[发明专利]渐变式共面波导馈电的双椭圆组合单极子天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域的天线，特别是一种渐变式共面波导馈电的双椭圆组合单极子天线，适用于近距离宽频带通信。

背景技术

随着3G、WLAN、UWB等无线通信技术的迅猛发展，系统信道容量不断增加，信息传输速率不断提高，要求无线通信系统中的天线必须具备宽频带特性。近期，国内外公开一些新型的印刷单极子天线，不但缩小天线的体积而且拓展了应用的范围。实践证明，圆盘、方形、五边形、六边形单极子都有较宽的工作频带，但由于地平面与辐射单元垂直，形成非平面结构，不能与印刷电路集成起来，限制了其应用范围。螺旋、正旋、椭圆形以及改进的圆形、半椭圆形的单极子天线具有不同程度的宽频带特性，将矩形贴片切去一部分，将其上半部改成蝶形结构，改善馈线与缝隙之间的匹配，天线的带宽达到113％，将圆形贴片作馈源，采用共面波导馈电的印刷天线，能够将驻波比带宽增至145％，如果用椭圆形替代圆形馈源，能够使天线的带宽进一步增大到173％(1.3～20GHz)以上。微带天线具有重量轻、体积小、加工成本低、容易与有源器件集成等优点，但微带天线的波瓣宽度较窄，限制其应用于宽频带天线的范围。宽频带天线的设计应选择具有宽带特性的天线结构和馈电网络，共面波导这种馈电方式已经被广泛应用，共面波导馈电的天线与微带天线相比有较宽的带宽和较低的辐射损耗，具有良好的色散特性，能够提高天线效率，因辐射体、馈电导带和地板均在介质基板的同侧，所以加工方便。研究表明，采用共面波导馈电的椭圆形辐射贴片天线，相对带宽可达131.44％，频率覆盖2.85GHz～14.36GHz，在贴片上开槽能够实现陷波功能，通过增加匹配枝节可使天线阻抗带宽达到221％。宽频带天线的低截止频率是由低频时的有效电流路径长度决定的，在多边形、矩形振子上或是地板上开一些矩形槽或使用分形的方法，能够增加有效电路路径长度，降低低频截止频率，从而展宽频带。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、结构简单、加工方便的渐变式共面波导馈电的双椭圆组合单极子天线，其辐射特性稳定，回波损耗较低，具有较宽的阻抗带宽和良好的全向辐射特性。

本发明的技术方案是，在F4B-2介质基板上印有一个中间开孔且上下不同半径的双椭圆组合辐射单元(1)、渐变式共面波导(2)和阶梯结构地板(3)，外接同轴接头(4)，双椭圆组合辐射单元(1)为上下轴比都为1.25的组合椭圆，辐射单元采用上下不同半径的双椭圆组合结构，降低低频截止频率，增加低频有效电流路径长度，将辐射单元中间开一圆孔，调节带宽匹配，通过渐变式共面波导的方式对其进行馈电，降低辐射损耗，调节输入阻抗，共面波导的下端与同轴接头(4)内导体相连，以便外接同轴线，地板采用阶梯结构，形成多谐振、宽频带和良好的全向性辐射特性，阶梯结构地板(3)与渐变式共面波导(2)之间设有一定的缝隙，通过渐变式共面波导(2)作为馈源对缝隙进行激励，等效于一个匹配网络，达到良好的阻抗匹配。

本发明的效果在于：本天线具有宽频带、小型化、结构简单、加工方便、易于共形等特点，通过调整上下椭圆半径、圆孔直径、地板阶梯结构尺寸，调节匹配带宽，利用渐变式共面波导作为馈源对缝隙进行激励，能够得到较宽的阻抗带宽，降低辐射损耗，提高天线的集成度。该天线具有宽频带特性，有效工作带宽覆盖2.4～12.6GHz，在工作频段内具有良好的全向辐射特性，增益稳定，适用于近距宽频带无线通信。

附图说明

图1是本发明实例的结构示意图。

图2是发明实例反射系数S₁₁随参数r₁、r₃的变化曲线。

图3本发明实例反射系数S₁₁随参数_r2的变化曲线。

图4本发明实例实测反射系数S₁₁曲线与仿真结果比较。

图5是本发明实例在频率为4.6、12.6、18.1GHz时的E面增益方向图。

图6是本发明实例在频率为4.6、12.6、18.1GHz时的H面增益方向图。

具体实施方式