CN110289494A - 一种三模零点频扫天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三模零点频扫天线，属于物联网与微波技术领域，包括设置在介质基板上的扇形平面磁偶极子，在扇形平面磁偶极子的扇形贴片上对称设置矩形槽；扇形平面磁偶极子通过第二短路钉和第三短路钉固定在介质基板上，扇形平面磁偶极子的张角为第一圆心角，第三短路钉为两个且对称设置在第一圆心角的角平分线的两侧，配合后形成三个谐振点。本发明能够在使用平面结构的同时，通过扇形磁偶极子加短路钉和开槽，产生三个谐振点，利用零点根据频率有明显变化，从而能达到宽角度扫描的效果，该天线体积小、结构简单、剖面低，无需外加复杂的移相功分网络即可实现频率的宽角度扫描，在物联网的各种无线传感与各种射频识别系统中有广泛的应用前景。

Description

一种三模零点频扫天线
技术领域
本发明属于物联网与微波技术领域，具体涉及一种三模零点频扫天线。
背景技术
近年来，随着无线通信技术的不断发展，无线电测向技术也在不断发展，无线电测向是利用测向天线的方向特性，对不同方向来波接受信号幅度的不同，测定来波方向。其所属于的无源定位是直接利用目标发射的电磁波来确定目标的位置信息，但是当前干扰信号的频率范围正在不断扩大，这就对测向天线的小型化提出了更高的要求。
微带贴片天线是应用于微波系统中最广泛的天线，除了阵列天线能实现宽波束扫描外，普通微带贴片天线不具备零点频扫功能。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种三模零点频扫天线，其扫频宽度可达100°，具有体积小、高增益、结构简单、成本低等特点，有利于平面化设计和小型化应用。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种三模零点频扫天线，包括设置在介质基板上的扇形平面磁偶极子，在所述的扇形平面磁偶极子的扇形贴片上对称设置矩形槽；所述的扇形平面磁偶极子通过第二短路钉和第三短路钉固定在介质基板上，所述的扇形平面磁偶极子的张角为第一圆心角，所述的第三短路钉为两个且对称设置在第一圆心角的角平分线的两侧，配合后形成三个谐振点；所述的扇形平面磁偶极子通过垂直短路壁和寄生扇形磁偶极子相连接，所述的寄生扇形磁偶极子通过第一短路钉固定在介质基板上。
进一步地，所述的寄生扇形磁偶极子的张角为第二圆心角，所述的第一圆心角和第二圆心角和为360°。
进一步地，所述的第一圆心角大于180°且小于350°；所述的寄生扇形磁偶极子的张角为第二圆心角，所述的第二圆心角大于10°且小于180°。
进一步地，所述的扇形平面磁偶极子和寄生扇形磁偶极子均为非封闭结构，所述的扇形平面磁偶极子与寄生扇形磁偶极子具有相同的高度。
进一步地，所述的矩形槽的长度为10mm-30mm，宽度为5mm-10mm，旋转角度为30°-90°。
进一步地，在所述的扇形平面磁偶极子上设置馈电单元，馈电单元为同轴线。
进一步地，所述的扇形平面磁偶极子到介质基板的距离为3mm-7mm；所述的扇形平面磁偶极子的边缘长度为波长的2-5倍。
进一步地，所述的介质基板的介电常数为1-20。
有益效果：与现有技术相比，本发明的一种三模零点频扫天线，能够通过扇形平面磁偶极子加短路钉和开槽，使天线产生三个谐振点，利用零点根据频率有明显变化，从而能达到宽角度扫描的效果，该天线体积小、结构简单、剖面低，便于制作实现，无需外加复杂的移相功分网络即可实现频率的宽角度扫描，在物联网的各种无线传感与各种射频识别系统中有广泛的应用前景。
附图说明
图1是天线的正面结构与参考坐标示意图；
图2是天线的三维立体示意图与参考坐标示意图；
图3是采用HFSS软件计算的天线驻波比特性；
图4是采用HFSS软件计算的天线辐射方向图；
附图标记为：1-介质基板、2-扇形平面磁偶极子、3-寄生扇形磁偶极子、4-矩形槽、5-第一短路钉、6-第二短路钉、7-第三短路钉、8-馈电单元、9-短路壁、10-第二圆心角、11-第一圆心角。
具体实施方式
为了更好地理解本发明专利的内容，下面结合附图和具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
如图1-2所示，一种三模零点频扫天线，包括设置在介质基板1上的扇形平面磁偶极子2和寄生扇形磁偶极子3，在扇形平面磁偶极子2上对称设置两个矩形槽4，利用扇形平面磁偶极子2加短路钉和开矩形槽4。其中短路钉包括第一短路钉5、第二短路钉6和第三短路钉7。
扇形平面磁偶极子2为非封闭结构，包括第一扇形贴片和介质基板1以及连接它们的直边的垂直短路壁9，在扇形平面磁偶极子2的扇形贴片上对称设置两个矩形槽4，扇形贴片通过第二短路钉6和第三短路钉7固定在介质基板1上，其中第三短路钉7为两个且对称设置在第一圆心角11的角平分线的两侧。
寄生扇形磁偶极子3为非封闭结构，包括第二扇形贴片和介质基板1以及连接它们的直边的垂直短路壁9，通过第一短路钉5连接扇形贴片与介质基板1。
扇形平面磁偶极子2与寄生扇形磁偶极子3具有相同的高度，扇形平面磁偶极子2上设置有馈电结构。扇形平面磁偶极子2与寄生扇形磁偶极子3的半径可以改变。
矩形槽4的长宽和旋转角度可以变化，长度范围为10mm-30mm，宽度范围为5mm-10mm，旋转角度范围为30°到90°。
馈电单元8为同轴线。扇形平面磁偶极子2到介质基板1的距离可以改变，范围为3mm-7mm。介质基板1的介电常数为1到20。
第一圆心角11和第二圆心角10和为360°。扇形平面磁偶极子2的张角为第一圆心角11，第一圆心角11大于180°且小于350°。寄生扇形磁偶极子3的张角为第二圆心角10，第二圆心角10大于10°且小于180°。扇形平面磁偶极子2的边缘长度为波长的2-5倍。
本实施例中采用空气介质，介质基板1的边长为150mm，两个扇形磁偶极子与介质基板1之间的间距为5mm，扇形平面磁偶极子2的半径为60mm，寄生扇形磁偶极子3的半径为48mm，第一圆心角11的度数为240°，第二圆心角10的度数为120°，扇形平面磁偶极子上两个矩形槽4的长为25mm，宽为7.4mm，馈电点在扇形平面磁偶极子2结构的中轴线上距离圆心40mm处，短路钉7与x轴的夹角都为40°，利用HFSS软件仿真计算得到的天线各项特性。
图3是采用HFSS软件计算的天线电压驻波比特性，该天线在2.05到2.97GHz频段内，驻波比都在3以下。
图4是采用HFSS软件计算的天线的辐射方向图，虚线表示频率为2.08GHz时的方向图，零点出现在仰角51°处；点划线表示频率为2.4GHz时的方向图，零点出现在天顶（0°仰角）处；实线表示频率为2.8GHz时的方向图，零点出现在仰角-50°处。由此可见，在2.08-2.80GHz频段范围内，零点扫描角度范围可达100°以上。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种三模零点频扫天线，其特征在于：包括设置在介质基板（1）上的扇形平面磁偶极子（2），在所述的扇形平面磁偶极子（2）的扇形贴片上对称设置矩形槽（4）；所述的扇形平面磁偶极子（2）通过第二短路钉（6）和第三短路钉（7）固定在介质基板（1）上，所述的扇形平面磁偶极子（2）的张角为第一圆心角（11），所述的第三短路钉（7）为两个且对称设置在第一圆心角（11）的角平分线的两侧，配合后形成三个谐振点；所述的扇形平面磁偶极子（2）通过垂直短路壁（9）和寄生扇形磁偶极子（3）相连接，所述的寄生扇形磁偶极子（3）通过第一短路钉（5）固定在介质基板（1）上。
2.根据权利要求1所述的一种三模零点频扫天线，其特征在于：所述的寄生扇形磁偶极子（3）的张角为第二圆心角（10），所述的第一圆心角（11）和第二圆心角（10）和为360°。
3.根据权利要求2中所述的一种三模零点频扫天线，其特征在于：所述的第一圆心角（11）大于180°且小于350°；所述的第二圆心角（10）大于10°且小于180°。
4.根据权利要求2所述的一种三模零点频扫天线，其特征在于：所述的扇形平面磁偶极子（2）和寄生扇形磁偶极子（3）均为非封闭结构，所述的扇形平面磁偶极子（2）与寄生扇形磁偶极子（3）具有相同的高度。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种三模零点频扫天线，其特征在于：所述的矩形槽（4）的长度为10mm-30mm，宽度为5mm-10mm，旋转角度为30°-90°。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种三模零点频扫天线，其特征在于：在所述的扇形平面磁偶极子（2）上设置馈电单元（8），馈电单元（8）为同轴线。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种三模零点频扫天线，其特征在于：所述的扇形平面磁偶极子（2）到介质基板（1）的距离为3mm-7mm；所述的扇形平面磁偶极子（2）的边缘长度为波长的2-5倍。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种三模零点频扫天线，其特征在于：所述的介质基板（1）的介电常数为1-20。
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