本發(fā)明涉及一種微帶天線，特別是一種基于寄生條帶加載的小型化平面八木微帶天線。

背景技術(shù)：

八木天線因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、增益高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在很多電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其典型結(jié)構(gòu)由一個(gè)偶極子天線、一個(gè)平行的反射器和一組平行的引向器組成。一般而言，其中偶極子天線與反射器之間的距離在0.15λ₀-0.4λ₀為宜。而隨著二者距離的減小，由于天線的反射場(chǎng)和輻射場(chǎng)相抵消，天線的輻射阻抗將急劇降低，從而造成天線性能的惡化。因此，如何在保證八木天線優(yōu)良性能的前提下，盡可能地減小天線尺寸，即減小偶極子天線與反射條帶之間的距離，一直是業(yè)界研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于寄生條帶加載的小型化平面八木天線，該天線通過簡(jiǎn)單的單元加載方式，只需引入一個(gè)交指寄生條帶，便能夠有效減小八木天線的單元尺寸，并保持八木天線本來的優(yōu)異性能。

一種寄生條帶加載的小型平面八木天線，包括偶極子天線、介質(zhì)基板、同軸饋電探針、兩端彎折的反射條帶和交指形寄生條帶。其中偶極子天線和反射條帶平行印制于介質(zhì)基板的上表面，交指形寄生條帶印制于偶極子天線和反射條帶之間，同軸饋電探針從頂部與偶極子天線相連且與介質(zhì)基板保持垂直。

采用上述天線，反射條帶兩端向偶極子天線方向呈90°轉(zhuǎn)折且延伸至寄生條帶中心線。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：(1)在經(jīng)典結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，僅增加了交指結(jié)構(gòu)的寄生條帶，準(zhǔn)確地控制了天線反射電場(chǎng)的相位，從而控制天線反射電場(chǎng)和輻射電場(chǎng)同相疊加。借助這一設(shè)計(jì)原理，能夠方便地進(jìn)行天線的小型化設(shè)計(jì)和改進(jìn)。在實(shí)施例中，偶極子天線與反射條帶之間的距離相比于經(jīng)典結(jié)構(gòu)減小約70％。(2)該方案可以獲得與經(jīng)典設(shè)計(jì)方案相比擬的單元性能。單元性能優(yōu)異、體積小、便于調(diào)試、易于組陣。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明給出的具體實(shí)施例的3D結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2(a)為經(jīng)典的平面八木天線結(jié)構(gòu)俯視圖，圖2(b)為本發(fā)明給出的具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖3為本發(fā)明所給出的實(shí)施例的天線增益隨偶極子天線與反射條帶間距D的變化曲線與經(jīng)典的平面八木天線的對(duì)比圖。

圖4為本發(fā)明給出的實(shí)施例的阻抗特性與經(jīng)典的平面八木天線阻抗特性的對(duì)比圖。

圖5為本發(fā)明給出的實(shí)施例的反射系數(shù)隨頻率變化曲線與經(jīng)典的平面八木天線反射系數(shù)隨頻率變化曲線的對(duì)比圖。

圖6為本發(fā)明給出的實(shí)施例的實(shí)測(cè)與仿真性能參數(shù)對(duì)比圖。其中，圖6(a)為天線反射系數(shù)曲線圖，圖6(b)為天線E面方向圖，圖6(c)為天線H面方向圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1，本發(fā)明提出一種平面八木天線的小型化設(shè)計(jì)方法并給出具體的實(shí)施例。該小型化方法通過單元加載方式，在經(jīng)典微帶八木天線的饋電源與反射器之間引入一個(gè)交指形寄生條帶，通過調(diào)節(jié)交指結(jié)構(gòu)的插入深度，可以準(zhǔn)確控制天線反射電場(chǎng)的相位，能夠在饋電源與反射器距離較小的情況下，實(shí)現(xiàn)天線的反射電場(chǎng)與輻射電場(chǎng)同相疊加，從而能夠以更小的天線尺寸獲得相同的天線性能。圖1所示實(shí)施例由偶極子天線1、介質(zhì)基板2、同軸饋電探針3、兩端彎折的反射條帶4和交指形寄生條帶5組成。偶極子天線1和反射條帶4平行印制于介質(zhì)基板2的上表面，交指形寄生條帶5印制于偶極子天線1和反射條帶4之間，同軸饋電探針3從頂部與偶極子天線1相連，與介質(zhì)基板2保持垂直。

結(jié)合圖1和圖2(b)，引入的交指形寄生條帶5長(zhǎng)度L3為0.44λ₀，寬度W3為3.2mm，插入深度I為0.064λ₀。區(qū)別于圖2(a)給出的經(jīng)典的平面八木天線的設(shè)計(jì)方案，在本發(fā)明實(shí)施例中，該交指結(jié)構(gòu)被印制于偶極子天線1和反射條帶之間4，偶極子天線長(zhǎng)度L1為0.42λ₀，寬度W1為1mm；反射條帶長(zhǎng)度L2為0.53λ₀，寬度W2為7mm；反射條帶的兩端朝交指形寄生條帶方向彎折，并延伸至交指形寄生條帶的中心線處。由于交指形寄生條帶對(duì)反射電場(chǎng)相位的調(diào)節(jié)作用，偶極子天線與反射條帶之間的距離D縮短至0.06λ₀。該天線整體尺寸為0.57λ₀×0.12λ₀。

結(jié)合圖3給出的天線增益隨偶極子天線與反射條帶間距D的變化曲線，經(jīng)典的平面八木天線在D為0.21λ₀時(shí)可以獲得最大天線增益5.3dBi。但隨著D的減小，天線增益也迅速惡化，當(dāng)D減小到0.06λ₀時(shí)，天線增益僅為2.65dBi。而本發(fā)明的實(shí)施例在小尺度范圍內(nèi)，即D小于0.21λ₀的范圍內(nèi)，均可獲得5dBi以上的天線增益性能?？梢?，本發(fā)明對(duì)小尺度下的天線增益性能有明顯的改善。

結(jié)合圖4給出的阻抗特性曲線，在未引入交指形寄生條帶的情況下，當(dāng)偶極子天線與反射條帶間的距離D由0.21λ₀減小到0.06λ₀時(shí)，輻射阻抗也從56Ω線性減小到13Ω，天線性能逐漸惡化。引入了交指形寄生條帶后，得益于其反諧振特性，當(dāng)偶極子天線與反射條帶間距離D為0.06λ₀時(shí)，天線在1.48GHz處存在串聯(lián)諧振點(diǎn)，可以獲得56Ω的輻射阻抗。可見，在小尺度情況下，利用交指形寄生條帶的反諧振特性，可以顯著增強(qiáng)天線的輻射阻抗，改善天線的輻射性能。

結(jié)合圖5給出的反射系數(shù)曲線，當(dāng)偶極子天線與反射條帶間距D為0.21λ₀時(shí)，經(jīng)典的平面八木天線匹配良好，可以獲得11.2％的阻抗帶寬(1.34GHz-1.5GHz)。而隨著D減小至0.06λ₀，天線失配，天線性能惡化嚴(yán)重。本實(shí)施例中，得益于引入了交指形寄生條帶，當(dāng)D為0.06λ₀時(shí)，依然可以獲得6.8％的阻抗帶寬(1.42GHz-1.52GHz)，相較于經(jīng)典的平面八木天線方案，在小尺度情況下，通過引入寄生條帶，天線的反射系數(shù)有明顯的改善。

結(jié)合圖6(a)給出的反射系數(shù)實(shí)測(cè)曲線，本發(fā)明實(shí)施例的阻抗帶寬為7.1％(1.35GHz-1.45GHz)，除了中心頻點(diǎn)向低頻段偏移了0.1GHz外，反射系數(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果基本保持一致。中心頻點(diǎn)的偏移很大程度上是由于焊接點(diǎn)的加工精度造成的。結(jié)合圖6(b)給出的E面方向圖以及圖6(c)給出的H面方向圖，本發(fā)明實(shí)施例的最大輻射方向在θ＝90°、φ＝0°，實(shí)測(cè)最大天線增益為4.61dBi，僅比仿真結(jié)果低了0.49dBi。此外，由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的影響和限制，E面背瓣的實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果存在4.5dBi的差異?？傮w而言，本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)測(cè)結(jié)果與理論推導(dǎo)結(jié)論、計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果相符合，有力地證明了本發(fā)明所提出的小型化設(shè)計(jì)方法，能夠在保證平面八木天線優(yōu)異性能的前提下，有效縮小天線的尺度，使天線單元的結(jié)構(gòu)更加緊湊。

綜上所述，本發(fā)明所提出的一種平面八木天線小型化設(shè)計(jì)方法，通過單元加載的方式，在偶極子天線與反射條帶之間引入一個(gè)交指形寄生條帶，能夠在保證天線性能不變的前提下，顯著縮小天線的尺寸，使天線單元的結(jié)構(gòu)更加緊湊。該小型化設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，便于加工調(diào)試，且單元性能優(yōu)異，便于組陣，具有很好的實(shí)用前景。