CN106876903A - 一种新型天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型天线，包括第一导体板，所述第一导体板上设有用于作为第一反射体的天线载体，所述天线载体上通过支撑装置支撑有天线体；沿所述天线体侧部向下延伸形成梳状结构，所述梳状结构处于所述天线体与所述天线载体之间的位置上。本发明具有结构较小、质量较轻、生产工艺简单且调试方便、具有良好特性的特点。

Description

一种新型天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种天线。

背景技术

随着卫星导航系统的建设与完善，促进了导航设备的发展。小型卫星导航及定位定向设备中普遍采用高介电常数右旋圆极化陶瓷天线，其具有小型化的优势。但是具体使用时，陶瓷天线介质损耗较大，良率较低，调试较麻烦，接收性能较差。而且在生产时，陶瓷天线需要多次切割进行调试，进而切割出需要的天线频率，但是，多次的切割不仅耗时耗力，而且切割的不准确性容易导致天线出现误差，影响准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构较小、质量较轻、生产工艺简单且调试方便、具有良好特性的右旋圆极化天线。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种新型天线，包括第一导体板，所述第一导体板上设有用于作为第一反射体的天线载体，所述天线载体上通过支撑装置支撑有天线体；

沿所述天线体侧部向下延伸形成梳状结构，所述梳状结构包括若干个沿所述天线体侧部向下延伸的梳齿，相邻梳齿之间设有间距；所述梳状结构处于所述天线体与所述天线载体之间的位置上。

在本发明的一个优选实施例中，所述天线体上还设置有用于调节天线谐振频率的调节枝节。

在本发明的一个优选实施例中，所述调节枝节与所述梳状结构平行设置。

在本发明的一个优选实施例中，还包括第二导体板，所述第二导体板的两端分别朝所述天线体弯折形成第二反射体和第三反射体。

在本发明的一个优选实施例中，所述第二导体板的两端分别朝所述天线体弯折形成第二反射体和第三反射体时，弯折角度为90°-150°。

在本发明的一个优选实施例中，所述第一导体板底部设有第二导体板，所述第二导体板的表面积大于所述第一导体板的表面积。

在本发明的一个优选实施例中，所述支撑装置上设有用于调节天线体阻抗匹配的调节槽。

在本发明的一个优选实施例中，所述天线体包括主辐射面，所述主辐射面上开设有槽体。

在本发明的一个优选实施例中，所述主辐射面为四方形结构，沿所述四方形结构的主辐射面的对角分别进行切割。

在本发明的一个优选实施例中，沿所述四方形结构的主辐射面的对角分别进行切割的切割线与所述四方形结构的一边形成夹角，所述夹角为35°-55°。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过在天线体侧部向下延伸形成梳状结构，树状结构之间具有较强的电磁耦合辐射，优化了天线空间的波束指向，使得该类PIFA天线波束指向偏离法向情况得到很大的改善。

本发明的天线，结构简单，调试频率比较简单，具体通过调节枝节的长度来进行频率的调节，相对于切割陶瓷，切割调节枝节，方法简单，切割准确，频率大小调节效率高。

本发明的天线，与现有的陶瓷结构相比，重量较轻，无需多次切割即可实现天线调试，信号接收性能好，介质损耗少，且具有良好的右旋圆极化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明提供的一种新型天线的结构示意图；

图2为本发明提供的天线体的立体图；

图3为本发明提供的天线体的主视图；

图4为本发明提供的新型天线无梳状结构时的方向图；

图5为本发明提供的新型天线有梳状结构时的方向图；

图6为本发明提供的天线体的后视图；

图7为本发明提供的新型天线的在不同调节枝节长度时的回波损耗图；

图8为本发明提供的天线体的俯视图；

图9为本发明提供的新型天线的回波损耗图；

图10是本发明提供的新型天线的方向图；

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1、第一导体板；2、天线载体；3、天线体；4、馈电脚；5、接地脚；6、辅助支撑脚；7、梳状结构；8、调节枝节；9、第二反射体；10、第三反射体；11、连接导体柱；12、第二导体板；13、调节槽；14、主辐射面；15、槽体；16、第一切角；17、第二切角。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

参照附图1所示，本发明提供的一种新型天线，包括第一导体板1，所述第一导体板1上设有用于作为第一反射体的天线载体2，所述天线载体2上通过支撑装置支撑有天线体3；

具体地，参照附图2所示，天线体3可以通过薄导体板加工而成，薄导体板如0.5mm厚铜板(可采购成品)，然后直接通过模具冲压的方式一次成形，加工快速，成本低，易于批量生产，且一致性高。

上述的支撑装置包括馈电脚4、接地脚5以及辅助支撑脚6，天线体3通过馈电脚4、接地脚5以及辅助支撑脚6固定于天线载体2上，同时，馈电脚4、接地脚5以及辅助支撑脚6形成三角形的稳定结构，保证了支撑的强度；与其它支撑方式相比较，三角形是最稳定的结构，其在承受外界压力或拉力的情况下，三角形与其他多边形或者支撑结构等结构相比，具有形状不变的性质，即能在较大的力作用下还能保持原状。

为了优化天线空间波束指向，参照附图2和3所示，本实施例中，沿所述天线体3侧部向下延伸形成梳状结构7，所述梳状结构7包括若干个沿所述天线体侧部向下延伸的梳齿，相邻梳齿之间设有间距；所述梳状结构7处于所述天线体3与所述天线载体2之间。

具体地，梳状结构7之间，由于每个梳之间具有一定的间距，这些间距有较强的电磁耦合辐射，其可以优化天线空间波束指向，使得PIFA天线波束指向偏离法向情况得到很大改善。

具体地，梳状结构7之间每个梳之间具有一定的间距，间距范围优选1-3mm，同时，间距的具体大小与可加工性、天线辐射面长度、谐振频率以及实际仿真数据综合获得。

本申请中，所述新型天线属于PIFA天线，PIFA天线可看成由单极天线演变而来，也可看成由微带天线演变而来，馈电点采取边馈形式，旁边加入短路点可使矩形辐射面的长度减半，使天线谐振于四分之一波长，从而实现了微带天线的小型化；由于短路片的存在，辐射面短路的一端电场最弱，另一端电场最强，PIFA天线的辐射是由其导体边沿和地板之间的边缘场产生的，其辐射机理实际上是高频的电磁泄漏。

一个微波电路如果不是被导体完全封闭，电路中的不连续处就会产生电磁辐射，当频率较低时，因电尺寸很小，电磁泄漏小；但随着频率的增高，电尺寸增大，泄漏就大。当经过特殊设计，使辐射贴片工作于谐振状态，辐射就明显增强，辐射效率就大大提高，成为有效的天线。而PIFA天线因馈电点在辐射面最边缘，辐射面上电流分布不均匀，导致辐射方向图1般不是均匀形状，普遍波束指向与天线法向存在一定夹角。

本申请的天线在天线一侧加入梳状线结构，在边缘存在数个不连续点，在不连续处产生电磁辐射，该电磁辐射对天线方向图形成微扰，使得天线指向发生变化。

通过观察图4和5，图4为没有加入梳状结构前天线的方向图；而图5为加入梳状结构后天线的方向图；由于定义可知，方向图是方向性函数的图形表示，它可以形象描绘天线辐射特性随着空间方向坐标的变化关系。而方向图中二维方向图中的直角坐标方向图可直观、快速清楚的反映出磁场强度与角度的关系，其中，纵坐标表示磁场强度，横坐标表示角度数。

通过对比图3和4可知，加入梳状结构后，天线方向图指向与天线法向之间夹角变小，进而有效减小了天线波束指向的偏离。

进一步地，所述天线体3与梳状结构7同向具有一定的高度，该垂直高度越高，则天线的宽带越宽，一般情况下，天线体3的垂直高度不高于15mm。

实施例2

参照附图6可知，作为实施例1的进一步改进，本实施例中，天线体3上还设置有用于调节天线谐振频率的调节枝节8。调节枝节8用于调节天线谐振频率时，调节枝节8的长度越长，天线的谐振频率越低，调节枝节8越短，天线谐振频率越高。

进一步地，调节枝节8的引入，其解决了批量生产中的不一致性导致的频率偏差，使得本发明的新型天线具有优良的良品率与可调适性。现有技术中，陶瓷天线使用以及生产中，根据频率进行陶瓷的切割，误差大，陶瓷面的处理等步骤比较麻烦，且切割面积等不好测量；而本申请的调节枝节8，通过频率计算，即可得知需要的调节枝节8高度，切割调节枝节8即可。切割调节枝节8，相比于切割陶瓷，不仅操作方便、简单，而且效率高，得到的频率准确率也高。

参照附图7所示，对于调节枝节8，其长度优选2-3mm，天线电长度增加可使天线谐振频率往低频移动。参照附图7所示，根据实际仿真结果，调节枝节8长度每变化1mm，天线谐振频率约变化20MHz，如此，实际制作出的天线即使存在一定尺寸偏差，批次一致性较差情况下，也能保证天线实测频率≤工作频率，然后根据实测频率与工作频率间差值，结合调试经验，用斜口钳剪短一定长度调节枝节8，使实测谐振频率往高频移动，直至接近工作频率，每批次中仅需抽样数个进行调试，记录调节枝节8的剪短长度，然后其余产品可按该长度平均值进行修剪，即可保证每次批天线频率偏差在很小范围内，需注意的是调节枝节8的长度只能剪短，所以天线谐振频率只能往高频移动，一旦长度剪切过多，导致谐振频率高于工作频率过多，便很难再往低频调节。

参照附图7，其中L表示调节枝节8的长度，通过图可以看出，图中表示不同长度的调节枝节8时，频率的响应曲线。横坐标是频率，纵坐标是反射损耗。反射损耗曲线的最低点对应的频率即是谐振频率。通过附图可知，当调节枝节8的长度L为5mm时，谐振频率值最小，而当调节枝节8的长度L为1mm时，谐振频率值最大，每当调节枝节8的长度增加1mm，谐振频率增加约为20MHz。

进一步地，设置时，调节枝节8与所述梳状结构7平行设置。

具体设置时，调节枝节8与梳状结构7可以设置在所述天线体3的同侧，也可以分别设置在所述天线体3的两侧。

当调节枝节8与梳状结构7分别设置在所述天线体3的两侧时，由于主要是受天线谐振原理、天线尺寸及结构限制，梳状结构7必须保证一定数量才能发挥最佳效果，所以排满天线体3的同一边，而调节枝节8本身形似梳状结构7中的锯齿，放在同一侧会因锯齿间距过小，存在较大耦合，导致调节枝节8对天线电长度增加较小，频率调节作用大大减弱，所以需将调节枝节8优选与梳状结构7处于天线体3两侧，此时，调节枝节8远离梳状结构7，才能发挥最大调节效果。

实施例3

参照附图1所示，本实施例中，将第一导体板1的两端分别朝所述天线体3弯折形成第二反射体9和第三反射体10。由于第一导体板1与天线载体2通过导体柱11连接共地，此时，通过弯折第一导体板1的两端，使其分别形成第二反射体9和第三反射体10，使得天线形成准半球状波束，具体地，半球状波束即天线三维方向图形似半个球形，且天线面法向指向最大增益点，陶瓷天线方向图即是半球状波束，导航应用对天线的要求描述即是需要天线具有半球状波束，且3dB波束宽度一般≥120°，而pifa天线一般并不具有标准的半球状波束方向图，因其法向与天线增益最大值存在较大偏差，一般约20°左右，所以为替代陶瓷，本发明的天线进行了若干改进，使天线方向图接近于半球状波束，但仍并不属于标准的半球状波束，所以取名准半球状波束。

其中，第二反射体9和第三反射体10向上弯折后，朝向天线体3；即天线体3、第二反射体9和第三反射体10之间是平行的。

由于第二反射体9和第三反射体10的引入，不仅减少了第一导体板1的长度，有助于实现天线的小型化，而且可以提高天线的抗多径性能。具体地，在无线通信领域，多径指无线电信号从发射天线经过多个路径抵达接收天线的传播现象。而本实施例中，通过增加第二反射体9和第三反射体10，避免了多个路径抵达接收天线的传播现象。

具体地，第一导体板1的两端分别朝所述天线体3弯折形成第二反射体和第三反射体时，弯折角度为90°-150°。

优选地，弯折角度为90°，当弯折角度选用90°时，天线形成准半球状波束的效果最佳。

实施例4

参照附图1，本实施例中，第一导体板1底部设有第二导体板12，所述第二导体板12的表面积大于所述第一导体板1的表面积。设置第二导体板12，其作为第四反射体，能减小背向电磁能量，使得天线辐射能量集中在法向，增大了法向的增益。

参照附图2可知，所述用于支撑天线体3和天线载体2的支撑装置上设有用于调节天线体3阻抗匹配的调节槽13。具体地，调节槽13在馈电脚4和接地脚5之间开设。

调节槽13的深度，可以有效调节天线输入抗阻，使之获得最佳回波损耗。

调节槽13并非越深或者越浅就能获得最佳回波损耗，天线馈线阻抗是标准的50Ω，天线要获得良好回波损耗，需要其输入阻抗也接近50Ω，而天线输入阻抗随天线形状及高度都会变化，所以调节槽13仅具有一个最佳尺寸使回波损耗达到最佳值，偏大偏小均会使回波损耗往差的方向变化，一般可根据仿真计算得到最佳槽深，第一次制作天线样品时可略微减小槽深，在实际调节中可通过戳刀增加调节槽13深度，同时通过矢量网络分析仪检测回波损耗值，即可获得天线最佳调节槽13深度，正样阶段便可修正该值。

参照附图8所示，所述天线体3包括主辐射面14，具体地，主辐射面14与天线载体2平行，所述主辐射面14上开设有槽体15。在主辐射面14上开设槽体15，可以有效减小主辐射面14的大小，实现天线的小型化。

具体地，槽体15的结构可以为四方形、圆弧形等等，比如沿主辐射面14的一边，直接切割出一个四方形，四方形的一边与所述主辐射面14的一边相同；此时主辐射面14上就可以形成上述的槽体15，槽体15的面积以及大小，可以根据实际需求，进行调整。当然，也可以根据需求切割成三角形、多边形等等，并不局限于上述的四方形或圆弧形。

参照附图8所示，所述主辐射面14为四方形结构，沿所述四方形结构的主辐射面14的对角分别进行切割，形成第一切角16和第二切角17。具体地，由于对角切割，可以形成右旋圆极化特性。

进一步地，圆极化波是由两个相互正交的线极化波合成，所以形成圆极化的关键是激励起两个极化方式正交的线极化波，当这两个模式的线极化波幅度相等、相位相差90°时，就能得到圆极化波的辐射；圆极化波分左旋和右旋，根据辐射电场矢量末端在空间中旋转方向来进行区分，具体可根据左右手螺旋定理进行判断；天线若辐射右旋圆极化波则只接收右旋圆极化波而不接收左旋圆极化波，导航卫星均发射右旋圆极化波，所以接收天线均需要右旋圆极化天线。

优选地，沿所述四方形结构的主辐射面14的对角分别进行切割的切割线与所述四方形结构主辐射面14的一边形成夹角，所述夹角为35°-55°。

参照附图9，本发明中新型天线的回波耗损图可知，本发明的回波耗损在频率为1.568±0.5MHz时达到最少。具体地，回波耗损表示前沿波在保护设备(反射点)被反射的比例，是直接衡量保护设备同系统阻抗是否兼容的参数。

现有技术中的陶瓷天线，在法向有较大增益，在较低仰角则增益较小，对低仰角的卫星信号接收效果差，而本申请的新型天线在低仰角有较大增益，对低仰角卫星信号接收效果更好。

参照附图10中本申请的方向图可知，工程上天线可用的频率带宽一般定义为2.0的驻波带宽，2.0驻波即对应约-10dB回波损耗值，回波损耗值约小代表天线对电磁波反射越小，其能量损耗就越小，辐射效率越高。

参照附图10，其表示的是天线方向图，其中两条曲线是天线三维方向图的两个切面，一般天线方向图都是这样表示，两条曲线无需对比。从附图10可知，本发明的新型天线，其辐射好，性能高。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种新型天线，其特征在于：包括第一导体板，所述第一导体板上设有用于作为第一反射体的天线载体，所述天线载体上通过支撑装置支撑有天线体；

沿所述天线体侧部向下延伸形成梳状结构，所述梳状结构包括若干个沿所述天线体侧部向下延伸的梳齿，相邻梳齿之间设有间距；所述梳状结构处于所述天线体与所述天线载体之间。

2.根据权利要求1所述的一种新型天线，其特征在于：所述天线体上还设置有用于调节天线谐振频率的调节枝节。

3.根据权利要求2所述的一种新型天线，其特征在于：所述调节枝节与所述梳状结构平行设置。

4.根据权利要求1所述的一种新型天线，其特征在于：还包括第二导体板，所述第二导体板的两端分别朝所述天线体弯折形成第二反射体和第三反射体。

5.根据权利要求4所述的一种新型天线，其特征在于：所述第二导体板的两端分别朝所述天线体弯折形成第二反射体和第三反射体时，弯折角度为90°-150°。

6.根据权利要求1所述的一种新型天线，其特征在于：所述第一导体板底部设有第二导体板，所述第二导体板的表面积大于所述第一导体板的表面积。

7.根据权利要求1所述的一种新型天线，其特征在于：所述支撑装置上设有用于调节天线体阻抗匹配的调节槽。

8.根据权利要求1所述的一种新型天线，其特征在于：所述天线体包括主辐射面，所述主辐射面上开设有槽体。

9.根据权利要求1所述的一种新型天线，其特征在于：所述主辐射面为四方形结构，沿所述四方形结构的主辐射面的对角分别进行切割。

10.根据权利要求9所述的一种新型天线，其特征在于：沿所述四方形结构的主辐射面的对角分别进行切割的切割线与所述四方形结构的一边形成夹角，所述夹角为35°-55°。