CN101345345A - 超宽带半折叠对跖缝隙天线及其制作方法 - Google Patents

超宽带半折叠对跖缝隙天线及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明是超宽带半折叠对跖缝隙天线及其制作方法，其特征是利用印刷电路板工艺，在介质基板的正面和底面上分别设计渐变形状的顶层子缝隙与底层子缝隙，顶层子缝隙与底层子缝隙分别位于介质基板的两侧，顶层子缝隙与底层子缝隙3间通过金属化过孔连接起来，构成完整的半折叠对跖缝隙；微带馈线、矩形贴片调谐枝节之间通过阶梯阻抗变换结构5相连，构成天线的宽带馈电结构，实现有效的宽带阻抗匹配特性。本发明的优点：天线的交叉极化特性好，可以用作多天线***的极化分集单元；结构简单，无需附加馈电部件；制作工艺简单；便于集成；成本低廉。

Description

超宽带半折叠对跖缝隙天线及其制作方法
技术领域
本发明涉及的是一种具有超宽频带工作特性的半折叠对跖缝隙天线及其制作方法。该天线具有良好的辐射特性和简单的结构，可用于作为小型超宽带(UWB)通信设备收发天线或移动通信室内分布天线，属于微波技术领域。
背景技术
超宽带通信技术以其数据速率高、***结构简单、成本低廉等特点，成为目前无线通信技术研究的一大热点。超宽带通信***设计中，其中一项重要工作就是超宽带小型天线的设计与实现，天线性能好坏将直接关系到整机性能的优劣。超宽带天线就是指具有宽频带工作特性的天线，一般意义上认为具有超过25％相对带宽的天线就是超宽带天线。在其工作频带内，超宽带天线具有良好的阻抗匹配特性、稳定的辐射方向性和相对平坦的增益特性和极化特性。除此以外，特别针对超宽带通信而言，还要求天线具有体积小、全向辐射、成本低廉、便于加工与安装等特点。超宽带天线除了可以应用在高速无线通信以外，由于其频带极宽、能覆盖多种无线通信的频带，因此还能用于移动通信室内分布***等宽带应用场合。
常规的超宽带天线主要包括频率无关天线(双锥天线、对数周期天线等)、渐变槽线天线、TEM角锥喇叭天线等，它们都具有很宽的工作频带，但由于它们多属于行波天线，因此受到最低工作频率的限制、体积相当庞大；另一方面，这类天线多属于非平面结构、难以完成与小型通信***的一体化设计，这样就使得这类天线难以应用在小型通信设备特别是手持设备中；加之这类天线中有不少是端射特性的定向天线，不能满足超宽带通信全向覆盖的要求，因此无法直接应用在超宽带通信中。现有的小型超宽带天线包括单/偶极子天线和缝隙天线等类型。
常规的超宽带缝隙天线是通过牺牲交叉极化特性来换取工作带宽的，其交叉极化特性在工作频带的中、高段会出现显著的劣化，因此一般只能作为单天线来应用。而未来无线通信中，为了获得更高的***容量，往往需要采用多天线***进行极化分集，这时天线的交叉极化特性将直接影响分集的性能和***的容量。为了改进超宽带缝隙天线的交叉极化特性、设计可用于宽带多天线极化分集的天线单元，本发明将提出新的设计方案。
发明内容
本发明的目的在于针对超宽带缝隙天线交叉极化特性差的问题，提出一种结构简单新颖、便于制作实现的超宽带半折叠对跖缝隙天线。它具有较小的体积、简单的结构和极低的剖面尺寸，能够有效地实现与前端射频电路的集成。
本发明的技术解决方案：超宽带半折叠对跖缝隙天线，其特征是呈渐变形状的顶层子缝隙2与底层子缝隙3分别位于介质基板1的两侧，顶层子缝隙2与底层子缝隙3间通过金属化过孔6连接起来，构成完整的半折叠对跖缝隙；微带馈线8、矩形贴片调谐枝节4之间通过阶梯阻抗变换结构5相连，构成天线的宽带馈电结构，实现有效的宽带阻抗匹配特性。
超宽带半折叠对跖缝隙天线的制作方法，其特征是利用印刷电路板工艺，在介质基板的正面和底面上分别设计渐变形状的顶层子缝隙与底层子缝隙，通过金属化过孔连接起来、构成半折叠对跖缝隙；采用微带馈电，微带馈线与矩形贴片调谐枝节之间通过阶梯阻抗变换结构相连接，实现有效的宽带阻抗匹配特性。
本发明的优点：天线的交叉极化特性好，可以用作多天线***的极化分集单元；结构简单，无需附加馈电部件；制作工艺简单；便于集成；成本低廉。
附图说明
附图1是半折叠对跖缝隙天线的结构(正面、剖面)与参考坐标示意图。
附图2是半折叠对跖缝隙天线的实测输入反射系数示意图。
附图3是半折叠对跖缝隙天线与常规缝隙天线实测方向图的比较。其中附图3(a)给出的是1.8GHz时，半折叠对跖缝隙天线的实测方向图(zx面)与普通宽缝隙天线的实测方向图(zx面)；附图3(b)给出的是3GHz时，半折叠对跖缝隙天线的实测方向图(zx面)与普通宽缝隙天线的实测方向图(zx面)。
图中的1是介质基板，2是顶层子缝隙，3是底层子缝隙，4是矩形贴片调谐枝节，5是阶梯阻抗变换结构，6是金属化过孔，7是渐变线与水平线的夹角，8是微带馈线。
具体实施方式
对照附图1，其结构是半折叠对跖缝隙分为顶层子缝隙1和底层子缝隙2两个部分，分别制作在介质板的正面和底面，两者通过两列金属化过孔(每列11-12个)连接成一个完整的半折叠对跖缝隙；
半折叠对跖缝隙中，渐变线与水平线的夹角7的角度控制在40-50度左右；微带馈线的特性阻抗为50欧姆，微带馈线通过三节阶梯阻抗变换结构与矩形贴片枝节相连，微带馈线8、矩形贴片调谐枝节4与顶层子缝隙2共同位于介质基板1的同一侧上。
超宽带半折叠对跖缝隙天线的制作方法是利用印刷电路板工艺，在介质基板的正面和底面上分别设计渐变形状的顶层子缝隙与底层子缝隙，通过金属化过孔连接起来、构成半折叠对跖缝隙；采用微带馈电，微带馈线与矩形贴片调谐枝节之间通过阶梯阻抗变换结构相连接，实现有效的宽带阻抗匹配特性。
对照附图2，它给出了介质基板1按照相对介电常数为2.65、厚度为2毫米时制作的天线样品的反射系数。由图2可见，天线在0.79-4GHz频带内，反射系数低于-9.54dB，即驻波比低于2。也就是说，天线具有良好的阻抗匹配特性，阻抗带宽超过5∶1。
超宽带半折叠对跖缝隙天线的制作方法是利用印刷电路板工艺，在介质基板的正面和底面上分别设计渐变形状的顶层子缝隙与底层子缝隙，通过金属化过孔连接起来、构成半折叠对跖缝隙；采用微带馈电，微带馈线与矩形贴片调谐枝节之间通过阶梯阻抗变换结构相连接，实现有效的宽带阻抗匹配特性。表1计算与测量的视轴增益(dBi)
  工作频率   测量值
  900MHz   2.32
  1800MHz   3.05
  3000MHz   4.60
参照图1给出的参考坐标系并对照附图3(a)-(b)与表1。图3中的虚线表示“交叉极化分量”，实线表示“同极化分量”，带有方形标记的曲线为半折叠对跖缝隙天线的方向图曲线，无标记曲线为普通宽缝隙天线的方向图曲线。附图3(a)给出的是1.8GHz时，半折叠对跖缝隙天线的实测方向图(zx面)与普通宽缝隙天线的实测方向图(zx面)；附图3(b)给出的是3GHz时，半折叠对跖缝隙天线的实测方向图(zx面)与普通宽缝隙天线的实测方向图(zx面)。从附图3(a)-(b)可见，本发明提出的半折叠对跖缝隙天线具有更低的交叉极化(约低10dB)和更稳定的场形，性能较普通宽缝隙天线有显著改进。由表1可见，天线还具有波动不超过3dBi的增益特性，全频段内视轴(+z轴)方向平均增益约为3.5dBi。因此可认为天线的方向图带宽、增益带宽与阻抗带宽是基本一致的、即均具有宽带特性。
微带馈电的半折叠对跖缝隙天线具有超宽带工作特性、结构简单、体积轻巧、剖面尺寸低、易于制作、成本低廉的特点。这种天线能覆盖CDMA800、GSM900、DCS1800、PHS1900、IMT2000、WLAN2400、WiMax3300等不同制式无线通信的频段，因此可用于移动通信室内分布等场合；按频率比例缩小尺寸后，可用作小型超宽带通信设备的收发天线，也可以用作未来宽带无线通信***中的多天线分集单元。因此，本发明在移动通信和未来宽带无线通信中有着广泛的应用前景。

Claims (7)

1、超宽带半折叠对跖缝隙天线，其特征是呈渐变形状的顶层子缝隙与底层子缝隙分别位于介质基板的两侧，顶层子缝隙与底层子缝隙间通过金属化过孔连接起来，构成完整的半折叠对跖缝隙；微带馈线、矩形贴片调谐枝节之间通过阶梯阻抗变换结构相连，构成天线的宽带馈电结构，实现有效的宽带阻抗匹配特性。
2、根据权利要求1所述的超宽带半折叠对跖缝隙天线，其特征是所述的微带馈线、矩形贴片调谐枝节与顶层子缝隙共同位于介质基板的同一侧上。
3、根据权利要求1所述的超宽带半折叠对跖缝隙天线，其特征是所述的渐变线与水平线的夹角为40-50度。
4、根据权利要求1所述的超宽带半折叠对跖缝隙天线，其特征是所述的顶层子缝隙与底层子缝隙之间通过两列金属化过孔连接起来，其每列金属化过孔的个数为11-12个；微带馈线的特性阻抗为50欧姆，通过阶梯阻抗变换结构与矩形贴片调谐枝节之间相连。
5、根据权利要求1所述的超宽带半折叠对跖缝隙天线，其特征是所述的阶梯阻抗变换结构节数为2-3节，它将微带馈线8与矩形贴片调谐枝节连接在一起，构成天线的宽带馈电与调谐装置。
6、根据权利要求1所述的超宽带半折叠对跖缝隙天线，其特征是所述的介质基板按照相对介电常数为2.65、厚度为2毫米时制作的天线样品的反射系数。
7、超宽带半折叠对跖缝隙天线的制作方法，其特征是利用印刷电路板工艺，在介质基板的正面和底面上分别设计渐变形状的顶层子缝隙与底层子缝隙，通过金属化过孔连接起来、构成半折叠对跖缝隙；采用微带馈电，微带馈线与矩形贴片调谐枝节之间通过阶梯阻抗变换结构相连接，实现有效的宽带阻抗匹配特性。
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