CN111092297A - 低剖面的多频全向垂直极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低剖面的多频全向垂直极化天线，包括：辐射结构、射频激励转换连接T型结构；所述辐射结构分为高频辐射结构和中低频辐射结构，高频辐射结构位于中低频辐射结构的顶部；两个辐射结构的结构相同，包括：圆形金属贴片、锥形圆台、短路柱、中心馈电圆柱和阻抗匹配结构；射频激励转换连接T型结构的接口可以采用SMA接头馈线进行射频激励。本发明全向性良好，剖面高度为最大波长的0.0185倍，在3个工作频段具有一定工作带宽，带内增益大于‑0.856dBi，最高达4.671dBi。

Description

低剖面的多频全向垂直极化天线
技术领域
本发明涉及一种天线，具体地，涉及一种低剖面的多频全向垂直极化天线。
背景技术
科学技术的不断进步和社会各方面与日俱增的需求，推动着无线通信技术迅速发展，天线作为无线通信系统中的重要组成部分，也渐渐受到更多的关注。在卫星、汽车、船舶等各种载体上，通讯设备也是必不可少的，对天线的要求也越来越苛刻。在保证天线性能的基础上，天线的小型化和低剖面是发展的必然趋势。
现有的常见垂直极化全向天线剖面高度一般为1/4工作频率波长，在低频时尺寸较大。现在常用的一些全向天线基本是利用此类天线的变形设计而来的，通过顶端加载或是对天线进行折叠改进为倒F天线、倒F天线等技术来降低天线的整体剖面。但其在低频时增益较低。因此，总体来说，到目前的研究为止，还没有能同时实现垂直极化、全向和低剖面的低频天线，仍然需要深入的研究探索。
申请号为201710028646.4的发明公开了一种低剖面天线，该低剖面天线包括：H面喇叭馈电部分、与H面喇叭馈电部分连接的平行板波导、以及覆盖于平行板波导上方的缝隙式辐射层；H面喇叭馈电部分用于形成输入矩形波导至平行板波导的转换。本发明通过采用高度较低的平行板波导、并在平行板波导上形成缝隙式辐射层，并采用高度低、结构简单的H面喇叭馈电部分进行馈电，能够降低天线的轮廓高度，从而具有更低剖面；并通过在平行板波导的内部形成倾斜表面，使本发明的低剖面天线在扫面角度改变时，降低增益衰减的幅度。但是上述方案无法实现垂直极化、全向和低剖面的低频天线。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低剖面的多频全向垂直极化天线。
根据本发明提供的一种低剖面的多频全向垂直极化天线，包括辐射结构和射频激励转换连接T型结构，其中：
所述辐射结构包括高频辐射结构和中低频辐射结构，高频辐射结构位于中低频辐射结构的顶部；
辐射结构包括金属贴片、金属圆台、金属地板、短路柱、中心馈电圆柱以及阻抗匹配结构；短路柱和金属圆台设置在金属贴片和金属地板之间；所述阻抗匹配结构加载在中心馈电圆柱上；中心馈电圆柱连接所述金属圆台；
射频激励转换连接T型结构的接口采用SMA接头馈线进行射频激励。
优选地，所述高频辐射结构的金属地板作为所述中低频辐射结构的金属贴片。
优选地，辐射结构由介电常数为4.3的FR4介质填充。
优选地，所述中低频辐射结构的阻抗匹配结构包括一加载在中心馈电圆柱上的圆形金属片，所述圆形金属片设置在中低频辐射结构金属圆台下方，与中低频辐射结构金属圆台存在间距。
优选地，所述高频辐射结构的阻抗匹配结构与高频辐射结构金属圆台紧贴。
优选地，所述高频辐射结构中的中心馈电圆柱为射频激励转换连接T型结构的内芯，连接高频辐射结构中的金属圆台。
优选地，所述中低频辐射结构中的中心馈电圆柱为射频激励转换连接T型结构的内导体，连接中低频辐射的金属贴片。
优选地，所述射频激励转换连接T型结构包括两个端口，其中下馈端口通有射频激励转换连接T型结构内导体与内芯；侧馈端口内芯与下馈端口的射频激励转换连接T型结构内导体连接。
优选地，侧馈端口整体为渐变同轴线结构。
优选地，射频激励转换连接T型结构两个端口都能与标准SMA头连接。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的整体剖面较低，结构简单容易加工；
2、本发明的全向辐射性能较好，在3个频段具有较宽的带宽；
3、本发明的射频激励转换连接T型结构的下馈端口和侧馈端口可以直接连SMA头，方便连接使用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为低剖面的多频全向垂直极化天线的侧视图；
图2为低剖面的多频全向垂直极化天线的射频激励转换连接T型结构的结构图；
图3为本发明实施例的驻波比图；
图4(a)为本发明实施例在频率为87MHz处对应的E面辐射方向图(theta＝90°)；
图4(b)为本发明实施例在频率为87MHz处对应的H面辐射方向图(theta＝90°)；
图5(a)为本发明实施例在频率为340MHz处对应的E面辐射方向图(theta＝90°)；
图5(b)为本发明实施例在频率为340MHz处对应的H面辐射方向图(theta＝90°)；
图6(a)为本发明实施例在频率为1440MHz处对应的E面辐射方向图(theta＝90°)；
图6(b)为本发明实施例在频率为1440MHz处对应的H面辐射方向图(theta＝90°)。
图中示出：
高频辐射圆形金属贴片 1
中低频辐射圆形金属贴片 2
高频辐射短路柱 3
高频辐射金属圆台 4
高频辐射阻抗匹配结构 5
中低频辐射短路柱 6
中低频辐射金属圆台 7
中低频辐射金属地板 8
中低频辐射阻抗匹配结构 9
射频激励转换连接T型结构 10
内导体 11
内芯 12
外导体 13
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图6所述，根据本发明提供的一种低剖面的多频全向垂直极化天线，包括：辐射结构、射频激励转换连接T型结构；所述辐射结构包括高频辐射结构和中低频辐射结构，高频辐射结构位于中低频辐射结构的顶部；辐射结构包括金属贴片、金属圆台、金属地板、短路柱、中心馈电圆柱以及阻抗匹配结构；短路柱和金属圆台设置在金属贴片和金属地板之间；所述阻抗匹配结构加载在中心馈电圆柱上；中心馈电圆柱连接所述金属圆台；射频激励转换连接T型结构的接口可以采用SMA接头馈线进行射频激励。所述高频辐射结构的金属地板作为所述中低频辐射结构的金属贴片。辐射结构整体采用介电常数为4.3的FR4介质填充。
进一步的，所述中低频辐射结构的阻抗匹配结构包括一加载在中心馈电圆柱上的圆形金属片，所述圆形金属片设置在中低频辐射结构金属圆台下方，与中低频辐射结构金属圆台存在间距。高频辐射结构的阻抗匹配结构与高频辐射结构金属圆台紧贴。高频辐射结构中的中心馈电圆柱为射频激励转换连接T型结构的内芯，连接高频辐射结构中的金属圆台。中低频辐射结构中的中心馈电圆柱为射频激励转换连接T型结构的内导体，连接中低频辐射的金属贴片。
更为详细地，天线中低频辐射结构的顶部为一片半径735mm的中低频辐射圆形金属贴片，下方隔开一段距离处是中低频辐射金属圆台，顶部半径250mm，底部半径230mm。中低频辐射阻抗匹配结构为一片加载在中心馈电圆柱上的圆形金属片，其位置为中低频辐射金属圆台下方一定距离处。距离结构中心490mm处为4根中低频辐射短路柱，连接顶部的中低频辐射圆形金属贴片和底部的中低频辐射金属地板。射频激励转换连接T型结构的内导体从底部地板中心通入，连接顶部圆形金属贴片，作为中心馈电结构。中低频辐射结构填充介质FR4，整体剖面高度为59.5mm。
类似地，天线高频辐射结构的顶部为一片半径51mm的高频辐射圆形金属贴片，下方隔开一段距离处是高频辐射金属圆台，顶部半径37mm，底部半径1mm。高频辐射结构以中低频辐射结构的顶部圆形金属贴片作为高频辐射地板。高频辐射阻抗匹配结构为一片加载在中心馈电圆柱上的高频辐射圆形金属片，其位置紧贴高频辐射金属圆台。距离结构中心40mm处为4根高频辐射短路柱，连接顶部高频辐射圆形金属贴片和底部的高频辐射地板。射频激励转换连接T型结构的内芯从底部地板中心通入，连接高频辐射结构的金属圆台，作为高频辐射结构的中心馈电结构。高频辐射结构填充介质FR4，整体剖面高度为5mm。
所述射频激励转换连接T型结构包括两个端口，其中下馈端口通有射频激励转换连接T型结构内导体与内芯；侧馈端口内芯与下馈端口的射频激励转换连接T型结构内导体连接。侧馈端口整体为渐变同轴线结构。射频激励转换连接T型结构两个端口都能与标准SMA头连接。
低剖面的多频全向垂直极化天线从T型连接结构下馈端口馈电时，能量从内芯和内导体之间的介质向上传播至高频辐射结构，实现高频段的全向辐射；从T型连接结构侧馈端口馈电时，能量从渐变同轴线传输进入内外导体之间的介质中，向上传播至中低频辐射结构，实现低频段和中频段的全向辐射。
本发明多频全向辐射的工作原理如下：
如图1、2所示，本发明所提供的低剖面的多频全向垂直极化天线，从射频激励转换连接T型结构的下馈端口和侧馈端口分别激励可以实现不同频段的全向垂直极化辐射。从T型连接结构下馈端口馈电时，能量从内芯和内导体之间的介质向上传播至高频辐射结构，实现高频段的全向辐射；从T型连接结构侧馈端口馈电时，能量从渐变同轴线传输进入内外导体之间的介质中，向上传播至中低频辐射结构，实现低频段和中频段的全向辐射。
图3所示是本实施例仿真得到的驻波比图，可以看出在86MHz-88MHz、330MHz-370MHz、1400MHz-1480MHz这3个频段内天线的驻波比小于2.5。图4所示是本实施例仿真得到在87MHz频点的方向图(theta＝90°)，可以看出天线的全向性良好，增益最小值大于1dBi。图5所示是本实施例仿真得到在340MHz频点的方向图(theta＝90°)，可以看出天线的全向性较好，增益最小值大于-1dBi。图6所示是本实施例仿真得到在1440MHz频点的方向图(theta＝90°)，可以看出天线的全向性良好，增益最小值大于3dBi。
本发明的低剖面的多频全向垂直极化天线全向性良好，剖面高度为最长波长的0.0185倍，在3个工作频段具有一定工作带宽，带内增益大于-0.856dBi，最高达4.671dBi。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种低剖面的多频全向垂直极化天线，其特征在于，包括辐射结构和射频激励转换连接T型结构，其中：
所述辐射结构包括高频辐射结构和中低频辐射结构，高频辐射结构位于中低频辐射结构的顶部；
辐射结构包括金属贴片、金属圆台、金属地板、短路柱、中心馈电圆柱以及阻抗匹配结构；短路柱和金属圆台设置在金属贴片和金属地板之间；所述阻抗匹配结构加载在中心馈电圆柱上；中心馈电圆柱连接所述金属圆台；
射频激励转换连接T型结构的接口采用SMA接头馈线进行射频激励。
2.根据权利要求1所述的低剖面的多频全向垂直极化天线，其特征在于，所述高频辐射结构的金属地板作为所述中低频辐射结构的金属贴片。
3.根据权利要求1所述的低剖面的多频全向垂直极化天线，其特征在于，辐射结构由介电常数为4.3的FR4介质填充。
4.根据权利要求1所述的低剖面的多频全向垂直极化天线，其特征在于，所述中低频辐射结构的阻抗匹配结构包括一加载在中心馈电圆柱上的圆形金属片，所述圆形金属片设置在中低频辐射结构金属圆台下方，与中低频辐射结构金属圆台存在间距。
5.根据权利要求1所述的低剖面的多频全向垂直极化天线，其特征在于，所述高频辐射结构的阻抗匹配结构与高频辐射结构金属圆台紧贴。
6.根据权利要求1所述的低剖面的多频全向垂直极化天线，其特征在于，所述高频辐射结构中的中心馈电圆柱为射频激励转换连接T型结构的内芯，连接高频辐射结构中的金属圆台。
7.根据权利要求1所述的低剖面的多频全向垂直极化天线，其特征在于，所述中低频辐射结构中的中心馈电圆柱为射频激励转换连接T型结构的内导体，连接中低频辐射的金属贴片。
8.根据权利要求1所述的低剖面的多频全向垂直极化天线，其特征在于，所述射频激励转换连接T型结构包括两个端口，其中下馈端口通有射频激励转换连接T型结构内导体与内芯；侧馈端口内芯与下馈端口的射频激励转换连接T型结构内导体连接。
9.根据权利要求8所述的低剖面的多频全向垂直极化天线，其特征在于，侧馈端口整体为渐变同轴线结构。
10.根据权利要求8所述的低剖面的多频全向垂直极化天线，其特征在于，射频激励转换连接T型结构两个端口都能与标准SMA头连接。
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