[发明专利]超宽带定向天线

说明书

技术领域

本发明属于通信电子领域，涉及一种印刷天线，特别是一种超宽带定向天线。

背景技术

在目前的通信领域内，天线是无线通信系统中不可或缺的重要组成部分。在各类无线通信系统中，天线作为核心部件，其主要用途是在特定的方向上高效率的辐射和接收电磁波信号。

随着无线电系统的发展，对其中的重要组成成分之一的天线也提出了更高的要求，使之比传统天线的设计更具挑战性，主要表现在：1）、天线除了需要具有超宽的工作频带还要能够保持尺寸的紧凑，重量的轻薄，并且易于与平面大规模电路集成。2）、为解决现代无线通信系统的电磁兼容问题，定向辐射天线将是一种较好的解决手段。超宽带定向天线不仅需要满足阻抗带宽、天线尺寸和加工成本等基本要求，在其工作带宽内天线的增益和方向图特性也应尽量保持稳定，这使得宽频带、高增益、定向辐射的天线成为目前研究的热点课题之一。

在军事领域，随着通信、雷达、导航和电子战等系统的日益复杂，载体平台上的天线越来越多，电磁兼容问题异常突出，成为限制载体性能的主要瓶颈之一。为了有效地减少载体平台的天线数量, 用一副高性能的天线代替多副天线的通信、雷达、导航和电子战的功能成为未来机载天线的主要发展方向。天线定向辐射是解决电磁兼容问题的有效手段之一，这就要求天线具有多个倍频程的工作带宽的同时，还要求天线的方向图在其工作频带内应具有定向辐射的恒定波束，天线结构尺寸也应尽量小巧。

在现有实现天线宽带定向辐射特性的技术中，主要采用宽带定向辐射的天线，如喇叭天线，对数周期天线，渐变结构的天线。虽然这些天线都可实现宽频带定向工作的能力，但是天线的尺寸较大，而且实现宽频带的结构较为复杂，参数之间的影响较大，设计不够灵活。由于平面结构的天线易于设计和加工，因此，平面印刷天线成为天线设计的首选形式。同时，在同一平面实现宽带天线，且结构简单易于实现，参数天线易于调节是设计的实现目的。

八木天线是一种定向性很好的天线，已经得到了广泛的应用。但传统的八木天线的带宽较窄，并且八木天线是属于谐振天线，对时域的波形有较大的色散。平面印刷技术可以有效的展宽八木天线的带宽，但是展宽的天线带宽仍然有限。并且平面印刷八木天线需要较大的地板作为反射器来提高定向辐射特性。

发明内容

为克服现有技术印刷得到的八木天线带宽有限的问题，辐射焦点定向性差的技术缺陷，本发明公开了一种超宽带定向天线。

本发明所述超宽带定向天线，由介质基板和印刷在介质基板上的辐射单元、馈电网络和地板组成，还包括位于地板上的微带槽线转换结构；所述辐射单元包括一印刷偶极子，所述印刷偶极子由轴对称分布的第一振臂和第二振臂组成，所述馈电网络由轴对称分布的第一带线和第二带线组成，所述印刷偶极子和馈电网络的对称轴重合，所述第一带线和第二带线均由直带线和连接在直带线一端的地板连接带线组成，所述直带线的另一端连接印刷偶极子的一个振臂的内侧末端，所述地板连接带线另一端连接地板，第一带线与第二带线的直带线相互平行，所述微带槽线转换结构的槽线起点位于两个地板连接带线与地板的连接点之间。

具体的，所述辐射单元由印刷偶极子和无源振子组成，所述印刷偶极子的第一振臂和第二振臂位于同一平面上，且均平行于无源振子。

优选的，所述地板连接带线为弧形带线。

进一步的，所述弧形带线为圆心角90度的四分之一圆弧，圆弧的两个端点分别连接直带线和地板，与直带线连接的端点处圆弧切线走向与直带线走向平行。

优选的，所述微带槽线转换结构由微带馈线和槽线组成，所述微带馈线和槽线在末端耦合连接，且微带馈线和槽线在耦合点的走向互相垂直。

进一步的，所述微带馈线末端具有微带匹配扇形圆片，所述槽线末端具有槽线匹配扇形圆孔，所述微带匹配扇形圆片和槽线匹配扇形圆孔中轴线互相垂直，且所述微带匹配扇形圆片和槽线匹配扇形圆孔的圆心角均为90度。

进一步的，所述微带馈线的宽度从起点到末端逐渐递减。

本发明所述的超宽带定向天线结构简单，尺寸小巧，并且同时具有宽频带特性，高增益和较好定向辐射能力。该天线结构简单紧凑、体积小、重量轻、易于加工，适用于通讯、电子导航等小型设备。

附图说明

图1为本发明所述超宽带定向天线的一种具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明小型超宽带定向天线工作带宽的仿真和测试结果；

图3是本发明小型超宽带定向天线增益的仿真和测试结果；

图4是本发明天线在5GHz的仿真和测试辐射方向图；