CN109546335B - 一种新型的低剖面宽带全向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型的低剖面宽带全向天线，自上而下由三层金属结构组成。金属杯状结构作为天线的辐射金属地，上下两层辐射结构和金属杯状结构共同实现宽频带、全向辐射。三层金属结构采用焊接方式依次固定，其中，上层辐射结构通过三个金属枝节与下层辐射结构焊接固定；下层辐射结构通过三个金属枝节与金属杯状结构焊接固定；射频连接器内导体与下层辐射结构焊接固定，外导体与金属杯状结构采用螺钉固定。天线实现不依附任何微波介质材料，结构简单、设计新颖独特，重量轻，刚度好，具有很好的抗冲击、抗振动、抗热应力能力。同时，与传统的全向天线相比，本发明中所述天线的最大特点在于具备低剖面、宽频带的属性，能够满足平台的共形安装以及收发一体化共用要求。

Description

一种新型的低剖面宽带全向天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是对低剖面、宽带、全向天线技术领域，适用于共形安装平台，满足收发共用等数传、遥测系统。
背景技术
随着机载等数传、测控技术的发展，要求天线能够覆盖宽频甚至多个频段，实现收发共用模式；同时，机载等安装平台要求天线具备易共形的特点，对天线尺寸提出了比较苛刻的要求。因此，低剖面、宽频带、全向天线技术已成为当前亟需解决的问题。
现有的宽带、全向天线实现方式基本可归纳为三种形式：
第一种为基于微波介质板形式的平面天线，如专利“一种小型化宽带全向天线”(申请号：CN201621267229.2)和专利“超宽带全向微带天线阵列”(申请号：CN201710138951.9)，采用微波介质板作为衬底，在正面覆铜作为天线辐射结构，在反面覆铜作为天线的金属地。此类天线的最大优点是剖面低，厚度仅为介质基板厚度，但天线的缺点也很明显，对介质基板的介电常数较为敏感，当介电常数存在偏差时，天线的性能会降低；同时，天线反面的金属地结构对辐射性能至关重要，当天线与安装平台共形时，金属安装平台会改变天线的地结构，严重破坏天线辐射性能。
第二种为基于单极子展宽形式的金属结构天线，如专利“宽带低剖面垂直极化全向天线”(申请号：CN201710779423.1)，对单极子天线采用套筒结构展宽频带，并在顶部加载圆形结构以降低剖面。天线频带的展宽与剖面的降低效果有限，同时，该天线需要具备足够大的金属地，无法满足平台的共形安装。又如专利“一种超宽带低剖面垂直极化全向天线”(申请号：CN201610793509.5)，该天线由双工器和上下放置的两个天线组成，天线通过短路结构进行电容性加载，顶部通过平顶加载进而降低最低工作频率，馈电结构和短路结构均为曲面结构。天线频带展宽是通过上下两个天线和曲面馈电结构共同作用实现，结构复杂，加工难度大，不易实现；两个天线通过微带形式的双工器进行合路，介质参数偏差将会造成性能的恶化。同时，天线结构刚度较差，不适合在冲击、振动等环境下使用。
第三种为基于盘锥形式的变形天线，如专利“超宽带高增益全向天线”(申请号：CN201710721741.2)和专利“宽带全向天线”(申请号：CN201810070570.6)。该天线具有天然的宽频特性，但是天线剖面尺寸较大，不具备共形安装要求。同时，天线结构复杂，加工实现难度较大。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决现有机载天线带宽窄、增益低、不易共形，结构强度和刚度弱，无法满足冲击、振动等使用环境的缺陷，本发明提出一种新型的低剖面宽带全向天线。
技术方案
一种新型的低剖面宽带全向天线，其特征在于包括上层辐射结构、下层辐射结构、金属杯状结构和射频连接器；所述上层辐射结构为六边形，对不相邻的三条边进行折弯处理，形成三个金属枝节；所述的下层辐射结构由三个条状结构组成，每个条状结构间隔120°放置，条状结构的一端几何中心连接为一体，另一端进行折弯处理，形成三个金属枝节；上层辐射结构通过三个金属枝节与下层辐射结构焊接固定；下层辐射结构通过三个金属枝节与金属杯状结构焊接固定；射频连接器的内导体与下层辐射结构的几何中心焊接固定；射频连接器的外导体与金属杯状结构采用螺钉进行固定；上层辐射结构、下层辐射结构、金属杯状结构的几何中心均在一条直线上。
所述上层辐射结构的六边形边长为0.2λ，相间隔的边进行90°折弯处理，折弯宽度约为0.1λ，折弯高度为0.08λ，形成3个金属枝节。
所述下层辐射结构的条状结构的长度为0.3λ，另一端进行90°折弯处理，折弯宽度为0.06λ，折弯高度仅为0.08λ，形成三个金属枝节。
所述上层辐射结构、下层辐射结构的金属枝节数量不仅且限于3个，可根据实际工作状态进行数量的调节。
有益效果
本发明提出的一种新型的低剖面宽带全向天线，具备低剖面、宽频带的属性，能够满足平台的共形安装以及收发一体化共用要求。本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用金属平面加载结构代替偶极子或者单极子结构，显著降低天线高度(约为0.16λmax)，实现天线的低剖面要求；
(2)本发明通过上下辐射结构层叠方式，显著增加天线工作带宽，满足驻波小于2.5的频带宽度达到3倍频程；
(3)本发明采用金属平面辐射结构，不依附于任何微波介质材料，性能稳定可靠；
(4)本发明中三层金属结构自上而下采用焊接方式固定，射频连接器的内导体与下层辐射结构的几何中心焊接馈电，射频连接器的外导体与金属杯状结构采用螺钉固定，结构简单、新颖，强度高，刚度好，具有很强的环境适应性。
附图说明
图1为本发明的天线整体结构示意图
图2为本发明的天线上层辐射结构示意图
图3为本发明的天线下层辐射结构示意图
图4为本发明的辐射方向图示意图
图5为本发明的驻波示意图
具体实施方式
本发明提供一种新型的低剖面宽带全向天线，包括：上层辐射结构1、下层辐射结构2、金属杯状结构3、射频连接器4；上层辐射结构1通过三个金属枝节与下层辐射结构2焊接固定；下层辐射结构2通过三个金属枝节与金属杯状结构3焊接固定；射频连接器4的内导体与下层辐射结构2的几何中心焊接固定；射频连接器4的外导体与金属杯状结构3采用螺钉进行固定。
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明提供的一种新型的低剖面宽带全向天线，包括：上层辐射结构1、下层辐射结构2、金属杯状结构3、射频连接器4；所述上层辐射结构1是对六边形结构(边长为0.2λ)相间隔的边进行90°折弯处理，折弯宽度约为0.1λ，折弯高度仅为0.08λ，形成3个金属枝节；所述下层辐射结构2由三个矩形结构组成，长度为0.3λ；每个矩形结构间隔120°放置，三个矩形结构的一端连接为一体，另一端进行90°折弯处理，折弯宽度为0.06λ，折弯高度仅为0.08λ，形成三个金属枝节，通过三个金属枝节与金属杯状结构3焊接固定；射频连接器4的内导体与下层辐射结构2的几何中心焊接固定；射频连接器4的外导体与金属杯状结构3采用螺钉进行固定。天线整体厚度为0.16λmax，剖面尺寸远小于常见的全向辐射天线。所述上层辐射结构1、下层辐射结构2、金属杯状结构3自上而下依次层叠，每层结构的几何中心均在一条直线上，不能出现偏移。所述上层辐射结构1、下层辐射结构2的金属枝节数量不仅且限于3个，可根据实际工作状态进行数量的调节。
如图2中，天线上层辐射结构1是对六边形结构(边长为0.2λ)相间隔的边进行90°折弯处理，折弯宽度约为0.1λ，折弯高度仅为0.08λ，形成3个金属枝节，并焊接在下层辐射结构2的三个金属枝节上。
如图3中，所述下层辐射结构2由三个矩形结构组成，长度为0.3λ；每个矩形结构间隔120°放置，三个矩形结构的一端连接为一体，另一端进行90°折弯处理，折弯宽度为0.06λ，折弯高度仅为0.08λ，形成三个金属枝节，通过三个金属枝节与金属杯状结构3焊接固定。
如图4中，天线方向图在整个工作频带内满足全向辐射特性，不会出现方向图变形与分叉现象。
如图5中，天线驻波带宽(VSWR≤2.5)接近3倍频程，与传统的全向天线相比，频带展宽效果显著。
本发明的工作原理如下：金属杯状结构3作为天线的金属地，射频连接器4对下层辐射结构2进行直接馈电，下层辐射结构2对上层辐射结构1进行耦合馈电。对应频段电信号通过射频连接器4进入下层辐射结构2并耦合到上层辐射结构1，激励起对应频段高频电流，从而辐射出电磁波。本发明的天线接收电磁波的过程与上述辐射电磁波的过程相反。
通过上述技术方案，天线辐射结构不依附于任何微波介质材料，克服了介电常数偏差带来的性能恶化问题；天线具备低剖面和宽频带的特点，克服了现有技术在天线高度与带宽之间相互矛盾的问题；天线剖面低，易安装，克服了天线与载体平台的共形安装以及金属安装平台对天线金属地的影响问题；天线结构简单，易加工，克服了加工难度较大带来的性能恶化以及高成本问题。本发明结构与常见的全向天线相比，属于全新的天线设计结构，新颖简单，重量轻、易安装，具有很好的环境适应性，同时天线性能设计与加工一致性好，易于调试。

Claims (4)

1.一种新型的低剖面宽带全向天线，其特征在于包括上层辐射结构(1)、下层辐射结构(2)、金属杯状结构(3)和射频连接器(4)；其中上层辐射结构(1)、下层辐射结构(2)、金属杯状结构(3)自上而下依次层叠；所述上层辐射结构(1)为六边形，对不相邻的三条边进行90°折弯处理，折弯宽度为0.1λ，折弯高度为0.08λ，形成三个上金属枝节；所述的下层辐射结构(2)由三个条状结构组成，每个条状结构间隔120°放置，条状结构的一端几何中心连接为一体，另一端进行90°折弯处理，折弯宽度为0.06λ，折弯高度仅为0.08λ，形成三个下金属枝节；上层辐射结构(1)通过三个上金属枝节与下层辐射结构(2)焊接固定；下层辐射结构(2)通过三个下金属枝节与金属杯状结构(3)焊接固定；射频连接器(4)的内导体与下层辐射结构(2)的几何中心焊接固定；射频连接器(4)的外导体与金属杯状结构(3)采用螺钉进行固定；上层辐射结构(1)、下层辐射结构(2)、金属杯状结构(3)的几何中心均在一条直线上。
2.根据权利要求1所述的一种新型的低剖面宽带全向天线，其特征在于所述上层辐射结构(1)的六边形边长为0.2λ。
3.根据权利要求1所述的一种新型的低剖面宽带全向天线，其特征在于所述下层辐射结构(2)的条状结构的长度为0.3λ。
4.根据权利要求1所述的一种新型的低剖面宽带全向天线，其特征在于所述上层辐射结构(1)、下层辐射结构(2)的金属枝节数量不仅且限于3个，可根据实际工作状态进行数量的调节。
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