一種基于特殊周期性結構的指向性輻射天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及定向福射天線領域，更具體地，涉及一種基于特殊周期性結構來的定向性福射天線。
【背景技術】
[0002]定向輻射天線中，由于八木天線具有很好的方向性，增益較高。常用來測向、遠距離通信，也被專業通訊電臺廣泛使用，但各種八木天線結構或者準八木天線結構的一個難點就是饋電要實現反相，如何簡單實現饋電相位反相功能是一個研究的熱點。
【發明內容】
[0003]本發明針對現有技術的缺陷，提供一種基于特殊周期性結構的指向性輻射天線，可以簡單實現饋電相位反相，從而實現一個準八木天線的定向輻射特性。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
一種基于特殊周期性結構的指向性福射天線，包括雙臂福射單元、引向單元、介質板、周期性地板結構和金屬反射地；其中介質板包括介質板頂層、介質板中間層和介質板底層；
所述雙臂福射單元、引向單元位于介質板頂層的上表面，引向單元與雙臂福射單元之間有間隔且與雙臂輻射單元的雙臂平行；
所述周期性地板結構包括正面地板結構和反面地板結構，分別位于介質板中間層的上下表面；其中正面地板結構和反面地板結構均由若干個矩形貼片和一條矩形帶組成；所述若干個矩形貼片由矩形帶相連，矩形貼片間隔式的位于矩形帶兩側；所述周期性地板結構位于雙臂輻射單元的一臂下方；
所述金屬反射地位于介質板底層的下表面。
[0005]上述技術方案中，在雙臂輻射單元中一臂下面添加一個周期性地板結構，另外一臂添加一個傳統的介質板結構，由于周期性地板結構的相位常數為負值，而傳統介質板結構的相位常數為正值，從而可以使得雙臂輻射單元的雙臂有一個接近180°的相位差，該方式解決了傳統準八木天線饋電網絡要使用巴倫器的問題。然后通過添加引向單元和金屬反射地，實現一個定向輻射特性。
[0006]由于雙臂輻射單元其中一臂下方有周期性地板結構，另外一臂下方則是由傳統介質板構成，由于能量的耦合作用，導致雙臂阻抗不等，而該雙臂輻射單元雙臂阻抗主要由臂的寬度決定，從而采用了不等寬雙臂的設置。故進一步的，所述雙臂輻射單元的雙臂為等長不等寬的雙臂。
[0007]進一步的，所述引向單元與雙臂輻射單元之間的間隔為1/4工作波長。
[0008]進一步的，所述介質板為固體介質或為空氣介質。
[0009]進一步的，所述正面地板結構和反面地板結構中的矩形貼片尺寸相同，即各個矩形貼片相等；各矩形貼片與矩形帶連接的邊長度相等；矩形帶上，與同側相鄰矩形貼片之間的間隔處對應的另一側連接有矩形貼片；
所述正面地板結構和反面地板結構中的矩形貼片個數相同；
所述正面地板結構和反面地板結構中的矩形帶位置相對且平行，且正面地板結構和反面地板結構之間有間隔；所述正面地板結構和反面地板結構中的矩形貼片呈齒輪式匹配。
[0010]周期性地板結構在介質板的中間層，傳統介質結構的傳播常數中的相位常數都是正數值，但是在本發明中的特殊周期性地板結構傳播下，相位常數是一個負值，該特殊周期性地板結構是由正反兩面的相同數量矩形貼片構成，同一個面(正面或反面)的矩形貼片是由一條細長的矩形帶連接，矩形片的數量越多，特殊周期性地板結構的工作帶寬越寬，當雙臂輻射單元的雙臂足夠長，同時工作頻率能在周期性地板結構的工作帶寬內，就能讓耦合下來的能量激發特殊周期性地板結構的作用，引起電流相位反相，從而使得雙臂輻射單元靠近周期性地板結構的一臂的電流相位和另一臂的電流相位有接近180°的相位差。
[0011]與現有技術相比，本發明的有益效果為:只需添加一個特殊周期性地板結構，便可實現一個電流相位反相的功能，簡化饋電單元的設計，更方便的實現天線的定向福射特性。
【附圖說明】
[0012]圖1是天線結構的側視圖。
[0013]圖2是天線結構的每層分解圖。
[0014]圖3是周期性地板結構的俯視圖。
[0015]圖4是本發明天線的俯視圖。
[0016]圖5是特殊周期性結構的矩形片數量不同情況的Sll仿真圖。
[0017]圖6是所示是天線的Sll測量結果圖。
[0018]圖7是所示是天線的xoy面和yoz面方向圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明做進一步的描述，但本發明的實施方式并不限于此。
[0020]一種基于特殊周期性結構的指向性輻射天線，包括雙臂輻射單元1、引向單元2、介質板3、周期性地板結構4和金屬反射地5 ;如圖1，其中介質板3包括介質板頂層31、介質板中間層32和介質板底層33 ;(介質板頂層31頂面的長粗線代表雙臂輻射單元，短粗線代表引向單元，介質板底層33底面的粗線表示金屬反射地；介質板中間層32頂面的粗線表示特殊周期性地板結構的正面，底面的粗線表示特殊周期性地板結構的反面)如圖2 (a),所述雙臂福射單元1、引向單元2位于介質板頂層31的上表面，引向單元2與雙臂福射單元I之間有間隔且與雙臂輻射單元的雙臂平行，所述引向單元2與雙臂輻射單元I之間的間隔為1/4工作波長；
如圖2 (b)、圖3，所述周期性地板結構4包括正面地板結構41和反面地板結構42，分別位于介質板中間層32的上下表面；其中正面地板結構41和反面地板結構42均由若干個矩形貼片和一條細長的矩形帶組成；所述若干個矩形貼片由矩形帶相連，矩形貼片的擺放規定如圖中的正面地板結構41的擺放，矩形貼片間隔式的位于矩形帶兩側；所述周期性地板結構4位于雙臂輻射單元I的一臂下方；
所述正面地板結構41和反面地板結構42中的矩形貼片尺寸相同，即各個矩形貼片相等；各矩形貼片與矩形帶連接的邊長度相等；矩形帶上，與同側相鄰矩形貼片之間的間隔處對應的另一側連接有矩形貼片；
所述正面地板結構41和反面地板結構42中的矩形貼片個數相同；在本實施例中，矩形貼片的個數均為四；
所述正面地板結構41和反面地板結構42中的矩形帶位置相對且平行，且正面地板結構41和反面地板結構42之間有間隔；在介質板3為固體介質時，正面地板結構41和反面地板結構42分別位于固體介質的上、下表面，當介質板3為空氣介質時，則正面地板結構41和反面地板結構42的相同高度不同，即不在同一平面上；如圖中，所述正面地板結構41和反面地板結構42中的矩形貼片呈齒輪式匹配；即正面地板結構41中相鄰矩形貼片的間隔處正對著反面地板結構42上的矩形貼片。
[0021]周期性地板結構4是由雙面不重合的平行帶狀線組成，周期性地板結構的數量和尺寸可以根據實際進行改變，正反面的矩形貼片增多，周期性地板結構的工作頻率帶寬也會增加。
[0022]如圖2 (C)，所述金屬反射地5位于介質板底層33的下表面。
[0023]在本實施例中，雙臂輻射單元I的雙臂為等長不等寬的雙臂。主要原因是雙臂輻射單元I其中一臂下方有特殊周期性地板結構，另外一臂下方則是由傳統介質板構成，由于能量的耦合作用，導致雙臂阻抗不等，而該輻射單元雙臂阻抗主要由臂的寬度決定，從而采用了不等寬雙臂的設置。
[0024]如圖4所示，是整體天線的俯視圖，各單元的位置如圖4所示。
[0025]圖5是特殊周期性結構的矩形片數量不同情況的Sll仿真圖，其中實線表示周期性結構矩形片數量4*4片；長虛線表示周期性結構矩形片數量6*6片；短虛線表示周期性結構矩形片數量10*10片。
[0026]圖6所示是天線的Sll測量結果圖，由圖可以看出，該天線主要在4.6GHz頻率范圍附近諧振，圖7所示是天線在4.6GHz的xoy面和yoz面福射方向圖，特殊周期性地板結構在雙臂輻射單元的能量激發下，產生了工作，對雙臂輻射單元的一臂上的電流進行了反相，這就形成了一個準八木天線的輻射特點，再通過添加引向單元和反射地，使得天線具有一個定向輻射特點。
[0027]以上所述的本發明的實施方式，并不構成對本發明保護范圍的限定。任何在本發明的精神原則之內所作出的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于特殊周期性結構的指向性輻射天線，其特征在于，包括雙臂輻射單元(I)、引向單元(2)、介質板(3)、周期性地板結構(4)和金屬反射地(5);其中介質板(3)包括介質板頂層(31)、介質板中間層(32)和介質板底層(33)； 所述雙臂輻射單元(I)、引向單元(2)位于介質板頂層(31)的上表面，引向單元(2)與雙臂輻射單元(I)之間有間隔且與雙臂輻射單元的雙臂平行； 所述周期性地板結構(4)包括正面地板結構(41)和反面地板結構(42)，分別位于介質板中間層(32)的上下表面；其中正面地板結構(41)和反面地板結構(42)均由若干個矩形貼片和一條矩形帶組成；所述若干個矩形貼片由矩形帶相連，矩形貼片間隔式的位于矩形帶兩側；所述周期性地板結構(4)位于雙臂輻射單元(I)的一臂下方； 所述金屬反射地(5)位于介質板底層(33)的下表面。2.根據權利要求1所述的基于特殊周期性結構的指向性輻射天線，其特征在于，所述雙臂輻射單元(I)的雙臂為等長不等寬的雙臂。3.根據權利要求1所述的基于特殊周期性結構的指向性輻射天線，其特征在于，所述引向單元(2)與雙臂輻射單元(I)之間的間隔為1/4工作波長。4.根據權利要求1所述的基于特殊周期性結構的指向性輻射天線，其特征在于，所述介質板(3)為固體介質或為空氣介質。5.根據權利要求1所述的基于特殊周期性結構的指向性輻射天線，其特征在于，所述正面地板結構(41)和反面地板結構(42)中的矩形貼片尺寸相同，即各個矩形貼片相等；各矩形貼片與矩形帶連接的邊長度相等；矩形帶上，與同側相鄰矩形貼片之間的間隔處對應的另一側連接有矩形貼片； 所述正面地板結構(41)和反面地板結構(42)中的矩形貼片個數相同； 所述正面地板結構(41)和反面地板結構(42)中的矩形帶位置相對且平行，且正面地板結構(41)和反面地板結構(42)之間有間隔；所述正面地板結構(41)和反面地板結構(42)中的矩形貼片呈齒輪式匹配。
【專利摘要】本發明公開一種基于特殊周期性結構的指向性輻射天線，包括雙臂輻射單元、引向單元、介質板、周期性地板結構和金屬反射地；介質板包括頂層、中間層和底層；雙臂輻射單元、引向單元位于介質板頂層的上表面，引向單元與雙臂輻射單元有間隔且與雙臂輻射單元的雙臂平行；周期性地板結構包括正面、反面地板結構，分別位于介質板中間層的上下表面；正面、反面地板結構均包括矩形貼片和矩形帶；矩形貼片由矩形帶相連，矩形貼片間隔式的位于矩形帶兩側；周期性地板結構位于雙臂輻射單元一臂下方；金屬反射地位于介質板底層的下表面。本發明只需添加一個周期性地板結構，便可實現一個電流相位反相的功能，簡化饋電單元設計，方便的實現天線的定向輻射特性。
【IPC分類】H01Q1/38, H01Q1/36, H01Q1/50
【公開號】CN105048068
【申請號】CN201510359290
【發明人】吳文韜, 李元新, 劉喜瑤, 梁志禧
【申請人】廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院, 中山大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月24日