CN105870631B - 双环天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双环天线，涉及天线技术领域，以解决现有的测向天线体积较大或测量精确度较低，同时测向效率较低的问题。本发明所述的双环天线中，包括：结构和电气性能均相同的第一天线环体和第二天线环体；第一天线环体和第二天线环体嵌套连接，且第一天线环体与第二天线环体垂直并同轴心设置。本发明主要应用于测向天线的生产制造中。

Description

双环天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种双环天线。

背景技术

天线，是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件；天线能够将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。并且，通常天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线；同一天线作为发射天线或接收天线的基本特性参数是相同的。

图1为现有技术提供的阵列天线的结构示意简图；图2为现有技术提供的单环天线的结构示意简图；图3为现有技术提供的对数周期天线的结构示意简图。

测向天线属于天线的一种；目前，现有技术中的测向天线主要包括：阵列天线、单环天线和对数周期天线。其中，如图1所示，阵列天线是由多个相同的单个天线按一定规律排列组成的天线系统，阵列天线是利用相位法测向，其测量精确度较高、但通常体积过大。如图2和图3所示，单环天线是单一圆环形结构天线，对数周期天线是定向板状天线的一种，单环天线和对数周期天线均是利用振幅法测向，由于单环天线和对数周期天线对入射波方向角的分辨率较差，因此二者的测量精确度也较低。此外，现有技术中的测向天线通常是先通过单个天线的方向性以粗略判断来波方向，再通过人工调整以逐步靠近的方式寻找来波信源，从而容易导致人力与时间的大量耗费，造成测向效率较低的现象。

因此，如何提供一种双环天线，能够既减小天线的体积又提高天线的测量精确度，同时提高测向效率，已成为本领域技术人员亟需解决的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双环天线，以解决现有的测向天线体积较大或测量精确度较低，同时测向效率较低的问题。

本发明提供一种双环天线，包括：结构和电气性能均相同的第一天线环体和第二天线环体；所述第一天线环体和所述第二天线环体嵌套连接，且所述第一天线环体与所述第二天线环体垂直并同轴心设置。

其中，所述第一天线环体的内沿顶端和内沿底端分别开设有第一安装口；所述第二天线环体的外沿顶端和外沿底端分别开设有第二安装口，且所述第二安装口与所述第一安装口能够匹配对接。

具体地，所述第二天线环体的底端外沿设置为平端面结构。

进一步地，还包括：底座，所述底座的顶端面上设有十字形安装槽；嵌套连接的所述第一天线环体和所述第二天线环体能够整体安装在所述底座上的所述十字形安装槽内。

更进一步地，所述第一天线环体的底端外沿设置为平端面结构。

实际应用时，所述第一天线环体和所述第二天线环体均为PCB印制板。

其中，所述PCB印制板由内至外依次铺设有第一屏蔽层、第一信号层、第二信号层和第二屏蔽层；所述第一信号层包括有第一环形线圈和第三环形线圈，所述第二信号层包括有第二环形线圈和第四环形线圈；所述第一信号层的所述第一环形线圈由第一过孔起线环绕一圈、并通过第二过孔与所述第二信号层的所述第二环形线圈连接，所述第二信号层的所述第二环形线圈环绕一圈并通过第三过孔与所述第一信号层的所述第三环形线圈连接，所述第一信号层的所述第三环形线圈环绕一圈并通过第四过孔与所述第二信号层的所述第四环形线圈连接，所述第二信号层的所述第四环形线圈环绕一圈并于第五过孔收线。

具体地，所述第二过孔处并联有第一电阻，所述第一电阻的一端连接于所述第一环形线圈与所述第二环形线圈之间、另一端连接所述第二屏蔽层；所述第三过孔处并联有第二电阻，所述第二电阻的一端连接于所述第二环形线圈与所述第三环形线圈之间、另一端连接所述第二屏蔽层；所述第四过孔处并联有第三电阻，所述第三电阻的一端连接于所述第三环形线圈与所述第四环形线圈之间、另一端连接所述第二屏蔽层。

进一步地，所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层均为覆铜屏蔽层。

更进一步地，所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层在所述第一天线环体的所述第一过孔至所述第五过孔区域处分别开设有第一屏蔽缺口；所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层在所述第二天线环体的所述第一过孔至所述第五过孔区域处分别开设有第二屏蔽缺口。

相对于现有技术，本发明所述的双环天线具有以下优势：

本发明提供的双环天线中，包括：结构和电气性能均相同的第一天线环体和第二天线环体；具体地，第一天线环体和第二天线环体嵌套连接，且第一天线环体与第二天线环体垂直并同轴心设置。由此分析可知，本发明提供的双环天线中，由于包括垂直并同轴心嵌套连接的结构和电气性能均相同的第一天线环体和第二天线环体，因此本发明提供的双环天线能够利用振幅法测向，并通过相互垂直的两个方向的第一天线环体和第二天线环体同时接收信号以进行计算而精确判断电磁波发射源的方向，从而有效提高入射波方向角的分辨率，进而有效提高测量精确度；此外，由于包括垂直并同轴心嵌套连接的结构和电气性能均相同的第一天线环体和第二天线环体，因此与现有的测向天线相比，本发明提供的双环天线的第一天线环体和第二天线环体具有高对称性，从而也无需通过人工调整以逐步靠近的方式寻找来波信源，进而能够有效提高测向效率，且由于为垂直并同轴心嵌套连接的双环结构，因此体积也相对较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的阵列天线的结构示意简图；

图2为现有技术提供的单环天线的结构示意简图；

图3为现有技术提供的对数周期天线的结构示意简图；

图4为本发明实施例提供的双环天线的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的双环天线中一种第一天线环体的外部结构示意图；

图6为本发明实施例提供的双环天线中第二天线环体的外部结构示意图；

图7为本发明实施例提供的双环天线中另一种第一天线环体的外部结构示意图；

图8为本发明实施例提供的双环天线中第一天线环体的内部结构示意图；

图9为图8中虚线圆圈区域的局部放大结构示意图；

图10为本发明实施例提供的双环天线的测向原理示意图。

附图标记：

010－第一天线环体； 020－第二天线环体；

011－第一安装口； 021－第二安装口；

030－底座； 031－十字形安装槽；

041－第一环形线圈； 042－第三环形线圈；

043－第二环形线圈； 044－第四环形线圈；

051－第一过孔； 052－第二过孔；

053－第三过孔； 054－第四过孔；

055－第五过孔； 061－第一电阻；

062－第二电阻； 063－第三电阻；

A－一测试点； B－另一测试点；

C－被测信号发射源； α－直线AC与地理北的夹角；

β－直线BC与地理北的夹角； a－直线AC与直线AB的夹角；

b－直线BC与直线BA的夹角； c－直线CA与直线CB的夹角。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图4为本发明实施例提供的双环天线的结构示意图。

如图4所示，本发明实施例提供的一种双环天线，包括：结构和电气性能均相同的第一天线环体010和第二天线环体020；第一天线环体010和第二天线环体020嵌套连接，且第一天线环体010与第二天线环体020垂直并同轴心设置。

相对于现有技术，本发明实施例所述的双环天线具有以下优势：

本发明实施例提供的双环天线中，如图4所示，包括：结构和电气性能均相同的第一天线环体010和第二天线环体020；具体地，第一天线环体010和第二天线环体020嵌套连接，且第一天线环体010与第二天线环体020垂直并同轴心设置。由此分析可知，本发明实施例提供的双环天线中，由于包括垂直并同轴心嵌套连接的结构和电气性能均相同的第一天线环体010和第二天线环体020，因此本发明实施例提供的双环天线能够利用振幅法测向，并通过相互垂直的两个方向的第一天线环体010和第二天线环体020同时接收信号以进行计算而精确判断电磁波发射源的方向，从而有效提高入射波方向角的分辨率，进而有效提高测量精确度；此外，由于包括垂直并同轴心嵌套连接的结构和电气性能均相同的第一天线环体010和第二天线环体020，因此与现有的测向天线相比，本发明实施例提供的双环天线的第一天线环体010和第二天线环体020具有高对称性，从而也无需通过人工调整以逐步靠近的方式寻找来波信源，进而能够有效提高测向效率，且由于为垂直并同轴心嵌套连接的双环结构，因此体积也相对较小。

此处需要补充说明的是，由于第一天线环体010和第二天线环体020在相同的工作状态下，接收无线电波和电磁场的强度一致，且第一天线环体010和第二天线环体020之间分别测得的信号数据具有相互可参考性，因此也能够保证本发明实施例提供的双环天线具有较高的入射波方向角的分辨率、测量精确度及测向效率，同时能够进行远程的精确定向。

此外，结构和电气性能均相同的第一天线环体010和第二天线环体020，是指第一天线环体010与第二天线环体020的大小、面积和布线方式等均相同。

并且，第一天线环体010和第二天线环体020的垂直同轴心嵌套连接，能够保证在地理位置上第一天线环体010与第二天线环体020具有极高的一致性，该一致性是本发明实施例提供的双环天线进行双环测向的成立基础。

图5为本发明实施例提供的双环天线中一种第一天线环体的外部结构示意图；图6为本发明实施例提供的双环天线中第二天线环体的外部结构示意图。

其中，为了保证第一天线环体010能够与第二天线环体020垂直并同轴心嵌套连接，如图4结合图5所示，上述第一天线环体010的内沿顶端和内沿底端可以分别开设有第一安装口011，如图4结合图6所示，上述第二天线环体020的外沿顶端和外沿底端可以分别开设有第二安装口021，且该第二安装口021与第一安装口011能够匹配对接，如图4所示，从而保证第一天线环体010能够与第二天线环体020垂直并同轴心嵌套连接，进而保证本发明实施例提供的双环天线能够既有效减小天线的体积又提高入射波方向角的分辨率、测量精确度及测向效率。

具体地，为了便于第二天线环体020与第一天线环体010的嵌套安装，如图6所示，上述第二天线环体020的底端外沿可以设置为平端面结构(如图6中箭头所指)，从而通过平端面结构的设置，以增大第二天线环体020与第一天线环体010嵌套安装时的接触面积，进而便于第二天线环体020与第一天线环体010的安装固定，并能够有效提高固定后的稳定性，避免因第二天线环体020的底端外沿为弧形结构而造成的滑动偏移等现象。

进一步地，为了便于双环天线的整体放置，以使其能够更好地接收、发射信号，如图4所示，本发明实施例提供的双环天线还可以包括：底座030，该底座030的顶端面上可以设有与嵌套后的第一天线环体010和第二天线环体020匹配对接的十字形安装槽031，从而嵌套连接的第一天线环体010和第二天线环体020能够整体安装在底座030上的十字形安装槽031内。此外，通过底座030的设置，还有利于通过人工操作对双环天线整体进行微调，以再进一步更精确地提高测量精确度。

此处需要补充说明的是，通过人工操作对双环天线整体进行微调时，双环天线中第一天线环体010与第二天线环体020始终保持垂直且同轴心，即对双环天线进行微调是通过对底座030进行微小幅度的旋转调整以带动其上的第一天线环体010和第二天线环体020而实现的。

图7为本发明实施例提供的双环天线中另一种第一天线环体的外部结构示意图。

更进一步地，为了便于将嵌套连接的第一天线环体010和第二天线环体020整体安装在底座030上的十字形安装槽031内，如图7所示，上述第一天线环体010的底端外沿也可以设置为平端面结构(如图7中箭头所指)，从而通过平端面结构的设置，以增大第二天线环体020、第一天线环体010整体与底座030上的十字形安装槽031安装时的接触面积，进而便于第二天线环体020、第一天线环体010整体与底座030的安装固定，并能够有效提高固定后的稳定性，避免因第一天线环体010的底端外沿为弧形结构而造成的滑动偏移等现象。

此处需要补充说明的是，实际生产制造和装配时，上述第一天线环体010与第二天线环体020可以互换，即第一天线环体010的外沿顶端和外沿底端可以分别开设有第一安装口011、且底端外沿可以设置为平端面结构，第二天线环体020的内沿顶端和内沿底端可以分别开设有第二安装口021、且底端外沿可以设置为平端面结构；当然，若第一天线环体010与第二天线环体020互换后，其内部走线路径也应作相应调整；具体走线路径遵循的宗旨是避开第一、第二安装口(011、021)，且保证第一天线环体010与第二天线环体020具有较高的电气一致性。

图8为本发明实施例提供的双环天线中第一天线环体的内部结构示意图。

实际应用时，为了保证双环天线能够顺利接收、发送信号，如图8所示，上述第一天线环体010和第二天线环体020的制作方式均可以为采用PCB印制板。由于采用PCB印制板属于现有的较成熟的天线制作方式，因此PCB印制板还能够有效降低双环天线的制作成本，并保证双环天线的性能具有较好地稳定性，同时PCB印制板还能够在结构上和电气性能上使双环天线具有良好的对称性。

图9为图8中虚线圆圈区域的局部放大结构示意图。

实际生产制作时，上述PCB印制板由内至外可以依次铺设有第一屏蔽层、第一信号层、第二信号层和第二屏蔽层；其中，如图8结合图9所示，上述第一信号层可以包括有第一环形线圈041和第三环形线圈042，上述第二信号层可以包括有第二环形线圈043和第四环形线圈044。具体地，第一信号层的第一环形线圈041由第一过孔051起线环绕一圈、并通过第二过孔052与第二信号层的第二环形线圈043连接；第二信号层的第二环形线圈043环绕一圈并通过第三过孔053与第一信号层的第三环形线圈042连接；第一信号层的第三环形线圈042环绕一圈并通过第四过孔054与第二信号层的第四环形线圈044连接；第二信号层的第四环形线圈044环绕一圈并于第五过孔055收线。

此处需要补充说明的是，第二天线环体020中的走线方式与第一天线环体010中的走线方式一致，在此不再赘述；此外，第一环形线圈041、第三环形线圈042、第二环形线圈043和第四环形线圈044均以绕过第一安装口011和第二安装口021的方式走线。

具体地，为了减少第一、第三、第二、第四环形线圈(041、042、043、044)产生的线性谐振，以提高测试信号数据的准确性，如图9所示，第二过孔052处可以并联有第一电阻061，该第一电阻061的一端可以连接于第一环形线圈041与第二环形线圈043之间、另一端可以连接第二屏蔽层；第三过孔053处可以并联有第二电阻062，该第二电阻062的一端可以连接于第二环形线圈043与第三环形线圈042之间、另一端可以连接第二屏蔽层；第四过孔054处可以并联有第三电阻063，该第三电阻063的一端可以连接于第三环形线圈042与第四环形线圈044之间、另一端可以连接第二屏蔽层。

进一步地，为了有效提高第一天线环体010和第二天线环体020中第一、第二信号层的抗干扰能力，上述第一屏蔽层和第二屏蔽层可以均为覆铜屏蔽层。

更进一步地，本发明实施例提供的双环天线中，上述第一屏蔽层和第二屏蔽层在第一天线环体010的第一过孔051至第五过孔055区域处可以分别开设有第一屏蔽缺口；上述第一屏蔽层和第二屏蔽层在第二天线环体020的第一过孔051至第五过孔055区域处可以分别开设有第二屏蔽缺口。

此外，实际生产制造时，本发明实施例提供的双环天线中，第一天线环体010的外沿和内沿可以采用喷锡的处理方式以制成第三屏蔽层；同时，第二天线环体020的外沿和内沿也可以采用喷锡的处理方式以制成第四屏蔽层。具体地，第三屏蔽层和第四屏蔽层分别在第一天线环体010和第二天线环体020内外沿的上、下、左、右四个位置处均开设有同样宽度的屏蔽层缺口。

此处需要补充说明的是，本发明实施例提供的双环天线的第一天线环体010和第二天线环体020中，天线的外沿半径可以为109.6mm、内沿半径可以为97.6mm、各环形线圈的线径可以为0.254mm、各屏蔽层的厚度可以为2mm。

下面对本发明实施例提供的双环天线的测向原理进行详细说明：

本发明实施例提供的双环天线中第一天线环体010和第二天线环体020均是通过感应空间电磁场磁通量接收信号；当第一天线环体010或第二天线环体020与被测电磁波方向平行时所接收的磁通量为最小，相应信号幅度为最小值；当第一天线环体010或第二天线环体020与被测电磁波方向垂直时所接收的磁通量为最大，相应信号幅度为最大；当第一天线环体010或第二天线环体020与被测电磁波方向之间的夹角约为45°时所接收的磁通量相近，相应信号幅度值也相近。此外，所接收信号的强度不同表示所测点场强的X，Y分量值不同，且可以通过反正切函数计算出来波方向；这里需要指出的是，上述来波方向是相对于指北环(第一天线环体010或第二天线环体020)的夹角，指北环的确定可以通过软件中公式的编写。同时，来波方向的确定是在指北环上设置电子罗盘，并保证电子罗盘的指北针与指北环平行，最终得出的方向结果是指北环与地理北的夹角与来波方向相对于指北环的夹角之和。

此处需要补充说明的是，本发明实施例提供的双环天线，能够对500K－110M的空间电磁场信号进行频谱分析，并且可以通过接收机采用连续点频测量的方式完成频谱的扫描工作，同时扫描结果可以分为对数和线性两种显示模式，用户可以根据需求设置扫描频率范围和点频步进长度。

图10为本发明实施例提供的双环天线的测向原理示意图。

此外，如图10所示，进行测向定位时需要在一测试点A点与另一测试点B点分别架设一台测向系统，对正在发射信号的某频率点的信号发射源进行方向测试，并根据测试结果得出两个测试地点与信号发射源相对于地理北的方位角度及测试点GPS。同时，使用已知的两个测试点GPS数据以及测试的方位角结果，可绘制出经过A点与B点的直线，两条直线的交点C即为被测信号发射源。

GPS计算原理：如图10所示，已知数据有A、B两个测试点的经纬度，直线AC与地理北的夹角α、直线BC与地理北的夹角β和两个测试点的GPS数据，可以计算出线段AB的长度，角a、b、c的数值，根据三角公式：可以计算出C点的经纬度值。

远程数据整合方案：每台测向系统配置一部DTU模块，DTU模块与接收机之间可以通过RS232接口进行数据通信，将测试结果数据及测试地点的GPS数据通过GPRS网络发送至有固定IP地址的无线数据服务中心，无线数据服务中心与上位机通信，上位机通过内置的客户端对数据接收并储存，定位计算软件调用已存储的数据对被测试点的GPS进行计算。

此处需要补充说明的是，DTU(Data Transfer unit)模块，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种双环天线，其特征在于，包括：结构和电气性能均相同的第一天线环体和第二天线环体；所述第一天线环体和所述第二天线环体嵌套连接，且所述第一天线环体与所述第二天线环体垂直并同轴心设置；

所述第一天线环体的内沿顶端和内沿底端分别开设有第一安装口；所述第二天线环体的外沿顶端和外沿底端分别开设有第二安装口，且所述第二安装口与所述第一安装口能够匹配对接；

所述第二天线环体的底端外沿设置为平端面结构；

所述第一天线环体的底端外沿设置为平端面结构；

还包括：底座，所述底座的顶端面上设有十字形安装槽；嵌套连接的所述第一天线环体和所述第二天线环体能够整体安装在所述底座上的所述十字形安装槽内；

所述第一天线环体和所述第二天线环体均为PCB印制板；

所述PCB印制板由内至外依次铺设有第一屏蔽层、第一信号层、第二信号层和第二屏蔽层；所述第一信号层包括有第一环形线圈和第三环形线圈，所述第二信号层包括有第二环形线圈和第四环形线圈；

所述第一信号层的所述第一环形线圈由第一过孔起线环绕一圈、并通过第二过孔与所述第二信号层的所述第二环形线圈连接，所述第二信号层的所述第二环形线圈环绕一圈并通过第三过孔与所述第一信号层的所述第三环形线圈连接，所述第一信号层的所述第三环形线圈环绕一圈并通过第四过孔与所述第二信号层的所述第四环形线圈连接，所述第二信号层的所述第四环形线圈环绕一圈并于第五过孔收线。

2.根据权利要求1所述的双环天线，其特征在于，所述第二过孔处并联有第一电阻，所述第一电阻的一端连接于所述第一环形线圈与所述第二环形线圈之间、另一端连接所述第二屏蔽层；

所述第三过孔处并联有第二电阻，所述第二电阻的一端连接于所述第二环形线圈与所述第三环形线圈之间、另一端连接所述第二屏蔽层；

所述第四过孔处并联有第三电阻，所述第三电阻的一端连接于所述第三环形线圈与所述第四环形线圈之间、另一端连接所述第二屏蔽层。

3.根据权利要求1所述的双环天线，其特征在于，所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层均为覆铜屏蔽层。

4.根据权利要求1所述的双环天线，其特征在于，所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层在所述第一天线环体的所述第一过孔至所述第五过孔区域处分别开设有第一屏蔽缺口；

所述第一屏蔽层和所述第二屏蔽层在所述第二天线环体的所述第一过孔至所述第五过孔区域处分别开设有第二屏蔽缺口。