一種具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線，包括平行設(shè)置的圓形介質(zhì)基板I和介質(zhì)基板II，還包括垂直于圓形介質(zhì)基板I和介質(zhì)基板II的矩形介質(zhì)基板和同軸線纜，所述圓形介質(zhì)基板I上設(shè)置有電偶極子，所述矩形介質(zhì)基板上設(shè)置有磁偶極子；所述圓形介質(zhì)基板II上設(shè)置有激勵源，所述同軸線纜與激勵源連接；沿圓形介質(zhì)基板I的直徑由圓心向兩端延伸形成溝槽，該溝槽的長度小于環(huán)狀介質(zhì)基板I的直徑，矩形介質(zhì)基板穿過該溝槽設(shè)置于圓形介質(zhì)基板II上；本發(fā)明通過電偶極子和磁偶極子的結(jié)合，有效地實現(xiàn)了惠更斯源天線，具有良好的匹配，有著良好的輻射特性，具有十分好的定向性。
【專利說明】
-種具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種天線結(jié)構(gòu)，特別是一種具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天 線。
【背景技術(shù)】
[0002] 電小天線由于其緊湊的結(jié)構(gòu)、較小的尺寸，能夠滿足許多無線通信平臺對于天線 小型化、緊湊化的要求，因此有著巨大的應(yīng)用前景，得到了越來越廣泛的關(guān)注和研究。然而， 根據(jù)相關(guān)理論分析，由于天線的電尺寸遠小于天線的工作波長，其福射特性(峰值可實現(xiàn)增 益、前后比)會變的比較差，尤其是由電小的電偶極子和磁偶極子得到的福射場。
[0003] 目前，用W提升電小天線方向性的方法主要可W分為W下Ξ類:第一類是放置"媒 介反射器"，例如:RIS、EBG等結(jié)構(gòu)在福射器下面;第二類是通過使用2到3個具有類似結(jié) 構(gòu)的福射器構(gòu)成陣列；第Ξ類是利用電偶極子和磁偶極子的結(jié)合構(gòu)成惠更斯源天線。和其 它兩種方法相比，惠更斯源天線由于不需要周期性的結(jié)構(gòu)和多個福射器，因此更易實現(xiàn)低 剖面、電小的設(shè)計目標(biāo)，具有更為緊湊的結(jié)構(gòu)，適用于遠距離無線通信、點對點通信等領(lǐng)域。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線。
[0005] 本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種具有邊射特性的電小、低剖面惠 更斯源天線，包括平行設(shè)置的圓形介質(zhì)基板I和圓形介質(zhì)基板II，還包括垂直于環(huán)狀圓形基 板I和圓形介質(zhì)基板II的矩形介質(zhì)基板和同軸線纜，所述圓形介質(zhì)基板I上設(shè)置有電偶極 子，所述矩形介質(zhì)基板上設(shè)置有磁偶極子;所述圓形介質(zhì)基板II上設(shè)置有激勵源，所述同軸 線纜與激勵源連接;沿圓形介質(zhì)基板I的直徑由圓屯、向兩端延伸形成一溝槽，該溝槽的長度 小于圓形介質(zhì)基板I的直徑，矩形介質(zhì)基板穿過該溝槽設(shè)置于圓形介質(zhì)基板II上。
[0006] 進一步，所述電偶極子包括關(guān)于溝槽對稱設(shè)置的兩個電偶極子單元，所述電偶極 子單元包括兩弧形段和連接兩弧形段的連接段，所述連接段平行于溝槽設(shè)置;所述弧形段 由圓形介質(zhì)基板I的邊緣向圓形介質(zhì)基板I的圓屯、延伸形成，所述弧形段具有自由端和固定 端，所述固定端與連接段連接，同一電偶極子單元的兩弧形段的自由端具有一定間距。
[0007] 進一步，所述電偶極子單元的兩弧形段和連接段位于同一個半圓內(nèi)。
[0008] 進一步，所述電偶極子單元的兩弧形段的弧長相等。
[0009] 進一步，所述磁偶極子為沿矩形介質(zhì)基板的邊緣向里延伸形成的矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)， 矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的下端設(shè)置有裂口。
[0010] 進一步，所述激勵源包括設(shè)置于圓形介質(zhì)基板II的下表面的兩個矩形金屬條帶， 兩個矩形金屬條帶關(guān)于圓形介質(zhì)基板II的圓屯、對稱;所述同軸線纜包括內(nèi)忍和外忍，內(nèi)忍 和外忍分別連接激勵源一矩形金屬條帶。
[0011] 進一步，內(nèi)忍和外忍連接于矩形金屬條帶的端部，該端部靠近圓形介質(zhì)基板II的 圓屯、設(shè)置。
[0012] 由于采用了 W上技術(shù)方案，本發(fā)明具有W下有益技術(shù)效果：
[0013] (1)通過電偶極子和磁偶極子的有機結(jié)合，實現(xiàn)了低剖面的電小惠更斯源天線，天 線的電尺寸ka = 0.645，剖面高度僅為4.90 % λ〇;
[0014] (2)天線不僅具有良好的匹配，而且有著良好的福射特性，峰值可實現(xiàn)增益 3.30地i，前后比18.76地，福射效率71.60%，具有十分好的定向性，使得天線可W良好的應(yīng) 用于遠距離無線通信、點對點通信；
[0015] (3)天線還具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，易于制造等優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0016] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進 一步的詳細描述，其中：
[0017] 圖1為本發(fā)明具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線的整體結(jié)構(gòu)Ξ維視圖； [001引圖2為本發(fā)明具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線的側(cè)視圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線電偶極子單元的俯視圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線激勵源的仰視圖；
[0021] 圖5為本發(fā)明具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線的S參數(shù)曲線圖；
[0022] 圖6為本發(fā)明具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線的E平面福射場方向圖；
[0023] 圖7為本發(fā)明具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線的Η平面福射場方向圖；
[0024] 圖中：1-電偶極子，2-磁偶極子，3-激勵源，4-同軸線纜，5-溝槽，6-連接段，7-固定 端。8-弧形段，9-自由端，10-裂口，11 -矩形金屬條帶。
【具體實施方式】
[0025] W下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述;應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例 僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。
[0026] -種具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線，包括平行設(shè)置的圓形介質(zhì)基板I 和圓形介質(zhì)基板II，還包括垂直于圓形介質(zhì)基板I和圓形介質(zhì)基板II的矩形介質(zhì)基板和同 軸線纜，所述圓形介質(zhì)基板I上設(shè)置有電偶極子，所述矩形介質(zhì)基板上設(shè)置有磁偶極子;所 述電偶極子包括關(guān)于溝槽對稱設(shè)置的兩個電偶極子單元，所述電偶極子單元包括兩弧形段 和連接兩弧形段的連接段，兩弧形段的弧長相等。所述連接段平行于溝槽設(shè)置;所述弧形段 由圓形介質(zhì)基板I的邊緣向圓形介質(zhì)基板I的圓屯、延伸形成，所述弧形段具有自由端和固定 端，所述固定端與連接段連接，同一電偶極子單元的兩弧形段的自由端具有一定間距。所述 電偶極子單元的兩弧形段和連接段位于同一個半圓內(nèi)。所述磁偶極子為沿矩形介質(zhì)基板的 邊緣向里延伸形成的矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的下端設(shè)置有裂口。
[0027] 所述圓形介質(zhì)基板II上設(shè)置有激勵源，所述同軸線纜與激勵源連接;沿圓形介質(zhì) 基板I的直徑由圓形介質(zhì)基板I的圓屯、向兩端延伸形成一溝槽，該溝槽的長度小于圓形介質(zhì) 基板I的直徑，矩形介質(zhì)基板穿過該溝槽設(shè)置于圓形介質(zhì)基板II上。
[0028] 所述激勵源包括設(shè)置于圓形介質(zhì)基板II的下表面的兩個矩形金屬條帶，兩個矩形 金屬條帶關(guān)于圓形介質(zhì)基板II的圓屯、對稱;所述同軸線纜包括內(nèi)忍和外忍，內(nèi)忍和外忍分 別連接激勵源一矩形金屬條帶。內(nèi)忍和外忍連接于矩形金屬條帶的端部，該端部靠近圓形 介質(zhì)基板II的圓屯、設(shè)置。
[00巧]在本發(fā)明中，3個介質(zhì)基板的材料均選用化e Rogers Duroid 5880,相對介電常數(shù) 為2.2,相對磁導(dǎo)率為1.0,損耗角正切為0.0009。所述電偶極子單元、磁偶極子、激勵源的矩 形金屬條帶均為厚度相同的覆銅薄膜。
[0030] 在本發(fā)明中，記圓形介質(zhì)基板I的直徑為R1，厚度為h3,圓屯、到弧形段內(nèi)側(cè)的距離 為R2,圓屯、到弧形段外側(cè)的距離為R3,弧形段的寬度為W3,兩弧形段的距為G3,連接段的寬 度為W2,兩連接段的距離為G2。記圓形介質(zhì)基板II的直徑為R4,矩形金屬條帶的長度為L2， 寬度為W4。記矩形介質(zhì)基板的長度為L1，寬度為hi，矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寬度為W1，裂口的寬度 為G1，圓形介質(zhì)基板II到矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的距離為h2，圓形介質(zhì)基板II的厚度為h4。
[0031] 完成上述的初始設(shè)計之后，使用高頻電磁仿真軟件HFSS13.0進行仿真分析，經(jīng)過 仿真優(yōu)化之后得到各項參數(shù)尺寸如下表所示：
[0032] 表1本發(fā)明各參數(shù)最佳尺寸表
[0033]
[0034] 依照上述參數(shù)，使用HFSS對所設(shè)計的具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線 的反射系數(shù)IS111特性參數(shù)進行仿真分析，其分析結(jié)果如下：
[0035] 圖5為本發(fā)明的仿真得到的S參數(shù)隨頻率變化的曲線圖。如圖所示，所設(shè)及的天線 諧振頻點為1.502GHz，反射損耗值為-19.41地，-10地帶寬為8.5MHz ;圖6為仿真的天線在諧 振頻點1.502G化時在E面的方向圖，圖7為仿真的天線在諧振頻點1.502G化時在Η面的方向 圖。從圖中可W看出，天線在Ε面、Η面均具有朝天線正上方的福射方向；在諧振頻點處，天線 的最大增益值為3.30地i，前后比為18.76dB，福射效率為71.60%?？梢娞炀€有著良好的福 射性能，同時有著較低的剖面，緊湊的結(jié)構(gòu)。
[0036] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可W對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。運樣，倘若本發(fā)明的 運些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含運些 改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線，其特征在于:包括平行設(shè)置的圓形 介質(zhì)基板I和圓形介質(zhì)基板Π ，還包括垂直于圓形介質(zhì)基板I和圓形介質(zhì)基板II的矩形介質(zhì) 基板和同軸線纜，所述圓形介質(zhì)基板I上設(shè)置有電偶極子，所述矩形介質(zhì)基板上設(shè)置有磁偶 極子;所述圓形介質(zhì)基板II上設(shè)置有激勵源，所述同軸線纜與激勵源連接;沿圓形介質(zhì)基板 I的直徑由圓心向兩端延伸形成溝槽，該溝槽的長度小于圓形介質(zhì)基板I的直徑，矩形介質(zhì) 基板穿過該溝槽設(shè)置于圓形介質(zhì)基板II上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線，其特征在于:所 述電偶極子包括關(guān)于溝槽對稱設(shè)置的兩個電偶極子單元，所述電偶極子單元包括兩弧形段 和連接兩弧形段的連接段，所述連接段平行于溝槽設(shè)置;所述弧形段由圓形介質(zhì)基板I的邊 緣向圓形介質(zhì)基板I的圓心延伸形成，所述弧形段具有自由端和固定端，所述固定端與連接 段連接，同一電偶極子單元的兩弧形段的自由端具有一定間距。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線，其特征在于:所 述電偶極子單元的兩弧形段和連接段位于同一個半圓內(nèi)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線，其特征在于:所 述電偶極子單元的兩弧形段的弧長相等。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線，其特征在于:所 述磁偶極子為沿矩形介質(zhì)基板的邊緣向里延伸形成的矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu)的下端 設(shè)置有裂口。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線，其特征在于:所 述激勵源包括設(shè)置于圓形介質(zhì)基板II的下表面的兩個矩形金屬條帶，兩個矩形金屬條帶關(guān) 于圓形介質(zhì)基板II的圓心對稱;所述同軸線纜包括內(nèi)芯和外芯，內(nèi)芯和外芯分別連接激勵 源一矩形金屬條帶。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有邊射特性的電小、低剖面惠更斯源天線，其特征在于：內(nèi) 芯和外芯連接于矩形金屬條帶的端部，該端部靠近圓形介質(zhì)基板II的圓心設(shè)置。
【文檔編號】H01Q1/36GK105870632SQ201610343552
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】唐明春, 龐佑兵, 張振, 劉虹, 理查德·齊奧爾科夫斯基, 王浩
【申請人】中國電子科技集團公司第二十四研究所