CN110808462A - 一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元及阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元及阵列天线,包括介质基板、馈电带状线和偶极子天线,首先,在介质基板的两个板面上各印制一个偶极子天线,增强了偶极子天线的辐射能力和接收能力,其次,由于馈电带状线在水平方向的投影与缝隙在水平方向上的投影交叉,使缝隙分成两段,上方的一段为串联馈电槽线,下方的一段为平衡不平衡转换转结构,其中,串联馈电槽线使偶极子天线的辐射臂上移,方便进行馈电,平衡不平衡转换转结构改善了偶极子天线的工作频段,使其能在较宽的频段内工作,由此实现了一种便于馈电且在较宽频段内能进行工作的毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,且结构简单、易于加工。
Description
技术领域
本发明涉及偶极子天线技术领域,尤其涉及一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元及阵列天线。
背景技术
天线作为现代通信系统的重要组成部分,主要功能是接收和发射电磁波,随着通信技术的发展,通信系统对天线的性能要求也日益提高。目前,常规的印刷偶极子天线是将偶极子天线印制在薄层的介质基片上,具备重量轻、体积小,易于集成组阵等优点,且具有较好带宽特性和很高的极化纯度。其结构即为在垂直于金属反射板的介质基片上,一面印制偶极子天线,另一侧印制与之相匹配的馈线,但其频段较窄,且在毫米波频段的天线尺寸较小,不便于进行馈电。
因此,如何实现一种便于馈电且在较宽频段内能进行工作的毫米波印刷偶极子天线是业内亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元及阵列天线。
本发明的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元的技术方案如下:
包括介质基板、馈电带状线和两个偶极子天线,每个所述偶极子天线的两个辐射臂的中间位置设有缝隙;所述介质基板的两个板面上各印制一个所述偶极子天线,所述馈电带状线设置在所述介质基板内,且位于两个所述偶极子天线的正中间位置并与所述介质基板的板面平行;所述馈电带状线与所述缝隙在层叠角度的投影交叉。
本发明的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元的有益效果如下:首先,在介质基板的两个板面上各印制一个偶极子天线,增强了偶极子天线的辐射能力和接收能力,其次,由于馈电带状线在水平方向的投影与缝隙在水平方向上的投影交叉,使缝隙分成两段,上方的一段为串联馈电槽线,下方的一段为平衡不平衡转换转结构,其中,串联馈电槽线使偶极子天线的辐射臂上移,方便进行馈电,平衡不平衡转换转结构改善了偶极子天线的工作频段,使其能在较宽的频段内工作。由此实现了一种便于馈电且在较宽频段内能进行工作的毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,且结构简单、易于加工。
在上述方案的基础上,本发明的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元还可以做如下改进。
进一步,所述偶极子天线为沿对称线左、右对称的板状结构,所述缝隙沿所述对称线的位置设置,且所述缝隙贯穿所述所述偶极子天线的顶端,且未贯穿至所述偶极子天线的底端,所述偶极子天线靠近其顶端且沿所述对称线对称的位置上分别设有一个凹槽,所述凹槽的上方形成所述辐射臂。
采用上述进一步方案的有益效果是:偶极子天线的结构简单,一方面,便于对其进行仿真计算,另一方面,便于加工。
进一步,所述馈电带状线在层叠角度的投影,高度低于所述凹槽的高度,且所述馈电带状线包括第一段与第二段,所述第一段与所述第二段呈字母L形设置,其中,所述第一段的底端、所述偶极子天线的底端和所述介质基板的底端均在同一平面上,所述第二端在水平方向的投影与所述缝隙在水平方向上的投影交叉,且所述第二端的延长方向与所述辐射臂的延长方向相同。
采用上述进一步方案的有益效果是:馈电带状线的结构简单,在便于对其进行仿真计算的同时,也便于加工。
进一步,所述第一段与所述第二段连接的弯折处的外侧还设有切角。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过减小馈电带状线的面积,在辐射或接收电磁波时,降低对电磁波的反射。
进一步,还包括金属反射板,所述所述第一段的底端、所述偶极子天线的底端和所述介质基板的底端均固定在所述金属反射板,且所述介质基板、所述偶极子天线和所述馈电带状线均与所述金属反射板垂直设置。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过设置括金属反射板,可提高本申请中的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元的接收灵敏度。
进一步,所述偶极子天线和所述馈电带状线由铜制成。
采用上述进一步方案的有益效果是:由铜制成的偶极子天线和馈电带状线的电阻率较低,在辐射和接收电磁波时,其衰减低。
进一步,所述介质基板的材质为Rogers5880。
采用上述进一步方案的有益效果是:Rogers5880材料具有稳定的介电特性,且在辐射和接收电磁波时具有较低的介电损耗。
本发明的一种阵列天线的技术方案为:包括上述任一项所述的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,并对其进行排列后组成阵列天线。
本发明的一种天线阵列单元的有益效果是:本申请的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元结构简单,易于加工,便于装配、组成阵列,能很好地满足作为阵列天线单元的需求。
附图说明
图1为本发明实施例的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元的立体图;
图2本发明实施例的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元的前视图;
图3为本发明实施例的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元的后视图;
图4为本发明实施例的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元的俯视图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、介质基板;2、上层天线单元辐射臂;3、下层天线单元辐射臂;4、上层串联馈电槽线;5、下层串联馈电槽线;6、上层槽线平衡不平衡转换结构;7、下层槽线平衡不平衡转换结构;8、馈电带状线;9、金属反射板;10、第一段;11、第二段;12、上层天线单元凹槽;13、下层天线单元凹槽;14、切角;15、对称线。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
本发明实施例的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,包括介质基板1、馈电带状线8和两个偶极子天线,所述偶极子天线的两个辐射臂的中间位置设有缝隙;所述介质基板1的两个板面上各印制一个所述偶极子天线,所述馈电带状线8设置在所述介质基板1内,且位于两个所述偶极子天线的之间位置并与所述介质基板1的板面平行;所述馈电带状线8与所述缝隙在层叠角度的投影交叉。
首先,在介质基板1的两个板面上各印制一个偶极子天线,增强了偶极子天线的辐射能力和接收能力,其次,由于馈电带状线8在水平方向的投影与缝隙在水平方向上的投影交叉,使缝隙分成两段,上方的一段为串联馈电槽线,下方的一段为平衡不平衡转换转结构,其中,串联馈电槽线使偶极子天线的辐射臂上移,方便进行馈电,平衡不平衡转换转结构改善了偶极子天线的工作频段,使其能在较宽的频段内工作。由此实现了一种便于馈电且在较宽频段内能进行工作的毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,且结构简单、易于加工。
其中,馈电带状线8采用带状线,通过平衡不平衡转换转结构,以阻止串联馈电槽线中的高频电流流向其屏蔽层的外皮,使本申请中的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元能在较宽频段内工作即接收和辐射电磁波,在20%的相对带宽内,匹配良好,且具有较高的增益和很好的全向性。
较优地,在上述技术方案中,所述偶极子天线为沿对称线15左、右对称的板状结构,所述缝隙沿所述对称线15的位置设置,且所述缝隙贯穿所述所述偶极子天线的顶端,且未贯穿至所述偶极子天线的底端,所述偶极子天线靠近其顶端且沿所述对称线15对称的位置上分别设有一个凹槽,所述凹槽的上方形成所述辐射臂。偶极子天线的结构简单,一方面,便于对其进行仿真计算,另一方面,便于加工。
其中,虽然权利要求书中提到的对称线15,但对称线15是为了更方便对本申请一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元进行阐述而人为规定的一条虚拟的线,在图2和图3中用虚线进行显示。
较优地,在上述技术方案中,所述馈电带状线8在层叠角度的投影,高度低于所述凹槽的高度,且所述馈电带状线8包括第一段10与第二段11,所述第一段10与所述第二段11呈字母L形设置,其中,所述第一段10的底端、所述偶极子天线的底端和所述介质基板1的底端均在同一平面上,所述第二端在水平方向的投影与所述缝隙在水平方向上的投影交叉,且所述第二端的延长方向与所述辐射臂的延长方向相同。馈电带状线8的结构简单,在便于对其进行仿真计算的同时,也便于加工。
较优地,在上述技术方案中,所述第一段10与所述第二段11连接的弯折处的外侧还设有切角14。通过减小馈电带状线8的面积,在辐射或接收电磁波时,降低对电磁波的反射。
较优地,在上述技术方案中,还包括金属反射板9,所述所述第一段10的底端、所述偶极子天线的底端和所述介质基板1的底端均固定在所述金属反射板9,且所述介质基板1、所述偶极子天线和所述馈电带状线8均与所述金属反射板9垂直设置。通过设置括金属反射板9,可提高本申请中的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元的接收灵敏度。
较优地,在上述技术方案中,所述偶极子天线和所述馈电带状线8由铜制成。由铜制成的偶极子天线和馈电带状线8的电阻率较低,在辐射和接收电磁波时,其衰减低。
较优地,在上述技术方案中,所述介质基板1的材质为Rogers5880。Rogers5880材料具有稳定的介电特性,且在辐射和接收电磁波时具有较低的介电损耗。其中,金属反射板9可选用铝合金材料制成,介质基板1与金属反射板9之间用热接方式连接。
下面通过另外一个实例对本申请的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元进行更为详细的阐述,如图1至图4所示,为了便于表述,将相对设置的两个偶极子天线分别标记为上层偶极子天线和下层偶极子天线;将上层偶极子天线的辐射臂标记为上层天线单元辐射臂2,将下层偶极子天线的辐射臂标记为下层天线单元辐射臂3;将上层偶极子天线的串联馈电槽线标记为上层串联馈电槽线4,将下层偶极子天线的串联馈电槽线标记为下层串联馈电槽线5;将上层偶极子天线的凹槽标记为上层天线单元凹槽12,将下层偶极子天线的凹槽标记为下层天线单元凹槽13;将上层偶极子天线的平衡不平衡转换结构标记为上层槽线平衡不平衡转换结构6,将下层偶极子天线的平衡不平衡转换结构标记为下层槽线平衡不平衡转换结构7;那么:
利用本申请的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元发射电磁波时,由馈电带状线8将待发射电磁波的电磁能量分别馈入上层天线单元辐射臂2和下层偶极子天线,在此过程中,完成由导行电磁波到自由空间的电磁波的转换,进而将电磁波辐射至自由空间中;其中,导行电磁波是指由馈电带状线8将待发射电磁波的电磁能量分别馈入上层天线单元辐射臂2和下层偶极子天线的过程中,衰减低。
利用本申请的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元接收电磁波时,上层天线单元辐射臂2和下层偶极子天线接收自由空间内的电磁波转为导行电磁波,然后将导行电磁波通过馈电带状线8后进入接收机。
另外,可将偶极子天线、辐射臂、凹槽、串联馈电槽线、平衡不平衡转换结构、上层偶极子天线和下层偶极子天线之间的距离等参数输入至HFSS、ANSYS等仿真软件中进行建模计算,并进行优化。
其中,本申请中提到的“上”、“下”、“顶端”、“底端”、“左”、“右”等方位名词均以图2作为基准。
本发明实施例的一种阵列天线,将上述任一实施例中的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元并对其进行排列后组成阵列天线,由于本申请的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元结构简单,易于加工,便于装配及组成阵列天线,能很好地满足作为阵列天线的需求。
在本发明中,术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,其特征在于,包括介质基板、馈电带状线和两个偶极子天线,每个所述偶极子天线的两个辐射臂的中间位置设有缝隙;所述介质基板的两个板面上各印制一个所述偶极子天线,所述馈电带状线设置在所述介质基板内,且位于两个所述偶极子天线的之之间位置并与所述介质基板的板面平行;所述馈电带状线与所述缝隙在层叠角度的投影交叉。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,其特征在于,所述偶极子天线为沿对称线左、右对称的板状结构,所述缝隙沿所述对称线的位置设置,且所述缝隙贯穿所述所述偶极子天线的顶端,且未贯穿至所述偶极子天线的底端,所述偶极子天线靠近其顶端且沿所述对称线对称的位置上分别设有一个凹槽,所述凹槽的上方形成所述辐射臂。
3.根据权利要求2所述的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,其特征在于,所述馈电带状线在层叠角度的投影,高度低于所述凹槽的高度,且所述馈电带状线包括第一段与第二段,所述第一段与所述第二段呈字母L形设置,其中,所述第一段的底端、所述偶极子天线的底端和所述介质基板的底端均在同一平面上,所述第二端在水平方向的投影与所述缝隙在水平方向上的投影交叉,且所述第二端的延长方向与所述辐射臂的延长方向相同。
4.根据权利要求3所述的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,其特征在于,所述第一段与所述第二段连接的弯折处的外侧还设有切角。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,其特征在于,还包括金属反射板,所述所述第一段的底端、所述偶极子天线的底端和所述介质基板的底端均固定在所述金属反射板,且所述介质基板、所述偶极子天线和所述馈电带状线均与所述金属反射板垂直设置。
6.根据权利要求5所述的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,其特征在于,所述偶极子天线和所述馈电带状线由铜制成。
7.根据权利要求6所述的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,其特征在于,所述介质基板的材质为Rogers5880。
8.一种阵列天线,其特征在于,包括若干上述权利要求1至7中任一项所述的一种毫米波印刷偶极子天线阵列辐射单元,并对其进行排列后组成阵列天线。
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