[发明专利]一种加载矩形耦合谐振器的对数周期振子天线

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种加载了新型结构的对数周期振子天线。

背景技术

对数周期天线于1957年提出，是一种宽频带的非频变天线，它的基本思想是天线按某一比例因子                                                变换后仍等于它原来的结构，则天线的频率为和时性能相同。因为它具有较宽的频带和简单的结构，所以在许多领域迅速得到了广泛的使用。

对数周期天线的主要类型有对数周期偶极天线和单极天线、对数周期谐振V形天线、对数周期螺旋天线等形式，其中最普遍的是对数周期偶极天线。它可以用于点对点通信，也可以用于科技数字讯号测定，用途广泛，例如作为有线电视天线，接收电台信号，发送数字基站的科技讯号，以及辐射测量设施雷达的效用等，也可作为短波通信天线和中波、短波的广播发射天线。

本发明是在传统对数周期偶极天线的基础上进行的。

对数周期偶极天线目前的研究热点主要集中在通过改变其低频端振子的结构来增加带宽和降低下截止频率，这是由于对数周期偶极天线的振子是按某一比例因子成等比例变化的，当截止频率较低时，天线的尺寸较大，给加工和使用带来了不便。调整低频端振子的形状和尺寸是目前改善其低频性能，拓展带宽的主要方法，比如矩形、折叠振子、三角形，或者在振子或馈线上增加开槽或切角等。

本发明属于不同于过去研究方向的新方法。

经对现有技术的文献检索发现，哈尔滨工业大学的傅佳辉等人的专利“宽带印刷小型化对数周期天线”（CN104092011A），该天线将振子的结构改为形和山形，以增加其电长度；Dimitris E. Anagnostou等人在2008年第7卷的IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS（天线和无线传输）上发表了 “A Printed Log-Periodic Koch-Dipole Array （LPKDA）”（一种加载柯克振子的印刷对数周期天线）”，该天线的阻抗带宽覆盖1.90-3.2GHz，减少了天线17%的面积。经研究，他们所采用的方法均为改变天线振子的形状，而本文提出的加载新型结构矩形耦合谐振器阵列（互补式开口环Complementary Split-Ring Resonator）的方法，通过不同于以往研究的创新方式来拓展带宽和减小体积，本文采用的的传统对数周期天线频带为0.6-1.8GHz（3：1），加载矩形耦合谐振器阵列后频带为0.4-1.8GHz（4.5:1），其中最低截止频率由第一对（最大的一对）矩形耦合谐振器（5、14）的尺寸决定，最低谐振频率公式为（光速/[4×（距离中心距离+长+宽）]，而整个频率域内的辐射则通过调节矩形耦合谐振器阵列的比例因子实现。同时，进一步的研究可以结合非传统振子的对数周期天线，例如柯克振子的对数周期天线上加载矩形耦合谐振器阵列，以结合二者的优势。

发明内容

本发明目的在于，在不改变对数周期天线设计的基础上，提供一种可加载的矩形耦合谐振器，在降低天线的截止频率的同时不增加天线的体积，使其比原来拥有更大的带宽的对数周期振子天线。

本发明提供的带宽拓展的对数周期偶极天线，覆盖0.4-1.8GHz频段，同时拥有较小的尺寸（如为300mm×368mm）。本发明结构基于传统对数周期振子天线，通过在每对对数周期偶极振子的背面相对应位置加载矩形耦合谐振器阵列，同时达到增加带宽和不增加体积的目的。具体来说，本发明提供的加载新型结构的对数周期振子天线，其结构如图1、图2、图3、图4和图5所示。包括一个起支撑作用的介质板1，一个输入端口23,所述介质板1的正面有：第一传输线单元25、第一对数周期振子阵列4、第一矩形耦合谐振器阵列5、7、9、11、13、15、17、19、21、短路端线3，其中：

第一传输线单元25的一端和输入端口23相接，另一端和短路端线3相接，第一对数周期振子阵列4和第一传输线单元25相接；第一对数周期振子阵列4采取传统对数周期天线的设计方式，其长度、宽度和间距随着振子序号增大而按比例减小，其比例因子为；第一矩形耦合谐振器阵列5、7、9、11、13、15、17、19、21的中心位于相应第一对数周期振子阵列4中心的对称位置，随着对数周期振子长度的缩短，其长和宽按等比缩短，其尺寸按比例常数成等比变化，此因子为对数周期振子的算术平方根，其原因为当谐振频率较低时，每对振子所对应的谐振点带宽较窄，增大可使天线在整个频率域内谐振，谐振器阵列与第一传输线单元25的距离保持不变；