CN112072285B - 一种天线装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线装置及其使用方法，所述天线装置包括：第一天线单元辐射臂、第二天线单元辐射臂和馈电结构；其中，所述馈电结构包括第一馈电连接件和第二馈电连接件，所述第一馈电连接件和第二馈电连接件可向所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂馈入电能，所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成有条状的间隙，本发明提供的天线装置，结构简单、易于实现与应用，且馈电结构的设计在确保电连接的同时保证了两侧单元辐射臂之间的绝缘性，该天线装置在超宽频带内均有良好的电磁辐射特性，解决了传统平面双锥天线在高频工作时辐射特性恶化的问题，且对天线加工精度要求不高，装配简单，性能稳定。

Description

一种天线装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及天线技术领域，更具体的，涉及一种天线装置及其使用方法。

背景技术

天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。

随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信设备的重要组成部分，是影响通信系统整体性能的关键部件，在全球定位系统、卫星通信和个人移动终端等系统中有广泛的应用，通信频段被划分给各种应用，且频段相互之间不连续。

尽管许多传统的无线通信天线都可以工作在多个无线频段，但它们的工作的频带都很窄且只能覆盖一个工作频段，仍存在形式尺寸大、加工成本高、剖面高或机械加工精度要求高等缺陷，且在高频工作时辐射方向图会出现分裂，影响电磁辐射特性，导致天线增益下降等问题。如传统的领结天线是双锥天线的平面化结构，体积较大，一般用片状印刷振子，天线的双臂是由同一平面上展开的三角形片，两个三角形片之间构成了分布参数传输线，从馈电端向外延伸的分布电感电容之比保持常数，因此沿线的特性阻抗不变，具有带宽限制，且传统领结天线尺寸与天线工作频段的最低频率波长相关，天线在不添加引向和反射结构的情况下，天线法相增益较低。

发明内容

为了解决上述问题中的至少一个，本发明一方面提供了一种天线装置，所述天线装置包括：

第一天线单元辐射臂、第二天线单元辐射臂和馈电结构；其中，所述馈电结构包括第一馈电连接件和第二馈电连接件，所述第一馈电连接件和第二馈电连接件可向所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂馈入电能，所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成有条状的间隙。

在某些实施方式中，所述间隙平直设置或者弯曲设置。

在某些实施方式中，所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂为等腰梯形、半圆形、五边形或者八卦图形。

在某些实施方式中，所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂为等腰梯形、半圆形、五边形或者八卦图形。

在某些实施方式中，所述间隙为等宽结构；或者沿所述间隙的长度方向，所述间隙呈扩张结构；或者沿所述间隙的长度方向，所述间隙包括连接在一起的扩张部和收缩部。

在某些实施方式中，所述天线装置还包括：

引向结构，位于所述间隙的上方，所述引向结构包括引向贴片和引向贴片介质支撑柱；

所述引向贴片通过所述引向贴片介质支撑柱与所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂耦接。

在某些实施方式中，所述天线装置还包括：

射频同轴连接器，所述射频同轴连接器通过所述第一馈电连接件可向所述第一天线单元辐射臂馈入电能；

所述射频同轴连接器通过所述第二馈电连接件可向所述第二天线单元辐射臂馈入电能。

在某些实施方式中，所述天线装置还包括：

辐射体介质支撑板，与所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂形成的主体结构对应设置，所述主体结构设置在辐射体介质支撑板的上表面。

在某些实施方式中，所述主体结构和所述辐射体介质支撑板均为部分镂空结构。

在某些实施方式中，所述天线装置还包括：

连接器，用于连接所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂，并使所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂各自的对天面之间的角度可调节。

本发明第二方面实施方式提供了一种天线的使用方法，利用如第一方面提供的任一项所述天线装置进行定向的辐射或者接收电磁波。

本发明的有益效果

本发明提供一种天线装置及其使用方法，所述天线装置包括：第一天线单元辐射臂、第二天线单元辐射臂和馈电结构；其中，所述馈电结构包括第一馈电连接件和第二馈电连接件，所述第一馈电连接件和第二馈电连接件可向所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂馈入电能，所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成有条状的间隙，本发明提供的天线装置，结构简单、易于实现与应用，且馈电结构的设计在确保电连接的同时保证了两侧单元辐射臂之间的绝缘性，该天线装置在超宽频带内均有良好的电磁辐射特性，解决了传统平面双锥天线在高频工作时辐射特性恶化的问题，且对天线加工精度要求不高，装配简单，性能稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式中一种天线装置的立体图；

图2为本发明实施方式中一种天线装置的平面视图；

图3为本发明实施方式中一种天线装置的局部剖面图。

附图标记：1.第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂；2.辐射体介质支撑板；3.引向贴片；4.引向贴片介质支撑柱；5.射频同轴连接器；6.天线转接结构；7.第一馈电连接件；8.第二馈电连接件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施方式或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，以下描述中，第一部件和第二部件的“耦接”，可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施方式，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施方式。

而且，为便于描述，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅设置为描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本要求的保护范围之内。

目前，许多传统的无线通信天线都可以工作在多个无线频段，但它们的工作的频带都很窄且只能覆盖一个工作频段，仍存在形式尺寸大、加工成本高、剖面高或机械加工精度要求高等缺陷，且在高频工作时辐射方向图会出现分裂，影响电磁辐射特性，导致天线增益下降等问题。

有鉴于此，如图1和图3所示，本发明一方面实施方式提供了一种天线装置，所述天线装置包括：第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂1，以及馈电结构；其中，所述馈电结构包括第一馈电连接件7和第二馈电连接件8，所述第一馈电连接件7和第二馈电连接件8可向所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂1馈入电能，第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成有条状的间隙。

本发明提供的天线装置，结构简单、易于实现与应用，且馈电结构的设计在确保电连接的同时保证了两侧单元辐射臂之间的绝缘性，该天线装置在超宽频带内均有良好的电磁辐射特性，解决了传统平面双锥天线在高频工作时辐射特性恶化的问题，且对天线加工精度要求不高，装配简单，性能稳定。

可以理解，本实施方式中的馈电点在第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成的条状间隙的上方，第一馈电连接件通过固定件紧固在第一天线单元辐射臂上，第二馈电连接件与金属馈电结构连接在辐射体的第二天线单元辐射臂上，馈电结构的设计在确保电连接的同时保证了两侧辐射体之间的绝缘性。

进一步的，第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成有条状的间隙，通过调整馈电位置条状间隙的长度和宽度可以调节天线的输入阻抗，进一步展宽天线的阻抗带宽，并使天线频带内的阻抗特性得到优化。

优选的，第一馈电连接件通过欧姆形金属固定件紧固在第一天线单元辐射臂上，第二馈电连接件与长方体金属馈电结构连接在辐射体的第二天线单元辐射臂上。该欧姆形金属固定件和长方体金属馈电结构均为不锈钢材质，通过不锈钢螺钉紧固在第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂上。

优选的，第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相向对称设置。

在某些优选的实施方式中，第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂采用铝板加工成型。

当然此处仅仅示出该实施方式的具体材料构成的其中一种形式，本领域技术人员可以理解，具体材料的选取不会形成实质性的影响，在不影响本发明的主体构思的前提下，本领域技术人员有能力在不付出创造性劳动的基础上，可以进行其他材料的选取。

在某些实施方式中，所述间隙平直设置或者弯曲设置。

可以理解，第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成有条状的间隙可以为平直形，如第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂的外轮廓为等腰梯形、半圆形、五边形等，使第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成直条状的间隙。

再比如，第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂的外轮廓为形如八卦图形等曲线时，使第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成弯曲条状的间隙。

请继续结合图1，优选的，通过将第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂的外轮廓设计为梯形辐射臂，并且第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相向对称设置。

进一步的，对梯形辐射臂的尺寸进行同步优化设计，有效缩小单元辐射臂的尺寸，在7个倍频程带宽内天线的电性能优异、稳定增益，且尺寸仅为天线工作频带的低频频点波长的0.3倍，很好的满足了结构尺寸的小型化要求，实现单元辐射臂的小型化设计。

在某些实施方式中，第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成有条状的间隙可以为等宽结构；或者沿所述间隙的长度方向，所述间隙呈扩张结构；或者沿所述间隙的长度方向，所述间隙包括连接在一起的扩张部和收缩部。

可以理解，第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成条状的间隙宽度的选取不会形成实质性的影响，在不影响本发明的主体构思的前提下，本领域技术人员有能力在不付出创造性劳动的基础上，可以进行任意间隙宽度的选取，本发明不做限制。

如图1和图2所示，在某些实施方式中，该天线装置还包括：引向结构，该引向结构位于第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成的条状间隙的上方，该引向结构包括引向贴片3和引向贴片介质支撑柱4；引向贴片通过3引向贴片介质支撑柱4与第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂1耦接。

可以理解，添加引向贴片结构并对引向贴片的尺寸以及引向贴片和天线单元辐射臂之间距离的优化设计，引向贴片通过电磁耦合，接收和转换天线单元辐射臂的一部分能量，改变天线方向图辐射特性，使天线在超宽频带内均有良好的电磁辐射特性，在7个倍频程带宽内天线的电性能优异、稳定。

请继续结合图1和图3，在某些实施方式中，该天线装置还包括：射频同轴连接器5，该射频同轴连接器通过第一馈电连接件7可向第一天线单元辐射臂馈入电能；射频同轴连接器5通过第二馈电连接件8可向第二天线单元辐射臂馈入电能。

可以理解，射频同轴连接器包括两个同心导体的同轴电缆，而导体和屏蔽层又共用同一轴心。在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体即外导体，外导体(组织屏蔽层)采用铜带成型、焊接、扎纹；或是采用铝管结构；或是采用编织结构，然后整个电缆由聚氯乙烯材料的护套包住的结构。

请继续结合图1，在某些实施方式中，该天线装置还包括：辐射体介质支撑板2，与第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂1形成的主体结构对应设置，该主体结构设置在辐射体介质支撑板的上表面。

优选的，该主体结构和所述辐射体介质支撑板均为部分镂空结构，可以理解，部分镂空结构的设计，不仅降低了辐射单元臂的重量，而且也减小了天线风阻。

请继续结合图1，在某些实施方式中，该天线装置还包括：天线转接结构6，设置在天线装置的后端，其一端连接天线辐射体介质支撑板2，另一端设置安装孔，便于安装在工作台上。

优选的，形成天线转接结构6的材料包括聚砜。

在图中未示出的一些些实施方式中，该天线装置还包括：连接器，用于连接所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂，并使所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂各自的对天面之间的角度可调节。

可以理解，具体应用中，该连接器可根据辐射或者接收电磁波的需要来灵活调节第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂之间的夹角。

从上述实施方式可以知晓，本发明提供的天线装置，结构简单、易于实现与应用，且馈电结构的设计在确保电连接的同时保证了两侧单元辐射臂之间的绝缘性，该天线装置在超宽频带内均有良好的电磁辐射特性，解决了传统平面双锥天线在高频工作时辐射特性恶化的问题，且对天线加工精度要求不高，装配简单，性能稳定。

基于相同的发明构思，本发明第二方面实施方式提供了一种天线的使用方法，利用如第一方面实施方式中所述的天线装置进行定向的辐射或者接收电磁波。

天线装置在发射状态时，信号由射频同轴连接器通过馈电结构，由第一馈电连接件和第二馈电连接件将能量分别馈入辐射体介质支撑板上的第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂上，在此传输过程中，完成由导行波到自由空间波的转换，然后将电磁波辐射向空间。

天线工作在接收状态时，空间电磁波由第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂上转换为导行波，完成模式转换后，通过射频同轴连接器分别送给接收机。

天线引向贴片通过电磁耦合，接收和转换第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂的一部分能量，改变天线方向图辐射特性。

从上述实施方式可以知晓，本发明提供的天线装置的使用方法，原理清晰、易于实现与应用，且馈电结构的设计在确保电连接的同时保证了两侧单元辐射臂之间的绝缘性，该天线装置在超宽频带内均有良好的电磁辐射特性，解决了传统平面双锥天线在高频工作时辐射特性恶化的问题，且对天线加工精度要求不高，方法简单，性能稳定。

本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。尤其，对于使用方法实施方式而言，由于其基本相似于装置实施方式，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施方式的部分说明即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施方式的至少一个实施方式或示例中。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方式或示例。

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方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施方式的实施方式而已，并不用于限制本说明书实施方式。对于本领域技术人员来说，本说明书实施方式可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施方式的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施方式的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种天线装置，其特征在于，所述天线装置包括：

第一天线单元辐射臂、第二天线单元辐射臂和馈电结构；其中，所述馈电结构包括第一馈电连接件和第二馈电连接件，所述第一馈电连接件和第二馈电连接件可向所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂馈入电能，所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂相互靠近的边部之间形成有条状的间隙；

引向结构，位于所述间隙的上方，所述引向结构包括引向贴片和引向贴片介质支撑柱；

所述引向贴片通过所述引向贴片介质支撑柱与所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂耦接；

射频同轴连接器，所述射频同轴连接器通过所述第一馈电连接件可向所述第一天线单元辐射臂馈入电能；

所述射频同轴连接器通过所述第二馈电连接件可向所述第二天线单元辐射臂馈入电能；

连接器，用于连接所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂，并使所述第一天线单元辐射臂和第二天线单元辐射臂各自的对天面之间的角度可调节。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述间隙平直设置或者弯曲设置。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂为等腰梯形、半圆形、五边形或者八卦图形。

4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述间隙为等宽结构；或者沿所述间隙的长度方向，所述间隙呈扩张结构；或者沿所述间隙的长度方向，所述间隙包括连接在一起的扩张部和收缩部。

5.根据权利要求1-4任一项所述的天线装置，其特征在于，还包括：

辐射体介质支撑板，与所述第一天线单元辐射臂和所述第二天线单元辐射臂形成的主体结构对应设置，所述主体结构设置在辐射体介质支撑板的上表面。

6.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于，

所述主体结构和所述辐射体介质支撑板均为部分镂空结构。

7.一种天线的使用方法，其特征在于，利用如权利要求1-6任一项所述的天线装置进行定向的辐射或者接收电磁波。