一种基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线的制作方法

本发明涉及无线通信，具体涉及一种基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线。

背景技术：

1、本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

2、随着大规模集成电路加工制造技术的发展，电子设备及电路部分的尺寸正以几何级数的速度迅速减小，推动着无线通信设备不断向小型化和微型化的方向发展。而天线作为无线通信系统中的一部分，其传统形式一定程度上跟不上设备小型化的速度，尺寸往往制约着整个系统的微型化发展。天线的性能与其结构尺寸紧密相关，天线结构尺寸的减小势必会导致带宽、效率、方向性等性能指标的恶化。如何在保证天线性能满足基本应用需求的条件下，实现天线小型化设计，同时保持宽带特性，具有重要的现实意义。

3、磁电偶极子天线是一种经典的天线形式，具有工作频带宽、辐射性能稳定、交叉极化水平低、后瓣辐射弱等优异性能。然而，根据磁电偶极子天线基本理论，这种类型天线的结构中通常包括一只半波长的水平电偶极子、一对四分之一波长充当磁偶极子的垂直短路贴片和一个大尺寸的反射板或反射腔体。这就使得这类天线普遍存在结构尺寸较大的缺点，在实际应用中受到严重限制。因此，探究设计具有紧凑尺寸的小型化磁电偶极子天线具有十分重要的应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前传统磁电偶极子天线结构尺寸较大，且现有小型化设计中存在由于弯折或缩小尺寸导致的阻抗失配、带宽变窄、辐射性能恶化等问题，本发明提供了一种基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，基于将水平电偶极子弯折呈l形、短路贴片向内垂直折叠，并在减小尺寸后的水平反射板边缘加载垂直金属板构成u形反射腔的设计方案，实现了天线尺寸的大幅减小（体积缩小约80%），并通过垂直金属板与l形电偶极子之间形成的等效电容耦合，完美抵消了由天线折叠和反射板缩小引起的阻抗失配，在实现极端小型化的同时保持并拓宽了天线的宽带。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，包括：

4、l形电偶极子、垂直折叠短路贴片、γ形馈电结构和u形反射腔；

5、所述垂直折叠短路贴片设有两个，两个所述垂直折叠短路贴片之间具有一定的间隔；

6、所述l形电偶极子的顶部与两个所述垂直折叠短路贴片的上端相连，共同构成天线辐射结构；

7、所述γ形馈电结构设于两个所述垂直折叠短路贴片之间的间隔处，以对所述天线辐射结构进行耦合馈电；

8、所述u形反射腔位于所述l形电偶极子的下方；所述u形反射腔包括水平反射板以及加载于所述水平反射板边缘的垂直金属板。

9、进一步地，所述l形电偶极子包括水平的梯形部分和垂直的矩形部分；所述水平的梯形部分弯折延伸形成所述垂直的矩形部分。

10、进一步地，所述垂直金属板设有两个，两个所述垂直金属板分别对称加载于所述水平反射板相对的两侧边缘处；所述水平反射板与两个所述垂直金属板共同围成顶部开口的u型腔体结构。

11、进一步地，所述垂直金属板接地，且所述垂直金属板的顶部边缘与所述l形电偶极子之间具有预设间隙，以使得所述垂直金属板与所述l形电偶极子之间形成电容耦合。

12、进一步地，所述γ形馈电结构包括传输线部分、耦合部分和阻抗调节部分；

13、所述传输线部分的一端用于连接外部的同轴馈电结构，另一端连接耦合部分；耦合部分远离传输线部分的一端连接阻抗调节部分。

14、进一步地，所述传输线部分与其中一个所述垂直折叠短路贴片的侧壁之间保持固定间隙，以形成以空气为介质的微带传输线。

15、进一步地，所述耦合部分水平设置，以将能量耦合至所述天线辐射结构；所述阻抗调节部分沿垂直方向设置，且所述阻抗调节部分采用阶梯弯曲结构。

16、进一步地，所述垂直折叠短路贴片为沿垂直方向进行弯折的折叠结构，以形成弯折部分；所述垂直折叠短路贴片的底端与所述水平反射板短接。

17、进一步地，两个所述垂直折叠短路贴片的所述弯折部分水平相向延伸，且两个所述弯折部分的端面之间形成所述间隔。

18、进一步地，所述l形电偶极子、所述垂直折叠短路贴片和所述u形反射腔均为厚度相同的铝质件；所述γ形馈电结构为铜质件，且所述γ形馈电结构的厚度小于所述l形电偶极子的厚度。

19、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

20、1、极致的小型化设计：本发明通过在水平和垂直两个维度上进行天线结构的弯折与折叠（水平电偶极子弯折成l形，垂直短路贴片向内折叠），并大幅减小反射板尺寸，使得天线的整体尺寸由传统的减小至，体积尺寸减小了约80%，极大地节约了天线的空间占用。

21、2、优异的阻抗匹配与宽带化特性：本发明创新性地采用加载垂直金属板的方式构成u形反射腔。利用接地的垂直金属板（等效为电感）与辐射振子之间的预设间隙（等效为电容）所产生的耦合作用，有效抵消了由于弯折和反射板尺寸减小造成的阻抗失配恶化。在低频段获得了更好的阻抗匹配，使得天线带宽由原来的109%（1.25~4.1 ghz）提升至119%（1~3.98 ghz），逆向实现了宽带化。

22、3、稳定的辐射性能：在实现小型化和宽带化的同时，本发明的天线在工作频带内具有稳定的辐射特性，工作频带内的增益保持在稳定区间（约为 4.3±1.1 dbi），完全满足宽带微波无线通信系统对高质量信号的传输需求。

1.一种基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，其特征在于，所述l形电偶极子（1）包括水平的梯形部分（101）和垂直的矩形部分（102）；所述水平的梯形部分（101）弯折延伸形成所述垂直的矩形部分（102）。

3.根据权利要求1所述的基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，其特征在于，所述垂直金属板（402）设有两个，两个所述垂直金属板（402）分别对称加载于所述水平反射板（401）相对的两侧边缘处；所述水平反射板（401）与两个所述垂直金属板（402）共同围成顶部开口的u型腔体结构。

4.根据权利要求3所述的基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，其特征在于，所述垂直金属板（402）接地，且所述垂直金属板（402）的顶部边缘与所述l形电偶极子（1）之间具有预设间隙，以使得所述垂直金属板（402）与所述l形电偶极子（1）之间形成电容耦合。

5.根据权利要求1所述的基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，其特征在于，所述γ形馈电结构（3）包括传输线部分、耦合部分和阻抗调节部分；

6.根据权利要求5所述的基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，其特征在于，所述传输线部分与其中一个所述垂直折叠短路贴片（2）的侧壁之间保持固定间隙，以形成以空气为介质的微带传输线。

7.根据权利要求5所述的基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，其特征在于，所述耦合部分水平设置，以将能量耦合至所述天线辐射结构；所述阻抗调节部分沿垂直方向设置，且所述阻抗调节部分采用阶梯弯曲结构。

8.根据权利要求1所述的基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，其特征在于，所述垂直折叠短路贴片（2）为沿垂直方向进行弯折的折叠结构，以形成弯折部分；所述垂直折叠短路贴片（2）的底端与所述水平反射板（401）短接。

9.根据权利要求8所述的基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，其特征在于，两个所述垂直折叠短路贴片（2）的所述弯折部分水平相向延伸，且两个所述弯折部分的端面之间形成所述间隔。

10.根据权利要求1至9任一项所述的基于折叠的小型化宽带磁电偶极子天线，其特征在于，所述l形电偶极子（1）、所述垂直折叠短路贴片（2）和所述u形反射腔（4）均为厚度相同的铝质件；所述γ形馈电结构（3）为铜质件，且所述γ形馈电结构（3）的厚度小于所述l形电偶极子（1）的厚度。