CN111129761A - 一种双频段透射型天线 - Google Patents

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丁军
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Abstract

本发明公开了一种双频段透射型天线，包括介质基板及金属面板；所述介质基板为正方形板，所述金属面板为圆形板，金属面板为数片，金属面板按行列排列贴合在介质基板的正反面；金属面板为刻蚀镂空后生成的图形，该图形以圆心为基准分设为内部谐振结构、外部谐振结构及中部隔离圆环三个部分；本发明以金属面板作为基本单元，将数片金属面板按行列排列贴合在介质基板的正反面构成双频段透射型天线，与传统的单频段透射型天线相比，对谐振结构的赋形，对不同频段的独立调控性及双频段工作的特性显得尤为突出，具有结构简单、透射效率高及制作方便的优点。

Description

一种双频段透射型天线
技术领域
本发明涉及微波、无线通信与测试仿真技术领域，尤其是一种双频段透射型天线。
背景技术
超材料指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。超材料概念自提出以来，至今技术日趋成熟，工作在微波频段的超材料单元具有体积小、重量轻、剖面低、易集成的特性。透射型超材料天线单元属于相移器的一种，有着较小的剖面，较低的质量，平面化的特性，在无线通信系统中有很广泛的应用。随着频谱资源变得越来越紧张，并且为了减小在不同频带下工作的天线之间的相互干扰，天线或者通信系统的双频工作特性变得越来越重要。
实现双频段最普遍的方法是使用共享口径技术，将不同频率的谐振体放在一起，存在的问题是，这就需要额外考虑不同谐振部位之间的耦合对单元性能的影响，不仅大大增加天线单元的尺寸而且增大设计复杂度，提高制作成本，为此，设计一种双频段圆极化透射型天线将显得十分必要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种双频段透射型天线，本发明采用刻蚀镂空后生成图形的金属面板作为基本单元，将数片金属面板按行列排列贴合在介质基板的正反面构成双频段透射型天线，与传统的单频段透射型天线相比，对谐振结构的赋形，对不同频段的独立调控性及双频段工作的特性显得尤为突出，具有结构简单、透射效率高及制作方便的优点。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种双频段透射型天线，其特点包括介质基板及金属面板；所述介质基板为正方形板，所述金属面板为圆形板，金属面板为数片，金属面板按行列排列贴合在介质基板的正反面；
所述金属面板为刻蚀镂空后生成的图形，该图形以圆心为基准分设为内部谐振结构、外部谐振结构及中部隔离圆环三个部分；
其中，中部隔离圆环为封闭的圆环；内部谐振结构设于中部隔离圆环内；内部谐振结构由中心圆环与四个“T”形杆件构成，四个“T”形杆件均布在中心圆环周边，且“T”形杆件的垂直杆指向中心圆环并与中心圆环连接；
外部谐振结构位于中部隔离圆环外侧，外部谐振结构由外圆环、次外圆环、垂直接杆及水平接杆构成，垂直接杆为两件，且分设于外圆环与中部隔离圆环之间过圆心的垂直连线上，水平接杆为两件，且分设于外圆环与次外圆环之间过圆心的水平连线上。
所述“T”形杆件的水平杆为弧形杆。
所述内部谐振结构上中心圆环及四个“T”形杆件的粗细为一个单位；外部谐振结构上外圆环及垂直接杆的粗细为一个单位；中部隔离圆环的粗细为二个单位；外部谐振结构上水平接杆的粗细为三个单位；
所述外圆环与次外圆环的间隙、外圆环与中部隔离圆环的间隙及中部隔离圆环与“T”形杆件上的水平杆的间隙为一个单位。
所述金属面板的材质为铜材。
本发明采用刻蚀镂空后生成图形的金属面板作为基本单元，将数片金属面板按行列排列贴合在介质基板的正反面构成双频段透射型天线，与传统的单频段透射型天线相比，对谐振结构的赋形，对不同频段的独立调控性及双频段工作的特性显得尤为突出，具有结构简单、透射效率高及制作方便的优点。
本发明的有益效果是，通过在金属面板上刻蚀镂空生成图形，该图形以圆心为基准分设为内部谐振结构、外部谐振结构及中部隔离圆环三个部分；以内部谐振结构、外部谐振结构为单元谐振结构，将20GHz及28GHz两个不同频点通过内部谐振结构及外部谐振结构共享口径设置在同一金属面板上，提升了谐振结构的透射效率以及独立调控性能，在无线通信的应用中，充分体现了对不同频段的独立调控性及双频段工作的特性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明金属面板的结构示意图；
图3为本发明单元结构示意图；
图4为本发明测试的透射系数图；
图5为本发明组成阵列的波束扫描图。
具体实施方式
本发明包括介质基板1及金属面板2；所述介质基板1为正方形板，所述金属面板2为圆形板，金属面板2为数片，金属面板2按行列排列贴合在介质基板1的正反面；
所述金属面板2为刻蚀镂空后生成的图形，该图形以圆心为基准分设为内部谐振结构21、外部谐振结构22及中部隔离圆环23三个部分；
其中，中部隔离圆环23为封闭的圆环；内部谐振结构21设于中部隔离圆环23内；内部谐振结构21由中心圆环211与四个“T”形杆件212构成，四个“T”形杆件212均布在中心圆环211周边，且“T”形杆件212的垂直杆指向中心圆环211并与中心圆环211连接；外部谐振结构22位于中部隔离圆环23外侧，外部谐振结构22由外圆环221、次外圆环222、水平接杆223及垂直接杆224构成，水平接杆223为两件，且分设于外圆环221与中部隔离圆环23之间过圆心的垂直连线上，水平接杆224为两件，且分设于外圆环221与次外圆环222之间过圆心的垂直连线上。
所述“T”形杆件的水平杆为弧形杆。
所述内部谐振结构21上中心圆环211及四个“T”形杆件212的粗细为一个单位；外部谐振结构22上外圆环221及垂直接杆223的粗细为一个单位；中部隔离圆环23的粗细为二个单位；外部谐振结构22上水平接杆224的粗细为三个单位；
所述外圆环221与次外圆环222的间隙、外圆环221与中部隔离圆环23的间隙及中部隔离圆环23与“T”形杆件212上的水平杆的间隙为一个单位。
所述金属面板2的材质为铜材。
实施例
本发明通过金属面板2刻蚀镂空图形构成内部谐振结构21及外部谐振结构22，将20GHz及28GHz两个频点通过内部谐振结构21及外部谐振结构22共享口径设置在同一金属面板2上。
参阅图1、图3，本发明的介质基板1为正方形的PCB板，金属面板2以圆形板作为基本单元，金属面板2为数片，金属面板2按行列排列贴合在介质基板1的正反面；
参阅图2，本发明的金属面板2为刻蚀镂空后生成的图形，该图形以圆心为基准分设为内部谐振结构21、外部谐振结构22及中部隔离圆环23三个部分；
从而使得内部谐振结构21与外部谐振结构22对特定频段的电磁波具有较高的透射效率。与传统单频单元不同的是，本发明采用内部谐振结构21与外部谐振结构22共享口径技术，即将内部谐振结构21与外部谐振结构22刻蚀在同一单元内，使得同一单元的金属面板2对于不同的频段电磁波同时具有较高的透射效率。
针对的是圆极化电磁波，通过在金属面板2上设计内部谐振结构21、外部谐振结构22及中部隔离圆环23的图案，将有效地控制高频和低频谐振。
参阅图1、图2、图3，为提高本发明在20GHz与28GHz两个频点的透射效率，调整金属面板2的内部谐振结构21、外部谐振结构22绕圆心转动±30º、±60º或±90º；或调整金属面板2的内部谐振结构21、外部谐振结构22绕圆心转动±θ；θ=180°/2*N，N=1,2,3…，即可保证出射电磁波在20GHz与28GHz两个频点透射率分别超过0.8与0.9的情况下，分别获得两倍于旋转角度的相位值。调整内部谐振结构绕圆心转动不会改变单元整体透射效率，只会使得出射的电磁波获得一定数值的相位值，这个相位值是谐振结构旋转角度的两倍。
参阅图4，横坐标是频率，纵坐标是透射系数。通过圆极化电磁波照射该单元，所得到的透射曲线如图4。其中两个平稳的峰值分别出现在对应横坐标20GHz 和28GHz处，表明本发明在谐振频率为20GHz与28GHz时，在两谐振频点处的透射系数分别为0.8与0.9，符合高效传输的标准。
参阅图5，为由本发明排布成阵列的远场波束扫描图；以20GHz为例，当一20GHz的圆极化喇叭天线当做馈源，喇叭天线轴线与阵列呈垂直关系放置，通过沿x轴方向向左或向右内平移喇叭，可以在实现最大60度的角度覆盖。具体情形为，本发明排布成的阵列在三维坐标系中垂直于Z轴放置，阵列的下表面位于x0y平面内，阵列中心点坐标为（0,0,0）。一个圆极化喇叭天线竖直放置在阵列中心点下方15mm处，喇叭天线的口径面中心点坐标为（0,0，-15）。由喇叭发出的电磁波在经过阵列之后会形成定向的波束，波束会与Z轴形成一定的偏折角度，通过沿X轴方向平移喇叭，经过阵列的出射波束的偏折角度将会发生变化。图中黑色实线为喇叭放置在（0,0，-15），对应X=0mm时天线的远场方向图，可以看到经过阵列的电磁波没有发生角度上的偏移，主瓣与z轴的夹角为0度；图中黑色点线对应的是喇叭放置在（-5,0，-15）位置，对应X=-5mm时天线的远场方向图，可以看到喇叭发出的电磁波经过阵列之后，与z轴的夹角发生了偏移，主瓣与z轴的夹角为30度；黑色短线对应的是喇叭放置在（5,0，-15）位置,对应X=5mm时天线的远场方向图，可以看到喇叭发出的电磁波经过阵列之后，主瓣与z轴的夹角为-30度。通过诸如此类的连续横向移动喇叭天线，出射波束与z轴的夹角将会发生连续的变化，也就实现了波束扫描的功能。但是当主瓣方向与z轴夹角偏移0度时，对应的增益将会降低，如图中黑色点线与黑色短线的峰值处增益都低于黑色实线的峰值处增益。

Claims (5)

1.一种双频段透射型天线，其特征在于，它包括介质基板（1）及金属面板（2）；所述介质基板（1）为正方形板，所述金属面板（2）为圆形板，金属面板（2）为数片，金属面板（2）按行列排列贴合在介质基板（1）的正反面；
所述金属面板（2）为刻蚀镂空后生成的图形，该图形以圆心为基准分设为内部谐振结构（21）、外部谐振结构（22）及中部隔离圆环（23）三个部分；
其中，中部隔离圆环（23）为封闭的圆环；内部谐振结构（21）设于中部隔离圆环（23）内；内部谐振结构（21）由中心圆环（211）与四个“T”形杆件（212）构成，四个“T”形杆件（212）均布在中心圆环（211）周边，且“T”形杆件（212）的垂直杆指向中心圆环（211）并与中心圆环（211）连接；外部谐振结构（22）位于中部隔离圆环（23）外侧，外部谐振结构（22）由外圆环（221）、次外圆环（222）、垂直接杆（223）及水平接杆（224）构成，垂直接杆（223）为两件，且分设于外圆环（221）与中部隔离圆环（23）之间过圆心的垂直连线上，水平接杆（224）为两件，且分设于外圆环（221）与次外圆环（222）之间过圆心的水平连线上。
2.根据权利要求1所述一种双频段透射型天线，其特征在于，所述“T”形杆件的水平杆为弧形杆。
3.根据权利要求1所述一种双频段透射型天线，其特征在于，所述内部谐振结构（21）上中心圆环（211）及四个“T”形杆件（212）的粗细为一个单位；所述外部谐振结构（22）上外圆环（221）及垂直接杆（223）的粗细为一个单位；所述中部隔离圆环（23）的粗细为二个单位；外部谐振结构（22）上水平接杆（224）的粗细为三个单位。
4.根据权利要求1所述一种双频段透射型天线，其特征在于，所述外圆环（221）与次外圆环（222）的间隙、外圆环（221）与中部隔离圆环（23）的间隙及中部隔离圆环（23）与“T”形杆件（212）上的水平杆的间隙为一个单位。
5.根据权利要求1所述一种双频段透射型天线，其特征在于，所述金属面板（2）的材质为铜材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113097739A (zh) * 2021-03-09 2021-07-09 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种透射型圆极化波交叉转换装置
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