CN110098483A - 小型化全向圆柱共形微带天线 - Google Patents

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李紫婷
刘遨云
张帆
常梦璐
李文东
秦港
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Abstract

本发明公开一种小型化全向圆柱共形微带天线，包括共形于金属圆柱共形体(1)外表面的矩形介质基板(2)和金属反射接地层(3)；介质基板(2)上表面设有奇数多个辐射贴片(41、42、43)，还包括金属短截线(6)和馈电端口(7)；相邻辐射贴片(41、42、43)间以微带线(51、52、53)相连，金属短截线(6)与奇数多个辐射贴片(41、42、43)的中间一个辐射贴片(41)的底端相连，馈电端口(7)位于奇数多个辐射贴片(41、42、43)的中间一个辐射贴片(41)的短边中线上且同时位于介质基板(2)的长边中线上。本发明的微带天线，结构紧凑、体积小、水平方向上360°均匀辐射、垂直方向上能量集中。

Description

小型化全向圆柱共形微带天线
技术领域
本发明属于毫米波共形微带天线技术领域，特别是一种体积小、水平方向上360°均匀辐射、垂直方向上能量集中的小型化全向圆柱共形微带天线。
背景技术
共形天线是指附着在一个固定形状的载体表面并且与载体贴合的天线。其最大的优点是不会对载体的机械结构造成影响和破坏。现代无线电引信要求天线能够和载体共形，同时也要求天线结构尽量简单、可靠性尽量高、体积尽量小、重量尽量轻，以最大程度地减小天线对弹体飞行造成的一些不必要的影响。具有低剖面特性的微带天线容易与各种曲面进行共形，因而在火箭以及导弹上得到了非常广泛的应用。
然而，普通微带阵列天线覆盖于整个圆柱表面时体积大，而且普通阵列天线馈网复杂、馈线过长，又会造成较大的辐射和能量损耗，导致水平方向上不圆度相对较差，垂直方向上能量相对分散。
因此需要一种既满足小型化，又满足全向性、水平方向上360°均匀辐射，而且在垂直方向上能量集中的圆柱共形微带天线来克服以上缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型化全向圆柱共形微带天线，结构紧凑、体积小、水平方向上360°均匀辐射、垂直方向上能量集中。
实现本发明目的的技术方案为：
一种小型化全向圆柱共形微带天线，包括金属圆柱共形体1、矩形介质基板2和满贴于所述介质基板2下表面的金属反射接地层3，所述介质基板2和金属反射接地层3长度方向绕圆柱共形体1一周，共形于所述金属圆柱共形体1外表面；
在所述介质基板2上表面沿长度方向依次设有奇数多个辐射贴片41、42、43，还包括金属短截线6和馈电端口7；
相邻的所述辐射贴片41、42、43之间以微带线51、52、53相连，所述金属短截线6与所述奇数多个辐射贴片41、42、43的中间一个辐射贴片41的底端相连，所述馈电端口7位于所述奇数多个辐射贴片41、42、43的中间一个辐射贴片41的短边中线上且同时位于所述介质基板2的长边中线上。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、结构紧凑、体积小：本发明采用角馈线阵，无需馈网，角馈线直接将贴片相连，减小天线的总宽度，实现小型化。
2、全向性好、能量集中：本发明包含奇数个辐射元件，采用中心馈电，以保持馈电激励的对称性；中心贴片向外辐射功率，并通过互连角馈线将其余功率耦合到其他贴片上，达到水平方向上360°均匀辐射，垂直方向上有一定宽度的波束。
3、天线辐射影响小：本发明采用同轴馈电，契合实物测试需求，减小对天线辐射影响。
4、结构简单：本发明采用串联角馈方式，用一段金属短截线进行阻抗匹配，结构简单。
5、易于共形：本发明采用型号为Rogers5880的介质基板，厚度为0.254mm，介电常数为2.2，板材薄，柔韧性好，易于与载体共形。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明小型化全向圆柱共形微带天线的结构示意图。
图2为图1中矩形介质基板上阵列天线结构详图。
图3为本发明实例的回波损耗仿真结果。
图4为本发明实例的E面方向图仿真结果。
图5为本发明实例的H面方向图仿真结果。
图中，金属圆柱共形体1，矩形介质基板2，金属反射接地层3，金属辐射贴片41、42、43，微带线51、52、53，金属短截线6，馈电端口7。
具体实施方式
如图1所示，本发明小型化全向圆柱共形微带天线，包括金属圆柱共形体1、矩形介质基板2和满贴于所述介质基板2下表面的金属反射接地层3，所述介质基板2和金属反射接地层3长度方向绕圆柱共形体1一周，共形于所述金属圆柱共形体1外表面；
在所述介质基板2上表面沿长度方向依次设有奇数多个辐射贴片41、42、43，还包括金属短截线6和馈电端口7；
相邻的所述辐射贴片41、42、43之间以微带线51、52、53相连，所述金属短截线6与所述奇数多个辐射贴片41、42、43的中间一个辐射贴片41的底端相连，所述馈电端口7位于所述奇数多个辐射贴片41、42、43的中间一个辐射贴片41的短边中线上且同时位于所述介质基板2的长边中线上。
优选地，如图2所示，所述奇数多个辐射贴片41、42、43为大小、形状完全相同的金属矩形辐射贴片单元。
优选地，如图2所示，所述连接奇数多个辐射贴片41、42、43的微带线51、52、53为大小相同的金属微带线。
优选地，如图2所示，所述金属短截线6为一段金属微带线。
优选地，所述介质基板2为Rogers5880，厚度为0.254mm，介电常数为2.2。
这验证本发明的技术效果，下面以具体实施例加以说明。
实施例中各单元具体尺寸如下：
金属辐射单元41、42、43长度：2.71mm，宽度：1.91mm；
微带线51、52、53边长：0.3mm，宽度：4.1mm；
金属短截线6长度：0.9mm，宽度：0.2mm；
馈电端口7位置：距金属辐射单元41正中心1mm；
(注：上述各单元尺寸记沿所述共形体1轴线方向为长，与所述共形体1轴线垂直方向为宽)
仿真结果如图3、图4、图5所示。图3为回波损耗仿真结果图，从图3可看出天线在中心频率35GHz处回波损耗为-16dB，在34.24GHz～37.31GHz范围内，天线S11参数小于-10dB，天线工作带宽满足1GHz；图4为天线E面方向图，可看出天线在水平方向360°全向均有辐射，且不圆度仅2.933dB；图5为天线H面方向图，可以看出天线在垂直方向上0°和180°位置(顶部和底部)基本没有增益，中部有一定宽度的波束，能量集中。
综上所述，本发明一种小型化全向圆柱共形微带天线，根据角馈线阵降低能量损失，各贴片辐射均匀，降低了不圆度的同时，减小天线整体尺寸。最终设计出一个体积小，结构简单，全向辐射，能量集中，有一定波束宽度，易于共形的小型化全向圆柱共形微带天线，对现代无线通信系统和雷达系统有重要的实际应用意义。

Claims (5)

1.一种小型化全向圆柱共形微带天线，其特征在于：
包括金属圆柱共形体(1)、矩形介质基板(2)和满贴于所述介质基板(2)下表面的金属反射接地层(3)，所述介质基板(2)和金属反射接地层(3)长度方向绕圆柱共形体(1)一周，共形于所述金属圆柱共形体(1)外表面；
在所述介质基板(2)上表面沿长度方向依次设有奇数多个辐射贴片(41、42、43)，还包括金属短截线(6)和馈电端口(7)；
相邻的所述辐射贴片(41、42、43)之间以微带线(51、52、53)相连，所述金属短截线(6)与所述奇数多个辐射贴片(41、42、43)的中间一个辐射贴片(41)的底端相连，所述馈电端口(7)位于所述奇数多个辐射贴片(41、42、43)的中间一个辐射贴片(41)的短边中线上且同时位于所述介质基板(2)的长边中线上。
2.根据权利要求1所述的圆柱共形微带天线，其特征在于：
所述奇数多个辐射贴片(41、42、43)为大小、形状完全相同的金属矩形辐射贴片单元。
3.根据权利要求1所述的圆柱共形微带天线，其特征在于：
所述连接奇数多个辐射贴片(41、42、43)的微带线(51、52、53)为大小相同的金属微带线。
4.根据权利要求1所述的圆柱共形微带天线，其特征在于：
所述金属短截线(6)为一段金属微带线。
5.根据权利要求1所述的圆柱共形微带天线，其特征在于：
所述介质基板(2)为Rogers5880，厚度为0.254mm，介电常数为2.2。
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