CN110783699A - 一种双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线 - Google Patents

一种双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，正四棱台介质层外轮廓为正四棱台，安装在金属地板上，两者底面平齐，异形三角渐变线金属单极子布置在正四棱台介质层上，其底端馈电部分采用三角渐变线形状，金属地板为长方体板状，中间孔洞内径与同轴馈电连接器内芯外径一致，同轴馈电连接器内芯穿过金属地板与异形三角渐变线金属单极子相连，倒置四棱台介质层外轮廓为倒置的四棱台，倒扣在异形三角渐变线金属单极子上。本发明天线尺寸根据实际应用需求适当调整，天线使用频率也可通过调整异形金属单极子高度、金属地板边长、倒置四棱台介质层高度、正四棱台介质层高度等比例增大或缩小，整体天线结构及应用场合灵活。

Description

一种双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线
技术领域
本发明属于微波天线技术领域，涉及一种双四棱台形状的高介电常数介质加载天线，以及一种馈电结构为三角渐变线的单极子天线，将二者结构融合，使得天线高度小、带宽宽，主要使用方向为民用及军用飞机、车辆等通信系统。
背景技术
介质谐振器一般由低损耗(tanδ＝10-4以下)、高介电常数(εr为20～100)的材料做成，经常用于屏蔽微波电路中，如滤波器、振荡器等。在这些介质谐振器中能得到很高的无载Q(品质因数)值。假如介质谐振器放在自由空间中，则其最低阶模(主模)的Q值大大减小，其功率在空间中辐射，因此可作为天线，即介质加载天线。由于引入了高介电常数材料，介质加载天线的尺寸得到缩减(根据介质加载天线的基本理论，天线能够按照大约
Figure BDA0002271264310000011
的量级减小尺寸，λ0为天线谐振频率所对应的波长)，其还具有功率容量高等优点；但由于介电常数大导致天线电尺寸小，实际物理尺寸的变化对天线性能的影响非常敏感，尤其是馈电部分，阻抗更是难于调节，因此，实际应用的介质加载天线一般带宽较小(相对带宽一般在10％以下)。
单极子天线较多地应用于一点多址通信中，广泛地应用于军事、航天、遥控、遥测领域。常规单极子天线虽然结构简单、电气性能稳定，但此类天线一般为全金属结构，其质量较重，为载荷平台增加了负担；且这些类型的天线高度为四分之一波长(0.25λ0)，并且由于馈电部分阻抗突变导致天线带宽较窄(相对带宽一般在5％以下)，不能满足日益增长的实际使用需求。
考虑到上述情况，有必要为实际通信平台开发一种新的天线形式，结合介质加载天线及单极子天线的优点并加以改进，使其高度更小、带宽更宽，提供比现有的天线设计更理想的电磁特性及结构特性。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，使其解决传统介质天线加载天线阻抗难于调节、带宽窄以及常规单极子天线质量重、带宽窄等问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，由异形三角渐变线金属单极子、金属地板、倒置四棱台介质层、正四棱台介质层及插入天线结构中的同轴馈电连接器构成；异形三角渐变线金属单极子的底端馈电部分采用三角渐变线形状，底端中间有螺纹孔，上端为半圆形状，异形单极子选取材料为铝；金属地板为薄立方体，中间有孔洞，其内径与连接器介质层外径一致，可以使得连接器穿过地板与异形三角渐变线金属单极子相连，金属地板选取材料为铝；倒置四棱台介质层外轮廓为倒置的四棱台，自上而下倒扣在异形三角渐变线金属单极子上(该结构采用粉末材料模具加工的方式生产)，倒置四棱台介质层选取材料为高介电常数特种陶瓷材料(εr为20)；正四棱台介质层外轮廓为四棱台，自下而上安装在金属地板上，正四棱台介质层的底面与金属地板的底面平齐，正四棱台介质层选取材料为高介电常数特种陶瓷材料(εr为20)；天线采用SMA型同轴连接器连接馈电，连接器选用陕西华达科技股份有限公司的JSMA-KFD153-3，其特殊之处在于伸出的内芯有螺纹，连接器的内芯穿过金属地板与异形三角渐变线金属单极子内螺纹旋拧连接；同轴接头输出的能量从馈电端馈入，进而激起天线表面电流，从而产生辐射。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，由于天线辐射体仅采用金属铝及高介电常数特种陶瓷材料(εr为20)构成，加工制作容易、重量轻(重量可减轻20％)；由于天线采用高介电常数特种陶瓷材料(εr为20)将双四棱台作为外层介质谐振器，从而大大减小天线的尺寸(与常规单极子天线相比较，极化方向高度可缩减43％)；由于天线借助单极子天线的基本结构，其主辐射体采用三角渐变线的形式，Z0、L、ZL为常数，从而极大拓展天线的带宽至45％；此外，本天线尺寸可根据实际应用需求适当调整，天线使用频率也可通过调整异形金属单极子高度、金属地板边长、倒置四棱台介质层高度、正四棱台介质层高度等比例增大或缩小，整体天线结构及应用场合灵活。
附图说明
图1是本发明天线俯视图。
图2是本发明天线仰视图。
图3是本发明天线前视图。
图4是本发明天线侧视图。
图5是本发明天线的反射损耗与频率的关系。
图6是本发明天线的水平面方向图。
图中：1.异形三角渐变线金属单极子 2.金属地板 3.倒置四棱台介质层 4.正四棱台介质层 5.同轴馈电连接器。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
参见图1、图2、图3、图4所示，本发明是一种双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，由异形三角渐变线金属单极子1、金属地板2、倒置四棱台介质层3、正四棱台介质层4以及同轴馈电连接器5共同构成。异形三角渐变线金属单极子1的底端馈电部分采用三角渐变线形状，底端中间有螺纹孔，上端为半圆形状，异形单极子选取材料为铝；金属地板2为长方体板状，中间有孔洞，其内径与同轴馈电连接器5内芯外径一致，可以使得同轴馈电连接器5内芯穿过金属地板2与异形三角渐变线金属单极子1相连，金属地板2选取材料为铝；倒置四棱台介质层3外轮廓为倒置的四棱台，自上而下倒扣在异形三角渐变线金属单极子1上(该结构需采用粉末材料模具加工的方式生产)，倒置四棱台介质层3选取材料为高介电常数特种陶瓷材料(εr为20)；正四棱台介质层4外轮廓为正四棱台，自下而上安装在金属地板2上，正四棱台介质层4的底面与金属地板2的底面平齐，正四棱台介质层4选取材料为高介电常数特种陶瓷材料(εr为20)；天线采用SMA型同轴馈电连接器5连接馈电，连接器选用陕西华达科技股份有限公司的JSMA-KFD153-3，其特殊之处在于伸出的同轴连接器内芯有螺纹，连接器的内芯穿过金属地板2与异形三角渐变线金属单极子1内螺纹旋拧连接；同轴馈电连接器5输出的能量从馈电端馈入，进而激起天线表面电流，从而产生辐射。
需要指出的是，天线极化方向总高度(即双四棱台介质层高度的总和)为13.7mm，天线的工作频率为3.1GHz～4.9GHz，相对带宽为45％；最低工作频率3.1GHz所对应的波长为96.8mm，在最低工作频率上对应的常规单极子高度(0.25λ0)为24.2mm，相对带宽一般在5％以下；通过比较可知，与常规单极子天线相比较，本发明倒置圆台及四棱台介质加载三角渐变线小型化宽带天线极化方向高度可缩减43％，且带宽也能够得到较大的拓展。
在本发明中，异形三角渐变线金属单极子1是起辐射作用的最主要部件，用于向空间辐射电磁波，当发射信号时，同轴馈电连接器5通过连接的同轴电缆输入外接发射机的发射信号，同轴接头输出的能量激起异形三角渐变线金属单极子1上的表面电流，从而产生辐射；倒置四棱台介质层3、正四棱台介质层4共同起到介质谐振器的作用，参与辐射的同时可以使得天线的极化方向高度得到大幅度的缩减；由于天线借助单极子天线的基本结构，其主辐射体异形三角渐变线金属单极子1采用三角渐变线
Figure BDA0002271264310000051
的形式，从而极大拓展天线的带宽，其中，Z0、L、ZL为常数；由于整个天线结构中异形三角渐变线金属单极子1、金属地板2、倒置四棱台介质层3、正四棱台介质层4在结构上成对称分布，可以使得天线在水平面360度范围内辐射场均匀分布。
图5是本发明天线的反射损耗与频率的关系。反射损耗是天线的一个重要性能参数，它反映了被测天线的阻抗特性，也决定了天线的阻抗带宽。参见图4所示，本发明天线的工作频段在S波段，在3.1GHz～4.9GHz的宽频范围内，天线的反射损耗均小于-10dB，天线相对带宽为45％，从而保证天线具有较宽的阻抗带宽。
图6是本发明天线的水平面辐射方向图。方向图是表征天线辐射特性与空间角度关系的图形。参见图5所示，天线在水平面360度的范围内辐射场均匀全向分布，不圆度小于3.5dB；当频率在3.1GHz～4.9GHz范围内波动时，水平面方向图几乎保持不变，都能保持良好的全向辐射特征。
由上述技术方案可以看出，本发明用于发射和接收垂直极化电磁波，其结构简单，整个天线辐射体仅由金属铝及高介电常数特种陶瓷材料(εr为20)构成，加工制作容易、重量轻；天线采用介质加载天线的基本思想，使用高介电常数特种陶瓷材料(εr为20)将双四棱台形状作为外层介质谐振器，从而大大减小天线的尺寸；天线借助单极子天线的基本结构，其主辐射体采用三角渐变线
Figure BDA0002271264310000061
的形式，从而极大拓展天线的带宽；天线的辐射场在水平面360°范围内分布均匀，可以实现良好的全向特性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，其特征在于，包括：异形三角渐变线金属单极子(1)、金属地板(2)、倒置四棱台介质层(3)、正四棱台介质层(4)以及同轴馈电连接器(5)；正四棱台介质层(4)外轮廓为正四棱台，安装在金属地板(2)上，正四棱台介质层(4)的底面与金属地板(2)的底面平齐，异形三角渐变线金属单极子(1)布置在正四棱台介质层(4)上，其底端馈电部分采用三角渐变线形状，金属地板(2)为长方体板状，中间有孔洞，其内径与同轴馈电连接器(5)内芯外径一致，使得同轴馈电连接器(5)内芯穿过金属地板(2)与异形三角渐变线金属单极子(1)相连，倒置四棱台介质层(3)外轮廓为倒置的四棱台，倒扣在异形三角渐变线金属单极子(1)外部且位于正四棱台介质层(4)上。
2.如权利要求1所述的双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，其特征在于，所述异形三角渐变线金属单极子1采用三角渐变线
Figure FDA0002271264300000011
的形式，Z0、L、ZL为常数。
3.如权利要求2所述的双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，其特征在于，所述异形三角渐变线金属单极子(1)底端中间开设有连接同轴馈电连接器(5)内芯的螺纹孔，上端为半圆形状。
4.如权利要求3所述的双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，其特征在于，所述所述同轴馈电连接器(5)选用SMA型同轴馈电连接器。
5.如权利要求4所述的双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，其特征在于，所述所述同轴馈电连接器(5)的内芯设有外螺纹，同轴馈电连接器(5)的内芯穿过金属地板(2)与异形三角渐变线金属单极子(1)内螺纹旋拧连接；同轴馈电连接器(5)输出的能量从馈电端馈入，激起天线表面电流，产生辐射。
6.如权利要求5所述的双四棱台形状的介质加载三角渐变线小型化宽带天线，其特征在于，所述异形三角渐变线金属单极子(1)选取材料为铝。
7.如权利要求6所述的倒置圆台及四棱台介质加载指数渐变线小型化宽带天线，其特征在于，所述金属地板(2)选取材料为铝。
8.如权利要求7所述的倒置圆台及四棱台介质加载指数渐变线小型化宽带天线，其特征在于，所述倒置圆台介质层(3)选取材料为高介电常数陶瓷材料，介电常数εr为20。
9.如权利要求8所述的倒置圆台及四棱台介质加载指数渐变线小型化宽带天线，其特征在于，所述四棱台介质层(4)选取材料为高介电常数陶瓷材料，介电常数εr为20。
10.如权利要求9所述的倒置圆台及四棱台介质加载指数渐变线小型化宽带天线，其特征在于，所述异形三角渐变线金属单极子(1)、金属地板(2)、倒置四棱台介质层(3)、正四棱台介质层(4)在结构上成对称分布，使得天线在水平面360度范围内辐射场均匀分布。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110729562A (zh) * 2019-10-22 2020-01-24 西南交通大学 一种加载高介电覆铜介质的小型化超宽带天线
CN112736420A (zh) * 2020-10-15 2021-04-30 天津津航计算技术研究所 一种电阻加载的Klopfenstein渐变线轮廓超宽带天线
CN114243270A (zh) * 2021-12-13 2022-03-25 西南技术物理研究所 一种加载高磁介材料的小型化柔性天线

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103414021A (zh) * 2013-08-22 2013-11-27 中国航天科工集团第三研究院第八三五七研究所 不需要旋转关节的360°扫描天线
CN104966895A (zh) * 2015-07-03 2015-10-07 四川莱源科技有限公司 快接式小型化360度周向天线
CN109742517A (zh) * 2018-12-07 2019-05-10 天津津航计算技术研究所 一种应用于s频段单极子天线

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103414021A (zh) * 2013-08-22 2013-11-27 中国航天科工集团第三研究院第八三五七研究所 不需要旋转关节的360°扫描天线
CN104966895A (zh) * 2015-07-03 2015-10-07 四川莱源科技有限公司 快接式小型化360度周向天线
CN109742517A (zh) * 2018-12-07 2019-05-10 天津津航计算技术研究所 一种应用于s频段单极子天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CENGIZ OZZAIM.ETC: ""Stacked Conical Ring Dielectric Resonator Antenna Excited by a Monopole for Improved Ultrawide Bandwidth"", 《IEEE TRANSACTION ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *
KUI-SHENG FENG .ETC: ""Modified Ultra Wideband Hybrid Monopole Dielectric Resonator Antenna"", 《2017 SIXTH ASIA-PACIFIC CONFERENCE ON ANTENNAS AND PROPAGATION (APCAP)》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110729562A (zh) * 2019-10-22 2020-01-24 西南交通大学 一种加载高介电覆铜介质的小型化超宽带天线
CN110729562B (zh) * 2019-10-22 2021-02-26 西南交通大学 一种加载高介电覆铜介质的小型化超宽带天线
CN112736420A (zh) * 2020-10-15 2021-04-30 天津津航计算技术研究所 一种电阻加载的Klopfenstein渐变线轮廓超宽带天线
CN114243270A (zh) * 2021-12-13 2022-03-25 西南技术物理研究所 一种加载高磁介材料的小型化柔性天线

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