專利名稱：小型超寬帶漸變單極縫隙天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種具有超寬頻帶工作特性的小型微帶印刷天線，該天線具有小巧的體積，極輕的重量，可用作小型超寬帶通信設備的收發(fā)天線，屬于微波技術領域。
背景技術：
超寬帶通信技術以其數(shù)據(jù)速率高、系統(tǒng)結(jié)構簡潔、成本低廉等特點，成為目前無線通信技術研究的一大熱點。在超寬帶通信系統(tǒng)的設計中，一項重要內(nèi)容就是超寬帶小型天線的設計與實現(xiàn)，該天線設計的好壞直接關系到整機性能的優(yōu)劣。超寬帶天線就是指具有超寬頻帶工作特性的天線，一般意義上認為，具有超過25％相對帶寬的天線即屬于此類天線，在其工作頻帶內(nèi)，這種天線具有良好的阻抗匹配特性、穩(wěn)定的輻射方向性和相對平坦的增益特性和極化特性。除此以外，特別針對超寬帶(UWB)通信而言，還要求天線具有體積小、全向輻射、成本低廉、便于加工與安裝等特點。常規(guī)的超寬帶天線主要包括頻率無關天線(雙錐天線、對數(shù)周期天線等)、漸變槽線天線、TEM角錐喇叭天線等，它們都具有很寬的工作頻帶，但由于它們多屬于行波天線，因此受到最低工作頻率的限制、體積相當龐大；另一方面，這類天線多屬于非平面結(jié)構、難以完成與小型通信系統(tǒng)的一體化設計，這樣就使得這類天線難以應用在小型通信設備特別是手持設備中；加之這類天線中有不少是端射特性的定向天線，不能滿足超寬帶通信全向覆蓋的要求，因此無法直接應用在超寬帶通信中。針對這些問題，為了實現(xiàn)天線的小型化設計，近年來出現(xiàn)的超寬帶天線還包括各種變形的單極子天線、印刷型單極子天線和印刷型寬縫隙天線等類型。變形單極子天線雖然構造簡單，但是如同普通的單極子天線一樣，它需要一個面積相當大的屏蔽導體才能實現(xiàn)平衡饋電、正常工作，而實際情況中，不少設備、特別是小型手持設備往往無法滿足這種安裝條件，因此這類天線的應用也會收到限制、只能用于具有金屬外殼的固定型或大中型設備上；印刷型單極子天線和印刷型寬縫隙天線體積比上述的幾種天線都要顯著縮小，而且對安裝條件要求不苛刻，可以與某些小型設備的印刷電路板實現(xiàn)集成化設計，但現(xiàn)有的這兩類天線均具有較大的體積。近年來，從印刷單極子天線與寬縫隙天線的設計出發(fā)，又衍生出一個重要變形種類的天線——單極縫隙天線。這種天線兼?zhèn)渖鲜鰞煞N天線的優(yōu)點，還具有體積較小的特點，可以直接集成在印刷電路板上。然而，這類天線的工作性能雖好，但一般的工作帶寬無法超過3∶1，不能覆蓋超寬帶通信的頻段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在的問題，提出一種結(jié)構新穎、具有小型超寬帶特性的單極縫隙天線，它具有較小的體積和較低的剖面尺寸，能有效地集成在印刷電路板上。本發(fā)明的技術解決方案利用印刷電路板工藝，在低介電常數(shù)微帶線的屏蔽導體上設計一個漸變結(jié)構的單極縫隙，漸變結(jié)構的引入有利于顯著增加天線的工作頻帶，同時采用叉狀支節(jié)進行饋電、實現(xiàn)有效的寬帶阻抗調(diào)配。本發(fā)明的優(yōu)點結(jié)構簡單、體積輕巧、制作工藝簡單、成本低廉。


附圖1是天線的結(jié)構(正面、側(cè)面)與參考坐標示意圖。
附圖2是天線的實測輸入回波損耗示意圖。
附圖3是天線的兩個工作平面的實測方向圖，其中圖3.a是E面(zy平面)方向圖，圖3.b是H面(zx平面)方向圖。
附圖4是天線的實測增益曲線。
附圖1中的1是介質(zhì)基板，2是漸變形的單極縫隙(輻射單元)，3是饋線，4是叉狀調(diào)諧支節(jié)。
具體實施例方式
對照附圖1，該結(jié)構的特點是天線的輻射單元為漸變形的單極縫隙，漸變線與兩側(cè)垂直邊界線的夾角(銳角)為25.5度；為了得到較好的匹配特性，饋線采用階梯躍變結(jié)構、直接過渡到調(diào)諧支節(jié)；調(diào)諧支節(jié)為叉狀，兩個叉指的中心間距應該控制在一個合理的范圍(8.2-9.0mm)、以便控制輸入反射特性。
對照附圖2，它給出了介質(zhì)基板1的相對介電常數(shù)為2.65、厚度為1毫米時天線的實測輸入回波損耗?？紤]到降低制作成本，這種天線應制作在價廉易得的低介電常數(shù)介質(zhì)材料上，整體體積不超過30mm×28mm×1mm。由圖可見，天線在3-4和5-10.6GHz兩段頻帶內(nèi)，回波損耗均在-13.4dB(駐波比1.5)左右或以下；在4-5GHz頻段內(nèi)，回波損耗在-10.5dB以下(駐波比低于1.85)。也就是說，天線在超寬帶通信所規(guī)定的工作頻帶內(nèi)，回波損耗低于-10dB、具有良好的阻抗匹配特性，這一寬帶特性正是這種新型天線的特點之一。
參照圖1給出的參考坐標系并對照附圖3、4，它們給出的是上述天線在工作頻率為3.5GHz、6.8GHz、9.0GHz時的遠區(qū)輻射特性以及整個工作頻段內(nèi)的增益特性。由圖可見，天線具有近似的全向輻射特性和波動不超過2dBi的增益特性。因此，可以認為天線的方向圖帶寬、增益帶寬與阻抗帶寬是基本一致的、即均具有寬帶特性。
漸變單極縫隙天線具有超寬帶、結(jié)構簡單、體積輕巧、剖面尺寸低、易于制作的特點。若采用印刷電路技術在更高介電常數(shù)的介質(zhì)進行設計，還可能進一步縮小體積；而且其饋電結(jié)構很有利于天線一系統(tǒng)的集成化設計、即采用半導體工藝實現(xiàn)天線與前端電路的集成。所以，這種天線將是很適用于小型超寬帶通信設備的。
超寬帶無線通信設備具有數(shù)據(jù)速率高、結(jié)構簡單、成本低廉的特點，天線的小型化、集成化設計將有利于進一步降低整機尺寸與成本，因此，本發(fā)明在超寬帶無線通信中有著廣泛的應用前景。
權利要求
1.小型漸變單極縫隙天線，其特征是天線采用印刷電路板工藝制作在低介電常數(shù)基板(1)上，在微帶線的屏蔽導體上制作漸變結(jié)構的單極縫隙(2)作為輻射單元，在屏蔽導體的另一側(cè)制作合適尺寸的躍變饋線(3)和叉狀調(diào)諧支節(jié)(4)進行寬帶匹配饋電，漸變單極縫隙的漸變線與垂直邊界線的夾角為20-30度。
全文摘要
本發(fā)明是小型漸變單極縫隙天線，其特征是天線采用印刷電路板工藝制作在低介電常數(shù)基板上，在微帶線的屏蔽導體上制作漸變結(jié)構的單極縫隙作為輻射單元，在屏蔽導體的另一側(cè)制作合適尺寸的躍變饋線和叉狀調(diào)諧支節(jié)進行寬帶匹配饋電，漸變單極縫隙的漸變線與垂直邊界線的夾角為20－30度。優(yōu)點結(jié)構簡單、體積輕巧、剖面尺寸低、易于制作。若采用印刷電路技術在更高介電常數(shù)的介質(zhì)進行設計，還可能進一步縮小體積；而且其饋電結(jié)構很有利于天線—系統(tǒng)的集成化設計，即采用半導體工藝實現(xiàn)天線與前端電路的集成。所以，這種天線將是很適用于小型超寬帶通信設備的，在超寬帶無線通信中也有著廣泛的應用前景。
文檔編號H01Q9/04GK1835282SQ200610038670
公開日2006年9月20日 申請日期2006年3月8日 優(yōu)先權日2006年3月8日
發(fā)明者呂文俊, 程崇虎, 朱洪波 申請人:南京郵電大學