一种宽频带小型化增益可控定向天线制造技术

一种宽频带小型化增益可控定向天线，分三层结构，从上至下依次为辐射层、介质层、反射层；辐射层从内到外依次分布有金属环、辐射环、围边，金属环位于辐射层的中心；在围边和辐射环之间设有扰动元件；同轴馈电线的芯线在馈电点处穿过介质板，与辐射环相连；辐射环的外侧设有过孔，集总元件置于过孔内。辐射单元采用环形来减小天线辐射体的尺寸，实现天线的小型化；在辐射单元对称的位置开槽或切角形成圆极化工作，在辐射单元对称的位置加载集总元件，根据通信距离需求优化出合适的元件值，可使天线的增益可控，并具有宽频带特性，满足不同距离下保密通信的要求。该天线满足设备小型化、集成化的需求，结构简单，成本低，利于产品的普及和产业化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于宽频带天线
，尤其涉及一种宽频带小型化增益可控定向天线。
技术介绍
无线通信技术的发展给人类的生活带来了便捷性，提高了人们信息和数据交互的效率。随着各种体制和功能的无线通信设备的发展，信息交互的私密性、安全性和可靠性逐渐受到人们的重视，比如通过无线通信技术来实现中、短距离的数据传输功能，因此适合于不同距离下，尤其是近距离下通信的定向天线是满足此类应用的关键。目前应用于无线通信的各类定向天线大都应远距离通信的要求而设计，天线的增益都较高，通常都在5dB以上，不具有限制通信距离的功能。而天线的增益和波束宽度是一对矛盾，天线增益的降低会带来波束宽度的增加，甚至成为全向天线，这使得通信的私密性很难保证。微带天线是目前无线通信系统中广泛采用的一种定向天线形式，它的外形呈薄片状，易于与其他设备进行连接和安装，工艺先进，容易批量加工，适合工业化生产，但是微带天线的增益通常较高，改变微带天线的形状或者将微带天线制作在高介电常数的介质材料上可以降低天线增益，但会使微带天线会变成全向天线或成本提高，并且当天线的材料和尺寸固定后，增益便不再 变化，无法满足不同距离下通信的需求。1953年Georges A. Deschamps教授提出微带天线理论的时候,并没有引起天线界的重视。此后微带天线的研究只零星进行着。最早的实用微带天线由Howellt和Munson在1972年研制成功。到了上世纪80年代，随着微波集成技术的发展及各种低损耗介质材料的出现，使微带天线的制造得到保证，微带天线才开始发展和应用。1981年IEEE天线与传播协会会刊在I月号上刊载了微带天线专辑。这标志着微带天线已成为天线领域的一个专门分支。今天随着空间技术和卫星通信对低剖面天线的迫切需求，微带天线的应用研究已日趋商业化。目前微带天线技术的研究热点是高增益、低副瓣；小型化、超宽带；多极化、多频段。与通常的微波天线相比，微带天线的主要优点是体积小、重量轻、剖面低的平面结构，可以做成共形天线；制造成本低，易于大量生产；可以做得很薄，因此，不扰动装载飞行器的空气动力学性能；无需作大的变动，天线就能很容易地装在导弹、火箭和卫星上；稍稍改变馈电位置就可以获得线极化和圆极化(左旋和右旋)；比较容易制成双频段工作的天线；不需要背腔；微带天线适合于组合式设计(如振荡器、放大器、可变衰减器、开关、调制器、混频器、移相器等可以直接加到天线基片上)；馈线和匹配网络可以和天线结构同时制作。现有微带天线不适合中、短距离保密通信，主要因为I)天线尺寸大，无法满足设备小型化、集成化的需求，不满足现今对电子设备外形美化的要求；2)天线增益高，电磁波辐射距离远，较多的能量和信息泄漏到非通信区，使得不相关设备收到电磁波，不利于通信的保密性和抗干扰，还会对环境造成一定的电磁污染；3)天线结构复杂，成本高，不利于工业生产，本技术采用传统介质材料，微带电路加工工艺，适宜大批量生产加工利于专利技术产品的普及和产业化。
技术实现思路
本技术的技术解决方案在于提供一种宽频带小型化增益可控定向天线，旨在解决现有微带天线尺寸大，无法满足设备小型化、集成化的需求，不满足现今对电子设备外形美化的要求；天线增益高，电磁波辐射距离远，较多的能量和信息泄漏到非通信区，使得不相关设备收到电磁波，不利于通信的保密性和抗干扰，还会对环境造成一定的电磁污染；天线结构复杂，成本高，不利于工业生产，本技术采用传统介质材料，微带电路加工工艺，适宜大批量生产加工，有利于产品的普及和产业化的问题。为了实现上述目的，本技术的采用的技术方案是一种宽频带小型化增益可控定向天线，所述天线主要结构为天线分为三层结构，从上至下依次为信号辐射层、介质层、信号反射层；信号辐射层从内到外依次分布有金属环、辐射环、围边，金属环位于信号辐射层的中心；在围边和辐射环之间设有扰动元件；同轴馈电线的芯线在馈电点处穿过介质板，与辐射环相连；辐射环的外侧设有过孔，集总元件置于过孔内。进一步，所述扰动 元件为开槽或离角，位于所述辐射环的一对角上。进一步，在所述馈电点位置设有一个通过改变长度微调天线的电压驻波比的调节枝节。进一步，所述辐射环的外侧到金属底板之间的介质上均匀的打有四个过孔，分别安装有四个集总元件。进一步，所述金属底板与介质板尺寸相同。进一步，所述介质板为方形或圆形结构，材料为FR4 ;离角是等腰三角形；集总元件为四个贴片电阻，安装在过孔内，贴片电阻的两个焊点分别与辐射环和金属底板焊接。本技术的另一目的在于提供一种宽频带小型化增益可控定向方形微带天线，其特征在于，该天线的结构为材料为FR4、介电常数4. 6的介质板为方形结构,边长为32mm,厚度为3mm ；福射环采用方形结构，内外边长为15mm 25mm,在福射环的一对角切去的条带宽度约为2臟，离角是等腰三角形，高为2 5mm ;同轴馈电线在距介质板中心9 Ilmm处，并且位于辐射环一边的中心，同轴馈电线的芯线穿过介质板焊接到辐射环上，同轴馈电线的外导体在介质板下表面焊接到金属底板上；调节枝节从同轴馈电线位置向辐射环内部伸出，调节枝节的长宽分别是3mm和2mm ；金属环的圆心位于介质板的中心，金属环的内外半径为1. 5mm 4. 5mm，金属围边的宽度是I 3mm ；过孔为长方形孔，长宽分别是1. 5mm和O. 5mm ；集总元件为四个阻值为100欧姆的贴片电阻，安装在过孔内，贴片电阻的两个焊点分别与辐射环和金属底板焊接。本技术的另一目的在于提供一种宽频带小型化增益可控定向圆形微带天线，其特征在于，该天线的结构为材料为FR4、介电常数4. 6的介质板为圆形结构,半径为16mm,厚度为3mm ；辐射环为圆环结构，内外半径为7mm 13mm，在辐射环上与垂直方向夹角45度为两个长方形切槽，切槽的长宽分别为3mm和2mm ；同轴馈电线在距介质板圆心IOmm处左右，同轴馈电线的芯线穿过介质板焊接到辐射环上，同轴馈电线的外导体在介质板下表面焊接到金属底板上；调节枝节从同轴馈电线位置向辐射圆环内部伸出，调节枝节的长宽分别是3mm和2mm ；·金属环的圆心位于介质板的圆心，金属环的内外半径取1. 5mm 4. 5mm,金属围边的宽度是I 3mm ；过孔为长方形孔,长宽分别是1. 5mm和O. 5mm ；集总元件为四个阻值为100欧姆的贴片电阻，安装在过孔内，贴片电阻的两个焊点分别与辐射环和金属底板焊接。本技术的优点和积极效果I)本技术提供的天线在形成定向波束的同时具有较低增益的特点，适合于中、短距离保密通信的要求，主要因为在天线设计中在辐射单元上对称加载了集总元件，采取该方法设计的天线增益可控，可根据需要的通信距离确定集总元件值，使天线辐射的电磁波限定在一定距离内，可解决近距离通信中的保密性和抗干扰性问题。2)本技术提供的天线与典型的同频率微带天线相比，面积减小了 81%，有两方面的意义，其一，不用采用特殊材料大大减小了天线尺寸，降低了生产成本，其二，小尺寸天线有利于与设备的集成和安装，不会显著增加设备体积，有利于环境美化。3)本技术提供的天线在与便携设备通信时，对便携设备的姿态无要求，主要因为采用开槽或者切角使天线工作在圆极化状态，人们在使用便携设备与标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽频带小型化增益可控定向天线，其特征在于，所述天线主要结构为：?天线分为三层结构，从上至下依次为信号辐射层、介质层、信号反射层；信号辐射层从内到外依次分布有金属环、辐射环、围边，金属环位于信号辐射层的中心；在围边和辐射环之间设有扰动元件；同轴馈电线的芯线在馈电点处穿过介质板，与辐射环相连；辐射环的外侧设有过孔，集总元件置于过孔内。

【技术特征摘要】
1.一种宽频带小型化增益可控定向天线，其特征在于，所述天线主要结构为 天线分为三层结构，从上至下依次为信号辐射层、介质层、信号反射层；信号辐射层从内到外依次分布有金属环、福射环、围边，金属环位于信号福射层的中心；在围边和福射环之间设有扰动元件；同轴馈电线的芯线在馈电点处穿过介质板，与辐射环相连；辐射环的外侧设有过孔，集总元件置于过孔内。2.如权利要求1所述的宽频带小型化增益可控定向天线，其特征在于，所述扰动元件为开槽，位于所述辐射环的一对角上。3.如权利要求1所述的宽频带小型化增益可控定向天线，其特征在于，所述扰动元件为离角，位于所述辐射环的一对角上。4.如权利要求1所述的宽频带小型化增益可控定向天线，其特征在于，在所述馈电点位置设有一个通过改变长度微调天线的电压驻波比的调节枝节。5.如权利要求1所述的宽频带小型化增益可控定向天线，其特征在于，所述辐射环的外侧到金属底板之间的介质上均匀的打有四个过孔，分别安装有四个集总元件。6.如权利要求1所述的宽频带小型化增益可控定向天线，其特征在于，所述金属底板与介质板尺寸相同。7.如权利要求1所述的宽频带小型化增益可控定向天线，其特征在于，所述介质板为方形；离角是等腰三角形；集总元件为四个贴片电阻，安装在过孔内，贴片电阻的两个焊点分别与辐射环和金属底板焊接。8.如权利要求1所述的宽频带小型化增益可控定向天线，其特征在于，所述介质板为圆形结构；离角是等腰三角形；集总元件为四个贴片电阻，安装在过孔内，贴片电阻的两个焊点分别与辐射环和金属底板焊接。9.根据权利要求1所述的一种宽频带小型化增益可控定向天线，其特征在于，所述的介质板为方形结构，边长为32mm,厚度为3mm,其材料为FR4、介电常数...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，李博涛，梁绍博，闵海，
申请(专利权)人：陕西海创中盈信息技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：