CN110661108A - 一种天线阵列系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天线阵列系统，包括多路选择装置、支撑件和若干天线单元，每个所述天线单元与所述多路选择装置电连接，每个所述天线单元通过一可变形连接件与所述支撑件能相对多方向移动地相连接。本发明实施例提供的天线阵列系统，包括多个可调整位置的天线单元，可放置于相对于被测物体的任意位置上，使天线单元达到较高的空间灵活度和自由度，能够对不同形状(包括不规则形状)、不同尺寸的样品进行电磁参数测量。

Description

一种天线阵列系统
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种天线阵列系统。
背景技术
随着新型材料在加工制造业等领域的广泛应用，生产厂商和用户对材料的测量精度和测量范围的要求也越来越高，对复介电常数和复磁导率等表征介质材料电磁特性的重要参数的测量也越来越重要，如何满足新形势下厂商和用户对新材料的复介电常数、复磁导率等电磁参数的测量精度和测量范围的要求是微波测试技术中面临的新难题。
材料电磁参数如复介电常数和复磁导率是表征材料电磁特性的重要参数。目前常用的材料电磁常数的测量方法有谐振腔法和自由空间法等。谐振腔法设备和自由空间法设备均包括用于对被测物体发射电磁波以及用于采集电磁波的天线系统，这两种设备的天线系统对被测物体的形状和尺寸要求较为严格，且这些天线系统中的天线单元往往不能随便移动位置。谐振腔法设备的天线只适合用于测量小体积样品，对于体积较大的样品，谐振腔法设备的天线收发信号的性能不佳，导致测量误差较大，适用性不强；自由空间测试法设备的天线只适用于测量大块的平板形状物体，对于其他形状、小尺寸的样品，自由空间测试法设备的天线收发信号性能不佳，测量误差较大，适用性不强。因此，研发一种天线阵列系统以满足对不同形状(包括不规则形状)、不同尺寸的样品进行电磁参数测量的精度要求，这是当前亟待解决的热点问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种天线阵列系统。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种天线阵列系统，包括多路选择装置、支撑件和若干天线单元，每个所述天线单元与所述多路选择装置电连接，每个所述天线单元通过一可变形连接件与所述支撑件相连接。
进一步地，所述天线阵列系统还包括多个固定板；所述天线单元设置在一所述固定板上；所述固定板通过所述可变形连接件与所述支撑件相连接。
进一步地，所述支撑件包括一支撑板。
进一步地，所述可变形连接件为可多角度弯曲定型且其末端可多方向移动的装置。
进一步地，所述可变形连接件为塑性材料制成的产品。
进一步地，所述天线单元包括辐射电路板、U形背板和射频连接器；所述射频连接器焊接在所述辐射电路板上；所述U形背板与所述辐射电路板固定在一起。
进一步地，所述U形背板的左右两侧板和底板上均开有用于固定的长槽。
进一步地，所述辐射电路板包括介质板以及印刷在介质板表面的辐射单极子、共面波导传输线、第一接地导体和第二接地导体；所述共面波导传输线与所述辐射单极子一体成型。
进一步地，所述射频连接器包括外壳以及设置在所述外壳内中心位置的内导体；所述内导体与所述共面波导传输线连接，所述外壳分别与所述第一接地导体和所述第二接地导体相连接。
进一步地，所述内导体包括由内向外依次套接且同轴的导体芯、绝缘套、编织屏蔽层和护套。
本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明实施例提供的天线阵列系统，包括多路选择装置、支撑件和若干天线单元，每个所述天线单元与所述多路选择装置电连接，每个所述天线单元通过一可变形连接件与所述支撑件能相对多方向移动地相连接，从而使每个天线单元达到较高的空间灵活度和自由度，能够对不同形状(包括不规则形状)、不同尺寸的样品进行电磁参数测量。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例的天线阵列系统的结构示意图；
图2为本申请另一实施例的天线阵列系统的结构示意图；
图3为本申请另一实施例的天线阵列系统的结构示意图；
图4为本申请一实施例的支撑件的结构示意图；
图5为本申请一实施例的天线单元的结构示意图；
图6为本申请一实施例的辐射电路板的示意图；
图7为本申请一实施例的内导体的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，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被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1所示，本申请的一个实施例提供了一种天线阵列系统，是一种用于电磁参数测量的测量装置，其包括多路选择装置13和若干天线单元，每个所述天线单元均与所述多路选择装置13电连接，例如，通过导线将天线单元与多路选择装置13电连接，该多路选择装置13优选为开关矩阵。
如图2所示，本申请的一个实施例提供了一种天线阵列系统，是一种用于电磁参数测量的测量装置，其包括若干天线单元、多路选择装置13和支撑件16，每个所述天线单元均与所述多路选择装置13电连接。该实施例中总共有12个天线单元，附图标记1-12分别表示一个天线单元，这12个天线单元分别位于上方、下方、左侧、右侧和后方五个方向的位置，其中，标记为1、2、5、6的四个天线单元设置于下方，天线单元2、6与天线单元1、5分别呈两两相对排列，天线单元9位于上方；天线单元7和8呈上下排列，位于左侧；天线单元11和12呈上下排列，位于右侧；天线单元3、4呈左右排列，位于后方；天线单元10位于后方，在天线单元3和4的上方且接近天线单元9，在使用时将被检测物体放置于这些天线单元所围成的空间内。每个所述天线单元通过一可变形连接件与所述支撑件能相对多方向移动地相连接。
所述多路选择装置13用于分别与电磁波信号源和电磁波信号处理装置电连接。通过多路选择装置13可以选择分配与电磁波信号源或电磁波信号处理装置电连接的天线单元，从而可以实现使任意天线单元与电磁波信号源电连接以及实现使任意天线单元与电磁波信号处理装置电连接，从而将天线阵列系统的所有天线单元划分为用于发射电磁波信号的发射天线单元和用于采集回波信号的接收天线单元。例如，通过所述多路选择装置13选出其中一个天线单元与电磁波信号源电连接，该天线单元作为发射天线单元将电磁波信号源产生的电磁波发射出去；剩余其他天线单元与电磁波信号处理装置电连接作为接收天线单元，接收经过被检测物体的电磁波的回波信号之后将其传送至电磁波信号处理装置；可以轮流选择其中的一个天线单元作为发射天线单元从而实现从被检测物体的不同位置、不同方向向被检测物体发射电磁波，最大限度地满足检测时的灵活性需求。优选地，所述多路选择装置13为开关矩阵。
每个所述天线单元均通过一可变形连接件15与所述支撑件16相连接，所述可变形连接件15可沿多方向运动并能静止于运动路径上任一点处。
可选地，所述可变形连接件15为可多角度多方向变形、其末端可多角度多方向移动并且可随时停止在某个位置并保持静止的装置，例如可以为铁丝、鹅颈管、铝丝或铜丝等塑性材料制成的产品，也可以为多轴机械臂、多自由度机械臂或滑轨机械臂等可变形产品，诸如此类的可变性连接件能够任意移动并且实现其末端停留在某个位置；鹅颈管可以任意弯曲变形并保持静止，多自由度机械臂也能通过变形实现其末端移动到任意位置并保持静止；可变形连接件15能够实现使其末端的天线单元多方向多角度移动并任意固定在某个位置，灵活性、自由度高，从而可以检测不同形状、不同尺寸的物体。
天线单元设置在该可变形连接件15的一端，该可变形连接件15的另一端连接到支撑件16上。通过该可变形连接件15可以实现使其一端上的天线单元移动到不同的位置，使天线单元达到较高的空间灵活度和自由度，从而实现了将天线单元放置于相对于被测物体的任意位置上，方便操作使用。
所述支撑件16可以为板状或长方体形状等，也可以为一个支撑架，固定在桌子或实验台等家具上使用，该支撑件16用于对各个天线单元起到支撑作用。
可以将所述多路选择装置13安装在所述支撑件16上，也可以将其用所述可变形连接件15与所述支撑件16相连接。
可选地，如图3所示，该天线阵列系统还包括多个固定板14。所有天线单元均设置在固定板14上。固定板14通过一可变形连接件15与所述支撑件16相连接。左右两侧以及上下两侧的固定板14之间的距离可以通过可变形连接件15的移动进行调整，例如可以利用机械臂的移动来带动固定板14移动，从而调整各固定板之间的距离，将被检测物放置于各固定板围成的空间内进行检测。
可选地，所述支撑件16为一支撑板，该支撑板固定于实验台或桌面上，可变形连接件的一端连接到该支撑板上。
可选地，如图4所示，所述支撑件16包括一个底板161和一个固定在所述底板161上的立板162。该底板161固定于实验台或桌面上，可变形连接件15的一端固定到所述立板162上。
在一些实施例中，所述支撑件16为一头可穿戴设备，所有天线单元均设置在该头可穿戴设备内侧表面；可变形连接件15为夹子等可拆卸固定装置，用于将天线单元可拆卸地固定在该头可穿戴设备的内侧表面上的任意位置，当需要调整天线单元在该头可穿戴设备内侧表面上的位置时，拆卸可变形连接件15将该天线单元取下然后再将其固定到所需要的位置即可；在使用时，例如在测量人头模型的介电常数时，可以将该头可穿戴设备戴在人头模型上使用。
采用测试仪器测试每个天线单元的反射系数，以及任意两个天线单元之间的传输系数，由得到的测试数据通过反演算法能够得到被测试物体的电磁参数。
如图5所示，所述天线单元是一种小型化超宽带天线，包括辐射电路板21、U形背板22和射频连接器24；射频连接器24焊接在所述的辐射电路板21上，射频连接器24用于输入信号；所述的U形背板22通过四个螺钉23和辐射电路板21固定在一起,U形背板22的左右两侧板和底板上均开有用于固定的长槽25。通过长槽25可以将天线单元设置在可变形连接件15的一端。
如图6所示，所述的辐射电路板21包括介质板以及印刷在介质板表面的辐射单极子26、共面波导传输线27、第一接地导体28和第二接地导体29；共面波导传输线27与所述辐射单极子26一体成型；介质板的上表面和下表面均为矩形；所述的辐射单极子26在馈电点两侧有两个关于介质板的平行于其长边的中轴线互相对称的匹配凹槽30，两个匹配凹槽30有助于共面波导传输线27上产生均匀的电磁能量，从而得到均匀的电场，有助于天线单元在宽带内都能保持稳定，不随频率的变化而发生改变，提高天线单元工作的稳定性。
在辐射单极子26铜箔上开设有两个关于介质板的平行于其长边的中轴线互相对称的矩形开槽32；所述辐射单极子上形成有连接部36，连接部36位于两个匹配凹槽30之间；连接部36与共面波导传输线27一体成型；所述的接地导体29上开设有矩形开槽31；所述射频连接器的内导体和共面波导传输线27连接在一起，射频连接器的外壳分别与第一接地导体28和第二接地导体29相连接；辐射电路板21的四个角上开设有四个过孔35，用于安装螺钉23。该天线单元在0.8-2GHz频率范围内反射系数|S11|小于-10dB。
共面波导传输线27整体呈“L”形状，其外侧边包括三段线L1、L2、L3，中间的一段线L2与另外两段线L1、L3之间的夹角α1和α2均为135°，从而使共面波导传输线27的外侧拐角较为平缓，使电磁能量能够在共面波导传输线27上平稳均匀传输，降低了能量损耗，提高了天线单元的辐射稳定性。
共面波导传输线27与第一接地导体28和第二接地导体29之间均形成有一条宽度为0.2mm的窄缝。第一接地导体28和第二接地导体29与所述辐射单极子26之间均形成有一条3mm宽的窄缝。该两条窄缝可以提高天线单元的适用性，能保证天线单元在宽带内有均匀稳定的方向图和增益，又具有良好的加工精度，提高了天线单元的辐射稳定性。
所述介质板为介电常数为2.65的聚四氟乙烯材料制作而成。可选的，介质板的材质为环氧玻璃布层压板FR4。该天线单元为长方体形状，尺寸为60mm×30mm×25mm。匹配凹槽30的宽度为1mm。矩形开槽32的长度为18mm，宽度为5mm。矩形开槽31的长度为18mm，宽度为5mm。介质板的厚度为2mm。两个互相对称的矩形开槽32有助于辐射单极子26上产生均匀的电磁能量，从而得到均匀的电场，得到均匀的口径场，提高了天线单元的辐射稳定性。矩形开槽31和矩形开槽32能起到降低电磁波频率的作用。
射频连接器24包括外壳以及设置在外壳内中心位置的内导体33，所述内导体与所述共面波导传输线相连接，所述外壳分别与所述第一接地导体和所述第二接地导体相连接。如图7所示，所述内导体33包括由内向外依次套接且同轴的导体芯331、绝缘套332、编织屏蔽层333和护套334，所述绝缘套332、编织屏蔽层333和护套334依次紧密嵌接。护套334能有效保护和固定导体芯，绝缘套332可以避免发生漏电现象，编织屏蔽层333起屏蔽作用。该内导体33对其导体芯的保护作用强，能够有效防止导体芯331损坏，提高了射频连接器24的使用寿命。编织屏蔽层333为细铁丝或细铜丝编织而成。
本发明实施例提供的天线阵列系统，包括多路选择装置、支撑件和若干天线单元，每个所述天线单元与所述多路选择装置电连接，每个所述天线单元通过一可变形连接件与所述支撑件能相对多方向移动地相连接，从而使每个天线单元达到较高的空间灵活度和自由度，能够对不同形状(包括不规则形状)、不同尺寸的样品进行电磁参数测量。
本发明实施例提供的天线阵列系统，包括多个可调整位置的天线单元，可放置于相对于被测物体的任意位置上，使天线单元达到较高的空间灵活度和自由度，能够对不同形状(包括不规则形状)、不同尺寸的样品进行电磁参数测量。
需要说明的是：
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
如果在本发明的描述中，存在“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”或“周向”等术语，则该类术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，如果存在“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等术语，则该类术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，如果存在“安装”、“设置”、“相连”、“连接”、“固定”等术语，则除非另有明确的规定和限定，该类术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，如果存在“上”、“下”、“之上”、“上方”、“上面”“之下”、“下方”或“下面”等术语，则除了另有明确的规定或限定的情况外，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触；而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种天线阵列系统，其特征在于，包括多路选择装置、支撑件和若干天线单元，每个所述天线单元与所述多路选择装置电连接，每个所述天线单元通过一可变形连接件与所述支撑件相连接。
2.根据权利要求1所述的天线阵列系统，其特征在于，所述天线阵列系统还包括多个固定板；所述天线单元设置在一所述固定板上；所述固定板通过所述可变形连接件与所述支撑件相连接。
3.根据权利要求1所述的天线阵列系统，其特征在于，所述支撑件包括一支撑板。
4.根据权利要求1所述的天线阵列系统，其特征在于，所述可变形连接件为可多角度弯曲定型且其末端可多方向移动的装置。
5.根据权利要求1所述的天线阵列系统，其特征在于，所述可变形连接件为塑性材料制成的产品。
6.根据权利要求1所述的天线阵列系统，其特征在于，所述天线单元包括辐射电路板、U形背板和射频连接器；所述射频连接器焊接在所述辐射电路板上；所述U形背板与所述辐射电路板固定在一起。
7.根据权利要求6所述的天线阵列系统，其特征在于，所述U形背板的左右两侧板和底板上均开有用于固定的长槽。
8.根据权利要求6所述的天线阵列系统，其特征在于，所述辐射电路板包括介质板以及印刷在介质板表面的辐射单极子、共面波导传输线、第一接地导体和第二接地导体；所述共面波导传输线与所述辐射单极子一体成型。
9.根据权利要求8所述的天线阵列系统，其特征在于，所述射频连接器包括外壳以及设置在所述外壳内中心位置的内导体；所述内导体与所述共面波导传输线连接，所述外壳分别与所述第一接地导体和所述第二接地导体相连接。
10.根据权利要求9所述的天线阵列系统，其特征在于，所述内导体包括由内向外依次套接且同轴的导体芯、绝缘套、编织屏蔽层和护套。
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