一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适用于超宽带系统的小型化偶极子天线，更具体地说，是指一种 能够通过改变背条与振子的相对位置，来调整超宽带天线的工作波段、天线增益、天线定向 性等性能的低剖面的双层印刷天线。该专利申请的结构是在申请号为CN201210050530. 8 上的改进。
【背景技术】
[0002] 20世纪80年代，随着电子科学技术的进步，通信、雷达等无线电系统的频带越来 越宽，信号脉冲越来越窄，电磁频谱越来越拥挤，人们开始重视和研究超宽带（UWB)电磁 学。1990年前后，人们用各种时域数值方法得到了Maxwell方程的严格瞬态解，从而为超宽 带电磁学奠定了坚实的理论基础。超宽带脉冲源、超宽带天线和超宽带接收技术都有了突 破，极大地促进了超宽带电磁学的研究，超宽带通信、超宽带雷达等应运而生，超宽带电磁 学在成像、目标特性、反隐身技术、微波时域测量技术、微波定向传输等方面都得到了广泛 的应用。天线作为UWB无线通信的关键部件，其性能直接影响到通信质量。由于UWB通信 的特殊要求，对天线理论与实现技术提出了新的挑战。
[0003] 近年来，随着通讯技术的迅猛发展，超宽带天线广泛应用于无线通信，超宽带雷 达，卫星通信等领域，在家庭网络及移动通信等方面也有广泛的需求，因此设计一种结构简 单，性能良好的超宽带天线具有重要的现实意义。超宽带天线具有很宽工作频带。在此频 段内，天线的特性如输入阻抗、效率、波瓣指向、波瓣宽度、副瓣电平、方向系数、增益、极化 等都在允许的范围内。传统的超宽带天线形式有螺旋天线，对数周期天线，加脊喇叭天线和 渐变槽线天线等，但是它们大部分的尺寸都比较大，剖面较高，因而应用受到很大限制。其 中渐变槽线天线具有易加工，成本低，高增益和良好的定向辐射特性，但是这种天线在高频 段辐射效率较低，远场辐射方向图会出现裂瓣，且容易产生交叉极化问题。
[0004] 随着移动通信技术，空间技术和超宽带电子技术的发展，各种电子设备均向小型 化与微型化发展，天线作为无线电子系统必不可少的部件也必然向小型化方向发展。在过 去的十年中，人们开始注意到UWB技术在未来高速无线通信方面的巨大潜力。随着这项技 术的快速发展，高性能UWB天线成为UWB系统中非常关键的部分，很多研究围绕着UWB天 线展开。一些新型的超宽带天线，如带有反射器的振子天线等，它们虽都具有良好的性能， 但是剖面普遍较高，而且加工复杂，特别是一些有非平面反射器的天线，它们的应用不够灵 活。
[0005] 在超宽带天线中，印刷单极子天线由于其体积小，宽阻带，低造价的优点，被认为 非常有前景。与此同时，一些具有相同优点的印刷偶极子天线也被设计出来。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是设计了一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，是通 过改变背条与振子的相对位置，及背条与振子耦合产生感应电容的技术手段，来调整超宽 带天线的工作波段、天线增益、天线定向性等性能。本发明以每加载一个背条能增加一个频 段，即使用1个背条增加1个频段，两个不同的背条增加2个不同的频段，3个不同的背条增 加2个不同的频段。多背条加载在介质板的另一侧，无需打孔，直接通过电磁耦合生成感应 电容，产生多个谐振点，使天线阻抗特性随频率的变化减小进而拓宽天线的频带。本设计加 载了 1个、2个或3个背条，分别将原有的振子天线进一步拓宽了 3个频段，背条的等效弧长 为拓宽频带部分中心频率所对应波长的一半，根据此结论使设计天线更加简便，并可应用 于其他形式和频段的天线来拓宽带宽。本天线可以覆盖VHF，S和L波段，并且涵盖了现在 常用的所有通信的无线制式业务，同时具有高增益，稳定的方向性，小型化的优点，在无线 通信方面有广泛的应用前景。
[0007] 本发明设计的一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，该天线包括有 横向介质板（1)、纵向介质板（2)、反射板（3)、基板（4)和支撑柱（5);其特征在于：横向介 质板（1)的上板面（11)上采用覆铜技术加工有AA背条（1A1)，所述AA背条（1A1)的两端 未设有通孔；在横向介质板（1)的下板面（12)上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子 (121) 和第二振子（122) ;AA背条（1A1)与第一振子（121)和第二振子（122)采用了电磁 耦合产生电容的方式；
[0008] 第一振子（121)与第二振子（122)由椭圆形和梯形构成，椭圆形的实轴记为R2,椭 圆形的虚轴记为R1，梯形的高记为L，梯形的上底的宽记为w，梯形的下底的宽为2倍的R2。 第一振子121与第二振子122的间隔记为g，则有2 (R1+L) = (0. 19~0. 25)X，A表示波 长，R2-R1 = 0? 1 ~6. 0mm。
[0009] 本发明设计的一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，该天线包括有 横向介质板（1)、纵向介质板（2)、反射板（3)、基板（4)和支撑柱（5);其特征在于：横向介 质板（1)的上板面（11)上米用覆铜技术加工有BA背条（1B1)和BB背条（1B2)，所述BA背 条（1B1)和BB背条（1B2)的两端未设有通孔；在横向介质板⑴的下板面（12)上采用覆 铜技术加工有结构相同的第一振子（121)和第二振子（122);所述BA背条（1B1)和BB背 条（1B2)与第一振子（121)和第二振子（122)采用了电磁耦合产生电容的方式；
[0010] 第一振子（121)与第二振子（122)由椭圆形和梯形构成，椭圆形的实轴记为R2,椭 圆形的虚轴记为R1，梯形的高记为L，梯形的上底的宽记为w，梯形的下底的宽为2倍的R2。 第一振子（121)与第二振子（122)的间隔记为g，则有2 (R1+L) = (0. 19~0. 25)入，入表 不波长，R2-R1 = 0? 1 ~6. 0mm〇
[0011] 本发明设计的一种多背条拓展频带的低剖面双层印刷超宽带天线，该天线包括有 横向介质板（1)、纵向介质板（2)、反射板（3)、基板⑷和支撑柱（5);其特征在于：横向 介质板（1)的上板面（11)上采用覆铜技术加工有CA背条（1C1)、CB背条（1C2)和CC背 条（1C3)，所述CA背条（1C1)、CB背条（1C2)和CC背条（1C3)的两端未设有通孔；在横向 介质板（1)的下板面（12)上采用覆铜技术加工有结构相同的第一振子（121)和第二振子 (122) ;所述CA背条（1C1)、CB背条（1C2)和CC背条（1C3)与第一振子（121)和第二振子 (122)采用了电磁耦合产生电容的方式；
[0012] 第一振子（121)与第二振子（122)由椭圆形和梯形构成，椭圆形的实轴记为R2,椭 圆形的虚轴记为R1，梯形的高记为L，梯形的上底的宽记为w，梯形的下底的宽为2倍的R2。 第一振子（121)与第二振子（122)的间隔记为g，则有2 (R1+L) = (0. 19~0. 25)入，入表 不波长，R2-R1 = 0? 1 ~6.Omm〇
[0013] 本发明低剖面双层印刷超宽带天线的优点在于：
[0014] ①多背条与振子构成的双层印刷天线是折合振子的变种，因此该天线具有折合振 子的很多优良特性。特别是小的结构尺寸和超宽的工作频带，即小尺寸大频带天线得以实 现，能够加工出尺寸为180mmX150mm，带宽为0. 7GHz~2. 7GHz，覆盖VHF，L和S波段，倍频 频带宽度可达3. 5,已覆盖了现在通信的各种无线制式。
[0015] ②本发明设计的多背条加载构形对于向低频段拓宽天线的带宽有着明显的效果， 对于天线的小型化有一定效果，且对天线福射特性的影响较小，不会破坏天线的方向性。
[0016] ③背条的弧长与拓宽频带部分中心频率所对应的波长的1/2几乎相等，此结论可 应用不同频段不同形式的天线进行频带拓宽，实用性强而且使天线设计和仿真更加简便减 少了仿真所需的时间。多背条加载在介质板的另一侧，无需打孔直接通过电磁耦合产生电 容，形成多个谐振点。增加天线设计的自由度，减少设计时间，使加工更加简洁，并且可以批 量的生产。
[0017] ④纵向介质板高度即为低剖面双层印刷超宽带天线的高度，使本发明天线的体积 大大缩小，不但有利于系统的集成，而且在移动通信中有很好的隐身性能。
[0018] ⑤纵向介质板的上方设置横向介质板，纵向介质板的下方设置反射板，所述反射 板能够使本发明天线具有很高的增益（6. 7dB~10. 5dB)和定向辐射特性。在保密性高的 超宽带通信系统中有很好的应用前景。
【附图说明】
[0019] 图1是传统低剖面双层印刷超宽带天线的外部结构图。
[0020] 图1A是传统低剖面双层印刷超宽带天线的另一视角外部结构图。
[0021] 图1B是传统未装配反射板和基板的低剖面双层印刷超宽带天线仰视图。
[0022] 图1C是本发明横向介质板的下板面的结构图。
[0023]图1D是本发明横向介质板的下板面的两个蝶形槽共形结构图。
[0024]图2是本发明设计的具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构图。
[0025]图2A是本发明设计的具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的另一视角结构 图。
[0026]图2B是未装配横向介质板的具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构 图。
[0027]图3是本发明设计的具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构图。
[0028]图3A是本发明设计的具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的另一视角结构 图。
[0029]图3B是未装配横向介质板的具有双背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构 图。
[0030] 图4是本发明设计的具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构图。
[0031]图4A是本发明设计的具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的另一视角结构 图。
[0032]图4B是未装配横向介质板的具有三背条的低剖面双层印刷超宽带天线的结构 图。
[0033]图5A是本发明具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的驻波系数仿真性能结 果图。
[0034]图5B是本发明具有单背条的低剖面双层印刷超宽带天线的增益仿真性能结果 图。
[0035]图5C是本发明具有单