一種寄生條帶加載的小型平面八木天線的制作方法

本發明涉及一種微帶天線，特別是一種基于寄生條帶加載的小型化平面八木微帶天線。

背景技術：

八木天線因其結構簡單、增益高等諸多優點，在很多電子領域得到了廣泛的應用。其典型結構由一個偶極子天線、一個平行的反射器和一組平行的引向器組成。一般而言，其中偶極子天線與反射器之間的距離在0.15λ₀-0.4λ₀為宜。而隨著二者距離的減小，由于天線的反射場和輻射場相抵消，天線的輻射阻抗將急劇降低，從而造成天線性能的惡化。因此，如何在保證八木天線優良性能的前提下，盡可能地減小天線尺寸，即減小偶極子天線與反射條帶之間的距離，一直是業界研究的熱點與難點。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于寄生條帶加載的小型化平面八木天線，該天線通過簡單的單元加載方式，只需引入一個交指寄生條帶，便能夠有效減小八木天線的單元尺寸，并保持八木天線本來的優異性能。

一種寄生條帶加載的小型平面八木天線，包括偶極子天線、介質基板、同軸饋電探針、兩端彎折的反射條帶和交指形寄生條帶。其中偶極子天線和反射條帶平行印制于介質基板的上表面，交指形寄生條帶印制于偶極子天線和反射條帶之間，同軸饋電探針從頂部與偶極子天線相連且與介質基板保持垂直。

采用上述天線，反射條帶兩端向偶極子天線方向呈90°轉折且延伸至寄生條帶中心線。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：(1)在經典結構的基礎上，僅增加了交指結構的寄生條帶，準確地控制了天線反射電場的相位，從而控制天線反射電場和輻射電場同相疊加。借助這一設計原理，能夠方便地進行天線的小型化設計和改進。在實施例中，偶極子天線與反射條帶之間的距離相比于經典結構減小約70％。(2)該方案可以獲得與經典設計方案相比擬的單元性能。單元性能優異、體積小、便于調試、易于組陣。

下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發明給出的具體實施例的3D結構示意圖。

圖2(a)為經典的平面八木天線結構俯視圖，圖2(b)為本發明給出的具體實施例的結構俯視圖。

圖3為本發明所給出的實施例的天線增益隨偶極子天線與反射條帶間距D的變化曲線與經典的平面八木天線的對比圖。

圖4為本發明給出的實施例的阻抗特性與經典的平面八木天線阻抗特性的對比圖。

圖5為本發明給出的實施例的反射系數隨頻率變化曲線與經典的平面八木天線反射系數隨頻率變化曲線的對比圖。

圖6為本發明給出的實施例的實測與仿真性能參數對比圖。其中，圖6(a)為天線反射系數曲線圖，圖6(b)為天線E面方向圖，圖6(c)為天線H面方向圖。

具體實施方式

結合圖1，本發明提出一種平面八木天線的小型化設計方法并給出具體的實施例。該小型化方法通過單元加載方式，在經典微帶八木天線的饋電源與反射器之間引入一個交指形寄生條帶，通過調節交指結構的插入深度，可以準確控制天線反射電場的相位，能夠在饋電源與反射器距離較小的情況下，實現天線的反射電場與輻射電場同相疊加，從而能夠以更小的天線尺寸獲得相同的天線性能。圖1所示實施例由偶極子天線1、介質基板2、同軸饋電探針3、兩端彎折的反射條帶4和交指形寄生條帶5組成。偶極子天線1和反射條帶4平行印制于介質基板2的上表面，交指形寄生條帶5印制于偶極子天線1和反射條帶4之間，同軸饋電探針3從頂部與偶極子天線1相連，與介質基板2保持垂直。

結合圖1和圖2(b)，引入的交指形寄生條帶5長度L3為0.44λ₀，寬度W3為3.2mm，插入深度I為0.064λ₀。區別于圖2(a)給出的經典的平面八木天線的設計方案，在本發明實施例中，該交指結構被印制于偶極子天線1和反射條帶之間4，偶極子天線長度L1為0.42λ₀，寬度W1為1mm；反射條帶長度L2為0.53λ₀，寬度W2為7mm；反射條帶的兩端朝交指形寄生條帶方向彎折，并延伸至交指形寄生條帶的中心線處。由于交指形寄生條帶對反射電場相位的調節作用，偶極子天線與反射條帶之間的距離D縮短至0.06λ₀。該天線整體尺寸為0.57λ₀×0.12λ₀。

結合圖3給出的天線增益隨偶極子天線與反射條帶間距D的變化曲線，經典的平面八木天線在D為0.21λ₀時可以獲得最大天線增益5.3dBi。但隨著D的減小，天線增益也迅速惡化，當D減小到0.06λ₀時，天線增益僅為2.65dBi。而本發明的實施例在小尺度范圍內，即D小于0.21λ₀的范圍內，均可獲得5dBi以上的天線增益性能。可見，本發明對小尺度下的天線增益性能有明顯的改善。

結合圖4給出的阻抗特性曲線，在未引入交指形寄生條帶的情況下，當偶極子天線與反射條帶間的距離D由0.21λ₀減小到0.06λ₀時，輻射阻抗也從56Ω線性減小到13Ω，天線性能逐漸惡化。引入了交指形寄生條帶后，得益于其反諧振特性，當偶極子天線與反射條帶間距離D為0.06λ₀時，天線在1.48GHz處存在串聯諧振點，可以獲得56Ω的輻射阻抗。可見，在小尺度情況下，利用交指形寄生條帶的反諧振特性，可以顯著增強天線的輻射阻抗，改善天線的輻射性能。

結合圖5給出的反射系數曲線，當偶極子天線與反射條帶間距D為0.21λ₀時，經典的平面八木天線匹配良好，可以獲得11.2％的阻抗帶寬(1.34GHz-1.5GHz)。而隨著D減小至0.06λ₀，天線失配，天線性能惡化嚴重。本實施例中，得益于引入了交指形寄生條帶，當D為0.06λ₀時，依然可以獲得6.8％的阻抗帶寬(1.42GHz-1.52GHz)，相較于經典的平面八木天線方案，在小尺度情況下，通過引入寄生條帶，天線的反射系數有明顯的改善。

結合圖6(a)給出的反射系數實測曲線，本發明實施例的阻抗帶寬為7.1％(1.35GHz-1.45GHz)，除了中心頻點向低頻段偏移了0.1GHz外，反射系數的實測結果與仿真結果基本保持一致。中心頻點的偏移很大程度上是由于焊接點的加工精度造成的。結合圖6(b)給出的E面方向圖以及圖6(c)給出的H面方向圖，本發明實施例的最大輻射方向在θ＝90°、φ＝0°，實測最大天線增益為4.61dBi，僅比仿真結果低了0.49dBi。此外，由于實驗環境的影響和限制，E面背瓣的實測結果與仿真結果存在4.5dBi的差異。總體而言，本發明實施例的實測結果與理論推導結論、計算機仿真結果相符合，有力地證明了本發明所提出的小型化設計方法，能夠在保證平面八木天線優異性能的前提下，有效縮小天線的尺度，使天線單元的結構更加緊湊。

綜上所述，本發明所提出的一種平面八木天線小型化設計方法，通過單元加載的方式，在偶極子天線與反射條帶之間引入一個交指形寄生條帶，能夠在保證天線性能不變的前提下，顯著縮小天線的尺寸，使天線單元的結構更加緊湊。該小型化設計方案結構簡單、成本低廉，便于加工調試，且單元性能優異，便于組陣，具有很好的實用前景。