CN108767457B - 一种微带磁偶极子天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微带磁偶极子天线。其包括两个层叠的介质板、金属贴片、四组短路钉、两条DC偏压线、射频开关、馈电和设于介质板上的通孔，两个介质板的背部分别覆盖金属贴片；每个短路钉两端各自连接一个射频开关的一端，射频开关的另一端通过该射频开关所在的介质板上的通孔连接到该射频开关所在的介质板背部的金属贴片；前后两组短路钉各连接一条DC偏压线；第一、三组短路钉将天线划分为三个谐振腔，第一组短路钉位于第一和第二谐振腔之间，第三组短路钉位于第二和第三谐振腔之间，第二组短路钉位于第二谐振腔中部，第四组短路钉位于第三谐振腔中部，馈电位于第一谐振腔。本发明实现波束控制，以此获得不同的倾斜角的圆锥辐射场。

Description

一种微带磁偶极子天线
技术领域
本发明涉及天线领域，更具体地，涉及一种微带磁偶极子天线。
背景技术
随着人工智能技术的发展，无人机技术进入了高速发展的阶段，无人机依靠无线电进行遥控。而现有的无人机常常采用电单极子天线，电单极子天线的优势在于在方位面上能够全向辐射，但无人机与地表控制器的倾斜角会随着飞行高度和距离不同而变化，而传统的电单极子天线只能产生带有固定倾斜角的圆锥场型，限制了传输距离。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种易加工、易生产且具有波束控制特性的微带磁偶极子天线。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种微带磁偶极子天线，包括两个层叠的介质板、金属贴片、四组短路钉、两条DC偏压线、射频开关、馈电和设于介质板上的通孔，两个介质板的背部分别覆盖金属贴片；每个短路钉两端各自连接一个射频开关的一端，同一个短路钉两端连接的射频开关分别位于不同的介质板上，射频开关的另一端通过该射频开关所在的介质板上的通孔连接到该射频开关所在的介质板背部的金属贴片；
第一、第二组短路钉连接一条DC偏压线，第三至第四组短路钉连接另一条DC偏压线；第一、第三组短路钉将天线划分为三个谐振腔，第一组短路钉位于第一和第二谐振腔之间，第三组短路钉位于第二和第三谐振腔之间，第二组短路钉位于第二谐振腔中部，第四组短路钉位于第三谐振腔中部，馈电位于第一谐振腔，馈电的一端与其中一个介质板背部的金属贴片连接，另一端在不接触另一个介质板和其背部的金属贴片的情况下与外接同轴连接器连接。
进一步的，两个介质板背部的金属贴片的三边均被同一短路墙连接。
进一步的，所述第一组短路钉和第三组短路钉分别包括两个短路钉。
进一步的，第二组短路钉和第四组短路钉分别包括一个短路钉。
进一步的，第一谐振腔长度等于天线工作频率的一个波长乘以一个长度系数A，第二和第三谐振腔长度等于天线工作频率的半个波长乘以一个长度系数B，第三谐振腔的宽度等于天线工作频率的1/4个波长乘以一个长度系数C。
进一步的，所述射频开关为二极管。
更进一步的，所有二极管为相同的PIN二极管。
进一步的，两条DC偏压线由不同电压源控制。
进一步的，介质板通过固体介质制作而成。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明的天线中可以通过射频开关来切换天线的工作状态，实现波束控制，以此获得不同的倾斜角的圆锥辐射场，而且在方位面上全向水平极化辐射。
此结构的天线以平面贴片为主，结构简单，便于生产加工。
附图说明
图1为本发明一种微带磁偶极子天线的结构爆炸图。
图2为本发明一种微带磁偶极子天线的平面俯视图。
图3为本发明一种微带磁偶极子天线的剖面图。
图4为本发明的天线在第一状态下的回波损耗示意图。
图5为本发明的天线在第二状态下的回波损耗示意图。
图6为本发明的天线在第三状态下的回波损耗示意图。
图7为本发明的天线在第一状态下的2.4GHZ上竖直面辐射方向图。
图8为本发明的天线在第一状态下的2.4GHZ上三维辐射方向图。
图9为本发明的天线在第二状态下的2.4GHZ上竖直面辐射方向图。
图10为本发明的天线在第二状态下的2.4GHZ上三维面辐射方向图。
图11为本发明的天线在第三状态下的2.4GHZ上竖直面辐射方向图。
图12为本发明的天线在第三状态下的2.4GHZ上三维面辐射方向图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
在本发明的描述中，需要理解的是，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
在本实施例中，以WLAN频段为例对本发明的方案进行说明。
如图1-3所示，本发明一种微带磁偶极子天线包括两个层叠的介质板1、金属贴片2、短路墙3、四组短路钉4、两条DC偏压线、射频开关6、馈电7和通孔8，两个介质板1的背部分别覆盖金属贴片2；
四组短路钉4中，第一组短路钉包括第一短路钉、第二短路钉；第二组短路钉包括第三短路钉，第三组短路钉包括第四短路钉和第五短路钉，第四组短路钉包括第六短路钉；其中，短路钉4的直径可以根据实际需要设置，所有短路钉4可以采用同一尺寸，也可以采用不同的尺寸。
两个介质板1背部的金属贴片2的三边均被同一短路墙3连接；
介质板1上设有通孔8，两个介质板1上均安装有射频开关；六个短路钉的两端各自连接一个射频开关的一端，同一个短路钉两端连接的射频开关分别位于不同的介质板1上，六个短路钉共连接12个射频开关；各个射频开关6的另一端均通过该射频开关6所在的介质板1上的通孔连接到该射频开关6所在的介质板1背部的金属贴片1。具体实现时，短路钉需要穿过其中一层介质板1和该介质板1背部的金属贴片与位于另一层介质板1上的射频开关6连接。
其中射频开关6可以采用二极管实现，优选的，所有射频开关6可以采用相同的PIN二极管。设置通孔的目的是让射频开关6的一端能够与介质板下层的金属贴片2接触。
第一至第三短路钉连接第一条DC偏压线5-1，第四至第六短路钉连接另一条DC偏压线5-2，由两条偏压线分别控制不同的短路钉4，并且两条偏压线的电压由不同的电压源供给，两条偏压线上的电压可以相同也可以不同；
第一和第二短路钉、第四和第五短路钉分别将天线划分为三个谐振腔，第一和第二短路钉位于第一和第二谐振腔之间，第四和第五短路钉位于第二和第三谐振腔之间，第三短路钉位于第二谐振腔中部，第三短路钉能够使得第二谐振腔短路不工作，第六短路钉位于第三谐振腔中部，第六短路钉能够使得第三谐振腔短路不工作；馈电7位于第一谐振腔，且馈电7的一端与其中一层介质板1背部的金属贴片2连接，另一端在不接触另一层介质板1和其背部的金属贴片2的情况下与外接同轴连接器连接。
其中，第一谐振腔长度等于天线工作频率的一个波长乘以一个长度系数A，第二和第三谐振腔长度等于天线工作频率的半个波长乘以一个长度系数B，第三谐振腔的宽度等于天线工作频率的1/4个波长乘以一个长度系数C。A、B、C的取值范围为0.8～1.2，A、B、C的取值可以相同也可以不同。如此设置的好处是为了实现较大的波束控制结果。
本实施例的方案中，可以通过二极管作为射频开关切换天线的状态，依此达到波束控制，调整倾斜角。
以无线WLAN频段为例，二极管的通断切换天线的不同状态，不同的状态下都能够产生固定的2.44GHZ的谐振频率，具体的：
当全部二极管开启时，也就所有射频开关6开启时，天线工作在第一状态，第一谐振体谐振在2.44GHZ、TM11模式，其他谐振腔被短路钉短路。其回波损耗图如图4所示。
当第一条偏压线5-1的电压控制对应的射频开关6全部关断、第二条偏压线5-2控制对应的射频开关6全部开启时，天线切换到第二状态：第一和第二谐振腔体组成了更大的谐振腔，从而产生更低一些的谐振频率，TM11的谐振频率下降到了2GHZ，TM12的谐振频率变成了2.44GHZ，其回波损耗图如图5所示。
当所有二极管关断了，也就是所有射频开关6断开后，第一至第三谐振腔连载一起，天线进入到了第三状态。在这样的状态下，TM11和TM12的谐振频率降到1.8GHZ和2.1GHZ。其回波损耗图如图6所示。
从图3至图5可以看出，在本实例中WLAN的工作频段内(2400MHz-2483.5MHz)，本发明的天线分别在只有第一谐振腔工作时、只有第一、第二谐振腔连在一起工作时和三个谐振腔连在一起工作时的三种状态下的回波损耗S11都约在-15dB以下，实现较好的阻抗匹配，将能量较好的辐射出去。
如图7-12所示，为上述三种状态下的天线辐射图。图7和图8显示的是天线第一状态下在高程面上辐射场，其与传统的半波偶极子的辐射场相似。天线在第二状态下，如图9和图10所示，天线的主波束分裂成两个锥形束，而由于馈电7位置的不对称使得下倾角略强于上倾角。而天线在第三状态下，如图11和图12所示，锥形束进一步倾斜。
由上述实例可以看出，本发明可通过射频开关6来切换天线的不同工作状态，不同的工作状态可以获得不同倾斜角的圆锥辐射场，且在方位面上全向水平极化辐射，实现波束控制。而且本发明以平面贴片为主，结构简单，便于生产加工。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种微带磁偶极子天线，其特征在于，包括两个层叠的介质板、金属贴片、四组短路钉、两条DC偏压线、射频开关、馈电和设于介质板上的通孔，两个介质板的背部分别覆盖金属贴片；每个短路钉两端各自连接一个射频开关的一端，同一个短路钉两端连接的射频开关分别位于不同的介质板上，射频开关的另一端通过该射频开关所在的介质板上的通孔连接到该射频开关所在的介质板背部的金属贴片；
第一、第二组短路钉连接一条DC偏压线，第三至第四组短路钉连接另一条DC偏压线；第一、第三组短路钉将天线划分为三个谐振腔，第一组短路钉位于第一和第二谐振腔之间，第三组短路钉位于第二和第三谐振腔之间，第二组短路钉位于第二谐振腔中部，第四组短路钉位于第三谐振腔中部，馈电位于第一谐振腔，馈电的一端与其中一个介质板背部的金属贴片连接，另一端在不接触另一个介质板和其背部的金属贴片的情况下用于外接同轴连接器；
两个介质板背部的金属贴片的三边均被同一短路墙连接；
所述第一组短路钉和第三组短路钉分别包括两个短路钉；
第二组短路钉和第四组短路钉分别包括一个短路钉。
2.根据权利要求1所述的微带磁偶极子天线，其特征在于，第一谐振腔长度等于天线工作频率的一个波长乘以一个长度系数A，第二和第三谐振腔长度等于天线工作频率的半个波长乘以一个长度系数B，第三谐振腔的宽度等于天线工作频率的1/4个波长乘以一个长度系数C。
3.根据权利要求1所述的微带磁偶极子天线，其特征在于，所述射频开关为二极管。
4.根据权利要求3所述的微带磁偶极子天线，其特征在于，所有二极管为相同的PIN二极管。
5.根据权利要求1所述的微带磁偶极子天线，其特征在于，两条DC偏压线由不同的电压源控制。
6.根据权利要求1至5任一项所述的微带磁偶极子天线，其特征在于，介质板通过固体介质制作而成。
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