[發明專利]利用簡化左手微帶結構的全向輻射天線

無效

• 申請號: 200710131464.6
• 申請日: 2007-08-31
• 公開（公告）號: CN101145634A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: 馮一軍;韓文佳;趙俊明;姜田;趙林;陳罡
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q13/08
• 代理公司: 南京蘇高專利事務所
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種微帶天線，屬于無線通訊技術領域，用于接受或傳輸電磁信號，具有全向輻射性能的微帶天線。

背景技術

在無線通訊、雷達、衛星、電子對抗和電子導航等諸多電子設備中，日益要求采用體積小、重量輕的天線。天線技術從傳統的振子天線、八木天線、拋物面天線、喇叭天線發展到目前體積更小、結構更簡單的微帶天線。與傳統天線相比，微帶天線具有體積小、重量輕、低剖面、具有平面結構，易于與載體(如導彈、衛星等高速飛行器)共形，饋電網絡可與天線結構一起制成，適合用于印刷電路技術大批量生產的優點。但目前的微帶天線通過設計不同的微帶元可實現最大輻射方向從邊射到端射范圍內調整，但未實現全向輻射。同時，能實現全向輻射的天線，如偶極子天線，立體圓盤形天線，并不具有平面結構，難于與載體共形。

發明內容

發明目的：本發明針對現有技術的不足，提供一種能實現全向輻射的微帶天線，該天線在原有普通貼片天線的基礎上，對受到廣泛關注的左手/右手傳輸線結構實現全向輻射的天線進行了優化和簡化，同樣得到了性能良好的全向輻射的天線，同時保證天線呈平面結構，具有低剖面的優點。

技術方案：本發明所述的全向輻射的微帶天線，包括一個介質基板；一個輻射金屬貼片和一個金屬地板，分別印制在介質基板的兩側；N個通過介質基板，連接金屬地板和輻射金屬貼片的金屬過孔(N≥1，自然數)；一個包括內芯和外芯的射頻同軸連接器SMA接頭，連接輻射金屬貼片和金屬接地板，通過該連接器使饋電從金屬地板激勵到輻射金屬片，形成電磁輻射。

所述輻射金屬貼片可以是矩形或是圓形，或是任意形狀，但要求保持圖形相對天線平面的法線對稱。

SMA接頭的位置通過計算電磁軟件(如Ansoft?HFSS，CST等)的模擬計算，使天線的反射系數(S11)在工作頻率附近最小(一般小于-10dB即可)，此時饋電的位置可以認為使整個加載后的天線達到阻抗匹配。一般選在關于該天線金屬輻射片對稱的位置上，此技術是成熟技術。

金屬過孔有兩種設計方式，一種是均勻分布，兩相鄰過孔之間的角度為360°/N，其中N是金屬過孔的個數；另一種是非均勻分布，但其天線結構必須對稱，分布于天線平面的法線。

通過改變介質基板的介電常數和厚度，金屬過孔的直徑和長度，以及輻射金屬貼片的大小，可以控制全向輻射發生的諧振頻率。介質基板的介電常數越大，厚度越厚，金屬過孔的直徑越小，長度越長，輻射金屬貼片尺寸越大，則全向輻射發生的諧振頻率越低。

傳統傳輸線結構可以等效成串聯電感和并聯電容的級聯。而左手傳輸線結構與傳統的傳輸線結構相反，可以等效成串聯電容和并聯電感的級聯，所以左手傳輸線結構傳輸特性和右手結構的正好相反，可以實現能流方向和波矢方向相反，具有反向傳輸特性。當把左手傳輸線和右手傳輸線結構結合起來時，可以在某頻率時實現傳播常數為零的傳輸，從而結構上的各部分相位保持相同，保持同相諧振。將這種結構運用到天線上，可以實現全向輻射的微帶天線。當簡化左手傳輸線模型，僅保留并聯電感，構成簡化的左手/右手傳輸線模型，并運用到天線上，同樣可以實現全向輻射的輻射特性。同時，簡化了天線的模型，降低了制作的精密度要求，有利于大批量的工業生產制作。

本發明用輻射金屬貼片實現傳統的右手傳輸線結構，即在微波頻率下可等效成串聯電感和并聯電容，用金屬過孔來實現并聯電感，構成簡化的左手/右手傳輸線模型的微帶天線。

有益效果：本發明與現有技術相比，其顯著優點是：1、具有低剖面，可以與載體共形；2、在某一頻率，具有水平面內全向輻射的特性；3、具有垂直線性電場極化，具有低的交叉極化水平；4、結構簡單，有利于降低制作的精密度要求，利于大批量的工業生產制作。

附圖說明

圖1是本發明的微帶天線結構透視圖。

圖2是本發明的微帶天線結構主視圖。

圖3是本發明的微帶天線結構后視圖。

圖4是本發明的微帶天線結構側面方向的剖視圖。

圖5是本發明的微帶天線在全向輻射頻率時天線的Etotal在空間的輻射方向圖。

圖6是本發明的微帶天線在全向輻射頻率時天線輻射的E面同極化和交叉極化方向電場方向圖的仿真和實驗結果。

圖7是本發明的微帶天線在全向輻射頻率時天線輻射在theta＝90°平面上同極化和交叉極化電場方向圖的仿真和實驗結果。

圖8是本發明的具有8個金屬過孔的微帶天線結構主視圖。

圖9是本發明的具有圓形輻射金屬貼片的微帶天線結構主視圖。

在所有的上述附圖中，相同的標號表示具有相同、相似或相應的特征或功能。

具體實施方式