帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線的製作方法

2023-06-01 07:13:11 1

專利名稱：帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，特別一種用於通信和廣播等技術領域的微帶偶極子天 線。
背景技術：
當前市場上現有的偶極子天線多用金屬管料和棒料製作，存在如下不足1.由於主要採用金屬管料和棒料，不僅造成工作頻帶窄，而且體積大又笨重，工藝 流程較複雜，成本高，一致性差；2.由於一致性差，調試起來很費力，組陣使用中單元天線出了故障又難互換，造成 維修延誤。3.由於體積大、笨重，運輸時往往需拆散包裝，到達施工現場又往往得重新組裝、 重新調試，這即不利於現場施工也不利於現場維護。

發明內容
本發明旨在解決現有偶極子天線產品中存在的工作頻帶窄、體積龐大笨重、調試 複雜、成品一致性差、成本高等技術問題，以提供一種用於生產具有工作頻帶寬、平面集成、 體積小、重量輕、一致性好、穩定性高、成本低等優點的帶縱向槽微帶偶極子天線的縱向槽 參數的計算方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的。本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，由分別印製於T型印製板兩面 的微帶偶極子1和饋電網絡2構成，其中沿微帶偶極子1的中軸線由T型頂端至下部刻有 縱向槽6 ；其中饋電網絡2由第一節饋線3、第二節饋線4和第三節饋線5順序連接構成， 第一節饋線3呈豎折豎形，第一豎部9平行於縱向槽6，其頂端連接第二節饋線4的豎部10 底端，折部8的始端與第一豎部9的尾端呈九十度相交，折部8的尾端與第二豎部7頂端呈 九十度相交，第二豎部7設於T型印製板中軸線，其尾端連接T型印製板底端；第二節饋線 3的豎部10設於第一節饋線3之第一豎部9的延長線上，其頂端設於T型印製板的上部並 與本節饋線的橫部11左端呈九十度相交，橫部11平行於T型印製板的上邊，其右端與第三 節饋線5的頂端呈九十度相交；第三節饋線5設於第二節饋線3的豎部10以T型印製板中 軸線為對稱中心線的相對一側，其尾端位於T型印製板的下部。本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其中所述T型印製板的厚度 為2mm，介電常數為2. 55。本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其中所述微帶偶極子臂長15 =0. 4X光速/天線工作頻率 0. 5X光速/天線工作頻率；微帶偶極子臂寬16 = 0. 1 X 光速/天線工作頻率 0. 15 X光速/天線工作頻率；微帶偶極子底邊高17 = 0. 1 X光速 /天線工作頻率 0. 2 X光速/天線工作頻率；微帶偶極子底邊寬18 = 0. 1 X光速/天線 工作頻率 0. 2X光速/天線工作頻率。
本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其中所述微帶偶極子臂長15 =0. 43X光速/天線工作頻率；微帶偶極子臂寬16 = 0. 115X光速/天線工作頻率；微 帶偶極子底邊高17 = 0. 15X光速/天線工作頻率；微帶偶極子底邊寬18 = 0. 14X光速
/天線工作頻率。本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其中所述三節饋線的微帶厚度 為0. 03mm ；第一節饋線3的寬度為5. 6mm,長度=0. 22X光速/天線工作頻率；第二節饋 線4的寬度為1. 9mm,長度=0. 11 X光速/天線工作頻率；第三節饋線5的寬度為1. 9mm, 長度=o. 14X光速/天線工作頻率。本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其中所述縱向槽6的特性阻抗 為 80Q-120Q。本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其中所述縱向槽寬度20為 1.7-8. 16mm，縱向槽長度19 = 0. 2X光速/天線工作頻率。本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其中所述縱向槽寬度20 = KX
7C 120 n K(k)
偶極子底邊寬18，其中K符合公 ]^y，前式中ZS為縱向槽6的特性阻
抗，為等效介電常數，符合公式^說=￥ + ￥(1 + 12#)1，、為偶極
2 2Wh
子介質板介電常數，h為偶極子介質板厚度，W為偶極子底邊寬18。本發明帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線的有益效果在於1.工作頻帶寬；2.平面集成，成品一致性好、穩定性高；3.體積小、重量輕；4.生產製造成本低，適合於批量大規模生產。


圖1為本發明結構示意2為本發明饋電網絡結構示意3為本發明縱向槽結構示意中標號說明1微帶偶極子、2饋電網絡、3第一節饋線、4第二節饋線、5第三節饋線、6縱向槽、 7第二豎部、8折部、9第一豎部、10豎部、11橫部、15微帶偶極子臂長、16微帶偶極子臂寬、 17微帶偶極子底邊高、18微帶偶極子底邊寬、19縱向槽長度、20縱向槽寬度
具體實施例方式本發明詳細結構、應用原理、作用與功效，參照附圖1-3通過如下實施方式予以說 明。本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，由分別印製於T型印製板兩面 的微帶偶極子1和饋電網絡2構成，其中沿微帶偶極子1的中軸線由T型頂端至下部刻有 縱向槽6 ；其中饋電網絡2由第一節饋線3、第二節饋線4和第三節饋線5順序連接構成，第一節饋線3呈豎折豎形，第一豎部9平行於縱向槽6，其頂端連接第二節饋線4的豎部10 底端，折部8的始端與第一豎部9的尾端呈九十度相交，折部8的尾端與第二豎部7頂端呈 九十度相交，第二豎部7設於T型印製板中軸線，其尾端連接T型印製板底端；第二節饋線 3的豎部10設於第一節饋線3之第一豎部9的延長線上，其頂端設於T型印製板的上部並 與本節饋線的橫部11左端呈九十度相交，橫部11平行於T型印製板的上邊，其右端與第三 節饋線5的頂端呈九十度相交；第三節饋線5設於第二節饋線3的豎部10以T型印製板中 軸線為對稱中心線的相對一側，其尾端位於T型印製板的下部。T型印製板的厚度為2mm，介電常數為2. 55。微帶偶極子臂長15 = 0. 43 X光速/天線工作頻率；微帶偶極子臂寬16 = 0. 115X光速/天線工作頻率；微帶偶極子底邊高17 = 0. 15X光速/天線工作頻率；微帶 偶極子底邊寬18 = 0. 14X光速/天線工作頻率。三節饋線的微帶厚度為0. 03mm ；第一節饋線3的寬度為5. 6mm，長度=0. 22X光 速/天線工作頻率；第二節饋線4的寬度為1. 9mm，長度=0. 11X光速/天線工作頻率；第 三節饋線5的寬度為1. 9mm,長度=0. 14X光速/天線工作頻率。縱向槽6的特性阻抗為80 Q-120 Q。縱向槽寬度20為1. 7-8. 16mm，縱向槽長度19 = 0. 2X光速/天線工作頻率。縱向槽寬度20 = KX偶極子底邊寬18，其中K符合公.
前式中ZS為縱向槽6的特性阻抗，e rff為等效介電常數，e eff符合公式
為偶極子介質板介電常數，h為偶極子介質板厚
度，W為偶極子底邊寬18。以下通過具體實施例對本發明作進一步說明。設計天線的工作頻率fQ = 700MHz波長\ Q = c/f0 = 428mm (c 為光速)(一)微帶偶極子的設計微帶偶極子臂長15取作0. 43人。，即為184. 3mm。微帶偶極子臂寬16取作0. 115人0,即為49mm。微帶偶極子底邊高17取作0. 15 X。，即為64. 2mm。微帶偶極子底邊寬18取作0. 14 X。，即為60mm。印製板的厚度為2mm，介電常數為2.55。微帶偶極子的輻射阻抗ZK可用如下半波偶極子輸入阻抗近似計算得到 其中ZK代表天線輸入阻抗，作用為匹配天線後級接收機的阻抗，減小反射，提高功 率發射利用率；L代表微帶偶極子臂長15 ；ff0代表微帶偶極子臂寬16。由上式計算得ZK = 170 Q。(二)縱向槽的設計
微帶偶極子底邊寬18 = 0. 14X光速/天線工作頻率=60mm。縱向槽長度19 = 0. 2X光速/天線工作頻率=85. 6_。縱向槽6的特性阻抗ZS —般為80 Q-120 Q，作用是提高功率發射利用率。其特性 阻抗可用共面線特性阻抗公式近似計算，即 式中 S為縱向槽寬度20。ff為微帶偶極子底邊寬18，即為60mm。e eff為等效介電常數，在工程上可用下式近似計算
⑵
若選用聚四氟乙烯玻璃纖維介質板(F4B-2)，則e , = 2. 55。 若介質板厚度為h = 2mm，前已計算得出W為微帶偶極子底邊寬18為60mm，將上
述數值代入(3)式可計算出￡ eff = 2. 137。(1)式中的K(k)是第一類完全橢圓積分。K(k)/.K，(k)可近似表示為
(4)
式中K』=vn
⑶
-般情況下K值很小，K(k)/K』 (k)值多取作 K(k)爪』(k):
l/7rln(2
+
4k\
(6)
當縱向槽6的特性阻抗ZS取作80 Q時，代入(1)式即 …120^"
V2.137
K(k)/. K』
(k)
K (k) /. K，(k) = 0. 3102. 將(7)式代入(6)式
(7)
1l + yfk
—ln(2-
:0. 3102
6 K，= 0. 9996................................................... (8)將(8)式帶入(5)式 1-k2 = 0. 9992K2 = 0.0008K = 0. 02828............................................................ (9)將(9)式代入(2)式 已知微帶偶極子底邊寬18為60mm，即W = 60mm 則S = 1. 7mm。以上即計算出當特性阻抗ZS取作80 Q時，縱向槽寬度20即為1.7mm。同理，當槽的特性阻抗ZS取作120 Q時，可由上述步驟計算得S = 8. 16mm因此，當使用聚四氟乙烯玻璃纖維介質板並且介質板厚度為2mm時，縱向槽寬度 20範圍可取為1. 7mm-8. 16mm之間。(三)饋電網絡的設計第一節饋線3的特性阻為50 Q，根據工具書《微帶電路》可查得微帶的厚度為2mm， 第一節饋線3寬度為5. 6mm。第一節饋線3長度為0. 22 A 0,即為94. 2mm。第二節饋線4是阻抗變換段，設計微帶偶極子的阻抗為170 Q，則它的阻抗為 根據《微帶電路》可查得第二節饋線4寬度為1. 9mm。第二節饋線4長度為0. 11入… 即為 48. 8mm。第三節饋線5的初始線寬度同第二節相同為1. 9mm,其長度為0. 14 X。，即為60mm。(四)仿真的設計根據上述一至三的計算結果，進一步利用CST進行仿真和優化參數。通過對本發明進行實測驗證表明，本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線具有技術優點如下1.在600 800MHz的頻帶範圍內駐波小，指標達到或超過傳統偶極子天線，可見 該設計有效的減小了天線體積、重量、降低了成本，為天線的小型化、模塊化設計創造了條 件；2.軸向輻射波束寬度1100左右，增益3dB ；3.擴展了偶極子天線工作帶寬，達到28%，優於傳統陣子型偶極子天線的工作帶
覓o從上所述，本發明帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線有著工作頻帶寬、平面 集成、成品一致性好、穩定性高、體積小、重量輕、生產製造成本低，適合於批量大規模生產 等諸多優點。
權利要求
帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其特徵在於由分別印製於T型印製板兩面的微帶偶極子(1)和饋電網絡(2)構成，其中沿微帶偶極子(1)的中軸線由T型頂端至下部刻有縱向槽(6)；其中饋電網絡(2)由第一節饋線(3)、第二節饋線(4)和第三節饋線(5)順序連接構成，第一節饋線(3)呈豎折豎形，第一豎部(9)平行於縱向槽(6)，其頂端連接第二節饋線(4)的豎部(10)底端，折部(8)的始端與第一豎部(9)的尾端呈九十度相交，折部(8)的尾端與第二豎部(7)頂端呈九十度相交，第二豎部(7)設於T型印製板中軸線，其尾端連接T型印製板底端；第二節饋線(3)的豎部(10)設於第一節饋線(3)之第一豎部(9)的延長線上，其頂端設於T型印製板的上部並與本節饋線的橫部(11)左端呈九十度相交，橫部(11)平行於T型印製板的上邊，其右端與第三節饋線(5)的頂端呈九十度相交；第三節饋線(5)設於第二節饋線(3)的豎部(10)以T型印製板中軸線為對稱中心線的相對一側，其尾端位於T型印製板的下部。
2.如權利要求1所述的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其特徵在於所述T 型印製板的厚度為2mm，介電常數為2. 55。
3.如權利要求1所述的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其特徵在於所述微 帶偶極子臂長(15) = 0. 4X光速/天線工作頻率 0. 5 X光速/天線工作頻率；微帶偶極 子臂寬(16) =0. IX光速/天線工作頻率 0.15X光速/天線工作頻率；微帶偶極子底 邊高(17) =0. IX光速/天線工作頻率 0. 2 X光速/天線工作頻率；微帶偶極子底邊寬 (18) =0.1X光速/天線工作頻率 0.2 X光速/天線工作頻率。
4.如權利要求1所述的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其特徵在於所述微 帶偶極子臂長(15) =0.43X光速/天線工作頻率；微帶偶極子臂寬(16) =0. 115X光速 /天線工作頻率；微帶偶極子底邊高(17) =0. 15X光速/天線工作頻率；微帶偶極子底邊 寬(18) = o. 14X光速/天線工作頻率。
5.如權利要求1所述的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其特徵在於所述三 節饋線的微帶厚度為0. 03mm ；第一節饋線(3)的寬度為5. 6mm,長度=0. 22X光速/天線 工作頻率；第二節饋線(4)的寬度為1. 9mm，長度=0. IlX光速/天線工作頻率；第三節饋 線(5)的寬度為1.9mm，長度=0. 14X光速/天線工作頻率。
6.如權利要求1所述的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其特徵在於所述縱 向槽(6)的特性阻抗為80 Ω-120 Ω。
7.如權利要求1所述的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其特徵在於所述縱 向槽寬度(20)為1.7-8. 16mm，縱向槽長度(19) = 0.2X光速/天線工作頻率。
8.如權利要求1所述的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，其特徵在於所7C 120 ττ K(k)述縱向槽寬度(20) =KX偶極子底邊寬(18)，其中K符合公式⑵=^J^前式中ZS為縱向槽(6)的特性阻抗，ε rff為等效介電常數，ε eff符合公式ρ 「 _+1 .-1 , ι 丄■( 0 2Λ、4eff =-^- + —(1+1^—J 2^er為偶極子介質板介電常數，h為偶極子介質板厚 度，W為偶極子底邊寬(18)。
全文摘要
本發明的帶饋電網絡和縱向槽的微帶偶極子天線，涉及通信和廣播等技術領域，旨在解決現有偶極子天線產品中存在的工作頻帶窄、體積龐大笨重、調試複雜、成品一致性差、成本高等技術問題。本發明由分別印製於T型印製板兩面的微帶偶極子(1)和饋電網絡(2)構成，其中沿微帶偶極子(1)的中軸線由T型頂端至下部刻有縱向槽(6)；其中饋電網絡(2)由第一節饋線(3)、第二節饋線(4)和第三節饋線(5)順序連接構成。本發明適用於設計製造通信和廣播等領域用偶極子天線。
文檔編號H01Q13/08GK101867090SQ201010108508
公開日2010年10月20日 申請日期2010年2月10日 優先權日2010年2月10日
發明者彭嗥, 汪澤, 牛書強, 申江, 騰秀文 申請人:成都九洲迪飛科技有限責任公司