用于目標檢測的超寬帶共面波導天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及超寬帶，為提出一種小型共面波導天線，適用于6.61?11.93GHz頻率范圍，能有效發射和接收高頻信號，對發射和接收的兩種電磁波信號加以分析，本實用新型采用的技術方案是，用于目標檢測的超寬帶共面波導天線，所述天線印刷在FR?4常規PCB介質基板上，單層印刷結構，由共面微帶傳輸線、輻射區和引向器組成，采用共面微帶傳輸線饋電，共面微帶線的饋電正負極板在同一平面，共面微帶線將電流傳導到輻射區，高頻電流在輻射區周圍空間產生高頻電磁場，并輻射出去，在引向器的作用下，頻率較高部分的電磁波得到引導，在引向器處同樣形成輻射。本實用新型主要應用于通信天線設計制造場合。
【專利說明】
用于目標檢測的超寬帶共面波導天線
技術領域
[0001]本實用新型涉及超寬帶、天線設計、目標檢測、微波系統，具體講，涉及用于目標檢測的超寬帶共面波導天線。
【背景技術】
[0002]隨著微波無線技術快速發展，更多的信號頻帶被利用，在現有的許可頻率范圍內，頻帶資源利用率高，未開發頻帶匱乏，為了滿足不斷增長的軍用需求和民用需求，需要將更高頻率利用起來，生產相應工作頻率的微波器件。在毫米波級別的復雜高頻率環境中，超寬帶(UWB)技術，相對于傳統的窄帶技術，具有低功耗，高精度，高速率的明顯優勢，因此，發展具備高速低功耗，廉價高性能特點的超寬帶(UWB)技術勢在必行。
[0003]超寬帶(UWB)技術通常應用于探測雷達、材料探傷、乳腺腫瘤檢測等領域，更加廣泛的使用和相應環境頻率的天線設計密不可分。在微波系統中，收發信號的天線優劣直接決定了微波系統工作的效率高低。一款優良的用于目標檢測的超寬帶天線，通常具有尺寸微小，成本低廉，且無輻射損傷等諸多優點，超寬帶天線的工作頻率通常在GHz級別，處于該頻率等級的天線，必須具有穩定小于2的電壓駐波比以及穩定增益。
[0004]共面波導結構，也就是共面微帶傳輸線結構，共面波導饋電是天線饋電的常用方式，采取共面波導結構饋電的天線可以很方便地集成在印刷電路板上，單層的共面波導天線，易于制造，為電路的無源和有源系統構建提供了便利。
【發明內容】
[0005]為克服現有技術的不足，本實用新型旨在提出一種小型共面波導天線，適用于6.61-11.93GHz頻率范圍，在工作頻帶內具有穩定的天線增益，能有效發射和接收高頻信號。該天線發射的電磁波能量方向較為集中，以一定規律置于探測區域鄰近處，可以通過該天線發射和接收電磁波，對發射和接收的兩種電磁波信號加以分析，以此得到該區域及未知物體的相關信息，為未知目標的位置判斷和進一步探索提供科學依據。本實用新型采用的技術方案是，用于目標檢測的超寬帶共面波導天線，所述天線印刷在FR-4常規PCB介質基板上，單層印刷結構，由共面微帶傳輸線、輻射區和引向器組成，采用共面微帶傳輸線饋電，共面微帶線的饋電正負極板在同一平面，共面微帶線將電流傳導到輻射區，高頻電流在輻射區周圍空間產生高頻電磁場，并輻射出去，在引向器的作用下，頻率較高部分的電磁波得到引導，在引向器處同樣形成輻射。
[0006]共面微帶線由三個饋電極板構成，所述饋電極板面在一個平面內，輻射區是枝節結構的金屬面引向器為一等腰三角形，下方延生為矩形區域的金屬面部分。
[0007]饋電狹縫寬度為0.16mm，偵靦枝節長度LI=引向器寬度Wl = 9mm，饋電極板長度L2=5.73mm，饋電極寬度W3 = 11.64mm，微帶線寬度W4 = 1.4mm,引向器尖端長度L3 = 2.25mm，側面枝節寬度W2=引向器矩形部分長度L4 =輻射區橫軸長度L6 = 1mm，引向器和輻射區間距L5 = 1.25mmο
[0008]本實用新型的特點及有益效果是:
[0009]通過調節天線枝節數量和位置以及引向器結構和位置，來調節天線的輻射性能和在某些頻率的方向性，從而整體上改善天線匹配和方向性，最后的優化結果顯示天線具備穩定的增益和良好的方向性，對于提高檢測精確度和降低天線能量損耗具有重要意義。在天線的工作頻帶范圍內的有效增益均達到4dBi以上，而在7到I IGHz的整數頻率上，3dB增益角寬分別為133.9°、164.6°、57°、139°和114.9°，因此，電磁波可以在輻射區域內有效覆蓋，且在主瓣方向功率密度集中，便于電磁信號的定向發射與接收。
【附圖說明】
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[00?0]圖1該天線的印刷結構示意圖。
[0011]圖2該天線的Sll特性曲線。
[0012]圖3增益隨頻率變化曲線。
[0013]圖4該天線在7GHz時的方向圖。
[0014]圖5該天線在8GHz時的方向圖。
[0015]圖6該天線在9GHz時的方向圖。
[0016]圖7該天線在1GHz時的方向圖。
[0017]圖8該天線在I IGHz時的方向圖。
【具體實施方式】
[0018]本實用新型技術方案是，
[0019](I)天線印刷在介電常數為4.3的FR-4常規PCB介質基板上，天線大小為25 X 30 X1mm，此天線是單層印刷結構。圖1所示是此款超寬帶天線正面印刷結構示意圖。該天線由共面微帶傳輸線①、輻射區②和引向器③組成，天線采用共面微帶傳輸線①饋電，共面微帶線由三個饋電極板構成，極板面在一個平面內，饋電狹縫寬度為0.16mm，性能優異、加工方便。共面微帶線①將電流傳導到輻射區②，輻射區是枝節結構的金屬面，高頻電流在輻射區周圍空間產生高頻電磁場，并輻射出去。在引向器③的作用下，天線在頻率較高時也能形成優良匹配效果，引向器為一等腰三角形，下方延生為矩形區域的金屬面部分。頻率較高部分的電磁波得到引導，在引向器③處同樣形成輻射。天線的各項參數為:饋電狹縫寬度為0.16111111，偵_枝節長度1^1 =引向器寬度￥1 = 9111111，饋電極板長度1^ = 5.73111111，饋電極寬度￥3=11.64mm，微帶線寬度W4= 1.4mm，引向器尖端長度L3 = 2.25mm，側面枝節寬度W2 =引向器矩形部分長度L4 =福射區橫軸長度L6 = lmm，引向器和福射區間距L5 = l.25mm。
[0020](2)圖2是天線的Sn圖，從圖中直觀地看到天線在工作頻帶內具有良好的匹配特性，駐波比高，能量傳遞效率高。
[0021](3)圖3是天線在工作頻帶內，各頻率點的最大增益曲線。在圖中可以看到天線在這些頻率點均有大于4dBi的穩定增益，這意味著天線在主輻射方向的方向性良好，有利于提高方向輻射強度，此外，良好的增益使得輻射損耗低，降低了發射功率損耗，實現了超寬帶檢測的低功耗特性。天線的在個頻率點的方向圖如圖4至圖8所示。
[0022]本實用新型的特點:
[0023](I)采用共面波導結構饋電，以及引向器的適當引入，天線的主輻射方向增益穩定，在工作頻帶內可以順利進行信號電磁波的發射與接收。
[0024](2)天線通過共面微帶傳輸線連接至同軸傳輸線，將接收的激勵信號發射出去，同時同軸接收端可以對回收的信號進行分析，從而得到未知物體分布信息。
[0025](3)天線在頻帶內增益穩定，主輻射方向功率集中，可以實現選定主方向的發射與接收，這有利于檢測信號的定向檢測，實現未知物體位置的精確定位。
【主權項】
1.一種用于目標檢測的超寬帶共面波導天線，其特征是，所述天線印刷在FR-4常規PCB介質基板上，單層印刷結構，由共面微帶傳輸線、輻射區和引向器組成，采用共面微帶傳輸線饋電，共面微帶線的饋電正負極板在同一平面，共面微帶線將電流傳導到輻射區，高頻電流在輻射區周圍空間產生高頻電磁場，并輻射出去，在引向器的作用下，頻率較高部分的電磁波得到引導，在引向器處同樣形成輻射。2.如權利要求1所述的用于目標檢測的超寬帶共面波導天線，其特征是，共面微帶線由三個饋電極板構成，所述饋電極板面在一個平面內，輻射區是枝節結構的金屬面引向器為一等腰三角形，下方延生為矩形區域的金屬面部分。3.如權利要求1所述的用于目標檢測的超寬帶共面波導天線，其特征是，饋電狹縫寬度為0.16mm，側面枝節長度LI =引向器寬度Wl = 9mm，饋電極板長度L2 = 5.73mm，饋電極寬度W3 = 11.64mm，微帶線寬度W4= 1.4mm，引向器尖端長度L3 = 2.25mm，側面枝節寬度W2=引向器矩形部分長度L4 =輻射區橫軸長度L6 = lmm，引向器和輻射區間距L5 = 1.25mm。
【文檔編號】H01Q1/50GK205692955SQ201620572728
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月12日 公開號201620572728.6, CN 201620572728, CN 205692955 U, CN 205692955U, CN-U-205692955, CN201620572728, CN201620572728.6, CN205692955 U, CN205692955U
【發明人】肖夏, 佘東東
【申請人】天津大學