CN105406179B - 一种高增益端射共形天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高增益端射共形天线。在第一介质基片、第二介质基片和第三介质基片组成的基体上，设有偶极子金属贴片、两条以上的寄生金属贴片、馈电金属贴片和馈电同轴连接器。所述基体和现代载体的表面无缝贴合，实现了与现代载体的共形。本发明具有小体积、高增益、低剖面、轻重量等优点，能够满足对天线性能要求较高、体积较小以及对天线重量、外形尺寸敏感的场合。该天线与载体一体化设计，可广泛应用于各种载体平台。

Description

一种高增益端射共形天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种与现代载体一体化设计的高增益端射天线。
背景技术
随着阵列技术不断发展，天线种类越来越多，形式越来越多，应用的领域也越来越广。传统阵列天线多为采用口面天线作为辐射单元的侧视阵，其辐射方向垂直于阵列平面。天线增益越高，所需的阵列口径面积就越大，天线的体积、重量也随之增加。但是，现代载体往往对天线的低空气阻力、低剖面、小体积、轻重量等特性要求非常严格，有时甚至为了满足该特性要求而牺牲电性能。这将大大的限制阵列天线在现代载体上的应用。对于一维阵列天线及单元数较少的二维阵列天线，可通过增加辐射单元的增益来适当减小阵列口径面积。目前常用的高增益端射天线单元主要有八木天线、介质杆天线及螺旋天线等。为了保证天线增益，该类天线通常轴向尺寸大，不利于安装，并且相应载体的空气阻力较大。因此，共形设计成为阵列天线发展的必然选择。现有的高增益端射天线形式轴向尺寸大，不适合与载体共形。
发明内容
为了解决既满足与载体共形，又能满足天线较高的性能要求，本发明提供一种高增益端射共形天线。
一种高增益端射共形天线包括第一介质基片1、第二介质基片2、第三介质基片3、偶极子金属贴片4、两条以上的寄生金属贴片5、馈电金属贴片6和馈电同轴连接器7；
所述第一介质基片1、第二介质基片2和第三介质基片3依次重叠贴合连接成一个呈弧形板状的基体；基体长度方向的一端为辐射端，另一端为馈电端；所述馈电端设有馈电同轴连接器7；基体实现天线的功能；
所述偶极子金属贴片4和两条以上的寄生金属贴片5构成辐射金属贴片，设于第一介质基片1和第二介质基片2之间；
所述馈电金属贴片6设于第三介质基片3的外侧面，馈电金属贴片6连接着馈电同轴连接器7的内导体71，馈电同轴连接器7的外导体72连接着偶极子金属贴片4；
馈电金属贴片6将馈电同轴连接器7的能量通过空间耦合的方式，馈送给偶极子金属贴片4；偶极子金属贴片4将接收到的辐射能量通过两条以上的寄生金属贴片5向基体的辐射端传递，形成端射波束，提高增益。
具体的优化结构方案如下：
所述偶极子金属贴片4为工字形，其底端和顶端垂直与基体，偶极子金属贴片4的长度为天线工作频率的半波长。偶极子金属贴片4的底端连接着馈电同轴连接器7的外导体72，顶端为开路的半波偶极子。
所述馈电金属贴片6为L形，其弯钩端与偶极子金属贴片4的开路的半波偶极子上下对应，另一端连接着馈电同轴连接器7的内导体71。
所述寄生金属贴片5为条状，共设有四块，且均平行于偶极子金属贴片4的两端。
所述馈电同轴连接器7固定设于第三介质基片3上，其作用是将同轴馈线上的能量馈送至辐射金属贴片上。
将两个以上的一种高增益端射共形天线沿宽度方向连接组成天线阵面，且两个以上的一种高增益端射共形天线的馈电同轴连接器7位于天线阵面的相同一侧。
本发明具有小体积、高增益、低剖面、轻重量等优点，能够满足对天线性能要求较高，体积较小以及对天线重量、外形尺寸敏感的场合，可应用于各种载体平台。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.该天线剖面高度仅为0.005中心频率波长，远小于喇叭天线和螺旋天线的剖面高度，满足了现代载体对低空气阻力的要求。
2.相对于传统的偶极子天线，该天线的波瓣宽度降低至40度，且增益提高了约7dB。
3.该天线的重量较轻，主要重量由介质基片决定，相对于波导裂缝天线，该天线具有重量轻的优点。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为去除基片的俯视图；
图4为偶极子贴片和寄生贴片的尺寸标示图；
图5为馈电贴片的尺寸标示图；
图6为馈电同轴连接器结构示意图；
图7为一种高增益端射共形天线阵面结构示意图。
上图中序号：第一介质基片1、第二介质基片2、第三介质基片3、偶极子贴片4、寄生贴片5、馈电贴片6、馈电同轴连接器7、内导体71、外导体72。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
参见图1和图2，一种高增益端射共形天线包括第一介质基片1、第二介质基片2、第三介质基片3、偶极子金属贴片4、两条以上的寄生金属贴片5、馈电金属贴片6和馈电同轴连接器7。
第一介质基片1、第二介质基片2和第三介质基片3依次重叠贴合连接成一个呈弧形板状的基体，基体的长度方向的一端辐射端，另一端为馈电端；基体的馈电端安装有馈电同轴连接器7，基体实现天线的功能。基体和现代载体的表面无缝贴合，实现了与现代载体的共形。第一介质基片1、第二介质基片2和第三介质基片3的长度L均为143mm，宽度W均为43mm，厚度分别为H1=0.762mm、H2=2mm、H3=0.762mm。其中第一介质基片1与第三介质基片3的介电常数均为6.15，第二介质基片2的介电常数为1.1。第二介质基片主要是为了增加天线结构强度及刚性。
参见图3，偶极子金属贴片4和四块条状的寄生金属贴片5构成辐射金属贴片，安装于第一介质基片1和第二介质基片2之间。
偶极子金属贴片4为工字形，其底端和顶端垂直与基体，偶极子金属贴片4的长度为天线工作频率的半波长；偶极子金属贴片4的底端连接着馈电同轴连接器7的外导体72，顶端为开路的半波偶极子。四块寄生金属贴片5均平行于偶极子金属贴片4的两端。参见图4，偶极子金属贴片4为末端开路的半波偶极子形式，L1≈0.5λ 0 ，λ 0 为中心频点对应的波长。本实例中，H41=15mm，L41=30mm。四条寄生金属贴片5利用空间耦合将半波振子辐射的能量向天线端射方向传递，形成端射波束，本实例中，H51=12mm，H52=12mm，H53=15mm，H54=14mm，L51=30mm，L52=24mm，L53=30mm，L54=22mm。寄生金属贴片5的数量、间距和具体尺寸可影响天线波束的增益及波瓣宽度，因此通过优化对应的参数可以使得天线增益或天线副瓣达到最优。
馈电金属贴片6安装于第三介质基片3的外侧面，参见图5，馈电金属贴片6的尺寸：Lb1=19mm、Lb2=7.5mm、Lb3=8mm。馈电金属贴片6的形状和尺寸会对天线的输入阻抗产生影响，因此，可以通过调节其具体形状和尺寸使得天线驻波达到要求。馈电金属贴片6连接着馈电同轴连接器7的内导体71，馈电同轴连接器7的外导体72连接着偶极子金属贴片4。馈电金属贴片6为L形，其弯钩端与偶极子金属贴片4的开路的半波偶极子上下对应，另一端连接着馈电同轴连接器7的内导体71。参见图1、图2和图6，馈电同轴连接器7固定安装于第三介质基片3上，其作用是将同轴馈线上的能量馈送至辐射金属贴片上。
工作时，馈电金属贴片6将馈电同轴连接器7的能量通过空间耦合的方式馈送给偶极子金属贴片4；偶极子金属贴片4将接收到的辐射能量通过两条以上的寄生金属贴片5向基体的辐射端传递，形成端射波束，提高增益。
实施例2
参见图7，一种高增益端射共形天线阵列是由8个高增益端射共形天线沿宽度方向连接组成天线阵面，相邻的基体无缝连接，八个高增益端射共形天线的馈电同轴连接器7在同一侧。
该高增益端射共形天线阵面能够在水平面上实现相扫，其低剖面，轻重量，高增益的特点能够满足现代载体对天线外形以及性能的要求。

Claims (3)

1.一种高增益端射共形天线，其特征在于：包括第一介质基片（1）、第二介质基片（2）、第三介质基片（3）、偶极子金属贴片（4）、两条以上的寄生金属贴片（5）、馈电金属贴片（6）和馈电同轴连接器（7）；
所述第一介质基片（1）、第二介质基片（2）和第三介质基片（3）依次重叠贴合连接成一个呈弧形板状的基体；基体长度方向的一端为辐射端，另一端为馈电端；所述馈电端设有馈电同轴连接器（7），基体实现天线的功能；
所述偶极子金属贴片（4）和两条以上的寄生金属贴片（5）构成辐射金属贴片，设于第一介质基片（1）和第二介质基片（2）之间；所述偶极子金属贴片（4）为工字形，其底端和顶端垂直于基体，偶极子金属贴片（4）的长度为天线工作频率的半波长；偶极子金属贴片（4）的底端连接着馈电同轴连接器（7）的外导体（72），顶端为开路的半波偶极子；两条以上的寄生金属贴片（5）均平行于偶极子金属贴片（4）的两端；
所述馈电金属贴片（6）设于第三介质基片（3）的外侧面，所述馈电金属贴片（6）为L形，其弯钩端与偶极子金属贴片（4）的开路的半波偶极子上下对应，另一端连接着馈电同轴连接器（7）的内导体（71）；馈电同轴连接器（7）的外导体（72）连接着偶极子金属贴片（4）；
所述馈电同轴连接器（7）固定设于第三介质基片（3）上，其作用是将同轴馈线上的能量馈送至辐射金属贴片上；
工作时，馈电金属贴片（6）将馈电同轴连接器（7）的能量通过空间耦合的方式，馈送给偶极子金属贴片（4）；偶极子金属贴片（4）将接收到的辐射能量通过两条以上的寄生金属贴片（5）向基体的辐射端传递，形成端射波束，提高增益。
2.根据权利要求1所述的一种高增益端射共形天线，其特征在于：所述寄生金属贴片（5）为条状，共设有四块。
3.一种高增益端射共形天线阵列，其特征在于：将两个以上权利要求1所述的一种高增益端射共形天线沿宽度方向连接组成天线阵面，且两个以上的一种高增益端射共形天线的馈电同轴连接器（7）位于天线阵面的相同一侧。
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