本發明的有益效果是I.本發明因為將常規單極子天線末端進行了彎曲結構的變形且引入介電常數相對較高的印制板結構，天線電長度沒有改變，實際高度卻得到了有效的縮減，實現了天線的小型化；
2.由于在天線結構中引入了片式電阻元件，改變了天線的電流分布，使得天線可以在較寬頻率范圍內接收或發射垂直極化的電磁波，滿足天線的帶寬要求；由于整個天線的高度較低且結構的左右似軸對稱特性，可以使得天線在水平面360度范圍內輻射場均勻分布。3.本發明用于發射和接收垂直極化電磁波，其結構簡單，整個天線輻射體僅由介電常數為4. 4的FR4印制板及一個阻值為120Q的片式電阻構成，加工制作容易且成本低；全天線主體為印制板結構，沒有其它復雜結構件，使得天線的一致性良好，便于天線的批量生產；4.本發明提供的天線總體高度能夠達到常規偶極子天線的36%，常規單極子天線的72%，有效縮小了天線的體積，實現了天線的小型化；5.該天線匹配容易，帶寬較寬，可直接用50 Q同軸線饋電，其相對帶寬可達28%，尤其可以完全滿足中心頻率為433MHz的ISM頻段的通信需求。
圖I為本發明提供的一種寬帶通信天線的正面圖；圖2為本發明提供的一種寬帶通信天線的背面圖；圖3為本發明提供的一種寬帶通信天線的側面圖；圖4為天線的駐波比與頻率的關系示例；圖5為天線的水平面歸一化方向圖示例。圖6為天線的實際使用范例示意圖；圖中1.天線本體，Ia.蛇形金屬結構，Ib.微帶阻抗變換線，Ic.直通微帶導線，Id.微帶金屬地，Ie.片式電阻，2.同軸饋電連接器，2a.同軸內芯，2b.同軸外導體，2c.同軸正面法蘭支架，2d.同軸背面法蘭支架，3.通孔，4.天線罩，5.天線底座。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明提供的一種寬帶通信天線進行介紹如圖f 3所示，一種寬帶通信天線，包括天線本體I及同軸饋電連接器2，天線本體I是長條狀的介電常數小于5的印制板，印制板上印制有蛇形金屬結構la，蛇形結構的始端與印制板正面下半部分的微帶阻抗變換線Ib直接相連，蛇形結構的末端通過通孔3與印制板背面上半部分的直通微帶導線相連；印制板背面下半部分全覆蓋金屬層，作為微帶金屬地Id ;印制板背面上半部分的直通微帶導線Ic與下半部分的金屬地通過片式電阻Ie連接；同軸電纜的內導體與印制板正面下半部分的微帶阻抗變換線Ib相連接，同軸外導體(2b)與印制板背面下半部分的金屬地相連接。為達到更好的效果，可對各部分進行如下優選天線本體I印制板基材為FR4,其常溫介電常數為4. 4。長條狀印制板主要包括蛇形金屬結構la、微帶阻抗變換線Ib (長度為四分之一波導波長)、直通微帶導線lc、微帶金屬地ld、120Q的片式電阻le。印制在長條狀FR4印制板正面上半部分的蛇形金屬結構Ia是天線的結構主體，蛇形結構Ia的始端與FR4印制板正面下半部分的微帶阻抗變換線Ib直接相連，蛇形結構Ia的末端通過通孔3與FR4印制板背面上半部分的直通微帶導線Ic相連；FR4印制板背面下半部分全覆蓋金屬層，是微帶的金屬地ld，FR4印制板背面上半部 分的直通微帶導線Ic與下半部分的地Id通過120 Q的片式電阻Ie連接，進而整個天線成為一個結構整體。同軸饋電連接器2可以選用市售產品，本實施例中選用的是陜西華達科技有限公司生產的SMA-KHD9A，其同軸正面法蘭支架2c與同軸背面法蘭支架2d之間的縫隙可優選為I. 8mm,剛好使厚度為1_的天線印制板插入且留出焊接余地。同軸饋電連接器2的同軸內芯2a與天線I的微帶阻抗變換線Ib焊接，同軸背面法蘭支架2d與天線I的微帶金屬地Id焊接(同軸背面法蘭支架2d與同軸外導體2b電連通)。為了使饋電結構更加穩固，可在饋電電纜與天線接口處堆積涂覆絕緣膠。天線本體I的蛇形金屬結構Ia及與之連通的直通微帶導線Ic是起輻射作用的最主要部件，用于向空間輻射電磁波，當發射信號時，同軸饋電連接器2輸入外接發射機的發射信號，同軸接頭輸出的能量激起天線本體I蛇形金屬結構Ia及直通微帶導線Ic上的表面電流，從而產生垂直極化輻射；由于將常規單極子天線末端變形為彎曲的蛇形金屬結構Ia且引入介電常數相對較高的FR4印制板結構，使得天線頂端的電流不為零，天線的實際高度得到了有效的縮減，有效的實現了天線的小型化；由于在天線結構中引入了片式電阻le，改變了天線的電流分布，使得天線可以在較寬頻率范圍內接收或發射垂直極化的電磁波，滿足天線帶寬要求；由于整個天線I的高度較低且結構的左右似軸對稱特性，可以使得天線在水平面360度范圍內輻射場均勻分布，通常天線高度小于中心頻率對應波長的20%。以433MHz為中心頻率的ISM頻段天線為例，天線尺寸可以優選為125mmX 7mmX Imm(即天線本體I的印制板高度125mm,寬度7mm,厚度1_)，其高度125mm僅為ISM頻段要求的中心工作頻率433MHz所對應波長的18%，而常規偶極子天線的高度為中心工作頻率所對應波長的50%，常規單極子天線的高度為中心工作頻率所對應波長的25%，顯而易見，本發明天線有效縮減了天線高度。當天線作為發射天線時，它通過饋線系統和發射機相連。天線作為發射機的負載，它把從發射機得到的功率輻射到空間。這就有一個天線與傳輸線阻抗匹配問題，阻抗匹配的好壞將影響功率傳輸的效率。天線的駐波比是天線的一個重要性能參數，它反映了被測天線的阻抗特性，也決定了天線的阻抗帶寬，一般工程應用要求天線駐波比VSWR小于2。如圖4所示，以433MHz為中心頻率的ISM頻段天線的實施例可實現駐波比小于2的頻率范圍約為390MHz 520MHz，相對帶寬約為28%，這說明在該頻段內天線可以良好的與50 Q同軸電纜匹配，從而保證天線具有較寬的阻抗帶寬。天線的方向圖是表征天線輻射特性與空間角度關系的圖形。完整的方向圖是一個三維的空間圖形，它是以天線相位中心為球心，在半徑足夠大的球面上，逐點測定其輻射特性繪制而成。在實際的工作中，一般只需測得水平面或者垂直面方向圖即可。圖5是天線的水平面歸一化輻射方向圖，以433MHz為中心頻率的ISM頻段天線在水平面360度的范圍內輻射場均勻全向分布，不圓度小于I. 2dB，具有良好的全向特性。如圖6所示，為了使結構更加穩固且不易折損腐蝕，本發明提供的天線結構可采用硬質天線罩4，其結構形式為高度略大于FR4印制板的中空罩體，材料可采用非金 屬介質透波材料聚亞安脂(Polyurethane),該種材料具有硬度高、耐磨性好、機械強度大、粘接性能好、價格適中等諸多優點，其可通過粘性膠直接與非金屬地板即天線底座5膠粘連接；天線底座5可采用方形結構，且尺寸可根據應用需求適當調整，同時，也可根據實際需求采用圓形地板或其它形狀地板，地板形狀或大小改變，基本不會影響天線性能。
權利要求
1.一種寬帶通信天線，包括天線本體(I)及同軸饋電連接器(2)，其特征在于天線本體(I)是長條狀的介電常數小于5的印制板，印制板上印制有蛇形金屬結構(la)。
2.根據權利要求I所述的一種寬帶通信天線，其特征在于所述蛇形金屬結構(Ia)的始端與印制板正面下半部分的微帶阻抗變換線(Ib)直接相連,蛇形金屬結構(Ia)的末端通過通孔(3)與印制板背面上半部分的直通微帶導線(Ic)相連；印制板背面下半部分全覆蓋金屬層，作為微帶金屬地(Id);所述直通微帶導線(Ic)與微帶金屬地(Id)通過片式電阻(Ie)連接；所述同軸饋電連接器(2)的同軸內芯(2a)與微帶阻抗變換線(Ib)相連接，同軸外導體(2b)與微帶金屬地(Id)相連接。
3.根據權利要求I所述的一種寬帶通信天線，其特征在于所述印制板基材為FR4，其常溫介電常數為4. 4。
4.根據權利要求I所述的一種寬帶通信天線，其特征在于所述片式電阻(Ie)為120 Q。
5.根據權利要求I所述的一種寬帶通信天線，其特征在于所述印制板高度小于中心頻率對應波長的20%。
6.根據權利要求I所述的一種寬帶通信天線，其特征在于所述同軸饋電連接器(2)還包括同軸正面法蘭支架(2c)和同軸背面法蘭支架(2d)，且兩者之間的縫隙為1.8mm。
全文摘要
本發明屬于天線領域，具體涉及一種寬帶通信天線。目的是解決常規桿狀微波全向天線占空間體積大，安裝不便，帶寬較窄等問題。該天線包括天線本體及同軸饋電連接器，天線本體是長條狀的介電常數小于5的印制板，印制板上印制有蛇形金屬結構。本發明通過將常規單極子天線末端進行了彎曲結構的變形且引入介電常數相對較高的印制板結構，天線電長度沒有改變，實際高度卻得到了有效的縮減，實現了天線的小型化，且加工制作容易成本低；全天線主體為印制板結構，沒有其它復雜結構件，使得天線的一致性良好，便于天線的批量生產。
文檔編號H01Q1/48GK102780083SQ20121026155
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月26日 優先權日2012年7月26日
發明者李永翔, 鐘玲玲 申請人:中國航天科工集團第三研究院第八三五七研究所