一种小型化宽带Vivaldi单极子天线的制作方法
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种小型化宽带vivaldi单极子天线，用于移动终端天线的应用。
背景技术：
随着无线通信技术的不断发展，人们对汽车的需求不仅仅是“代步工具”，汽车的舒适性、安全性以及功能性的需求也逐渐走进人们的视野。作为收发电磁信号的载体，车载天线成为汽车功能性的发展必不可缺的组成部分。而如今的车载天线的研究热点则主要集中在通信天线，现已公开的通信车载天线其结构主要包括三维立体形式、印制在鱼鳍壳表面上的形式以及微带形式三大类，但这些天线所面临的问题大多为带宽窄，尺寸大。
随着电子设备的高度集成化以及小型便携化的发展，天线作为无线设备中的重要组成构件，也需同步满足小型化、宽带化、高增益等特定要求。单极子天线分为传统单极子与平面单极子，传统的单极子天线只有偶极子天线的一个振子，另一个振子用金属地的镜像原理来替代，天线的体积减小了1/2，具有体积小的优点，但单极子天线的辐射电阻较小导致天线的频带宽度和辐射效率均较低。平面单极子虽然具有低剖面的优点，但同样存在天线的频带宽度和辐射效率均低的缺点；而传统的vivaldi天线虽然具有超宽带的特性，因此多用于宽频带无线通信领域，但天线存在尺寸较大、增益较低的问题。
例如，2016年中电科微波通信(上海)有限公司在其申请的名称为(申请号为20100188782.2，申请公布号为cn10537030a)申请的专利文献中，公开了一种vivaldi天线，其中天线由介质板、渐变槽线和至少两个栅栏、引向阵子组成。天线在保持天线宽频带情况下增益从10dbi提高到了12dbi，但是由于天线尺寸大，并达到了136mm×63.9mm×1mm，因此，限制了一些小空间下运用场景的使用。
例如，2017年广东盛路通信科技股份有限公司在申请的名称为(申请号为201410398108.0，申请公布号为cn104701605b)申请的专利文献中公开了一种电小尺寸单极子天线。天线由圆形金属地板，天线辐射体组成，天线为实现电小尺寸、全向性的移动终端天线。但存在着带宽较窄，且增益较不理想的问题。
因此，同时满足小型化、宽带化、高增益是天线技术领域亟需解决的问题，具有较大的实用意义。
技术实现要素：
本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种小型化宽带vivaldi单极子天线，用于解决天线尺寸大、带宽窄和增益低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取技术方案为：
一种小型化宽带vivaldi单极子天线，包括介质基板、渐变辐射体、矩形金属地板、馈电结构和金属圆盘，所述矩形金属地板位于介质基板的下方，该矩形金属地板位于所述金属圆盘的上方，所述馈电结构印制在辐射体的下方，所述渐变辐射体为不规则异形结构，该渐变辐射体由四个第一矩形槽、一个第二矩形槽、半圆槽和斜切角组成；渐变辐射体印制在介质基板的正前方，所述四个第一矩形槽和一个第二矩形槽位于辐射体侧面直线段相对应的另一侧设有开口；所述四个第一矩形槽分别与一个第二矩形槽之间相互平行；所述渐变辐射体与馈电结构相邻边缘的一侧开设有半圆槽，所述斜切角位于渐变辐射体上方边缘的一侧。
所述渐变辐射体上方的斜切角长度为lq,其中，lq为25～30mm；所述介质基板的宽为w,长为l，其中，l＝45～55mm，w＝45～55mm。
所述四个第一矩形槽的长度为lc1，其中，lc1＝28～30mm；所述一个第二矩形槽的长度为lc2，其中，lc2＝30～32mm；四个第一矩形槽和一个第二矩形槽的宽度为wc，其中，wc＝2～4mm。
所述半圆槽的半径为r1，其中，r1＝4～6mm。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明采用的介质基板、渐变辐射体、矩形金属地板、馈电结构和金属圆盘结构，所述渐变辐射体为不规则异形结构，该渐变辐射体由四个第一矩形槽、一个第二矩形槽、半圆槽和斜切角组成；利用镜像原理用金属底座等效其中一半的vivaldi天线，经过开槽处理，克服了现有技术中天线在保持天线宽带、高增益情况下尺寸大的技术问题，使得天线尺寸仅为传统vivaldi天线的1/3。
2、本发明采用的介质基板、渐变辐射体、矩形金属地板、馈电结构和金属圆盘结构，所述渐变辐射体为不规则异形结构，该渐变辐射体由四个第一矩形槽、一个第二矩形槽、半圆槽和斜切角组成；由于本发明的天线尺寸仅为传统vivaldi天线的1/3，能够克服现有技术中天线带宽窄的技术问题，使得天线在较小的尺寸下，同样具有宽带的特性。
3、本发明采用的介质基板、渐变辐射体、矩形金属地板、馈电结构和金属圆盘结构，所述渐变辐射体为不规则异形结构，该渐变辐射体由四个第一矩形槽、一个第二矩形槽、半圆槽和斜切角组成；在lte频段和sub-6g频段之间，使得天线对应的增益为1.12-5.92dbi和6.27-6.86dbi，克服了现有技术中天线增益低的技术问题，使得天线在尺寸小的前提下，仍能保持较高增益。
附图说明
图1为天线整体结构示意图
图2为图1的主视图；
图3为渐变辐射体的结构图；
图4为天线金属地板示意图；
图5为天线s11曲线图；
图6为天线在工作频段5个频点0.82ghz、1.71ghz、2.4ghz、3.5ghz、4.9ghz处xoy面辐射方向图；
图7为天线在工作频段5个频点0.82ghz、1.71ghz、2.4ghz、3.5ghz、4.9ghz处xoz面辐射方向图；
图8为天线在工作频段5个频点0.82ghz、1.71ghz、2.4ghz、3.5ghz、4.9ghz处yoz面辐射方向图；
图9为天线在0.82ghz处xoy面内仰角分别为10°、20°、30°辐射方向图；
图10为天线在1.71ghz处xoy面内仰角分别为10°、20°、30°辐射方向图；
图11为天线在2.4ghz处xoy面内仰角分别为10°、20°、30°辐射方向图。
图12为天线在3.5ghz处xoy面内仰角分别为10°、20°、30°辐射方向图。
图13为天线在4.9ghz处xoy面内仰角分别为10°、20°、30°辐射方向图。
图14为天线在仰角10°、20°、30°处工作频带内的增益。
图15为天线在lte频段效率及对应的增益和sub-6g频段的效率及对应的增益。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述
实施例1
参照图1、图2、图3和图4
一种小型化宽带vivaldi单极子天线，包括介质基板1、渐变辐射体2、矩形金属地板3、馈电结构4和金属圆盘5，所述矩形金属地板3位于介质基板1的下方，该矩形金属地板3位于所述金属圆盘5的上方，所述馈电结构4印制在辐射体2的下方，所述渐变辐射体2为不规则异形结构，该渐变辐射体2由四个第一矩形槽2.1、一个第二矩形槽2.2、半圆槽2.3和斜切角2.4组成；渐变辐射体2印制在介质基板1的正前方，所述四个第一矩形槽2.1和一个第二矩形槽2.2位于辐射体2侧面直线段相对应的另一侧设有开口；所述四个第一矩形槽2.1分别与一个第二矩形槽2.2之间相互平行；所述渐变辐射体2与馈电结构4相邻边缘的一侧开设有半圆槽2.3，所述斜切角2.4位于渐变辐射体2上方边缘的一侧。
本发明的渐变辐射体2的槽线形状为指数型的vivaldi天线，针对传统vivaldi天线存在的尺寸较大、增益较低的问题，采用渐变开槽，天线具有良好的电性能及辐射性能，是一种端射行波天线，具有宽频带、高增益和尺寸小等优点，因此被广泛应用于宽频带无线通信领域。天线在传统的vivaldi天线基础上改进而来，首先由公式
本发明可工作于lte通信频段以及sub-6g频段，其-6db阻抗带宽可覆盖690-2170mhz，其-10db阻抗带宽在可覆盖2170-5500mhz，其工作频带完全可覆盖lte700/800、gsm850/900、dcs1800、pcs1900、umts2100、bluetooth、wimax2350、wlan2400、lte2300/2500以及sub-6g频段，具有很好的宽带特性。
所述渐变辐射体2上方的斜切角2.4长度为lq,其中，lq为25～30mm；所述介质基板1的宽为w,长为l，其中，l＝45～55mm，w＝45～55mm。当l＝51mm，w＝50mm，lq＝26.5mm。
所述四个第一矩形槽2.1的长度为lc1，其中，lc1＝28～30mm；所述一个第二矩形槽2.2的长度为lc2，其中，lc2＝30～32mm；四个第一矩形槽2.1和一个第二矩形槽2.2的宽度为wc，其中，wc＝2～4mm。当lc1＝29mm,lc2＝31mm,wc＝3mm。
采用半径为lc3扇形馈电结构4，lc3＝7.5mm。
采用ld×wd×hd矩形金属地板，当ld＝80mm，wd＝40mm，hd＝2mm。
所述半圆槽2.3的半径为r1，其中，r1＝4～6mm。当r1＝3.6mm。
实施例2
所述渐变辐射体2上方的斜切角2.4长度为lq,其中，lq为25～30mm；所述介质基板1的宽为w,长为l，其中，l＝45～55mm，w＝45～55mm。当l＝55mm，w＝55mm，lq＝30mm。
所述四个第一矩形槽2.1的长度为lc1，其中，lc1＝28～30mm；所述一个第二矩形槽2.2的长度为lc2，其中，lc2＝30～32mm；四个第一矩形槽2.1和一个第二矩形槽2.2的宽度为wc，其中，wc＝2～4mm。当lc1＝30mm,lc2＝32mm,wc＝4mm。
采用半径为lc3扇形馈电结构4，lc3＝7.5mm。
采用ld×wd×hd矩形金属地板，当ld＝80mm，wd＝40mm，hd＝2mm。
所述半圆槽2.3的半径为r1，其中，r1＝4～6mm。当r1＝6mm。
实施实例3
所述渐变辐射体2上方的斜切角2.4长度为lq,其中，lq为25～30mm；所述介质基板1的宽为w,长为l，其中，l＝45～55mm，w＝45～55mm。当l＝45mm，w＝45mm，lq＝25mm。
所述四个第一矩形槽2.1的长度为lc1，其中，lc1＝28～30mm；所述一个第二矩形槽2.2的长度为lc2，其中，lc2＝30～32mm；四个第一矩形槽2.1和一个第二矩形槽2.2的宽度为wc，其中，wc＝2～4mm。当lc1＝28mm,lc2＝30mm,wc＝2mm。
采用半径为lc3扇形馈电结构4，lc3＝7.5mm。
采用ld×wd×hd矩形金属地板，当ld＝80mm，wd＝40mm，hd＝2mm。
所述半圆槽2.3的半径为r1，其中，r1＝4～6mm。当r1＝3.6mm。
实施例4
参照图5
图5为实测反射系数s11曲线图，图中所示横轴表示频率，单位为ghz，纵轴为s11,其-6db阻抗带宽可覆盖690-2170mhz，其-10db阻抗带宽在可覆盖2170-5500mhz，其工作频带完全可覆盖lte700/800、gsm850/900、dcs1800、pcs1900、umts2100、bluetooth、wimax2350、wlan2400、lte2300/2500以及sub-6g频段。
参照图6
图6为图1所示天线在工作频段5个频点0.82ghz、1.71ghz、2.4ghz、3.5ghz、4.9ghz处xoy面实测的辐射方向图，其中左边标尺为增益值，代表极坐标中各虚线的增益大小，单位为db，圆图刻度为theta值，在工作频段内，天线在xoy平面具有较好的全向性。
参照图7
图7为图1所示天线在工作频段5个频点0.82ghz、1.71ghz、2.4ghz、3.5ghz、4.9ghz处xoz面实测的辐射方向图，其中左边标尺为增益值，代表极坐标中各虚线的增益大小，单位为db，圆图刻度为theta值。
参照图8
图8为图1所示天线在工作频段5个频点0.82ghz、1.71ghz、2.4ghz、3.5ghz、4.9ghz处yoz面实测的辐射方向图，其中左边标尺为增益值，代表极坐标中各虚线的增益大小，单位为db，圆图刻度为theta值。
参照图9
图9为小型化宽带vivaldi单极子天线在0.82ghz处xoy面内仰角分别为10°、20°、30°实测的辐射方向图，其中左边标尺为增益值，代表极坐标中各虚线的增益大小，单位为db，圆图刻度为theta值。因为车载电话接收到的来波信号可能与汽车存在的一定的仰角，所以为了能够良好的接收信号，在一定的仰角的水平面天线保持全向性是有必要的，所公开的天线在一定的仰角内，在xoy平面均具有较好的全向性。
参照图10
图10为小型化宽带vivaldi单极子天线在1.71ghz处xoy面内仰角分别为10°、20°、30°实测的辐射方向图，其中左边标尺为增益值，代表极坐标中各虚线的增益大小，单位为db，圆图刻度为theta值。
参照图11
图11为小型化宽带vivaldi单极子天线在2.4ghz处xoy面内仰角分别为10°、20°、30°实测的辐射方向图，其中左边标尺为增益值，代表极坐标中各虚线的增益大小，单位为db，圆图刻度为theta值。
参照图12
图12为小型化宽带vivaldi单极子天线在3.5ghz处xoy面内仰角分别为10°、20°、30°实测的辐射方向图，其中左边标尺为增益值，代表极坐标中各虚线的增益大小，单位为db，圆图刻度为theta值。
参照图13
图13为小型化宽带vivaldi单极子天线在4.9ghz处xoy面内仰角分别为110°、20°、30°实测的辐射方向图，其中左边标尺为增益值，代表极坐标中各虚线的增益大小，单位为db，圆图刻度为theta值。
参照图14
图14为小型化宽带vivaldi单极子天线在仰角10°、20°、30°处工作频带内的增益，其中纵坐标代表增益大小，单位为db，横坐标刻度为频率值，单位为ghz。本发明天线在一定的仰角内均具有较高的增益，其中由于下方大地板的反射作用，随仰角增大时，增益也会随之增大。
参照图15
图15为小型化宽带vivaldi单极子天线其实测效率，其中纵坐标代表效率大小，按百分比计，横坐标刻度为频率值，单位为ghz，在lte频段为41.7-89.6％，所对应的增益在1.12-5.92dbi之间；在sub-6g频段其效率为74.9-80.4％，所对应的增益在6.27-6.86dbi之间。
所发明的天线在xoy平面具有全向的方向图，在xoz以及yoz平面具有稳定的方向图和小的后瓣。此外，所发明的天线在一定的仰角内，其水平面方向图仍具有好的全向性及高的增益。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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