CN106229645A - 一种双谐振型宽频带偶极子天线 - Google Patents

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徐军
杜明
董宇亮
丁霄
李桂萍
喻梦霞
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Abstract

本发明涉及天线领域，尤其是基于多层电路技术的宽频带高集成度天线，具体涉及一种双谐振型宽频带偶极子天线。该天线，包含两个偶极子，平行双线和50Ω平面传输线。整个天线采用平行双线垂直馈电，由50Ω平面传输线进行馈电。第一偶极子由带平行双线进行偏馈。该平行双线中的一根线连接到馈线，另一根线连接地。第二偶极子位于第一偶极子上方，并由上述偶极子间接馈电，实现双谐振。本发明实现了33.6％的阻抗匹配带宽(VSWR≤2)，十分适合采用LTCC、多层PCB等多层电路加工技术实现，具有很高的集成度。

Description

一种双谐振型宽频带偶极子天线
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其是基于多层电路技术的宽频带高集成度天线，具体涉及一种双谐振型宽频带偶极子天线。
技术背景
天线是无线电通信、广播、导航、雷达、测控、微波遥感、射电天文以及电子对抗等各种民用和军用无线电***必不可少的设备之一。
近几十年来，科学技术的飞速发展和人们生活的日益现代化和社会化，对电子技术的应用提出了更高的要求。在许多应用领域中，如电视、广播、遥测技术、宇航和卫星通讯等，不仅要求高质量地传输信息，还要求设备的宽带化。为此，与无线电设备发展趋势相适应，宽频带天线的研究也日益活跃，成为天线学科研究领域中的一个重要分支。
与此同时，作为众多天线类型之一的偶极子天线，以其简单的结构、稳定的性能，至今仍被广泛应用。但是，传统的偶极子天线阻抗匹配带宽很小，通常不大于10％。为了提高偶极子天线的阻抗匹配带宽，国内外许多研究者做出了巨大的努力。
2003年，L.D.Bakhrakh，V.F.Los和A.N.Shamanov设计了一款偶极子天线，该天线利用共面波导耦合馈电，实现了较宽的阻抗匹配带宽(L.D.Bakhrakh,V.F.Los andA.N.Shamanov,"Ultrawidebandmethod of feeding a dipole antenna,"Antenna Theoryand Techniques,2003.4th International Conference on,2003,pp.535-538vol.2.)。2007年，LidaAkhoondzadeh-Asl，Douglas J.Kern，Peter S.Hall和Douglas H.Werner，利用电磁带隙结构的地，实现了宽频带的偶极子天线(L.Akhoondzadesh-Asl,D.J.Kern,P.S.Hall,and D.H.Werner,“Wideband dipoles on electromagnetic bandgap groundplanes,”IEEETrans.Antennas Propag.,vol.55,no.9,pp.2426–2434,Sep.2007.)。2010年Fang-Yao Kuo,Hsi-Tseng Chou,Heng-Tung Hsu，Hsi-Hsir Chou和Paolo Nepa设计了一款偶极子天线，该天线在传统偶极子的基础上，多出一对较短的偶极子，并与原偶极子相连，实现了阻抗匹配，该偶极子可实现100％的阻抗匹配带宽(VSWR≤2)(F.Y.Kuo,H.T.Chou,H.T.Hsu,H.H.Chou,and P.Nepa,“A noveldipole antenna design with an over 100％operational bandwidth,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.58,no.8,pp.2737–2741,Aug.2010.)。2013年，Hui Chu，Yong-XinGuo和Ziliang Wang，设计了一款基于LTCC的宽频带偶极子线极化天线(H.Chu,Y.-X.Guo,and Z.Wang,“60-GHz LTCC wideband verticaloffcenterdipole antenna and arrays,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.61,no.1,pp.153–161,Jan.2013.)，工作频带为60GHz，其利用了内层地的圆形缺口实现了双谐振，展宽了频带。
上述文献中，绝大多数偶极子天线采用平行馈电，即天线馈电网络与辐射***于同一平面，此种馈电方式会导致馈电网络与辐射体的耦合严重，而最后一篇文献中报道的偶极子天线虽然为垂直馈电，但此展宽频带的方法不适用与微带线馈电偶极子，因此其不适合与其他有源器件相集成。而且，绝大多数天线采用中心馈电，且整体结构不利于集成。
发明内容
针对上述存在问题或不足，为降低馈电网络与辐射体间的耦合，与其他有源器件相集成，且整体结构便于集成。本发明提供了一种双谐振型宽频带偶极子天线。
该双谐振型宽频带偶极子天线，如图1所示，包含两个偶极子，平行双线和50Ω平面传输线。
第一偶极子采用平行双线垂直馈电，该平行双线垂直连接带有地板的50Ω平面传输线，该地板即地也做为偶极子的反射板；整个天线由该平面传输线进行馈电；50Ω平面传输线位于天线最下方。
第一偶极子(1)由平行双线(3)进行偏馈，该平行双线(3)中的一根线通过地(5)设置的圆形缺口(4)连接到50Ω平面传输线(6)，另一根线连接地(5)。
第二偶极子(2)为一整体，位于天线最上方，其一部分位于第一偶极子(1)正上方，另一部分位于第一偶极子(1)左上方，且两者相互平行，由第一偶极子电容耦合馈电，实现双谐振。
第一偶极子总长度l1为0.55λ，λ为中心频率处电磁波在介质中的波长，宽度为0.02～0.05λ与第二偶极子相同，偏馈比例为1.3比1～1.5比1，距离地(5)的距离h3为0.2～0.3λ。
第二偶极子长度为0.5～0.6λ，其位于第一偶极子(1)正上方的长度为0.2～0.4λ，距第一偶极子的垂直距离h2为0.05～0.06λ。
平行双线(3)设有直径d2的附加圆盘，为了保证由多层堆叠通孔构成的平行双线的电连通性。
本发明提供的偶极子天线实现了33.6％的阻抗匹配带宽(VSWR≤2)；十分适合采用LTCC、多层PCB等多层电路加工技术实现，具有很高的集成度。
附图说明
图1是实施例的立体图；
图2是实施例的俯视图；
图3是实施例的侧视图；
图4是实施例的|S11|仿真结果图；
图5是实施例的增益仿真结果图；
图6是实施例28.5GHz的方向图仿真结果图；
图7是实施例35GHz的方向图仿真结果图；
图8是实施例40GHz的方向图仿真结果图；
图6、7、8中，a为E面方向图，b为H面方向图，实线代表主极化方向图，虚线代表交叉极化方向图；
附图标记：w1为馈电微带线(6)线宽，w2为偶极子宽度，l1为第一偶极子(1)总长度，l2为第一偶极子(1)长臂长度，l3为第一偶极子(1)短臂长度，l4为第二偶极子(2)长度，d1为内层地圆形缺口(4)直径，d2为平行双线(3)附加圆盘直径，d3为平行双线(3)直径，h1为天线总厚度，h2为第二偶极子(2)距第一偶极子(1)的垂直距离，h3为第一偶极子距离内层地(5)的距离。
具体实施方案
下面结合附图说明和实例对本发明作详细说明。本实例采用LTCC多层电路加工技术实现，基板材料为FerroA6M,介电常数为5.9，每层基板厚度为0.094mm，每层金属厚度为0.01mm，表层金属为金，内层金属为银。天线工作频段为Ka频段。
本发明双谐振型宽频带偶极子天线共14层，即h1＝0.094mm×14＝1.316mm。其中，第一偶极子(1)位于第3层介质正面，第二偶极子(2)位于第1层介质正面，即顶层。
平行双线(3)为多层堆叠金属化通孔，其中一根贯通3到14层介质并通过内层地(5)中的圆形缺口(4)连接到50Ω微带线(6)，另一根贯通3到10层介质，与内层地(5)相连。内层地(5)位于第12层介质正面。50Ω微带线位于第14层介质背面，即底层背面。如图1所示。
结合图2、3，本发明双谐振型宽频带偶极子天线的具体尺寸如下表所示(单位：mm)：
表1
本实施例的参数测试对比数据参见图4-8。

Claims (5)

1.一种双谐振型宽频带偶极子天线，包含两个偶极子、平行双线和50Ω平面传输线，其特征在于：
第一偶极子采用平行双线垂直馈电，该平行双线垂直连接带有地板的50Ω平面传输线，该地板即地也做为偶极子的反射板；整个天线由该平面传输线进行馈电；50Ω平面传输线位于天线最下方；
第一偶极子由平行双线进行偏馈，该平行双线中的一根线通过地设置的圆形缺口连接到50Ω平面传输线，另一根线连接地；
第二偶极子为一整体，位于天线最上方，其一部分位于第一偶极子正上方，另一部分位于偶极子左上方，且两者相互平行，由第一偶极子电容耦合馈电，实现双谐振；
第一偶极子总长度l1为0.55λ，λ为中心频率处电磁波在介质中的波长，宽度为0.02～0.05λ与第二偶极子相同，偏馈比例为1.3比1～1.5比1，距离地的距离h3为0.2～0.3λ；
第二偶极子长度为0.5～0.6λ，其位于第一偶极子正上方的长度为0.2～0.4λ，距离第一偶极子的垂直距离h2为0.05～0.06λ。
2.如权利要求1所述双谐振型宽频带偶极子天线，其特征在于：所述平行双线为多层堆叠金属化通孔。
3.如权利要求2所述双谐振型宽频带偶极子天线，其特征在于：所述平行双线设有直径d2的附加圆盘，保证平行双线的电连通性。
4.如权利要求1所述双谐振型宽频带偶极子天线，其特征在于：所述50Ω平面传输线为50Ω微带线。
5.如权利要求1所述双谐振型宽频带偶极子天线，其特征在于：具有33.6％的阻抗匹配带宽VSWR≤2，采用多层电路技术加工实现，其垂直部分采用多层堆叠金属化过孔实现，水平部分采用印刷金属实现。
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