CN103943972A - 复合式天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，公开了一种复合式天线结构，包括：垂直方向设置的单极子天线和偶极子天线，其中，所述单极子天线设置于所述偶极子天线的下部，且所述单极子天线和所述偶极子天线分别设于对方的零深位置。本发明所述的一种复合式天线结构，将同频段、同极化、同方向性的两个天线进行集成综合设计，解决了在机载、车载等同频段、同极化、同方向性的双系统不能同时工作的情况，且能保证系统间具有高隔离度，将两系统间影响尽量减小。而且，天线易于加工，实现简单，环境适应能力强，适合批量生产，可广泛应用于机载、车载及其他需要集成设计的天线系统中。

Description

复合式天线结构

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种同频段且具有高隔离度的复合式天线结构。

背景技术

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波，在无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。天线作为无线通信系统的重要组成设备之一，其性能指标的好坏对整个无线通信系统的性能至关重要。随着通信系统的迅猛发展，对系统中天线的要求越来越高，小型化、高性能、集成化成为系统对天线追求的主要方向。

目前车载、机载等环境中通信系统越来越多，一个平台中往往会搭载多种通信系统。其中某些系统使用天线的频段、极化方式、最大增益方向等都是一致的，两种功能天线如果安装位置太近，天线间耦合必将非常严重。比如其中一个系统发射的大部分能量可能会被另一个系统接收，影响系统的通信距离，降低系统的功能，两系统间将存在很大的干扰。在安装平台上，特别是机载环境上，同时安装两个天线也将给飞机平台造成一定压力。

目前在机载、车载环境中，如果两个系统使用天线的频段、极化方式、最大增益方向等都是一致时，避免其天线互相耦合的方式通常有两种：第一、使用同一个天线并采用单刀双掷开关，使得两个系统分时进行工作；第二、采用一个系统单独使用一个天线，将两个天线在空间位置上进行隔离，如一个安装在机背一个安装在机腹上，保证两个天线间的隔离度。

在采用上述第一种方案，即分时进行工作的情况下，其中的一个系统一半时间将处于关闭状态，而在机载环境中，这种方式是非常危险的；因此，目前多采用第二种方案，即一个系统单独使用一个天线，并在空间位置上进行隔离。第二种方案可以保证两个系统同时工作，且影响也较小，但是在机载、车载等安装位置有限的平台上，选择两个不同的空间位置，达到满足系统间隔离度指标是有些困难的，对于一些较小的安装平台，可能找不出满足隔离度要求的两个安装位置，此时只能退回第一种方案。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是如何在有限空间中满足多个天线的安装隔离度要求。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种复合式天线结构，所述复合式天线结构包括：

垂直方向设置的单极子天线和偶极子天线，其中，所述单极子天线设置于所述偶极子天线的下部，且所述单极子天线和所述偶极子天线分别设于对方的零深位置。

优选地，所述单极子天线为直接安装在地面或导电平面的直导体组成的天线；所述偶极子天线包括由两根导体分别构成的两个天线臂，其中每根导体的长度约为1/4波长。

优选地，在所述单极子天线的前端设置有引向器，在所述单极子天线的后端设置有反射器。

优选地，所述单极子天线、引向器以及反射器的高度可调，所述单极子天线与引向器、反射器之间的距离可调。

优选地，所述偶极子天线的馈电方式采用微带线馈电的方式或巴伦馈电的方式。

优选地，所述偶极子天线还包括一个反射板，所述反射板同时作为所述偶极子天线中位于上方的第一天线臂馈电时所用微带线的地板。

优选地，所述偶极子天线的两个天线臂为弯曲或不弯曲结构，所述天线臂能够自由拉伸或缩短。

优选地，所述复合式天线结构的各组件都采用双面覆铜印制板加工并设置在同一块印制板上，在所述复合式天线结构的各组件的表面采用导电氧化、镀银、镀铜或镀金处理。

优选地，所述单极子天线和所述偶极子天线设于同一天线罩体内，所述天线罩体表面设有两个射频接头，能够分别给两个天线单独馈电。

优选地，在所述天线罩体内使用发泡料进行填充。

与现有技术相比，本发明所述的一种复合式天线结构，达到了如下效果：

1）本发明所述的一种复合式天线结构，将同频段、同极化、同方向性的两个天线进行集成综合设计，解决了在机载、车载等同频段、同极化、同方向性的的两个系统不能同时工作的情况，且能保证系统间具有高隔离度，将两系统间影响尽量减小。

2）本发明所述的一种复合式天线结构，结构新颖，设计小型化，在保证各天线性能指标的基础上，端口间还具有高隔离度，天线易于加工，实现简单，成本低，环境适应能力强，适合批量生产，可广泛应用于机载、车载及其他需要集成设计的天线系统中。

附图说明

图1是本发明实施例所述的一种复合式天线结构的结构示意图。

图2是本发明实施例所述的复合式天线结构的天线罩外形结构示意图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，产品制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，复合式天线结构包括垂直方向设置的两个天线，所述两个天线分别设于对方的零深位置。其中，天线具有的方向性本质上是通过振子的排列以及各振子馈电相位的变化来获得的，在原理上与光的干涉效应十分相似。因此天线在某些方向上能量会得到增强，而在某些方向上能量会被减弱，即形成一个个波瓣（或波束）和零点。能量最强的波瓣叫主瓣，上下次强的波瓣叫第一旁瓣，依此类推；对于定向天线还存在后瓣。一般在主瓣和它下面的第一个旁瓣之间会有一个夹角，位于这个夹角间的信号非常弱。零深即为天线的电磁场中特有的名词，指在天线方向图上某个角度上天线增益比主瓣增益低很多的波谷，这个角度即是零深位置（如前所述，通常为主瓣和它下面的第一个旁瓣之间的一个夹角）。

具体来说，本实施例中所述的两个天线是由一个位于所述复合式天线结构下部的单极子天线100和一个位于复合式天线结构上部的偶极子天线200和202组成。上述两个天线同频段、同极化、同方向性，通常零深相对于主波束大于-20db就表示有零点填充，而单极子天线理论上在其顶空是一个零深，偶极子天线在其臂所在的上下边理论上也是零深，所以两天线通过上述方式的综合设计后，两天线在理论上将有很高的隔离度。

单极子天线属于非对称天线，是由直接安装在地面或导电平面的直导体组成的天线，为增加单极子天线的定向性，在所述单极子天线100前端还添加有引向器101，在其后端还添加有反射器102。这样底部的单极子天线100就形成一个主波束在引向器101方向的定向波束。进一步地，所述单极子天线100、引向器101以及反射器102的高度可调，所述单极子天线100与引向器101、反射器102之间的距离可调。通过适当调节它们的高度和距离，可以使单极子天线谐振频率工作在所需范围内，且增益尽量高。

偶极子天线可以看成是由两根导体组成（两臂200及202），每根为1/4波长，即天线总长度为半波长，所以偶极子天线也叫半波振子（又称对称振子或半波对称振子）。偶极天线的馈电点在半波振子的中心，采用巴伦进行馈电。本实施例中所述的偶极子天线的馈电方式可采用微带线馈电的方式或巴伦馈电的方式。微带线是一根带状导(信号线)，与地平面之间用一种电介质隔离开。印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。微带线具有价廉、体积小、存在临界匹配和临界截止频率，容易与有源器件集成.生产中重复性好，以及与单片射频集成电路兼容性好等优点。巴伦是平衡不平衡转换器的英文音译，其原理是：按照天线理论，偶极天线属平衡型天线，采用普通微带线进行馈电，偶极子两臂电流不平衡将导致天线方向图发生畸变，通常对偶极子天线采用微带形的巴伦，本发明中即是使用众多形式中的一种。

具体来说，所述偶极子天线及单极子天线各包括一个反射板（反射器），所述偶极子天线的反射板201通过覆铜箔连接成一块，所述反射板201还作为所述偶极子天线第一天线臂200馈电时所用微带线203的地板。

所述偶极子天线还包括有第二天线臂202，两个天线臂200、202可以设置为弯曲或不弯曲结构，可以自由拉伸或缩短，调节其长度，可实现天线的宽频带阻抗匹配。天线工作时，射频信号通过射频接头，馈入印制板，并通过平衡馈电结构实现对天线辐射振子的两个臂馈电。

作为一个优选的实施例，所述单极子天线100、引向器101、反射器102、偶极子天线的两臂200、202以及微带线203都采用双面覆铜印制板加工并设置在同一块印制板400上，此外，在所述单极子天线100、引向器101、反射器102、偶极子天线的两臂200、202以及微带线203的表面采用导电氧化、镀银、镀铜或镀金处理，以进一步提高表面的导电率，减少损耗。

进一步如图2所示，所述单极子天线100和偶极子天线共孔径设于同一天线罩体300内，所述天线罩体表面设有两个射频接头301，所述天线罩可以为玻璃钢采用压注工艺而成，表面喷漆。天线罩300内表面与内部辐射体之间可填充橡胶等发泡料，主要起减震、隔热、绝缘的作用。天线罩300的主要作用为保证天线电性能的条件下，满足飞机使用的环境条件要求，设计时，还要考虑其强度、环境适应性，同时还兼顾外形尺寸、重量、迎风面等要求。对外通过两个射频接头301，实现与后端射频同轴馈线的连接。

本发明所提供的一种复合式天线结构设计方案，将垂直极化平面印制单极子天线和偶极子天线共孔径设计，解决了在机载、车载等同频段、同极化、同方向性的的两个系统不能同时工作的情况。在同一频段下能够同时工作的情况下也能保证系统间具有高隔离度，将两种系统间影响尽量减到最小，易于加工，实现简单，环境适应能力强，适合批量生产，可广泛应用于机载、车载及其他需要集成设计的天线系统中。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合式天线结构，其特征在于，所述复合式天线包括：垂直方向设置的单极子天线和偶极子天线，其中，所述单极子天线设置于所述偶极子天线的下部，且所述单极子天线和所述偶极子天线分别设于对方的零深位置。

2.如权利要求1所述的复合式天线结构，其特征在于，所述单极子天线为直接安装在地面或导电平面的直导体组成的天线；所述偶极子天线包括由两根导体分别构成的两个天线臂，其中每根导体的长度约为1/4波长。

3.如权利要求2所述的复合式天线结构，其特征在于，在所述单极子天线的前端设置有引向器，在所述单极子天线的后端设置有反射器。

4.如权利要求3所述的复合式天线结构，其特征在于，所述单极子天线、引向器以及反射器的高度可调，所述单极子天线与引向器、反射器之间的距离可调。

5.如权利要求2所述的复合式天线结构，其特征在于，所述偶极子天线的馈电方式采用微带线馈电的方式或巴伦馈电的方式。

6.如权利要求2所述的复合式天线结构，其特征在于，所述偶极子天线还包括一个反射板，所述反射板同时作为所述偶极子天线中位于上方的第一天线臂馈电时所用微带线的地板。

7.如权利要求2所述的复合式天线结构，其特征在于，所述偶极子天线的两个天线臂为弯曲或不弯曲结构，所述天线臂能够自由拉伸或缩短。

8.如权利要求1-7中任一项所述的复合式天线结构，其特征在于，所述复合式天线结构的各组件都采用双面覆铜印制板加工并设置在同一块印制板上，在所述复合式天线结构的各组件的表面采用导电氧化、镀银、镀铜或镀金处理。

9.如权利要求1所述的复合式天线结构，其特征在于，所述单极子天线和所述偶极子天线设于同一天线罩体内，所述天线罩体表面设有两个射频接头，能够分别给两个天线单独馈电。

10.如权利要求9所述的复合式天线结构，其特征在于，在所述天线罩体内使用发泡料进行填充。