一种宽带高效率高方向性电小天线制造技术

本实用新型专利技术涉及一种宽带高效率高方向性电小天线，属于天线技术领域。该天线包括激励单元、上寄生单元、下寄生单元、两薄圆柱体形介质板、同轴馈线；所述两薄圆柱体形介质板半径相同，中心对准，上下平行放置；激励单元、上寄生单元分别设置于上薄圆柱体形介质板底面和顶面，下寄生单元设置于下薄圆柱体形介质板顶面；同轴馈线的内、外导体分别连接激励单元的两块金属片；同轴馈线的馈电端穿过下薄圆柱体形介质板延向其下侧一段距离，与50Ω信号源相接。本天线设计简单，结构紧凑，易于制造，可应用于工作频率在1GHz附近的宽带无线通信系统中。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种宽带高效率高方向性电小天线，属于天线
。该天线包括激励单元、上寄生单元、下寄生单元、两薄圆柱体形介质板、同轴馈线；所述两薄圆柱体形介质板半径相同，中心对准，上下平行放置；激励单元、上寄生单元分别设置于上薄圆柱体形介质板底面和顶面，下寄生单元设置于下薄圆柱体形介质板顶面；同轴馈线的内、外导体分别连接激励单元的两块金属片；同轴馈线的馈电端穿过下薄圆柱体形介质板延向其下侧一段距离，与50Ω信号源相接。本天线设计简单，结构紧凑，易于制造，可应用于工作频率在1GHz附近的宽带无线通信系统中。【专利说明】一种宽带高效率高方向性电小天线
本技术属于天线
，涉及一种宽带高效率高方向性电小天线。
技术介绍
随着无线通信射频前端设备朝着小型化、紧凑化、集成化、多功能方向不断的推进，对电小天线的设计提出了越来越苛刻的要求。近年来，随着研究不断地深入，天线工作者尝试性地尽量降低天线的整体电尺寸，以至于达到物理结构设计极限水平，并保持良好的辐射性能，取得了一定的研究成果。首先，在实现天线小型化、多功能设计方面，目前较为流行的技术有:自身物理结构的改进与优化，如开槽、弯折天线；加载技术，如在天线单元上加载容性或感性元件；使用人工电磁特异材料结构作为近场寄生谐振单元，如负介电常数介质材料、近场寄生谐振器等；可重构技术，如通过加载PIN开关、变容二极管等集总元件扩展天线可利用的频率范围。其次，在提高天线定向辐射性能方面，如方向性、增益、效率、前后比等，目前所使用的技术包括:通过构造由基本电小电偶极子和磁偶极子组成的惠更斯源；在激励单元的近场区域加载容性或感性分布元件；集成具有电磁带隙结构的谐振反射板以及其它结构形式的接地板等。 本质上,依据电小天线设计理论，电小天线的电尺寸、效率、工作带宽等性能指标存在着相互制约，使得它们在实际的研制开发中面临设计极限，如“Chu极限”理论所述。可见，同时具有电小、宽带、高效率、定向辐射的天线设计具有异常艰巨的挑战性。由此可见，它的成功设计在实际的工程应用中具有非常重要的应用价值。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种宽带高效率高方向性电小天线，该天线能够在天线电尺寸较小的前提下，满足宽带高增益的需求。 为达到上述目的，本技术提供如下技术方案: 一种宽带高效率高方向性电小天线，该天线包括激励单元、上寄生单元、下寄生单元、两薄圆柱体形介质板、同轴馈线；所述两薄圆柱体形介质板半径相同，中心对准，上下平行放置；激励单元、上寄生单元分别设置于上薄圆柱体形介质板底面和顶面，下寄生单元设置于下薄圆柱体形介质板顶面；同轴馈线的内、外导体分别连接激励单元的两块金属片；同轴馈线的馈电端穿过下薄圆柱体形介质板延向其下侧一段距离，与50 Ω信号源相接，如此长的同轴馈线设计是为了考虑存在于天线系统近场的馈线对天线整体的工作性能的影响。 进一步，所述激励单元的金属片组成战斧形状，该战斧形金属片由直条金属臂连接两块弧形金属片组成，两块金属片中的一块连接同轴馈线内导体，另一边对称设置的金属片连接同轴馈线外导体。 进一步，所述上寄生单元由两战斧形金属片合并而成，呈一条形金属臂连接顶端两弧形金属片结构，在受激励情况下，与底面战斧形激励单元耦合，实现LC谐振，产生一个谐振模式。上寄生单元与战斧形激励单元合成辐射场形式与传统电偶极子辐射场形式相似，两者组成战斧形电偶极子。 进一步，所述下寄生单元的中心为一环形金属片，环形金属片的两边连接由直条金属臂与弧形金属片组合形成的战斧形金属片，环形金属片与同轴馈线没有接触；加载这种结构的寄生单元具有类似八木天线反射器的作用，使电小天线总的辐射场朝向正上方向，以利于良好实现边射特性。下寄生单元与战斧形激励单元、上寄生单元发生LC谐振，产生新的临近谐振模式，从而进一步展宽了天线工作频带。 进一步,所述上、下薄圆柱体形介质板的材料为Rogers Duroid6010,电介质常数10.2，相对磁导率为1.0,损耗正切角值0.0023，半径为30-34mm，厚度为1.20-1.33mm,表面敷铜的厚度为0.016-0.019mm。两介质板中心距离为27_30mm。 进一步，所述激励单元两战斧形金属臂宽度为2.56-2.83mm，臂长度为19_21mm，弧形部分外半径为25_27mm,弧宽度为5.5-6.5mm,两弧间隙为31_33mm。 进一步，所述上寄生单元中间金属臂宽度为4.1-4.7mm，臂长度为47_49mm，顶端弧形外半径为31-33mm,弧宽度为7.5-8.5mm,两弧间隙为31_33mm。 进一步，所述下寄生单元中心环形金属片内半径为2.4-2.7mm，外半径为5.3-5.9mm,直条金属片长度为17.5-19.5mm,宽度为3.5-6.9mm,顶端弧形外半径为31-33mm,宽度为 7.5-8.5mm，两弧间隙为 27_30mm。 进一步,所述同轴馈线内导体呈实圆柱体形,半径为0.5-0.7mm,长度为50_55mm,外导体呈薄壁空心圆柱体形，半径为1.5-1.7mm,长度为50_55mm,内外导体之间填充绝缘层，以满足50欧姆特性阻抗；上、下薄圆柱体形介质板之间的同轴馈线外导体的半边被削去。 本技术的有益效果在于:本技术方案中，同轴馈线直接连接战斧形激励单元，使激励部分尺寸较小从而与50 Ω信号源进行良好匹配；战斧形激励单元与上寄生单元组成战斧形电偶极子形式，近似构成八木天线的受激单元，它们之间的耦合谐振使天线在保持电小尺寸的同时，具有很高的辐射效率。设计战斧形下寄生单元构成八木天线的反射器，使天线总的辐射方向朝天线正上方，提高了天线的方向性。同时，上寄生单元和下寄生单元的工作频段相互重叠，明显扩展了天线的工作带宽。本专利技术提供的天线设计简单，结构紧凑，易于制造，可应用于工作频率在IGHz附近的宽带无线通信系统中。 【专利附图】【附图说明】 为了使本技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本技术提供如下附图进行说明: 图1为本技术所述的电小天线的整体结构图； 图2为本技术所述的电小天线的主视图； 图3为本技术所述的电小天线的俯视图； 图4为本技术所述的电小天线的侧视图； 图5为仿真本技术所述的电小天线的S参数曲线图； 图6为仿真本技术所述的电小天线的E平面辐射场方向图； 图7为仿真本技术所述的电小天线的H平面辐射场方向图； 图中标识I为上薄圆柱体形介质板，2为下薄圆柱体形介质板，3为同轴传输线内导体，4为同轴传输线外导体，5为上寄生单元，6为激励单元，7为战斧形金属片金属臂部分，8为下寄生单元，9为下寄生单元中圆环部分。 【具体实施方式】 下面将结合附图，对本技术的优选实施例进行详细的描述。 本技术所述的宽带高效率高方向性电小天线的整体结构图、主视图、俯视图、侧视图分别如图1、图2、图3、图4所示。该天线包括激励单元6、上寄生单元5、下寄生单元8、上薄圆柱体形介质板1、下薄圆柱体形介质板2、同轴馈线内导体3、同轴馈线外导体4。两薄圆柱体形介质板厚度表示为Hl,采用材料Roger本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带高效率高方向性电小天线，其特征在于：包括激励单元、上寄生单元、下寄生单元、两薄圆柱体形介质板、同轴馈线； 所述两薄圆柱体形介质板半径相同，中心对准，上下平行放置；激励单元、上寄生单元分别设置于上薄圆柱体形介质板底面和顶面，下寄生单元设置于下薄圆柱体形介质板顶面；同轴馈线的内、外导体分别连接激励单元的两块金属片；同轴馈线的馈电端穿过下薄圆柱体形介质板延向其下侧一段距离，与50Ω信号源相接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明春，理查德·齐奥尔科夫斯基，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：新型
国别省市：重庆;85