一种环-振子组合天线制造技术

本发明专利技术公开了一种环-振子组合天线，属于微波技术领域。本发明专利技术是在介电常数为2-20范围内的介质基板上设计周长接近一个波长的矩形环结构辐射单元，在该矩形环结构辐射单元内缘的中间位置，引入两段长度为八分之一波长的长条形枝节结构，并且通过在其共址位置处垂直跨接一对半波振子辐射单元形成完整的天线结构。使得环路与半波振子经过一定时间空间相位差得到了天线在不加反射背腔和反射板的情况下，实现了在2.23-2.46GHz的工作频段内获得较平稳的增益和较好的定向辐射特性。该天线具有结构简单、体积小巧、制作成本低廉等优点，适用于室内定向天线和4G基站天线。

【技术实现步骤摘要】
一种环-振子组合天线
本专利技术涉及一种环-振子组合天线，属于微波

技术介绍
随着无线通信技术的迅速发展，电磁振子组合天线以其传输速率高、成本低、辐射效率高、辐射定向性好等优点成为现代通信系统的重要组成部分。惠更斯原理很早就被用于天线的分析和设计，现今基于该原理的电磁组合天线已被广泛应用于基站天线、高速WLAN、室内天线等众多领域天线的设计中。传统的定向天线都需要加反射背腔或反射板，所加的反射器要距离天线四分之一个波长，且获得在工作频带内的增益与波束不稳定；也可以用电振子和磁振子耦合的结构形式来实现定向辐射特性，但这种办法同样需要面积较大的反射板。如何在不引入大面积金属反射板的情况下，实现稳定的定向辐射特性，是亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了解决天线结构和性能问题，提出一种结构新颖简单、辐射效率高的环-振子组合天线，在不引入大面积金属反射板的情况下，实现稳定的定向辐射特性，为宽带定向室内天线和4G基站天线设备的开发提供技术储备。本专利技术为解决上述技术问题而采用如下技术方案：一种环-振子组合天线，包括印刷于介质基板上表面中心位置的矩形环结构辐射单元，在位于矩形环结构辐射单元的表面分布电流的波节点处对称设置有第一条形枝节、第二条形枝节，所述第一、第二条形枝节之间具有间隙，在第一、第二条形枝节的共址位置处分别通过一段金属条带垂直连接一对相同长度、相同宽度、反对称排布的金属片形成一个半波振子辐射单元，所述金属条带与金属片的连接处为半波振子辐射单元的波腹点；所述天线采用同轴线贴附馈电的馈电方式，其中同轴线的外导体完全与第一条形枝节相贴合，而同轴线的内芯则跨过所述间隙与第二条形枝节的边沿相连接；其中，所述矩形环结构辐射单元受其表面分布电流的波节点激励，得到偶模工作模式；所述半波振子辐射单元受其表面分布电流的波腹点激励，得到奇模工作模式。进一步的，本专利技术所述的环-振子组合天线，矩形环结构辐射单元是由介质基板上方的贴附金属经挖空中间的矩形金属片形成。进一步的，本专利技术所述的环-振子组合天线，第一、第二条形枝节为矩形金属条带且大小形状完全相同，分别与矩形环结构辐射单元内缘的电流波节点连接。进一步的，本专利技术所述的环-振子组合天线，所述的矩形环结构辐射单元的周长为0.80波长-1.20波长、激励点在其电流波节点附近；其内缘长度的范围为：0.25波长-0.35波长，内缘宽度的范围为：0.15波长-0.25波长。进一步的，本专利技术所述的环-振子组合天线，所述第一、第二条形枝节的宽度范围为：0.02波长-0.05波长，长度范围为：0.05波长-0.15波长。进一步的，本专利技术所述的环-振子组合天线，所述的半波振子辐射单元的长度范围为0.40波长-0.75波长，宽度的范围是0.04波长-0.05波长，金属条带的高度的范围为：0.15波长-0.30波长。进一步的，本专利技术所述的环-振子组合天线，第一条形枝节与金属条带的连接处距离介质基板上边沿范围为：0.20波长-0.35波长，第二条形枝节与金属条带的连接处距离介质基板下边沿范围为：0.20波长-0.35波长。进一步的，本专利技术所述的环-振子组合天线，所述第一、第二条形枝节的长度为八分之一波长，所述金属条带的高度为四分之一波长。进一步的，本专利技术所述的环-振子组合天线，所述介质基板的介电常数为2-20，厚度是0.60-1.50mm，长度范围为40-45mm，宽度范围为34-36mm。进一步的，本专利技术所述的环-振子组合天线，所述第一、第二条形枝节之间缝隙的宽度范围为：0.01波长-0.015波长，长度范围为：0.02波长-0.05波长。本专利技术采用以上技术方案，具有以下技术效果：本专利技术通过令矩形环结构的电流波节点与半波振子的电流波腹点重合激励，并通过采用同轴线贴附馈电结构实现了环路与半波振子的差模激励。工作在两种不同模式下的矩形环结构辐射单元与半波振子辐射单元经过一定的时间和空间相位差，得到了两个可通过叠加实现单向辐射的正交辐射方向图，并且通过将振子高度、矩形环长宽比以及其枝节宽度等参数的合理设置，实现了较好的定向辐射和较小的交叉极化特性。该天线结构形式使得环路与半波振子经过一定时间空间相位差得到了天线在不加反射背腔和反射板的情况下，实现了在2.23-2.46GHz的工作频段内获得较平稳的增益和较好的定向辐射特性。本天线结构简单，制作方便，成本低廉。附图说明图1是本专利技术天线的三维立体结构图。图2是本专利技术天线的矩形环结构辐射单元结构的平面图。图3是天线的矩形环结构辐射单元所在介质基板的剖面示意图。图4是利用HFSS软件计算的本专利技术天线的回波损耗特性。图5是利用HFSS软件计算的本专利技术天线在2.25GHz时的两个主工作面辐射方向图，其中（a）是xoz-平面，（b）是yoz-平面。图6是利用HFSS软件计算的本专利技术天线在2.30GHz时的两个主工作面辐射方向图，其中（a）是xoz-平面，（b）是yoz-平面。图7是利用HFSS软件计算的本专利技术天线在2.35GHz时的两个主工作面辐射方向图，其中（a）是xoz-平面，（b）是yoz-平面。图8是利用HFSS软件计算的本专利技术天线在2.40GHz时的两个主工作面辐射方向图，其中（a）是xoz-平面，（b）是yoz-平面。图9是利用HFSS软件计算的本专利技术天线在2.45GHz时的两个主工作面辐射方向图，其中（a）是xoz-平面，（b）是yoz-平面。图10是利用HFSS软件计算的本专利技术天线的增益曲线图。图中标号：1是介质基板，2是矩形环结构辐射单元，3、4分别是矩形环结构辐射单元内的第一、第二条形枝节，5是半波振子辐射单元,6是同轴线贴附馈电，7是贴附于介质基板上方的金属片，8是半波振子辐射单元的宽度，9是连接半波振子辐射单元的金属条带，10、11分别是半波振子的波腹点距离介质基板上下边沿的距离，12是矩形环结构辐射单元的内缘长度，13是矩形环结构辐射单元的内缘宽度，14是同轴线的内芯，15是第一、第二条形枝节之间的间隙。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图1-图3所示，本专利技术的结构是：天线由周长接近一个波长的矩形环结构辐射单元2与一个半波振子辐射单元5组成。矩形环结构辐射单元2是在表面附有金属片7的介质基板通过除去矩形金属片形成，它是由介质基板上方的贴附金属7经挖空中间的矩形金属片形成。矩形环结构辐射单元的位置位于介质基板上表面的中心位置，沿X轴方向与Y轴方向均对称。在矩形环结构辐射单元内部的对称位置分别连接两条长度为八分之一波长的矩形条带，形成大小形状完全相同的上下枝节3、4，半波振子是由两条相同长度、相同宽度的金属片反向对称排布形成，并通过两个金属条带9分别垂直连接在上下条形枝节的共址位置处，两个条形枝节分别与矩形环结构辐射单元内缘的电流分布零点连接。其中半波振子的方向与条形枝节平行（即沿Y轴方向）。如图2所示，该天线采用的馈电方式是同轴线贴附馈电，其中同轴线外导体与上条形枝节完全贴附，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环‑振子组合天线，其特征在于：包括印刷于介质基板（1）上表面中心位置的矩形环结构辐射单元（2），在位于矩形环结构辐射单元（2）的表面分布电流的波节点处对称设置有第一条形枝节（3）、第二条形枝节（4），所述第一、第二条形枝节之间具有间隙（15），在第一、第二条形枝节的共址位置处分别通过一段金属条带（9）垂直连接一对相同长度、相同宽度、反对称排布的金属片形成一个半波振子辐射单元（5），所述金属条带（9）与金属片的连接处为半波振子辐射单元的波腹点；所述天线采用同轴线贴附馈电的馈电方式，其中同轴线的外导体（6）完全与第一条形枝节（3）相贴合，而同轴线的内芯（14）则跨过所述间隙与第二条形枝节（4）的边沿相连接；其中，所述矩形环结构辐射单元受其表面分布电流的波节点激励，得到偶模工作模式；所述半波振子辐射单元受其表面分布电流的波腹点激励，得到奇模工作模式。

【技术特征摘要】
1.一种环-振子组合天线，其特征在于：包括印刷于介质基板(1)上表面中心位置的矩形环结构辐射单元(2)，在位于矩形环结构辐射单元(2)的表面分布电流的波节点处对称设置有第一条形枝节(3)、第二条形枝节(4)，第一、第二条形枝节为矩形金属条带且大小形状完全相同，分别与矩形环结构辐射单元(2)内缘的电流波节点连接；所述第一、第二条形枝节之间具有间隙(15)，第一、第二条形枝节分别通过一段垂直于介质基板平面且横跨间隙(15)的金属条带(9)垂直连接一对相同长度、相同宽度、反对称排布的金属片形成一个半波振子辐射单元(5)，所述金属条带(9)与金属片的连接处为半波振子辐射单元的波腹点；所述天线采用同轴线贴附馈电的馈电方式，其中同轴线的外导体(6)完全与第一条形枝节(3)相贴合，而同轴线的内芯(14)则跨过所述间隙与第二条形枝节(4)的边沿相连接；其中，所述矩形环结构辐射单元受其表面分布电流的波节点激励，得到偶模工作模式；所述半波振子辐射单元受其表面分布电流的波腹点激励，得到奇模工作模式。2.根据权利要求1所述的环-振子组合天线，其特征在于：矩形环结构辐射单元(2)是由介质基板上方的贴附金属(7)经挖空中间的矩形金属片形成。3.根据权利要求1所述的环-振子组合天线，其特征在于：所述的矩形环结构辐射单元(2)的周长为0.80波长-1.20波长，激励点在其电流波节点附近，其内缘长度(12)的范围为：0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文俊，陈英，章丹阳，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32