CN103187633A

CN103187633A - 一种甚高频宽带全向雷达天线

Info

Publication number: CN103187633A
Application number: CN 201110443471
Authority: CN
Inventors: 史艳梅; 王建; 邓宓原; 胡大成; 蒋楠
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-03

Abstract

本发明涉及一种甚高频宽带全向雷达天线，由四个单元天线环绕而成，而单元天线主要是由介质基板1，开缝剪切的椭圆偶极子贴片层2，微带耦合馈电层3，加吸波材料的反射腔4部分组成。上述设计通过微带耦合馈电作用，实现了微带耦合线与椭圆偶极子槽线之间的馈电，并降低了馈电对天线辐射性能的影响。反射腔使得天线单向辐射，吸波材料可减小反射腔的高度，并在一定程度上吸收天线辐射到反射腔的电磁波。大多数的甚高频天线尺寸较大，本实发明在甚高频，采用椭圆偶极子贴片，在贴片上开缝取流，降低天线的尺寸，实现天线的小型化，组成阵列之后可以更好的实现信号的接收。

Description

一种甚高频宽带全向雷达天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体来说是一种甚高频宽带全向雷达天线。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，天线已成为通讯设备的关键性器件，对于通信质量的起着决定性的作用，对于广播、电视等业务，在要求天线实现宽带的同时，也在要求天线小型化，全向辐射。天线的性能是与自由空间的工作波长密切相关的，从理论上讲，天线的工作频率越低，波长越长，天线的尺寸也必须相应的增加。从这种意义上来说，天线的小型化是很难实现的，减小天线的尺寸，必会使得天线的其他一些性能恶化，使得天线的接受性能变差，但是通过改变天线的外形结构等可以有效改善天线的电属性，而且在很多情况下，也可以通过适当牺牲天线在某些方面的性能指标获得较小尺寸。

如今国内外天线宽带技术和小型化技术的研究涉及面很宽，为了实现天线宽带化，可以从原理上，结构上，材料或者从技术措施上来改进天线的性能，增加天线的带宽。

发明内容

在广播、电视、航天等应用中，天线的尺寸大小，重量、造价、性能、安装难易和空气动力学形态等都受到限制，这时就需要低剖面的天线。微带天线可以满足这些要求。但是微带天线的主要缺点是效率低，承受功率低，频带很窄。为了让甚高频天线具有宽带全向特性，我们希望有一种天线能够尽可能的满足要求并且能够实现小型化。

本发明设计的宽带全向天线工作在甚高频，频带宽度达到了66.7％，天线的尺寸也比较小，在空间中也实现了全向特性，也便于对天线各个方向控制。这种天线采用微带耦合馈线向开缝椭圆偶极子贴片天线馈电，梯形反射腔使得4个单元天线之间的结构紧凑，便于安装，易于加工。

附图说明

图1为本发明天线单元的透视三维图

图2为本发明宽带全向雷达天线的俯视图

图3为本发明宽带全向雷达天线的斜视图

图4为本发明-宽带全向雷达天线35MHz-70MHz频段范围内的驻波系数VSWR

图5为本发明-宽带全向雷达天线在极坐标系下的增益方向图

基本原理：

这种全向天线是由微带偶极子天线转化而来的，椭圆偶极子贴片，通过沿着短轴方向剪掉一部分下椭圆辐射结构从而改变其与上椭圆之间的槽线结构，微带线与偶极子槽线之间的馈电用到了耦合结构，可以有效降低馈电对天线辐射性能的影响。在椭圆偶极子贴片上开缝取流，开缝贴片上的电流不同于常规贴片上的电流，电流路径增长，产生一个新的较低频率的谐振点，从而展宽了微带天线的带宽，一般的贴片天线都是全向辐射，但是这种全向辐射特性，必定是同时接收或同时发射的，对于方向性的控制不太好，将4个单元天线环绕围成一圈，组成的全向天线，不仅可以实现全向特性，而且可以对天线的各个方向进行控制。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明宽带全向天线为实现宽带、小型化、全向的技术问题所采取的方法做进一步说明：

如图1所示，本发明全向雷达天线单元天线是由介质板1，开缝剪切椭圆偶极子贴片2，微带耦合馈线3，带吸波材料的反射腔4构成。介质基板采用相对介电常数为ε_r＝10.2的材料制作，开缝椭圆偶极子贴片，微带耦合馈线、反射腔均由金属材料制作。

介质基板的尺寸为1696×1570×2mm3，椭圆偶极子贴片的长轴尺寸为765mm，短轴为437mm，上椭圆上两个较短的缝隙的中心线的长度为137.4mm，较长缝隙为176.3mm。下椭圆部分对其短轴部分进行了修改，剪切掉一部分，从而改变其与上椭圆之间的槽线结构。两椭圆之间的间距为35mm，下椭圆部分较长的缝隙为190mm，较短的缝隙为115mm，缝隙的宽度都是15mm，圆形缝隙的直径为60mm，微带耦合馈线宽度为1.6mm，馈线一端的扇形角度为90度，半径为80mm，反射腔的高度为615mm，在反射腔的底部面积为687×1570mm2，反射腔的两个侧面不封闭，若在这两个面上加上反射板，天线的驻波会上升。这是由于侧面的辐射会被天线反射腔两面金属板多次反射，相互叠加，使得天线馈电点收到的波形增大，影响天线输入端口的阻抗匹配。反射腔采用梯形结构，在4个单元天线围成的全向雷达天线中心形成了一个方形柱间隙，这个间隙可以用于安装固定天线。

吸波材料，选取相对磁导率μ_r＝60，磁损耗角正切tanδ_u＝0.5的吸波材料，吸波材料的厚度为6mm，市场上的IRJ09可以满足这种材料的要求。

在具体应用中，具体的尺寸不一定与上文所述的完全一致，可以调节椭圆偶极子贴片间的间距，以及剪切后的下椭圆的宽度。

我们采用了Ansoft公司的HFSS三维电磁仿真软件对本发明进行了仿真。

图4表示的是本发明宽带全向雷达天线的驻波，从图中可以看出，在所需的频带范围35MHz-70MHz内，天线的驻波系数都在1.8以下。

图5描述的是极坐标下天线的H面和E面的方向图，

时，天线E面是全向辐射。在

度时，即天线H面的方向图为一个“8”字形。

以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，对于上述的描述可以说是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，自然也可以据以上述对实施方案做一系列的变更。而且，本发明并不局限于甚高频，本发明的结构自然可以移植到其它不同的频段宽带全向天线，上述这些都应被视为本发明的涉及范围。

Claims

1.一种甚高频宽带全向雷达天线，其特征在于：它是由4个单元天线环绕一圈组成，单元天线是由介质基板(1)，开缝椭圆偶极子贴片(2)，微带耦合馈线(3)，加吸波材料的反射腔(4)构成。天线的反射腔采用梯形结构，使得四个单元天线中心部分留出一个方形柱空隙，中心的方形柱空隙便于安装该全向天线。

2.根据权利要求1所述的宽带全向天线，其特征是椭圆偶极子贴片天线上开缝，可以展宽电流路径，减小单元天线的尺寸，产生一个新的较低频率的谐振点，从而展宽了微带天线的带宽。

3.根据权利要求1所述的宽带全向天线，它是由4个单元天线环绕组成，可以更好的接收或发射信号，避免产生信号盲区，同时可以对4个天线进行单独控制。

4.根据权利要求1所述的宽带全向天线，反射腔在一定程度上可以使得天线单向辐射，采用梯形反射腔结构，四个单元天线组在一起时，同时可以减小单个单元天线的高度。反射腔内部附一层吸波材料，可以减小反射腔的高度，可以减小整个全向天线的尺寸。

5.根据权利要求4所述的宽带全向天线反射腔，为了获得更好的特性，在反射腔两侧面采取不封闭处理，可以避免多重反射信号相互叠加，影响天线输入端口的阻抗匹配。

6.根据权利要求1所述的一种宽带全向雷达天线，将这一组全向雷达天线组成线阵，可以使得天线的接收或发射效果更好，并且具有较高的增益，还可进一步对该阵列波速进行赋形。