一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线制造技术

本实用新型专利技术涉及一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，该天线包括介质基板、引向器、激励元和共面波导结构；引向器、激励元、共面波导结构均位于介质基板上表面；介质基板上表面的靠上部分设置有半圆环条带形状的引向器；介质基板上表面的靠下部分设置有矩形形状的共面波导，共面波导的中心导体带一端接半圆环形激励元，并且该激励元与所述引向器为同心半圆环，共面波导的中心导体带的另一端接50Ω同轴馈线的内导体，共面波导中位于中心导体带两侧的导体平面均为矩形，且均与同轴馈线的外导体相连。本天线只需通过调节引向器上裂口的开口方向就可以自由控制天线的任意辐射方向，且结构紧凑、简单，易于制造。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于天线
，涉及一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线。
技术介绍
在近距离图像信号传输、以及点对点无线通信系统中，为了保证通信质量，通常在系统前端运用定向天线。而传统的定向天线多为八木结构以及八木结构所衍生而来的天线。根据八木天线的结构特性，一般的八木天线包括激励元、引向器和反射器等单元，通过调节各单元的尺寸和相对位置，从而实现良好的定向辐射性能。然而随着目前通信平台的日益紧凑化，射频前端对天线尺寸的要求愈加苛刻，致使一般的电尺寸与工作波长相比拟的八木结构无法满足目前的需求。近年来，电小天线由于其相对于工作波长具有紧凑的尺寸而受到了广泛关注和深入研究。恰恰是因为它具有较小的电尺寸，而使得对应的辐射方向性与小尺寸的电偶极子或者磁偶极子类似。若天线不仅能够保持电小尺寸而且具有优越的方向性，对实际的工程应用将具有良好的价值。例如，让电小天线具有较高的增益和与一般贴片天线相比拟(或者更加优越)的峰值增益。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，该天线采用共面微带结构，只需通过调节引向器上裂口的开口方向，无需改变其余的任何天线参数，就可以自由控制天线在引向器所在180°的半平面空间内的任意辐射方向设计，同时，本天线在各个辐射方向上均具有非常好的匹配。为达到上述目的，本技术提供如下技术方案：一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，该天线包括介质基板、引向器、激励元和共面波导结构；引向器、激励元、共面波导结构均位于介质基板上表面；介质基板上表面的靠上部分设置有半圆环条带形状的引向器；介质基板上表面的靠下部分设置有矩形形状的共面波导，共面波导的中心导体带一端接半圆环形激励元，另一端接50Ω同轴馈线的内导体，共面波导中位于中心导体带两侧的导体平面均为矩形，且均与同轴馈线的外导体相连。进一步，所述引向器为一个半圆环形结构，圆环的两端可以为裂口结构，也可以与共面波导的导体平面相连接；圆环上有一扇形裂口，扇形裂口的圆心位置即为半圆环引向器的圆心。进一步，半圆环的外环半径R1为42mm～43mm，内环半径R2为38mm～39mm，扇形裂口的开口大小θ＝8～12°，扇形裂口的中线与正X轴的夹角α可在[0.5×θ,180°-0.5×θ]之间随意变换，即通过改变裂口的朝向得到不同辐射方向的天线。α的取值区间依据为：为保证裂口移动的过程中裂口宽度始终不变，所以裂口中线与X轴正方向的夹角α能取的最小值为0.5×θ，最大值为180°-0.5×θ。进一步，所述激励元与引向器为同心半圆环结构，激励元的其中一边接共面波导的中心导体带，另一边接共面波导的其中一块导体平面。进一步，激励元的外圆环半径R3为7mm～8mm，内圆环半径R4为3mm～4mm。进一步，所述共面波导结构分为三个部分，中间的是中心导体带，其一端与激励元相连，另一端与同轴馈线相连。中心导体带的宽度FW5＝R3-R2；两侧为长度不等，宽度相等的矩形导体平面，较大的导体平面的长L2为56mm～59mm，较小导体平面的长L3为45mm～47mm，两个导体平面的宽度W2为47mm～50mm。进一步，所述介质基板为Rogers Duroid 5880，相对介电常数为2.2，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.0009，板材厚度H＝0.127mm。进一步，介质基板下端为直角边，上端为弧形边，圆弧的半径R0＝29mm～31mm。本技术的有益效果在于：1)该天线采用共面微带结构，只需通过调节引向器上裂口的开口方向，无需改变其余的任何天线参数，就可以自由控制天线在引向器所在180°的半平面空间内的任意辐射方向设计；2)可在极短的周期内设计出所需辐射方向的天线，且该天线结构紧凑、简单，易于制造。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为本技术的整体结构三维视图；图2为本技术的俯视图；图3为本技术中α取几个特定值时的示意图；图4为本技术的S11参数和可实现增益随裂口的开口方向α变化的曲线图；图中：1-介质基板，2-引向器，3-引向器裂口，4-激励元，5-共面波导的中心导体带，6-共面波导的导体平面，7-同轴馈线。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。图1为本技术的整体结构三维视图，如图所示，本技术提供的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，该天线包括：介质基板1，引向器2，引向器裂口3，激励元4，共面波导的中心导体带5，共面波导的导体平面6，同轴馈线7。引向器、激励元、共面波导结构均位于介质基板1的上表面。中心导体带5的一端与激励元4相连，另一端与同轴线7相连。图2为本技术的俯视图，如图所示：介质基板上表面的靠上部分设置有半圆环形条带形状的引向器2上有一扇形环状裂口3，该裂口的圆心角为θ，裂口中线与X轴正方向夹角为α，α可在XOY的上半平面空间进行任意变化。介质基板上表面的靠下部分设置有长方形形状的共面波导，共面波导的中心导体带一端接半圆环形激励元，并且该激励元与所述引向器为同心半圆环，共面波导的中心导体带的另一端接50Ω同轴馈线7的内导体。所述引向器2为一个半圆环形结构，圆环的两端可以为裂口结构，也可以与共面波导的导体平面相连接。圆环的外环半径R1为42mm，内环半径R2为38.5mm，圆环上扇形裂口的开口大小θ＝8°，扇形裂口的中线与正X轴的夹角α可在[4，176°]之间随意变换，图2示为α＝90°时的情况，图3为α＝4，45°，135°，176°时的示意图。所述激励元4与引向器2为同心半圆环结构，激励元3的其中一边与共面波导的中心导体带5平滑相接，另一边与共面波导的较大导体平面相切。引向器的外圆环半径R3为7.5mm，内圆环半径为R4＝3.5mm。所述共面波导结构分为三个部分，中间的是中心导体带5，宽度为R3-R2；两侧为长度不等，宽度相等的两个矩形导体平面6，较大的导体平面的L2为57.38mm，较小导体平面的L3为46.38mm，两个导体平面的宽度W2为48mm；中心导体带和两侧的导体平面之间的缝隙宽度FW5＝0.12mm。所述同轴线7的内导体与共面波导的中心导体带连接，外导体与共面波导的两个导体平面连接。所述介质基板为Rogers Duroid 5880，相对介电常数为2.2，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在于：该天线包括介质基板、引向器、激励元和共面波导结构；引向器、激励元、共面波导结构均位于介质基板上表面；介质基板上表面的靠上部分设置有半圆环条带形状的引向器；介质基板上表面的靠下部分设置有长方形形状的共面波导，共面波导的中心导体带一端接半圆环形激励元，并且该激励元与所述引向器为同心半圆环，共面波导的中心导体带的另一端接50Ω同轴馈线的内导体，共面波导中位于中心导体带两侧的导体平面均为矩形，且均与同轴馈线的外导体相连。

【技术特征摘要】
1.一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在于：该天线包括介质基板、
引向器、激励元和共面波导结构；引向器、激励元、共面波导结构均位于介质基板上
表面；介质基板上表面的靠上部分设置有半圆环条带形状的引向器；介质基板上表面
的靠下部分设置有长方形形状的共面波导，共面波导的中心导体带一端接半圆环形激
励元，并且该激励元与所述引向器为同心半圆环，共面波导的中心导体带的另一端接
50Ω同轴馈线的内导体，共面波导中位于中心导体带两侧的导体平面均为矩形，且均与同轴
馈线的外导体相连。
2.根据权利要求1所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在于：
所述引向器为一个半圆环形结构，圆环的两端可以为裂口结构，也可以与共面波导的导体平
面相连接；圆环上有一扇形裂口，扇形裂口的圆心位置即为半圆环引向器的圆心。
3.根据权利要求2所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在于：
半圆环的外环半径R1为42mm～43mm，内环半径R2为38mm～39mm，扇形裂口的开口大小
θ＝8～12°，扇形裂口的中线与正X轴的夹角α可在[0.5×θ,180°-0.5×θ]之间随意变换，即通
过改变裂口的朝向得到不同辐射方向的天线。
4.根据权利要求3所述的一种方向图可任意设计的单层平面型电小天线，其特征在于：
所述激励元与引向器为同心半圆环结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明春，石婷，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