一種超寬帶全向單極子天線的制作方法
【專利摘要】本發明屬于天線技術領域，具體涉及一種超寬帶全向單極子天線，包括地板、單極子金屬片、饋源、介質基板，底板、饋源和單極子金屬片均位于介質基板的同側表面上，介質基板的另一側無金屬，地板上設有一塊鏤空區域，單極子金屬片位于該鏤空區域內，且單極子金屬片的邊緣與地板之間設有間隙，使單極子金屬片與地板斷連，饋源位于該間隙內，饋源一端連接地板，另一端連接單極子金屬片。本發明不但能提高寬帶帶寬，而且還能保證在整個頻帶內都具有類半波偶極子的方向圖，解決了高頻點方向圖的畸變以及最大增益指向上翹的問題。另外，該天線方案結構簡單、加工方便，便于與系統的其它部件集成，還可以通過適當的優化尺寸擴展至其它頻帶。
【專利說明】
一種超寬帶全向單極子天線
技術領域
[0001]本發明屬于天線技術領域，具體涉及一種超寬帶全向單極子天線。
【背景技術】
[0002]2002年，根據FCC的新規定，相對帶寬超過20%或者絕對帶寬大于500MHz的天線可以稱為UWB天線。超寬帶天線在軍用和民用領域的應用越來越廣泛，同時對天線的尺寸、夕卜觀、帶寬和輻射方向圖要求也越來越嚴格。
[0003]常規的超寬帶天線主要包括雙錐/盤錐天線、對數周期天線、喇叭天線等，它們都具有很寬的工作頻帶，但是它們結構多為立體結構，很難與系統直接集成。因此印制天線受到人們的青睞，它具有結構簡單，體積小，易加工，易與系統集成等優點。雖然印制單極子天線具有寬頻帶，小尺寸等優點，但是傳統的單極子天線在高頻點處的輻射方向圖會發生嚴重畸變，天線最大增益的指向上翹，使得天線在H面內的增益大幅下降，弱化了天線的性能，如在專利《寬頻多頻單極子天線》(申請公布號:CN 102110878 A)和專利《一種基于L型寄生條帶的緊湊型超寬帶天線》(申請公布號:CN 104103897 A)中，雖然在H面的不圓度較好，由于高頻點的最大增益指向上翹，導致了 H面增益的下降。因此，研究設計具有超寬帶，全頻帶內具有類半波偶極子輻射方向圖的印制單極子天線變得十分有意義。
【發明內容】
[0004]本發明的所要解決的技術問題在于提供一種改進的超寬帶全向印刷單極子天線，不但能提供超寬帶帶寬，而且還能解決高頻點方向圖的畸變以及最大增益指向上翹的問題。
[0005]本發明采用以下技術方案解決上述技術問題的:
[0006]—種超寬帶全向單極子天線，包括地板、單極子金屬片、饋源、介質基板，所述底板、饋源和單極子金屬片均位于介質基板的同側表面上，介質基板的另一側無金屬，所述地板上設有一塊鏤空區域，所述單極子金屬片位于該鏤空區域內，且單極子金屬片的邊緣與地板之間設有間隙，使單極子金屬片與地板斷連，所述饋源位于該間隙內，饋源一端連接地板，另一端連接單極子金屬片。
[0007]優選的，所述鏤空區域的一端延伸至地板的邊緣，并在該邊緣處形成敞口。
[0008]優選的，所述單極子金屬片的一邊即位于鏤空區域敞口端的一邊與地板的該側邊緣平齊。
[0009]優選的，所述底板為C形，所述單極子金屬片位于C形地板中部的空白區域內。
[0010]優選的，所述單極子金屬片的形狀為矩形金屬片、橢圓金屬片或三角金屬片。
[0011]優選的，所述介質基板為FR4材質，其相對介電常數為4.4，損耗正切角為0.024。
[0012]優選的，所述介質基板的長度為0.3Arnax毫米，寬度為0.064Amax毫米，其中Amax為天線的最大工作波長。
[0013]優選的，所述介質基板的長度為400mm，寬度為85mm，厚度為0.8mm。
[0014]優選的，所述鏤空部和單極子金屬片均為矩形結構，且兩者位于地板長度方向的中部，單極子金屬片的長度為70_，寬度為79.5mm;單極子金屬片上下兩端與地板之間的間隙寬度為1_，單極子金屬片左側與地板之間的間隙寬度為0.5_。
[0015]優選的，所述饋源位于單極子金屬片上端與地板之間的間隙中，所述饋源到鏤空部敞口端的距離為20mm。
[0016]本發明的優點在于:本發明不但能提供約4倍頻程的超寬帶帶寬，而且還能保證在整個頻帶內都具有類半波偶極子的方向圖，解決了高頻點方向圖的畸變以及最大增益指向上翹的問題。另外，該天線方案結構簡單、加工方便，便于與系統的其它部件集成，還可以通過適當的優化尺寸擴展至其它頻帶。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明整體結構示意圖；
[0018]圖2為本發明正面結構示意圖；
[0019]圖3為本發明側面結構示意圖；
[0020]圖4為本發明仿真駐波曲線圖；
[0021]圖5為本發明在250MHz、450MHz、650MHz和850MHz頻點的H面的仿真輻射方向圖；
[0022]圖6為本發明在250MHz、450MHz、650MHz和850MHz頻點的E面的仿真輻射方向圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖對本發明進行詳細的描述。
[0024]在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0025]參見圖1-3所示，一種超寬帶全向印制單極子天線，其組成包括:C形地板1，單極子金屬片2，饋源3，介質基板4。所述C形地板1、單極子金屬片2和饋源3均位于介質基板4的第一表面。所述介質基板4的第二表面無金屬。所述單極子金屬片2內嵌于C形地板1，且每個方向均與C形地板I有間隙，確保C形地板與單極子金屬片(2)這兩塊金屬片不相互接觸。所述饋源3作為信號的輸入端口，為天線提供饋電，饋源3—端連接C形地板1，另一端連接單極子金屬片2，確保有效饋電。
[0026]所述介質基板4作為天線載體，其尺寸為0.3Amax X0.064Amax(LXff)，其中Amax為天線的最大工作波長。本實例中介質基板4為FR4材質，其相對介電常數為4.4，損耗正切角為0.024，其尺寸為(LI XWl XH)。
[0027]所述C形地板I不僅作為單極子金屬片2的地，而且也作為一輻射體參與輻射。另外，C形地板I相比于矩形地板的優勢是可以等效增加地板的長度，縮小整體尺寸，實現小型化。
[0028]所述單極子金屬片2內嵌于C形地板I，且每個方向與C形地板I均有間隙，確保單極子金屬片2與C形地板I之間均未相互接觸。內嵌于C形地板的單極子金屬片2相對于地板的位置會影響該天線在高頻點的輻射方向圖，優化其相對位子可以使得該天線在整個頻帶內都具有類半波偶極子的輻射方向圖，確保了在方向圖在H面內具有全向性，同時可以解決高頻點輻射方向圖的畸變以及最大增益指向上翹的問題。
[0029]另外，單極子金屬片2的尺寸及單極子金屬片2與C形地板I之間的間隙會影響天線的阻抗匹配，因此可以優化這些參數，以此來獲得較寬的阻抗匹配帶寬。單極子金屬片2與C形地板I的具體尺寸參見圖2，本實例中:LI = 400mm，L2 = 400mm，L3 = L4 = 165mm, ff I = 85mm，W2 = 80mm, Gap I =Gap2 = lmm,Gap3 = 0.5mm。
[0030]所述饋源3作為信號的輸入端口，為天線提供饋電。饋源3離C形開口的距離為W3，該參數也會影響天線的阻抗匹配帶寬。因此，饋源3離C形開口的距離(W3)要根據具體情況優化。本實例中:W3 = 20mm。
[0031]圖4為該天線的駐波曲線，從圖4可知該天線駐波小于3的阻抗帶寬達到約4個倍頻程(225MHz?890MHz)。
[0032]圖5，圖6分別為該天線在250MHz、450MHz、650MHz和850MHz頻點的H面和E面的輻射方向圖。從圖5中可知該天線在H面內實現了全向性，并且獲得的輻射方向圖較穩定。從圖6中可知該天線的最大增益指向未上翹，這可以保證在該天線在H面內可以獲得高增益。
[0033]因此，該天線結構簡單，尺寸小，易于集成，在整個頻帶內都具有類半波偶極子的輻射方向圖，不僅保證了該天線的輻射方向圖在H面內具有全向性，而且解決了高頻點輻射方向圖的畸變以及最大增益指向上翹的問題。
[0034]以上所述僅為本發明創造的較佳實施例而已，并不用以限制本發明創造，凡在本發明創造的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明創造的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種超寬帶全向單極子天線，包括地板、單極子金屬片、饋源、介質基板，其特征在于:所述底板、饋源和單極子金屬片均位于介質基板的同側表面上，介質基板的另一側無金屬，所述地板上設有一塊鏤空區域，所述單極子金屬片位于該鏤空區域內，且單極子金屬片的邊緣與地板之間設有間隙，使單極子金屬片與地板斷連，所述饋源位于該間隙內，饋源一端連接地板，另一端連接單極子金屬片。2.根據權利要求1所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述鏤空區域的一端延伸至地板的邊緣，并在該邊緣處形成敞口。3.根據權利要求2所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述單極子金屬片的一邊即位于鏤空區域敞口端的一邊與地板的該側邊緣平齊。4.根據權利要求2所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述底板為C形，所述單極子金屬片位于C形地板中部的空白區域內。5.根據權利要求2所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述單極子金屬片的形狀為矩形金屬片、橢圓金屬片或三角金屬片。6.根據權利要求1所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述介質基板為FR4材質，其相對介電常數為4.4，損耗正切角為0.024。7.根據權利要求4所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述介質基板的長度為0.3Amax毫米，寬度為0.064Amax毫米，其中Amax為天線的最大工作波長。8.根據權利要求7所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述介質基板的長度為400mm，寬度為85mm，厚度為0.8_。9.根據權利要求8所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述鏤空部和單極子金屬片均為矩形結構，且兩者位于地板長度方向的中部，單極子金屬片的長度為70mm，寬度為79.5_;單極子金屬片上下兩端與地板之間的間隙寬度為1_，單極子金屬片左側與地板之間的間隙寬度為0.5mm。10.根據權利要求8所述的超寬帶全向單極子天線，其特征在于:所述饋源位于單極子金屬片上端與地板之間的間隙中，所述饋源到鏤空部敞口端的距離為20mm。
【文檔編號】H01Q1/48GK105870633SQ201610388236
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】強云飛, 汪偉, 郭琳, 方佳, 金謀平
【申請人】中國電子科技集團公司第三十八研究所