[发明专利]一种小尺寸平板超宽带天线

说明书

技术领域

本发明属于无线检测技术领域，涉及一种小型平板天线。 

背景技术

超宽带无线检测技术的飞速发展带来了无损检测的又一次进步。超宽带无线数据的传输速度更快，数据包含信息量更大，功耗更低，设备成本更低，保密性更强，穿透性更好，这些优点是常规无线检测技术不具有的。性能良好的超宽带天线是确保检测可靠性、高速性以及抗干扰性良好的关键，超宽带天线的设计成为超宽带无线检测技术的重中之重。为了适应射频电路等高速电路应用的需求，天线的小型化设计成为关键，微带单极天线易于调节天线的带宽，它能方便地同高速电路集成，满足设备高集成度，低功耗的要求。单极天线添加的方槽结构可以减小天线尺寸，有利于天线小型化。针对应用领域，使用“不”字形极子有效地调整天线单方向辐射性能，降低天线阵列之间的相互串扰。以上诸多设计使超宽带天线更易应用于在实际检测中。 

发明内容

本发明的目的是提供一种尺寸频带较宽、单向增益较高的超宽带天线。本发明提供的天线形状规则，适合规律排布并组成天线阵列，天线方向性良好，单方向穿透能力强，适合检测领域的应用。本发明的技术方案如下： 

一种小尺寸平板超宽带天线，包括分别制作在基板两面的馈电极子和开槽接地板，其特征在于，所述的馈电极子为“不”字形，极子呈四分岔形，上面呈一字型相连的两个横向分岔用于调整天线的单向辐射性，两个斜向分岔调整馈电极子和开槽接地板之间的间隙，两个斜向分岔由上至下与开槽接地板之间形成由宽至窄的间隙。 

作为优选实施方式，横向分岔与两个斜向分岔之间的角度均为45°角；所述天线的尺寸为16mm×16mm，开槽接地板的开槽的宽度和长度分别为13mm×14mm，两个横向分岔连通其相连部分的总长度（w）与开槽的长度一致，馈电极子的高度（h）为8.1mm；4.馈电极子馈线的宽度为2mm，极子的两个横向分岔的宽度为1mm，两个45°角分岔的宽度为1.41mm。 

本发明对已有的馈电地板开槽天线结构进行改进，调整馈电地板开槽尺寸使天线带宽性能达到要求，使用“不”字形馈电极子实现天线的单方向辐射，确保天线单方向穿透力强，增益高。通过一系列优化，天线的最终尺寸为16mm×16mm，厚度为1mm，微带天线的尺寸非常适合医疗检测仪器中的小型化天线阵列。天线的-10dB回波损耗频率覆盖范围从5GHz到7.7GHz，包含检测信号所需的中心频率6GHz，带宽为2.7GHz，天线的回波损耗S₁₁曲线如附图4所示。天线极子前方向增益达到3.5dB，单向增益较高，天线在侧向辐射很小。可以应用于医疗检测使用的平板天线阵列中，各天线侧向辐射受抑制，相互干扰较小，功耗降低。 

附图说明

图1天线正面图单位（mm）。 

图2天线背面图单位（mm）。 

图3天线透视图单位（mm）。 

图4天线的回波损耗S11随频率变化曲线。 

图5天线的方向图。 

具体实施方式

本发明的天线结构如图1至3所示，天线的方向图如图5所示。开槽后环形馈电地板6（铜制成）改变了电流走向，电流沿地板底部中心馈入，经由开槽地板的两侧，最后形成环形馈电网络，相比于不开槽馈电地板，环形馈电网络大大增加有效馈电长度，有利的减小微带天线的尺寸。采用“不”字形极子，极子呈四分岔形，如图1，上面两个横向分岔3用于调整天线的单向辐射性，使天线的侧向辐射受到抑制，天线只能向极子的前向或后向进行辐射，满足单向高增益、抗干扰的性能要求。下面两个45°角的斜向分岔4调整天线馈电极子2（铜制成）和馈电地板6之间的间隙，两个分岔由上至下与馈电地板之间形成由宽至窄的间隙，实现天线的指定带宽。天线基板1材料采用FR4，此种材料价格低廉，易于加工。 

本发明通过采用开槽技术，对馈电地板6开矩形槽7，可以有效减小天线尺寸，并使天线达到指定带宽。通过仿真优化最终确定开槽的长度和宽度分别为13mm×14mm。馈线宽为2mm，并且横向两分岔宽为1mm，45°角的两分岔宽度为1.41mm，经优化确定当w＝14mm、h 8.1mm时，天线在所需带宽5GHz到7.7GHz处具有很高的单向辐射特性，如图5所示，其极子正向辐射强度达到3.5dB的增益，而侧向60度处辐射增益小于-4dB，满足了天线单向辐射的要求，有效降低天线阵列间不同天线的相互干扰，增强天线穿透能力，使检测结果精确可靠。