CN103855462A

CN103855462A - 一种天线和天线阵列系统

Info

Publication number: CN103855462A
Application number: CN201310186409.2A
Authority: CN
Inventors: 刘若鹏; 徐冠雄; 尹柳中
Original assignee: Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Current assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: CN203260723U; CN103855462B

Abstract

本发明实施例公开了一种天线和天线阵列系统，该天线包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元设置一馈电部，所述第一天线单元包括两第一偶极子单元，两第一偶极子单元之间电抗性连接；所述第二天线单包括两第二偶极子单元，第二偶极子单元之间电抗性单元连接；所述第一天线单元和所述第二天线单元间隔设置，所述第一天线单元通过耦合方式使所述第二天线单元产生电磁谐振。本发明通过双振子方式扩展响应频段，增加天线的电磁信号响应带宽，满足无线通讯的需求；同时，该天线具有机械强度相比高、受外界环境影响较小的特点，能够极好的保持天线形态，提高天线的稳定工作能力。

Description

一种天线和天线阵列系统

【技术领域】

本发明涉及电磁波器件领域，更具体地说，涉及一种天线和天线阵列系统。

【背景技术】

随着无线技术的快速发展，对在无线技术中有着极其重要作用的天线的要求也越来越高。有些环境下天线需要一个较宽的通讯频段，也即宽频带天线，所谓宽频带天线是指方向性、阻抗和极化特性在一个很宽的波段内几乎保持不变的天线，目前一些宽频带天线主要有菱形天线、V形天线、倍波天线、盘锥形天线等，以及还有最新发展的对数周期天线等。

偶极子天线又称对称天线、双极天线，由于受到结构上的限制，一般的偶极天线覆盖的频带较窄，而其涵盖的有效频带即使在调整后也不能很好的实现覆盖一个较宽的频带，由此想要拓宽偶极子天线覆盖的频带及有效频带以扩大偶极子天线的功能应用存在较大的困难。

【发明内容】

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于天线单元馈电连接的天线，通过对天线结构设计获取较宽的工作频带，为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种天线，包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元设置一馈电部，所述第一天线单元包括两第一偶极子单元，两第一偶极子单元之间电抗性连接；所述第二天线单包括两第二偶极子单元，第二偶极子单元之间电抗性单元连接；所述第一天线单元和所述第二天线单元间隔设置，所述第一天线单元通过耦合方式使所述第二天线单元产生电磁谐振。

可选的，所述电抗性连接为电容性连接或者电感性连接。

可选的，所述电容性连接包括通过容性元件、容性器件、或者由具有特定电磁响应的超材料所制备的容性单元连接。

可选的，所述电感性连接包括通过感性元件、感性器件、或者由具有特定电磁响应的超材料所制备的感性单元连接。

可选的，所述第一天线单元、第二天线单元均为导电片。

可选的，所述第一天线单元与所述第二天线单元相对设置。

可选的，所述第一天线单元和第二天线单元为单极天线单元、偶极子天线单元、或者变形偶极子天线单元。

可选的，所述第一天线单元上还设置一接地部，该接地部与所述馈电部分别设置在所述两第一偶极子单元上。

可选的，还包括一具有两端的巴伦结构，所述巴伦结构的两端分别与所述馈电部和所述接地部电连接。

可选的，所述巴伦结构为“U”型巴伦结构。

可选的，所述“U”型巴伦结构的两平行结构间使用非金属材料固定。

可选的，所述两第一偶极子单元、和/或所述两第二偶极子单元的远端各设置一导体条。

可选的，所述两第一偶极子单元、和/或所述两第二偶极子单元远端的导体条对称设置。

可选的，所述导体条包括连接件和导体杆。

可选的，所述连接件与所述两第一偶极子单元和/或所述两第二偶极子单元垂直或者倾斜连接；

所述导体杆与所述两第一偶极子单元和/或所述两第二偶极子单元平行或者呈预设的角度。

可选的，所述导体条呈“T”型。

可选的，所述“T”型导体条的竖直段与水平段的交点位于水平段的中点以外的点上。

可选的，所述导体条呈“L”型或者倒“L”型。

可选的，所述导体条与相接的所述第二偶极子单元形成开口框状。

可选的，所述第一偶极子单元和所述第二偶极子单元上分别设置有镂孔。

可选的，所述镂孔与所述导电片形状相近似。

可选的，所述第一天线单元与第二天线单元间通过绝缘块相接。

可选的，所述第一天线单元的近边缘处与所述第二天线单元的近边缘处分别设置若干第一透孔。

可选的，所述第一天线单元与所述第二天线单元上分别设置有镂孔，所述第一透孔环所述镂孔设置。

可选的，所述第一透孔为圆形、矩形、三角形或者其他闭合图形。

可选的，所述第一天线单元和所述第二天线单元的边缘处均延伸出弯折部。

可选的，所述天线还包括一设置于所述第一天线单元和所述第二天线单元一侧的反射面或者反射网。

本发明还包括一天线阵列系统，包括一个或多个上述天线。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：通过双振子方式扩展响应频段，增加天线的电磁信号响应带宽，满足无线通讯的需求；同时，该天线具有机械强度高、受外界环境影响较小的特点，能够极好的保持天线形态，提高天线的稳定工作能力。

【附图说明】

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的天线一种实施方式的结构示意图；

图2为图1所示天线的后视图；

图3为图1所示天线的电压驻波比仿真图。

【具体实施方式】

现在详细参考附图中描述的实施例。为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在其他实施方式中，不详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免不必要地使实施例模糊。

如图1和图2所示为本发明天线的一种实施方式的结构示意图，该天线至少包括第一天线单元1和第二天线单元2、巴伦结构3、固定座4和反射面5，第一天线单元1和第二天线单元2相间隔的设置。在具体的实施过程中，反射面5也可以是反射网。第一天线单元1和第二天线单元2为单极天线单元、偶极子天线单元、或者变形偶极子天线单元。

其中，第一天线单元1包括两第一偶极子单元11、第一镂孔12、非金属块13、第一感性元件14、第一弯折部15、若干第一透孔16、馈电部17和接地部18，两第一偶极子单元11均为导电片，该导电片可以看作是矩形与梯形的组合后的形状，第一镂孔12均设置在两第一偶极子单元11上，第一镂孔12的形状与第一偶极子单元11的形状相似，第一偶极子单元11即呈导电片在除去第一镂孔12后剩余的闭合的框状；非金属块13在本实施方式中呈长条状，分别铆接于第一天线单元11和第二天线单元12上预设的通孔上，使得第一天线单元11与第二天线单元12相间隔一段距离；第一弯折部15是由第一偶极子单元11的边缘处延伸而成，且环设在第一偶极子单元11的内外边缘处，第一弯折部15可以与第一偶极子单元11的边缘垂直延伸出，也可以呈一定角度的延伸出；若干第一透孔16设置在第一偶极子单元11的近边缘处，在本实施方式中，这些第一透孔16位于第一偶极子单元11即呈导电片在除去第一镂孔12后剩余的闭合的框上；馈电部17、接地部18分别设置在两第一偶极子单元11的相对端，在本实施方式中，馈电部17、接地部18分别位于构成两第一偶极子单元11的导电片的梯形中的上底边上；第一感性元件14两端分别连接馈电部17、接地部18，第一感性元件14可以是电感，也可以是表现出感性的元器件组合。

其中，非金属块13通常情况下为不导电材料做的绝缘块，如尼龙块、铁氟龙块、FR4块、无卤素块、聚四氟乙烯块、陶瓷块、ABS绝缘块或者BT树脂块等。

第二天线单元2包括两第二偶极子单元21、第二镂孔22、导体条23、第二感性元件24、第二弯折部25和若干第二透孔（图中未示出），其中，两第二偶极子单元21、第二镂孔22、第二感性元件24、第二弯折部25和若干第二透孔的设置与第一天线单元1的两第一偶极子单元11、第一镂孔12、第一感性元件14、第一弯折部15和若干第一透孔16的设置相同，因此不做赘述。

导体条23包括连接件和导体杆，连接件与两第一偶极子单元11和/或两第二偶极子单元21垂直或者倾斜连接，导体杆与两第一偶极子单元11和/或两第二偶极子单元21平行或者呈预设的角度。如连接件与两第一偶极子单元11直垂连接，导体杆与两第一偶极子单元11平行，导体条的连接件位于导体杆的中点或者中点以外的点上，则导体条呈“T”型或者“T”型的衍生形状，当导体条的连接件位于导体杆的端点时，导体条呈“L”型或者倒“L”型。

导体条23设置在两第二偶极子单元21的远端，在本实施方式中，即在构成第二偶极子单元21导电片的矩形部分的外侧端，导体条23与相接的第二偶极子单元21形成开口框状，导体条23与两第二偶极子单元21接合部分可以位于第二偶极子单元21远端的任意位置，即在构成第二偶极子单元21导电片的矩形部分的外侧端的任意位置，在本实施方式中导体条23位于中间位置，形成两个框状，就导体条23本身形成两个“L”较短边重合后、两个较长边在一条直线上的形状，在其他实施方式中还可以位于一端或者其他位置，导体条23在一端时，导体条23本身呈“L”型，或者倒“L”。

其中，两所述第一偶极子单元11、和/或第二偶极子单元21的远端各设置一导体条；两所述第一偶极子单元11、和/或第二偶极子单元21远端的导体条对称设置。

巴伦结构3呈“U”型，两端分别与馈电部17和接地部18电连接，该巴伦结构3的底部与固定座4固定连接，固定座4固装在反射面5上，反射面5位于第一天线单元1和第二天线单元2的一侧，用于将电磁信号反射到第一天线单元1和第二天线单元2上。

第一天线单元1与第二天线单元2间隔且相对设置，第一天线单元1通过耦合方式使第二天线单元2产生电磁谐振，扩展响应频段，增加天线电磁信号响应带宽，而设置在第二天线单元2上的导体条23在增加较小尺寸的情况下进一步提高天线响应的电磁信号的带宽，因此本天线可以获得极宽的电磁信号响应带宽。

设置在第一偶极子单元11第一透孔16和设置在第二偶极子单元21上的第二透孔减小天线的受力面，尤其是在风吹过时，减小因风力改变天线形状造成的天线电磁信号处理的影响，能够保持天线的形态。

设置在第一偶极子单元11的第一弯折部15和第二偶极子单元21边缘的第二弯折部25可以加强第一偶极子单元11和第二偶极子单元21的机械强度，减小应外力而变形的可能以及变形程度，维护天线处理电磁信号的能力。

在本发明中，设置在第一偶极子单元11近边缘处的第一透孔16、设置在第二偶极子单元21的近边缘处的第二透孔，是指设置在靠近第一偶极子单元11或者第二偶极子单元21的边缘处，并不与边缘相交。靠近边缘处可以理解为：第一透孔16的边缘距离第一偶极子单元11最近边缘的距离不大于第一偶极子单元11的该边缘到其对称中心的一半；第二透孔的边缘距离第二偶极子单元21最近边缘的距离不大于第二偶极子单元21的该边缘到其对称中心的一半。

导体条23也可以设置在第一偶极子单元上11，也可以在第一偶极子单元11和第二偶极子单元21上均设置导体条23，起着同样的功能，导体条23设置在第二偶极子单元21上的技术方案的描述可以视为导体条23设置在第一偶极子单元上11的技术方案的描述。

第一偶极子单元11和第二偶极子单元21可以是本实施方式中的形状，也可以是三角形、矩形、梯形、圆形、椭圆形或者多边形以及上述图形两个或者多个的组合。第一偶极子单元11、第二偶极子单元32均为导电片，其中导电片的材质可以是铜、银、金或其合金，可以是铝、镁铝合金，也可以是带镀层的金属材料。镀层可以是银等金属或者非金属，金属材料可以是铜、银、金或其合金；也可以是铝、镁铝合金。

在其他实施方式中，还可以进一步包括第三天线单元，第三天线单元与第一天线单元1或者第二天线单元2相同，第三天线单元可以是一个，也可以是多个，可以与第一天线单元1相邻，也可以与第二天线单元2相邻，当为多个时可以分设在第一天线单元1和第二天线单元2的两侧，形成阵列天线。

另外，本发明实施例还提供了一种天线阵列系统，包括一个或者多个上述实施例描述的天线。

电抗性连接包括电容性连接和电感性连接，分别通过容性元件和感性元件连接，在第一天线单元1、第二天线单元2和第三偶极子组中都可以使用，可以只使用电感性连接或电容性连接，也可以混合使用，例如在第一天线单元1上使用电容性连接，在第二天线单元2上使用电感性连接。

具体的，电抗性连接通常采用电抗性单元进行连接，通常情况下，电抗性单元除了容性元件和感性元件、还包括容性器件和感性器件、或者由具有特定电磁响应的超材料所制备的容性单元和感性单元。

通过设置在第一天线单元2和第二天线单元1之间的感性元件和/或容性元件可进一步扩展响应频段，增加天线响应的带宽。

如图3所示为本发明天线的电压驻波比仿真图，图3中标注的三个点m1、m2、m3在仿真图中的坐标参数为：

名称	X(GHz)	Y
			m1	1.00	1.5529
m2	1.25	1.1128
			m3	1.50	1.5402

可见该天线在一个较宽的电磁信号内具有良好的匹配，符合较宽带宽的要求。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种天线，包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元设置一馈电部，其特征在于，所述第一天线单元包括两第一偶极子单元，两第一偶极子单元之间电抗性连接；所述第二天线单包括两第二偶极子单元，第二偶极子单元之间电抗性单元连接；所述第一天线单元和所述第二天线单元间隔设置，所述第一天线单元通过耦合方式使所述第二天线单元产生电磁谐振。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述电抗性连接为电容性连接或者电感性连接。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述电容性连接包括通过容性元件、容性器件、或者由具有特定电磁响应的超材料所制备的容性单元连接。

4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述电感性连接包括通过感性元件、感性器件、或者由具有特定电磁响应的超材料所制备的感性单元连接。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一天线单元、第二天线单元均为导电片。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一天线单元与所述第二天线单元相对放置。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一天线单元和第二天线单元为单极天线单元、偶极子天线单元、或者变形偶极子天线单元。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一天线单元上还设置一接地部，该接地部与所述馈电部分别设置在所述两第一偶极子单元上。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，还包括一具有两端的巴伦结构，所述巴伦结构的两端分别与所述馈电部和所述接地部电连接。

10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述巴伦结构为“U”型巴伦结构。

11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，所述“U”型巴伦结构的两平行结构间使用非金属材料固定。

12.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述两第一偶极子单元、和/或所述两第二偶极子单元的远端各设置一导体条。

13.根据权利要求12所述的天线，其特征在于，所述两第一偶极子单元、和/或所述两第二偶极子单元远端的导体条对称设置。

14.根据权利要求12所述的天线，其特征在于，所述导体条包括连接件和导体杆。

15.根据权利要求14所述的天线，其特征在于，所述连接件与所述两第一偶极子单元和/或所述两第二偶极子单元垂直或者倾斜连接；

16.根据权利要求15所述的天线，其特征在于，所述导体条的连接件位于导体杆的中点或者中点以外的点上。

17.根据权利要求16所述的天线，其特征在于，所述导体条呈“T”型。

18.根据权利要求15所述的天线，其特征在于，所述导体条呈“L”型或者倒“L”型。

19.根据权利要求17所述的天线，其特征在于，所述导体条与相接的所述第二偶极子单元形成开口框状。

20.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一偶极子单元和所述第二偶极子单元上分别设置有镂孔。

21.根据权利要求20所述的天线，其特征在于，所述镂孔与所述导电片形状相近似。

22.根据权利1所述的天线，其特征在于，所述第一天线单元与第二天线单元间通过绝缘块相接。

23.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一天线单元的近边缘处与所述第二天线单元的近边缘处分别设置若干透孔。

24.根据权利要求23所述的天线，其特征在于，所述第一天线单元与所述第二天线单元上分别设置有镂孔，所述透孔环所述镂孔设置。

25.根据权利要求23所述的天线，其特征在于，所述透孔为圆形、矩形、三角形或者其他闭合图形。

26.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一天线单元和所述第二天线单元的边缘处均延伸出弯折部。

27.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括一设置于所述第一天线单元和所述第二天线单元一侧的反射面或者反射网。

28.一种天线阵列系统，其特征在于，包括一个或多个权利要求1至27任意一项所述的天线。