CN103457023A

CN103457023A - Uhf频段紧凑型共形pifa阵列天线

Info

Publication number: CN103457023A
Application number: CN2013104056815A
Authority: CN
Inventors: 王昊; 周静; 陈康; 张平平; 孙长富; 方鑫; 李进阳; 朱小奇
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明公开了一种工作在UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，其特点是该天线包含有若干小型化的倒F天线单元并由此组成的水平天线阵列，馈电网络以及工作频率调节枝节，将其印制在柔性介质板上，最后将柔性介质板弯曲后共形于介质圆柱体外侧面而构成共形辐射体以实现全向性辐射。该天线采用多次九十度弯折倒F天线以实现天线的低剖面，天线的整体高度约为0.06λ(λ为空气波长)，同时将其共形在介质圆柱体外侧面上可以减小其截面积使之能安装在狭小的空间内，该天线充分利用倒F天线加工制作方便、精度高和成本低廉的优势，不仅实现了小型化，低剖面，并且同时得到了高增益和较好的全向辐射特性。

Description

UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线

技术领域

本发明涉及一种PIFA阵列天线，特别是一种UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线。

背景技术

天线是无线系统中必不可少的组成部分，随着科学技术的不断进步，无线通信技术得到了迅猛的发展，在飞机、卫星、导弹等载体上，通信设备的数量和种类都达到了前所未有的程度，并且对天线的要求也越来越高，发展低剖面的小型化天线，并且可以与高速运动的载体共形的天线的要求变得越来越高。近几十年来，作为移动通信的重要频段，UHF频段天线小型化的课题研究吸引了越来越多的研究人员的关注。

因全向辐射特性、结构简单和成本低廉等特点，单极子天线在现代通信领域中得到了广泛应用，例如车载通信中的金属振子单极子天线，无线局域网中微带单极子天线等，但是当工作于UHF频段下时，由于物理长度较大等局限，限制了单极子天线的工程应用，所以其面临着小型化、共形化、低损耗、低成本等亟待解决的问题。然而当天线的尺寸小于λ/8 (λ为空气波长)时，天线的性能就会急剧恶化，所以如何实现低剖面，同时兼具宽频带，高增益的天线成为研究热点之一。

现有技术尚无一种同时实现低剖面、高增益并与载体共形的天线。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，包括介质圆柱体、柔性介质板、馈电网络、金属地和若干倒F天线单元，柔性介质板包覆在介质圆柱体的外侧面，馈电网络和由若干倒F天线单元组成等间距的水平阵列均印制在柔性介质板的外侧，馈电网络位于若干倒F天线单元的下方，为每个倒F天线单元馈电，柔性介质板的内侧馈电网络对应的位置印制金属地，柔性介质板上开有金属过孔，每个倒F天线单元均引入短路枝节，该短路枝节的末端穿过柔性介质板的金属过孔与金属地相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）本发明将工作于UHF频段的1×4平面倒F阵列天线共形于介质圆柱体表面，实现了其低剖面和小型化，并且具有较高的增益；2）本发明的PIFA阵列天线可以实现在UHF频段共形于圆柱体表面，并且可以实现全向辐射；3）本发明提出了一种UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，天线采用多次弯折技术实现低剖面，并将其共形于介质圆柱体的表面使得进一步减小截面积，同时小型化后的天线依然具备良好的全向辐射特性。此外在天线上引入的间断式调节枝节使得在使用过程中能够方便的对天线的工作频率进行调节。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的共形阵列天线的总体结构图。图中1为倒F天线单元，2为介质圆柱体，3为馈电网络，4为间断式调节枝节，5为短路枝节， 6为金属过孔、7为金属地、8为柔性介质板。

图2为本发明的共形阵列天线单元的俯视图，其中图（a）为主视图，图（b）为侧视图，图中6为金属通孔、7为金属地。

图3为本发明的1×4平面天线阵列俯视图。图中2为介质圆柱体，3为馈电网络，4为间断式调节枝节，5为短路枝节。

图4为本发明的阵列天线单元反射系数结果图。

图5为本发明的平面阵列天线反射系数结果图。

图6为本发明的共形阵列天线反射系数结果图。

图7为本发明的共形阵列天线增益结果图。

图8为本发明的共形阵列天线的辐射方向图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，包括介质圆柱体2、柔性介质板8、馈电网络3、金属地7和若干倒F天线单元1，柔性介质板8包覆在介质圆柱体2的外侧面，馈电网络3和由若干倒F天线单元1组成等间距的水平阵列均印制在柔性介质板8的外侧，馈电网络3位于若干倒F天线单元1的下方，为每个倒F天线单元1馈电，柔性介质板8的内侧馈电网络3对应的位置印制金属地7，柔性介质板8上开有金属过孔6，每个倒F天线单元1均引入短路枝节5，该短路枝节5的末端穿过柔性介质板8的金属过孔6与金属地7相连。

所述馈电网络3有一个输入端和若干个输出端，输出端的数量与倒F天线单元1的数量一致。

所述倒F天线单元1的天线臂多次弯折后印制在柔性介质板8上，每次弯折的角度为九十度，倒F天线单元1的末端设置间断式调节枝节4。

所述柔性介质板8的材料的相对介电常数为2.2~4.4，其厚度为0.0004λ，其中λ为空气波长。

所述介质圆柱体2的材料为相对介电常数为4.4~6的聚四氟乙烯材料。

所述介质圆柱体2的半径为16mm，倒F天线单元1的数量为四个，该四个倒F天线单元1组成等间距的水平阵列均匀包裹在介质圆柱体2的外侧面。

所述馈电网络3为并馈馈电方式。

所述金属过孔6的直径为0.0005λ，λ为空气波长。

下面结合实施例对本发明进行具体描述：

实施例1

一种UHF频段紧凑型共形阵列天线，如图1所示，包括介质圆柱体2、柔性介质板8、馈电网络3、金属地7和四个倒F天线单元1，其中，每个倒F天线单元1为多次弯折的倒F天线，弯折角度为九十度，天线单元制作在柔性介质板8上，并将柔性介质板8弯曲后粘贴于介质圆柱体2的外侧面进行共形设置，馈电网络3有一个输入端，四个输出端，每个输出端分别给每个倒F天线单元1馈电，倒F天线单元1的末端与间断式调节枝节4相连,同时每个倒F天线单元1引入短路枝节5，短路枝节5的末端穿过柔性介质板8上的金属过孔6与金属地7相连，天线工作的中心频率为432MHz，带宽为6MHz，并且中心频率的增益为0.16dB。

倒F天线单元1如图2所示, 制作在相对介电常数2.2，厚度0.254mm的柔性介质板8上，由于该介质板非常薄，具有良好的柔韧性，可以弯曲后粘贴在介质圆柱体2的外侧面上，以此减小天线截面积，其中介质圆柱体2采用相对介电常数为4.4的聚四氟乙烯材料制作；倒F天线单元1采用多次弯折的方法使其获得低剖面，整体天线的高度为48mm，同时短路枝节5的引入也使得天线的尺寸得到进一步的减小，短路枝节5通过半径为0.2mm的金属过孔6和与柔性介质板8背面的金属地7相连。

图3为本发明专利的平面1×4阵列天线俯视图，阵列天线的平面展开的面积为100.5mm×48mm，阵间距为25mm，图中倒F天线单元1末端处引入的间断式调节枝节4为天线工作频率的调整部分，以方便在实际使用过程进行工作频率的调整，馈电网络3采用一分四的并馈结构，在柔性介质板8上馈电网络3的背面，金属地7的面积为100.5mm×7mm。

图4，图5，图6分别是本发明专利的倒F天线单元1，由倒F天线单元1组成的1×4水平阵列天线以及共形PIFA阵列天线的反射系数结果。图7为本发明专利共形PIFA阵列天线的增益结果，其中最高增益为0.16dB， ±1dB增益带宽为7%。图8为共形PIFA阵列天线的辐射方向图，该天线呈现出较好的全向性辐射特性。

由上可知，本专利中利用多次弯折后小型化的倒F天线单元组成的1×4阵列天线，将其印制在柔性介质板上，并将柔性介质板弯曲后共形于介质圆柱体表面而构成共形辐射体，共形后的阵列天线可以进一步减小其截面积使之能安装在狭小的空间内，同时共形后的天线能实现拥有良好不圆度的全向性辐射特性。该天线充分利用倒F天线加工制作方便、精度高和成本低廉的优势，不仅实现了小型化，低剖面，并且同时得到了高增益和较好的全向辐射特性。

Claims

1.一种UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，其特征在于，包括介质圆柱体[2]、柔性介质板[8]、馈电网络[3]、金属地[7]和若干倒F天线单元[1]，柔性介质板[8]包覆在介质圆柱体[2]的外侧面，馈电网络[3]和由若干倒F天线单元[1]组成等间距的水平阵列均印制在柔性介质板[8]的外侧，馈电网络[3]位于若干倒F天线单元[1]的下方，为每个倒F天线单元[1]馈电，柔性介质板[8]的内侧馈电网络[3]对应的位置印制金属地[7]，柔性介质板[8]上开有金属过孔[6]，每个倒F天线单元[1]均引入短路枝节[5]，该短路枝节[5]的末端穿过柔性介质板[8]的金属过孔[6]与金属地[7]相连。

2.根据权利要求1所述的UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，其特征在于，所述馈电网络[3]有一个输入端和若干个输出端，输出端的数量与倒F天线单元[1]的数量一致。

3.根据权利要求1或2所述的UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，其特征在于，所述倒F天线单元[1]的天线臂多次弯折后印制在柔性介质板[8]上，每次弯折的角度为九十度，倒F天线单元[1]的末端设置间断式调节枝节[4]。

4.根据权利要求1或2所述的UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，其特征在于，柔性介质板[8]的材料的相对介电常数为2.2~4.4，其厚度为0.0004λ，其中λ为空气波长。

5.根据权利要求1或2所述的UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，其特征在于，介质圆柱体[2]的材料为相对介电常数为4.4~6的聚四氟乙烯材料。

6.根据权利要求1或2所述的UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，其特征在于，所述介质圆柱体[2]的半径为16mm，倒F天线单元[1]的数量为四个，该四个倒F天线单元[1]组成等间距的水平阵列均匀包裹在介质圆柱体[2]的外侧面。

7.根据权利要求1或2所述的UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，其特征在于，所述馈电网络[3]为并馈馈电方式。

8.根据权利要求1或2所述的UHF频段紧凑型共形PIFA阵列天线，其特征在于，金属过孔[6]的直径为0.0005λ，λ为空气波长。