CN110994121B - 一种用于混响室测量的超宽带混合天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于混响室测量的超宽带混合天线，属于天线技术领域。该超宽带混合天线包括主辐射模块、副辐射模块、接地板和电介质支架；所述主辐射模块采用电介质支架垂直固定在接地板上方；所述副辐射模块与接地板垂直相接，并采用电介质支架固定。本发明通过天线工作在双模式下和副辐射模块低频时发生谐振使得在有限空间内可以实现最低工作频点下移，其提供低反射系数的超宽带特性，大大提高了测量效率，为今后的混响室测量提供了便利。

Description

一种用于混响室测量的超宽带混合天线
技术领域
本发明涉及一种用于混响室测量的超宽带混合天线，属于天线技术领域。
背景技术
随着科学技术的迅速发展，社会对电子设备需求日益增加，空间中的电磁干扰也随之增多。为了降低电磁干扰带来的影响，仪器设备在使用前进行电磁兼容性能测试。相较于开阔试验场、全波暗室、GTEM(吉赫兹横电磁波)小室等测试场地，混响室具有显著的成本优势。天线作为混响室的重要组成部分，在其中发挥着不可替代的作用。大多数情况下，混响室中使用的天线是最初为其他测试环境或其他应用设计的类型，如双锥天线工作频率一般为20MHz-1000MHz,波导喇叭天线适用频率一般为1000MHz-6000MHz等。混响室测试频率一般为200MHz-18GHz,上述天线无法完全覆盖混响室测试频段，因而用于混响室测量的传统超宽带天线明显为测量带来不便，需要分段进行测量。由于混响室中的天线主要关注天线辐射效率，而与天线的方向图性能无关，因为在充分搅拌的混响室中，天线的方向图不会影响测量的统计结果。因此，设计一款能完全覆盖混响室测试频段的超宽带天线显得尤为重要。
综上所述，最初用于其他测试环境的传统超宽带天线在测量效率，工作频带方面仍有不足，对于在混响室中的应用也有一定的局限性。
发明内容
为了解决用于混响室测量的传统超宽带天线在测试效率、工作频带方面不足的问题，本发明提出一种用于混响室测量的超宽带混合天线。
本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：
一种用于混响室测量的超宽带混合天线，包括：主辐射模块、副辐射模块、接地板和电介质支架；所述主辐射模块采用电介质支架垂直固定在接地板上方；所述副辐射模块与接地板垂直相接，并采用电介质支架固定。
所述主辐射模块前端最低点与接地板垂直距离为0.5mm，于其间设置馈电端口。
所述馈电端口采用50ohm同轴馈电接口。
所述主辐射模块包括第一渐变指数曲线、第一平行线和不规则圆弧形曲线，其中第一渐变指数曲线和第一平行线连接，第一平行线和不规则圆弧形曲线连接，不规则圆弧形曲线和第一渐变指数曲线连接。
所述不规则圆弧形曲线是由优弧和劣弧相交组成。
所述副辐射模块由第二渐变指数曲线,第二平行线,第三平行线和第四平行线组成,其中第二渐变指数曲线和第三平行线连接，第三平行线和第二平行线连接，第二平行线和第四平行线连接，第四平行线和第二渐变指数曲线连接。
所述主辐射模块总体高302.5mm，宽289.5mm；所述副辐射模块总体高302mm，宽125mm；所述接地板长375mm，宽300mm。
所述电介质支架材质为聚四氟乙烯，半径为15mm。
本发明的有益效果如下：
1、本发明提供的一种用于混响室测量的超宽带混合天线，其整体尺寸为375×300×302.5mm3(长×宽×高)，通过天线工作在双模式下和副辐射模块低频时发生谐振使得在有限空间内可以实现最低工作频点偏移，其提供低反射系数的超宽带特性，即混合天线工作频率范围可以完全覆盖混响室测试频段，这一特点大大提高了测量效率，缩短测量所需时间。
2、本发明天线是一种混合结构，其在两种模式下工作，第一种是低频下的宽带单极模式，第二种是较高频率下的渐变指数模式，天线在双模式下工作，进而实现了超宽带特性。
3、本发明的主辐射模块由渐变指数曲线、不规则圆弧形曲线和平行线组成，起主要作用的是渐变指数曲线，其直接决定天线阻抗带宽，可以通过改变指数系数来调整天线阻抗带宽；不规则圆弧形曲线增加表面电流路径的有效长度，在有限空间的前提下，降低了天线的工作频段。
4、本发明多次采用倒角结构，使得天线上表面电流分布的更加均匀，且倒角处的反射也得到了降低，低频段传输性能得到了显著改善。
5、本发明考虑了天线尺寸对天线工作频段的影响，在接地板一端设置与之垂直相接的副辐射模块，在低频时发生谐振，使得天线与馈电网络实现更好的匹配，进一步降低了天线的最低工作频率，也优化了低频附近的性能，为后续用于混响室提供了良好的性能。
6、通过结合主辐射模块和副辐射模块，本发明与用于混响室的经典超宽带天线相比，天线具有结构简单，馈电方便，成本低，宽频带，测量便利等优点。天线工作频率范围可以完全覆盖混响室测试频段这一特性，可在混响室测量中取代双锥天线，对数周期阵列天线及波导喇叭天线的应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于混响室测量的超宽带混合天线的结构图，其中：1、接地板；2、主辐射模块；3、副辐射模块；4、第一渐变指数曲线；5、第一平行线；6、不规则圆弧形曲线；7、电介质支架；8、第二渐变指数曲线；9、第二平行线；10、第三平行线；11、第四平行线。
图2是本发明实施例提供的用于混响室测量的超宽带混合天线的主辐射模块示意图，其中：2、主辐射模块；4、第一渐变指数曲线；5、第一平行线；6、不规则圆弧形曲线。
图3是本发明实施例提供的用于混响室测量的超宽带混合天线的副辐射模块示意图，其中：3、副辐射模块；8、第二渐变指数曲线；9、第二平行线；10、第三平行线；11、第四平行线。
图4是本发明实施例提供的用于混响室测量的超宽带混合天线的反射系数仿真图。
图5是本发明实施例提供的用于混响室测量的超宽带混合天线的总效率曲线仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种用于混响室测量的超宽带混合天线，包括：接地板1，在接地板1上方设置的主辐射模块2和副辐射模块3，以及用于固定主辐射模块2和副辐射模块3的电介质支架7。
本实例中，接地板1，主辐射模块2和副辐射模块3均采用厚度为1mm的金属铜板切割而成，整体体积为375×300×302.5mm3(长×宽×高)，其中，如图2所示，主辐射模块2由第一渐变指数曲线4、第一平行线5和不规则圆弧形曲线6构成，总体高302.5mm，宽289.5mm，所述渐变指数曲线4的方程为y＝0.365e0.024x+0.135,9.91≤x≤280，x为渐变指数曲线自变量，y为渐变指数曲线因变量，可以通过改变第一渐变指数曲线4系数来调整天线阻抗带宽；所述平行线5长为220mm，与第一渐变指数曲线4相交处采用半径为30mm的圆弧形倒角，与不规则圆弧形曲线6相交处采用半径为10mm的圆弧形倒角；所述不规则圆弧形曲线6是由半径58mm，弦长65mm的优弧和半径155mm，弦长258mm的劣弧相交组成。在主辐射模块2上开凿一矩形槽，其长为60mm，宽为6mm；主辐射模块2前端最低点与接地板1垂直距离为0.5mm，用于设置馈电端口，馈电端口采用50ohm(欧姆)同轴馈电接口。
第二渐变指数曲线8，第二平行线9，第三平行线10和第四平行线11组成副辐射模块3，如图3所示，其中第二渐变指数曲线8方程为y＝47.268(e0.02x-1),0≤x≤95；第二平行线9的宽度为272mm，第四平行线11的宽度为65mm，且第四平行线11分别与第二平行线9和第二渐变指数曲线8相交处采用半径为30mm的圆弧形倒角；副辐射模块3与接地板1垂直相接处，即第三平行线10的宽度为30mm，且采用介电常数为2.1的电介质支架7固定，并将电介质支架7底端放置在远离副辐射模块3的位置，尽量减少介电损耗。
下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
图4给出了本发明仿真的反射系数与频率关系图。可以看出，本发明在165MHz-20GHz整个频段内，天线的反射系数典型值均小于-10dB，图中第二个谐振点257MHz，此时工作在单极模式下；第一个谐振点175MHz，是设置与接地板垂直相接的副辐射模块发生谐振所致，进一步降低了最低工作频率。
图5给出了本发明仿真的总效率与频率关系图。可以看出，本发明天线实现了在工作频段内最小辐射效率大于88％，绝大部分在96％以上。
综上所述，本发明天线是一种混合结构，通过天线工作在双模式下和副辐射模块低频时发生谐振使得在有限空间内可以实现最低工作频点偏移，其提供低反射系数的超宽带特性，大大提高了测量效率，为今后的混响室测量提供了便利。此设计方案天线整体结构简单，易于加工，在混响室中有良好的应用前景。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于混响室测量的超宽带混合天线，其特征在于，包括：主辐射模块（2）、副辐射模块（3）、接地板（1）和电介质支架（7）；所述主辐射模块（2）采用电介质支架（7）垂直固定在接地板（1）上方；所述副辐射模块（3）与接地板（1）垂直相接，并采用电介质支架（7）固定；所述主辐射模块（2）包括第一渐变指数曲线（4）、第一平行线（5）和不规则圆弧形曲线（6），其中第一渐变指数曲线（4）和第一平行线（5）连接，第一平行线（5）和不规则圆弧形曲线（6）连接，不规则圆弧形曲线（6）和第一渐变指数曲线（4）连接；所述副辐射模块（3）由第二渐变指数曲线（8）,第二平行线（9）, 第三平行线（10）和第四平行线（11）组成,其中第二渐变指数曲线（8）和第三平行线（10）连接，第三平行线（10）和第二平行线（9）连接，第二平行线（9）和第四平行线（11）连接，第四平行线（11）和第二渐变指数曲线（8）连接。
2. 根据权利要求1所述的一种用于混响室测量的超宽带混合天线，其特征在于，所述主辐射模块（2）前端最低点与接地板（1）垂直距离为0.5 mm，于其间设置馈电端口。
3.根据权利要求2所述的一种用于混响室测量的超宽带混合天线，其特征在于，所述馈电端口采用50 ohm同轴馈电接口。
4.根据权利要求1所述的一种用于混响室测量的超宽带混合天线，其特征在于，所述不规则圆弧形曲线（6）是由优弧和劣弧相交组成。
5.根据权利要求1所述的一种用于混响室测量的超宽带混合天线，其特征在于，所述主辐射模块（2）总体高302.5 mm，宽289.5 mm；所述副辐射模块（3）总体高302 mm，宽125 mm；所述接地板（1）长375 mm，宽300 mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于混响室测量的超宽带混合天线，其特征在于，所述电介质支架（7）材质为聚四氟乙烯，半径为15 mm。
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