超寬帶全向微帶天線陣列的制作方法

本發明屬于天線技術領域，具體地涉及一種超寬帶全向微帶天線陣列。

背景技術：

現代無線通信系統的發展與天線技術的進步密不可分，而全向天線可以在水平面內360o均勻輻射電磁波（即增益不圓度不超過3db），因此多應用于大范圍覆蓋，單點對多點通信系統中，如日常生活的廣播電視、移動通信射頻識別等場合；軍事上全向天線應用于衛星通信，雷達傳感器網絡等領域。ku波段主要應用于衛星通訊以及航空領域（如機場地面交通定位、機載wi-fi）等。

近幾十年來研究者們設計了各種類型的全向天線，主要分為單極子天線及變形；偶極子天線及變形；共軸天線等。但受制于ku波段頻率較高，電尺寸小，所設計的全向天線大多工作在較低頻段（如l波段、x波段等），僅有的工作在ku波段的全向天線又無法同時滿足高增益、超寬帶、輕質、易組陣等特性。通過對現有技術文獻的檢索發現中國專利“一種ku波段全向天線”（申請號201210288659.2），涉及一種工作在ku波段的全向天線，該天線利用n（n取值5-12）個喇叭天線排列成圓周陣和一個一分n路的功率分配器組成天線整體，每個喇叭天線輻射一定的角度范圍，n個喇叭實現360o均勻輻射，然而該天線僅工作在15-17ghz(vswr<1.5),并未完全覆蓋ku波段(12-18ghz),此外相對于微帶天線，喇叭天線質量較重，n個喇叭天線組成的天線整體尺寸偏大。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足和缺陷，提供一種新型超寬帶全向微帶天線陣列，天線在整個ku波段實現360o均勻輻射的同時，整體結構簡單、輕質、易加工。

本發明提供的新型超寬帶全向微帶天線陣列，其結構如圖1、圖2、圖3所示，包括介質基板1、四對偶極子2、四對引向器3、一對一分四功分器4和寬帶巴倫5。其中，所述的四對偶極子2按2x2（即2行2列）結構的排布，通過一分四功分器4和寬帶巴倫5的一端連接，寬帶巴倫5另一端連接到sma接頭，四對引向器3分別位于對應的四對偶極子2的前方；其中：

所述每一對偶極子2均包含兩個偶極子臂，這兩個偶極子臂分別刻蝕在介質基板1上表面和下表面；兩個偶極子臂結構相同，并為中心對稱。這里介質基板可采用羅杰斯5880（下同）。

本發明中，所述的四對偶極子共八個偶極子臂，每個偶極子臂均由兩個扇形金屬貼片組成，兩個扇形貼片寬度相同，長度不同。

本發明中，所述的偶極子臂的兩個扇形貼片呈上下分布，從而構成蝴蝶結結構，且長度較長的扇形貼片(為偶極子輸入端)與功分器4連接。

本發明中，所述的一對（即兩個）一分四功分器4結構相同（例如均為t型結構，先一分二，再二分四），兩個一分四功分器4分別刻蝕在介質基板1上、下表面的相同位置。

本發明中，所述的寬帶巴倫5包括線性漸變饋線和類半圓形地板，其中線性漸變饋線刻蝕在介質基板1的上表面，類半圓形地板刻蝕在介質基板1的下表面。

本發明中，所述的寬帶巴倫的線性漸變饋線長度為波長的三分之一到五分之三，類半圓形地板半徑為波長的五分之一到三分之一。

本發明中，所述的寬帶巴倫5一端阻抗為90歐姆，連接到一分四功分器4的輸入端，寬帶巴倫5的另一端阻抗為50歐姆，連接到sma接頭。

本發明中，所述的引向器3為矩形金屬貼片結構，置于每對偶極子的前方，距離偶極子為波長的六分之一到四分之一，引向器長度為波長的五分之一到三分之一；兩個矩形貼片構成一對引向器，這兩個矩形貼片分別刻蝕在介質基板1上、下表面相同位置。

本發明中，所述的所用金屬貼片均可采用銅箔，厚度宜為0.02—0.05mm，實施例中，厚度為0.035mm。

文獻檢索的結果表明，尚未有微帶天線陣列實現覆蓋整個ku頻段的全向輻射特性。本發明合理的設計了寬帶巴倫結構，發揮了蝴蝶結形偶極子本身具有的寬帶特性，同時增加的引向器結構極大的改善了天線陣列的全向輻射特性。仿真結果表明：天線陣列再11.8–18gh頻率范圍內|s11|<-10db，相對阻抗帶寬超過40%，天線陣列水平面平均增益（即水平面各個角度增益求和取均值）在1.7dbi到4.1dbi，整個ku波段內，不圓度不超過2.5db。天線陣列整體尺寸為30×20×0.508mm³(長×寬×高)，并且具有結構簡單、輕質、易加工等優點。

附圖說明

圖1為本發明新型超寬帶全向微帶天線陣列整體結構示意圖。

圖2為本發明新型超寬帶全向微帶天線陣列正面結構示意圖。

圖3為本發明新型超寬帶全向微帶天線陣列反面結構示意圖。

圖4為本發明新型超寬帶全向微帶天線陣列s參數仿真結果。

圖5為本發明新型超寬帶全向微帶天線陣列平均增益、不圓度仿真結果。

圖6為本發明新型超寬帶全向微帶天線陣列輻射方向圖仿真結果。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1-3所示，本發明提供了一種新型超寬帶全向微帶天線陣列，中心頻率15ghz，整體尺寸30×20×0.508mm³（長×寬×高），本實施例包括：包括介質基板1、四對偶極子2、四對引向器3、一對一分四功分器4、寬帶巴倫5。

如圖2、3所示，本實施例所述的四對偶極子2按2x2結構的排布，通過一分四功分器4和寬帶巴倫5的一端連接，寬帶巴倫5另一端連接到sma接頭，每對偶極子的前方均刻蝕了一對引向器；所述每一對偶極子均包含兩個偶極子臂，分別刻蝕在羅杰斯5880介質1的上表面和下表面；所述的兩個偶極子臂結構相同，并為中心對稱；羅杰斯介質尺寸20×30mm²，介電常數2.2，損耗正切角0.0009。

如圖2、3所示，所述的四對共八個偶極子臂，每個偶極子臂均由兩個扇形貼片組成，兩個扇形貼片寬度相同，長度不同；所述的兩個扇形貼片呈上下分布，從而構成蝴蝶結結構；偶極子臂的長度決定天線的諧振頻率，寬度決定阻抗匹配的好壞，偶極子臂的間距影響天線增益，初始尺寸根據經驗公式得到，再經過全波仿真軟件hfssv15優化，最終得到偶極子臂的長度7.2mm，x方向間距7mm，z方向間距8mm。

如圖2、3所示，所述的一對一分四功分器4結構相同（均為t型結構，先一分二，再二分四），分別刻蝕在羅杰斯5880介質1上、下表面的相同位置，功分器4的輸出端連接到偶極子臂的輸入端（即長扇形貼片），功分器4的輸入端連接到寬帶巴倫5。

如圖2、3所示，所述的寬帶巴倫5包含線性漸變饋線和類半圓形地板，其中線性漸變饋線刻蝕在羅杰斯5880介質1的上表面，類半圓形地板刻蝕在介質的下表面；所述的寬帶巴倫的線性漸變饋線長度為10mm，類半圓形地板半徑約為6mm；所述的寬帶巴倫5一端阻抗約為90歐姆，連接到一分四功分器4的輸入端，寬帶巴倫5的另一端阻抗為50歐姆，連接到sma接頭。

如圖2、3所示，所述的引向器3為矩形貼片結構，長度為4.6mm，寬度0.5mm，置于每對偶極子2的前方，距離為3.9mm；刻蝕在羅杰斯介質1上、下表面相同位置的兩個矩形貼片構成一對引向器。

如圖4所示，本實施例所述的頻率特性包括回波損耗參數。其中橫坐標代表頻率變量，單位為ghz，縱坐標代表回波損耗變量。仿真結果表明本發明的超寬帶全向微帶天線陣列在11.8–18ghz頻率范圍內，|s11|<-10db，相對阻抗帶寬超過40%，覆蓋整個ku波段。

如圖5所示，本實施例所述的頻率特性包括平均增益、不圓度參數。其中橫坐標代表頻率變量，單位為ghz，左縱坐標代表增益變量，單位dbi，右縱坐標代表不圓度變量。本發明的超寬帶全向微帶天線陣列平均增益為1.7dbi到4.1dbi，不圓度不超過2.5db。

如圖6所示，本實施例所述的超寬帶全向微帶天線在12ghz、14ghz、16ghz和18ghz的天線輻射方向圖分別如圖6(a)、6(b)、6(c)、6(d)所示，由圖可見天線陣列在ku波段內可以很好地保持h面的全向輻射特性，e面輻射方向圖為“8”字型。

本發明的技術方案不限于上述具體事實例的限制，如本發明為ku波段全向微帶天線，改變尺寸可適用于微波波段，凡是根據本發明的技術方案做出的技術變形，均落入本發明的保護范圍之內。