CN108832275B - 移动数字电视感应阵列四螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本发明提出移动数字电视感应阵列四螺旋天线，所述天线包括天线接地板、辐射片和均匀设于辐射片周侧的多枚感应片；所述感应片的形状与辐射片相同但尺寸小于辐射片；感应片与辐射片的间距按感应激发距离设置；所述辐射片和感应片均包括中央的馈电片和从馈电片向外延伸的多个螺旋臂；所述辐射片以馈电片输入的信号射频电流产生电磁源辐射；所述感应激发距离使电磁源辐射在感应片处产生与信号射频电流相位相同或相近的感应射频电流；所述感应射频电流使感应片产生可对电磁源辐射增幅的感应辐射；本发明能利用辐射叠加原理有效提高阵列天线的辐射性能和带宽性能，而且具有较好的抗腐蚀性和抗破坏性。

Description

移动数字电视感应阵列四螺旋天线

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其是移动数字电视感应阵列四螺旋天线。

背景技术

随着城市公交系统、轨道交通系统的不断完善和私人汽车的逐步普及，大多数城市居民选择乘坐各式车辆进行通勤。移动数字电视系统是一种应用于高速移动的各式车辆上的电视系统，具有很高的清晰度和很好的互动体验，可以收看高清电视节目、点播或回看视频、通过语音或在线方式参与电视购物、联机视频互动等。大多数城市通勤车辆都配备了移动数字电视系统，其已成为具有较大影响力的新兴媒体。

移动数字电视系统通过与卫星之间的无线信号传输来收发信息，对天线工作性能的依赖程度较高。国际电信联盟规定的移动数字电视系统工作频段为11.700～12.200GHz。移动数字电视天线必须完全覆盖11.700～12.200 GHz频段，且具有较强的抗腐蚀性和抗破坏性，物理机械性能和辐射工作性能稳定可靠，能够同时实现尺寸小、厚度薄、工作带宽大。

四螺旋天线是一种具有良好抗破坏性能的宽频带天线，其中心是一个矩形辐射贴片，负责将馈电或感应得到的射频电流均匀的提供给各个螺旋辐射臂。矩形辐射贴片的四边各连接一个由多条线段组成的折线螺旋辐射臂，从外到内，每条线段的长度逐渐减小。每条线段的长度不一样，工作频点也不一样，多条工作在不同频段的线段的辐射相叠加，使折线螺旋辐射臂具有较好的宽频带工作性能。四个完全一致的折线螺旋辐射臂，可以增强四螺旋天线的辐射强度，并保证四螺旋天线有较好的抗破坏性，在遭受破坏时，四螺旋天线只要保留一个折线螺旋辐射臂，即可正常工作

感应阵列四螺旋天线是由中央的馈电四螺旋天线辐射贴片和四周的感应四螺旋天线辐射贴片排列组成的天线阵列。馈电四螺旋天线辐射贴片工作时，其辐射能量会被其四周的感应四螺旋天线辐射贴片吸收，产生感应射频电流，从而产生感应二次辐射，合理调整馈电贴片和感应贴片之间的距离，可以使二者上的射频电流有相同或相近的相位，这时馈电辐射和感应辐射同相叠加，会大大增强阵列天线的辐射强度。

聚对苯二甲酸乙二酯（Polyethylene Terephthalate, PET）薄膜基质是一种性能非常稳定的天线基质材料，可以耐油、耐稀酸、耐稀碱，耐大多数溶剂，可在-70℃到150℃的温度范围内正常工作，且高、低温时对其机械性能影响很小。使用聚对苯二甲酸乙二酯薄膜基质作为天线基质材料，可以保证天线具有优良的物理机械性能。

介电常数渐变薄膜是将PET薄膜基质划分为多个不同的区域，让阵列天线中的每个辐射贴片对应的薄膜基质区域的相对介电常数，按照一定规律逐渐变化。在阵列天线设计中使用介电常数渐变薄膜后，每个辐射贴片对应的薄膜基质的相对介电常数都不相同，因此每个辐射贴片的工作频点不同，它们的工作频点较为接近且逐渐变化，它们的辐射和工作频带会相互叠加，形成一个辐射强度较大、工作带宽较宽的工作频带，从而提高阵列天线的辐射性能和带宽性能。

石墨烯导电墨水是由石墨烯导电填料、粘合剂、溶剂组成的高性能导电墨水，其载流子迁移率较高，用于印制天线馈电辐射结构时，可以增大天线射频电流强度，提高馈电辐射贴片的辐射能力。纳米银导电墨水是由纳米银导电填料、粘合剂、溶剂组成的导电墨水，其电导率较高，可以保证天线感应辐射贴片产生较强的感应辐射。石墨烯导电墨水完全不含金属，纳米银导电墨水的金属含量较低，它们在露天工作环境中不易被腐蚀，可以保证天线具有很高的工作稳定性。

发明内容

本发明提出是移动数字电视感应阵列四螺旋天线，能利用辐射叠加原理有效提高阵列天线的辐射性能和带宽性能，而且具有较好的抗腐蚀性和抗破坏性。

本发明采用以下技术方案。

移动数字电视感应阵列四螺旋天线，所述天线包括天线接地板、辐射片和均匀设于辐射片周侧的多枚感应片；所述感应片的形状与辐射片相同但尺寸小于辐射片；感应片与辐射片的间距按感应激发距离设置；所述辐射片和感应片均包括中央的馈电片和从馈电片向外延伸的多个螺旋臂；所述辐射片以馈电片输入的信号射频电流产生电磁源辐射；所述感应激发距离使电磁源辐射在感应片处产生与信号射频电流相位相同或相近的感应射频电流；所述感应射频电流使感应片产生可对电磁源辐射增幅的感应辐射。

所述辐射片为辐射源天线；所述感应片为感应天线；各个感应天线环绕辐射片设置形成感应阵列，所述天线接地板表面以介电基质膜形成与辐射源天线和感应天线一一对应的多个介电区；各介电区的相对介电常数不同；所述介电区以相对介电常数对各感应天线的工作频点进行调整，使各个感应天线的辐射频带或工作频带相互叠加，以增幅感应阵列的辐射强度和扩展感应阵列的工作带宽。

所述介电基质膜以聚对苯二甲酸乙二酯成型。

所述介电区数量为十三个，分为位于中央的辐射介电区和设于中央介电区周围的十二个感应介电区；所述辐射源天线贴于辐射介电区上，辐射介电区的相对介电常数为6.0；所述感应天线贴于感应介电区上；所述感应介电区按矩形环形状环绕中央介电区；以矩形环左上角的感应介电区为起始，各感应介电区的相对介电常数按顺时针变化，依次为15.0、16.0、17.0、18.0、19.0、20.0、21.0、22.0、23.0、24.0、25.0、26.0。

所述辐射源天线、感应天线的中央均设置馈电片；所述馈电片为矩形的导体片；所述矩形导体片四边处各连接一向外旋转延伸的螺旋臂。

所述矩形导体片四边处各连接一向外顺时针旋转延伸的螺旋臂；每条螺旋臂均由五条直线导体首尾相连而成，所述螺旋臂从外至内各直线导体的长度递减；螺旋臂为一呈顺时针旋转的螺旋，螺旋臂内相邻直线导体的夹角为90度。

所述辐射源天线的大小为2.6 mm±0.1 mm×2.6 mm±0.1 mm，其馈电片的大小为0.6 mm±0.01 mm×0.6 mm±0.01 mm，其螺旋臂由外向内各直线导体的长度分别为10 mm±0.1mm、8 mm±0.1 mm、6 mm±0.1 mm、4 mm±0.1 mm、2 mm±0.1 mm；

所述感应天线的大小为1.3 mm±0.1 mm×1.3 mm±0.1 mm，其馈电片的大小为0.3 mm±0.01 mm×0.3 mm±0.01 mm；其螺旋臂由外向内各直线导体的长度分别为5mm±0.1mm、4 mm±0.1 mm、3 mm±0.1 mm、2 mm±0.1 mm、1 mm±0.1 mm。

所述辐射源天线以石墨烯导电墨水印制成型。

所述天线接地板以石墨烯导电墨水印制成型。

所述感应天线以纳米银导电墨水印制成型。

所述辐射源天线数量为一个；所述感应天线数量为十二个；各感应天线按矩形环绕辐射片设置形成感应阵列。

本发明专利中，使用四螺旋天线结构，多个不同长度、工作在不同频段的辐射线段组成折线螺旋辐射臂，它们的辐射相叠加，使折线螺旋辐射臂具有较宽的工作频带。四个完全一致的折线螺旋辐射臂，在增强辐射的同时保证了四螺旋天线具有良好的抗破坏性。馈电四螺旋天线辐射贴片和感应四螺旋天线辐射贴片组成感应阵列四螺旋天线辐射贴片，馈电辐射和感应辐射同相叠加，大大增强了天线的辐射强度。使用相对介电常数按照顺时针渐变的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜基质作为天线基质材料，保证了天线具有优良的物理机械性能，使12个感应四螺旋天线可以工作在不同的工作频点，利用辐射叠加原理有效提高阵列天线的辐射性能和带宽性能。使用石墨烯导电墨水和纳米银导电墨水印制天线结构，保证了天线结构具有较好的抗腐蚀性，提高了天线的工作稳定性。

本发明中，所述辐射源天线以石墨烯导电墨水印制成型；所述天线接地板以石墨烯导电墨水印制成型；所述感应天线以纳米银导电墨水印制成型；该设计充分利用了材料特性来增强天线性能，石墨烯导电墨水的载流子迁移率较高，用于印制天线接地板和馈电辐射贴片，可以增大天线射频电流强度，提高馈电辐射贴片的辐射能力。纳米银导电墨水的电导率较高，可以保证天线感应辐射贴片产生较强的感应辐射。石墨烯导电墨水完全不含金属，纳米银导电墨水的金属含量较低，它们在露天工作环境中不易被腐蚀，可以保证天线具有很高的工作稳定性。

天线实测结果显示，该款天线的工作中心频率为12.000 GHz，天线工作频带为9.503～14.847 GHz，工作带宽为5.344 GHz，相对带宽为43.89%，回波损耗最小值为-43.15dB。实测结果显示，该款天线完全覆盖了移动数字电视系统工作频段。

与用于移动数字电视系统的常规天线比较，本发明所述天线具有突出的优点和显著的效果：该款天线具有较大的结构冗余，抗破坏性较强，在遭受破坏时，四螺旋天线结构只要保留一个折线螺旋辐射臂，即可正常工作；该款天线尺寸仅为6.0 mm×6.0 mm×0.1mm，兼具微型天线和超薄天线的优点，在天线微型化方面具有独特的优势；该款天线辐射强度大，回波损耗最小值低达-43.15 dB，同时工作带宽高达5.344 GHz，可以保证移动数字电视系统无线信号在各种恶劣的电磁环境中都有较好的传输质量；该款天线结构中金属含量很低，长期工作过程中不易被腐蚀，具有很高的辐射工作稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明的辐射片和感应片的俯视向示意图；

附图2是天线接地板表面的多个介电区的示意图；

附图3是本发明的剖切示意图；

附图4是本发明的回波损耗性能示意图；

图中：1-天线接地板；2-辐射片；3-感应片；4-馈电片；5-螺旋臂；6-辐射介电区；7-感应介电区；8-介电区；9-直线导体。

具体实施方式

如图1-4所示，移动数字电视感应阵列四螺旋天线，所述天线包括天线接地板1、辐射片2和均匀设于辐射片2周侧的多枚感应片3；所述感应片3的形状与辐射片相同但尺寸小于辐射片2；感应片与辐射片的间距按感应激发距离设置；所述辐射片和感应片均包括中央的馈电片4和从馈电片4向外延伸的多个螺旋臂5；所述辐射片以馈电片输入的信号射频电流产生电磁源辐射；所述感应激发距离使电磁源辐射在感应片处产生与信号射频电流相位相同或相近的感应射频电流；所述感应射频电流使感应片产生可对电磁源辐射增幅的感应辐射。

所述辐射片为辐射源天线；所述感应片为感应天线；各个感应天线环绕辐射片设置形成感应阵列，所述天线接地板表面以介电基质膜形成与辐射源天线和感应天线一一对应的多个介电区8；各介电区的相对介电常数不同；所述介电区以相对介电常数对各感应天线的工作频点进行调整，使各个感应天线的辐射频带或工作频带相互叠加，以增幅感应阵列的辐射强度和扩展感应阵列的工作带宽。

所述介电基质膜以聚对苯二甲酸乙二酯成型。

所述介电区8数量为十三个，分为位于中央的辐射介电区6和设于中央介电区周围的十二个感应介电区7；所述辐射源天线贴于辐射介电区上，辐射介电区的相对介电常数为6.0；所述感应天线贴于感应介电区上；所述感应介电区按矩形环形状环绕中央介电区；以矩形环左上角的感应介电区为起始，各感应介电区的相对介电常数按顺时针变化，依次为15.0、16.0、17.0、18.0、19.0、20.0、21.0、22.0、23.0、24.0、25.0、26.0。

所述辐射源天线、感应天线的中央均设置馈电片；所述馈电片为矩形的导体片；所述矩形导体片四边处各连接一向外旋转延伸的螺旋臂。

所述矩形导体片四边处各连接一向外顺时针旋转延伸的螺旋臂；每条螺旋臂均由五条直线导体首尾相连而成，所述螺旋臂从外至内各直线导体的长度递减；螺旋臂为一呈顺时针旋转的螺旋，螺旋臂内相邻直线导体的夹角为90度。

所述辐射源天线的大小为2.6 mm±0.1 mm×2.6 mm±0.1 mm，其馈电片的大小为0.6 mm±0.01 mm×0.6 mm±0.01 mm，其螺旋臂由外向内各直线导体的长度分别为10 mm±0.1mm、8 mm±0.1 mm、6 mm±0.1 mm、4 mm±0.1 mm、2 mm±0.1 mm；

所述感应天线的大小为1.3 mm±0.1 mm×1.3 mm±0.1 mm，其馈电片的大小为0.3 mm±0.01 mm×0.3 mm±0.01 mm；其螺旋臂由外向内各直线导体的长度分别为5mm±0.1mm、4 mm±0.1 mm、3 mm±0.1 mm、2 mm±0.1 mm、1 mm±0.1 mm。

所述辐射源天线以石墨烯导电墨水印制成型。

所述天线接地板以石墨烯导电墨水印制成型。

所述感应天线以纳米银导电墨水印制成型。

所述辐射源天线数量为一个；所述感应天线数量为十二个；各感应天线按矩形环绕辐射片设置形成感应阵列。

实施例：

当辐射源天线工作时，其发出的电磁波引起感应天线处的磁场波动，从而生成感应电流并使感应天线产生感应辐射，所述感应辐射可对辐射源天线的电磁波进行增幅。

实测结果显示，该款天线的工作中心频率为12.000 GHz，天线工作频带为9.503～14.847 GHz，工作带宽为5.344 GHz，相对带宽为43.89%，回波损耗最小值为-43.15 dB。实测结果显示，该款天线完全覆盖了移动数字电视系统工作频段，该款天线具有较强的抗腐蚀性和抗破坏性，物理机械性能和辐射工作性能稳定可靠，尺寸小、厚度薄、工作带宽大，在移动数字电视领域有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.移动数字电视感应阵列四螺旋天线，其特征在于：所述天线包括天线接地板、辐射片和均匀设于辐射片周侧的多枚感应片；所述感应片的形状与辐射片相同但尺寸小于辐射片；感应片与辐射片的间距按感应激发距离设置；所述辐射片和感应片均包括中央的馈电片和从馈电片向外延伸的多个螺旋臂；所述辐射片以馈电片输入的信号射频电流产生电磁源辐射；所述感应激发距离使电磁源辐射在感应片处产生与信号射频电流相位相同或相近的感应射频电流；所述感应射频电流使感应片产生可对电磁源辐射增幅的感应辐射；

所述辐射片为辐射源天线；所述感应片为感应天线；各个感应天线环绕辐射片设置形成感应阵列，所述天线接地板表面以介电基质膜形成与辐射源天线和感应天线一一对应的多个介电区；各介电区的相对介电常数不同；所述介电区以相对介电常数对各感应天线的工作频点进行调整，使各个感应天线的辐射频带或工作频带相互叠加，以增幅感应阵列的辐射强度和扩展感应阵列的工作带宽；

所述介电区数量为十三个，分为位于中央的辐射介电区和设于中央介电区周围的十二个感应介电区；所述辐射源天线贴于辐射介电区上，辐射介电区的相对介电常数为6.0；所述感应天线贴于感应介电区上；所述感应介电区按矩形环形状环绕中央介电区；以矩形环左上角的感应介电区为起始，各感应介电区的相对介电常数按顺时针变化，依次为15.0、16.0、17.0、18.0、19.0、20.0、21.0、22.0、23.0、24.0、25.0、26.0；

所述辐射源天线数量为一个；所述感应天线数量为十二个；各感应天线按矩形环绕辐射片设置形成感应阵列。

2.根据权利要求1所述的移动数字电视感应阵列四螺旋天线，其特征在于：所述介电基质膜以聚对苯二甲酸乙二酯成型。

3.根据权利要求1所述的移动数字电视感应阵列四螺旋天线，其特征在于：所述辐射源天线、感应天线的中央均设置馈电片；所述馈电片为矩形的导体片；所述矩形导体片四边处各连接一向外旋转延伸的螺旋臂。

4.根据权利要求3所述的移动数字电视感应阵列四螺旋天线，其特征在于：所述矩形导体片四边处各连接一向外顺时针旋转延伸的螺旋臂；每条螺旋臂均由五条直线导体首尾相连而成，所述螺旋臂从外至内各直线导体的长度递减；螺旋臂为一呈顺时针旋转的螺旋，螺旋臂内相邻直线导体的夹角为90度；

所述辐射源天线的大小为2.6 mm±0.1 mm×2.6 mm±0.1 mm，其馈电片的大小为0.6mm±0.01 mm×0.6 mm±0.01 mm，其螺旋臂由外向内各直线导体的长度分别为10 mm±0.1mm、8 mm±0.1 mm、6 mm±0.1 mm、4 mm±0.1 mm、2 mm±0.1 mm；

所述感应天线的大小为1.3 mm±0.1 mm×1.3 mm±0.1 mm，其馈电片的大小为0.3 mm±0.01 mm×0.3 mm±0.01 mm；其螺旋臂由外向内各直线导体的长度分别为5mm±0.1mm、4mm±0.1 mm、3 mm±0.1 mm、2 mm±0.1 mm、1 mm±0.1 mm。

5.根据权利要求1所述的移动数字电视感应阵列四螺旋天线，其特征在于：所述辐射源天线以石墨烯导电墨水印制成型。

6.根据权利要求1所述的移动数字电视感应阵列四螺旋天线，其特征在于：所述天线接地板以石墨烯导电墨水印制成型。

7.根据权利要求1所述的移动数字电视感应阵列四螺旋天线，其特征在于：所述感应天线以纳米银导电墨水印制成型。