CN112332083A - 一种宽带全向陷波低剖面天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带全向陷波低剖面天线，包括介质基板、辐射贴片、接地板、蚀刻L形槽、蚀刻锯齿渐变结构、第一开口谐振环、第二开口谐振环、第三开口谐振环；位于所述介质基板的正面的第一开口谐振环和第二开口谐振环，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段；位于所述介质基板的背面的第三开口谐振环，用于产生第三陷波频段；辐射贴片和接地贴片采用共面波导馈电的形式。本发明同时具有低剖面的特点，便于安装。由于该天线是平面结构，易于和PCB电路集成，而且其低剖面，结构简单，因此易加工，成本低。

Description

一种宽带全向陷波低剖面天线
技术领域
本申请实施例涉及无线通信领域，涉及但不限于一种宽带全向陷波低剖面天线。
背景技术
在过去的几年中，在电信、导航和科学领域的众多应用中，对无线通信的需求呈爆炸性增长。特别是在通信导航监视/空中交通管理(CNS/ATM)系统的发展极大的推动了对星载、空中和地面系统与网络之间可靠的射频链路的需求。同时该系统对干扰或信号衰落变得更加敏感。在这种情况下，对天线辐射性能的预测起着至关重要的作用。
随着无人机技术的快速发展，运用无人机搭载测量天线设备对大型固定天线或射频装置的辐射特性进行精确的测量系统受到了广泛的关注和研究。但在无人机天线测量系统中，也存在一些固有的缺陷：
测量天线不具备普适性。考虑到需要测量的待测天线种类繁多，工作频段多样，架设方式不同等，就必须准备多套测量天线，这一直是无人机测量的弊端所在。为了应对不同的测量方案，要求测量天线具有普遍与适用的特点，且天线的宽带特性和全向性能被广泛接受。测量天线尺寸大。由于现有的测量天线尺寸大，剖面高，对于无人机的小型化及便捷化来说是矛盾的。
测量天线与无人机遥控频段重叠。当测量天线与无人机自有的遥控频段重叠时，对待测设备的辐射特性的精度产生很大的影响。
改善这些缺陷的途径有：
提高测量天线的带宽，使测量天线的工作带宽能够包含多种待测天线的频段。
使用紧凑的测量天线形式，如pcb片上天线，同时使用共面波导馈电，降低天线的剖面。
通过对测量天线的结构设计，对无人机遥控频段进行陷波处理，使测量天线的频段包含无人机遥控频段但在该频段产生陷波。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种宽带全向陷波低剖面天线，用作无人机天线测量辐射特性系统的测量天线。
一种宽带全向陷波低剖面天线，包括介质基板、辐射贴片、接地贴片、蚀刻L形槽、蚀刻锯齿渐变结构、第一开口谐振环、第二开口谐振环、第三开口谐振环、带状馈线；所述的介质基板正面设有圆形辐射贴片和两个矩形接地贴片，每个接地贴片上开有一个个蚀刻L形槽；辐射贴片上设有通过刻蚀形成的第一开口谐振环和第二开口谐振环，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段，所述第一开口谐振环与所述第二开口谐振环的开口方向相同，开口方向向下；所述的介质基板的背面的第三开口谐振环，用于产生第三陷波频段；所述的第三开口谐振环的底边高度与与第一开口谐振环底部高度一致；所述辐射贴片和接地贴片采用共面波导馈电的形式，所述的带状馈线顶部辐射贴片的底部连接且与基板的侧边平行，用于连接所述辐射贴片和信号线；位于所述带状馈线两侧的接地贴片，用于连接接地线。
作为优选，所述的每个接地贴片靠近辐射贴片的角蚀刻锯齿渐变结构；并将蚀刻的L形槽和锯齿渐变结构补到接地贴片的右上方并与接地贴片相连。
作为优选，所述的锯齿渐变结构为等边直角三角形，其长边大小为宽带频段中心频率的十分之一波长。
作为优选，所述L形槽底边高度与带状线的中心位置高度一致，L形槽底边与基板底边平行，总长度为宽带频带中心频率的四分之一波长。
作为优选，所述两个接地贴片、两个L形槽和两个锯齿渐变结构对称设置在带状馈线的两侧。
作为优选，所述辐射贴片的半径与所述第一开口谐振环的半径具有1.54：1的关系。
作为优选，所述的第三开口谐振环向内部增加两根枝节长度，延长第三开口谐振环的周长尺寸，拓宽陷波带宽。增加的每根枝节长度为第三开口谐振环宽度的四分之三。
作为优选，所述第一开口谐振环的直径大于第二开口谐振环的直径，且满足2.4：1的关系。第一开口谐振环的直径等于所述第三开口谐振环的长度。
本发明在介质基板的正面设置第一开口谐振环和第二开口谐振环，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段；还在介质基板的背面设置第三开口谐振环，用于产生第三陷波频段。辐射贴片和接地贴片采用共面波导馈电的形式，降低了剖面，节约了空间，具有低剖面的特点。通过对接地贴片蚀刻L形和锯齿渐变结构，并将蚀刻的L形槽和锯齿渐变结构补到接地贴片的上方，增加接地片的面积，改善该天线的阻抗匹配，实现宽频带的辐射特性。本发明的宽带全向陷波低剖面天线一共可以产生三个陷波频段，其在接收和发送信号的过程中可以屏蔽多个特定频段的窄带信号的干扰，具有更好的信号传输性能。该天线用于无人机天线测量辐射特性系统，作为测量天线，具有良好的全向特性，增益保持在2dBi左右，在无人机的无线遥控频段(2.408～2.440GHz与5.725～5.825GHz)与Wimax频段(3.2～3.6GHz)产生陷波，保证了在测量过程中测试的谐波不会干扰无人机的正常飞行与操控。同时具有低剖面的特点，便于安装。由于该天线是平面结构，易于和PCB电路集成，而且其低剖面，结构简单，因此易加工，成本低。
附图说明
图1为本申请实施例中一种宽带全向陷波低剖面天线的正面及背面结构示意图；
图2为本申请实施例中宽带全向陷波低剖面天线在工作频段内的电压驻波比曲线示意图；
图3为本申请实施例中宽带全向陷波低剖面天线在工作频段内的增益曲线示意图；
图4为本申请实施例中宽带全向陷波低剖面天线工作在3GHz时E平面和H平面方向图的仿真结果示意图；
图5为本申请实施例中宽带全向陷波低剖面天线工作在6.5GHz时E平面和H平面方向图的仿真结果示意图；
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种宽带全向陷波低剖面天线，其特征在于：包括介质基板1、辐射贴片2、接地贴片3、蚀刻L形槽4、蚀刻锯齿渐变结构5、第一开口谐振环6、第二开口谐振环7、第三开口谐振环8、带状馈线9；所述的介质基板1正面设有圆形辐射贴片2和两个矩形接地贴片3，每个接地贴片3上开有一个个蚀刻L形槽4，所述L形槽4底边高度与带状线9的中心位置高度一致，L形槽底边与基板底边平行，总长度为宽带频带中心频率的四分之一波长。所述的每个接地贴片3靠近辐射贴片的角蚀刻锯齿渐变结构5；并将蚀刻的L形槽4和锯齿渐变结构5补到接地贴片3的右上方并与接地贴片3相连，所述的锯齿渐变结构为等边直角三角形，其长边大小为宽带频段中心频率的十分之一波长。辐射贴片2上设有通过刻蚀形成的第一开口谐振环6和第二开口谐振环7，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段，所述第一开口谐振环6与所述第二开口谐振环7的开口方向相同，开口方向向下；所述的介质基板1的背面的第三开口谐振环8，用于产生第三陷波频段；所述的第三开口谐振环8的底边高度与第一开口谐振环6的底部高度一致；所述辐射贴片2和接地贴片3采用共面波导馈电的形式，所述的带状馈线顶部辐射贴片2的底部连接且与基板的侧边平行，用于连接所述辐射贴片2和信号线；位于所述带状馈线两侧的接地贴片3，用于连接接地线。
所述两个接地贴片3、两个L形槽4和两个锯齿渐变结构5对称设置在带状馈线9的两侧；所述辐射贴片2的半径与所述第一开口谐振环6的半径具有1.54：1的关系；所述的第三开口谐振环8向内部增加两根枝节长度，延长第三开口谐振环8的周长尺寸，拓宽陷波带宽。增加的每根枝节长度为第三开口谐振环8宽度的四分之三；所述第一开口谐振环6的直径大于第二开口谐振环7的直径，且满足2.4：1的关系。第一开口谐振环6的直径等于所述第三开口谐振环8的长度。
本申请实施例中，当天线工作在第一陷波频段时，电流被聚集在第一开口谐振环6处；当天线工作在第二陷波频段时，电流被聚集在第二开口谐振环7处；当天线工作在第三陷波频段时，电流被聚集在第一开口谐振环8处；当天线处于发射模式时，能量被消耗在开口谐振环处，无法以电磁波的形式向外发散；当天线处于接收模式时，能量被消耗在开口谐振环处，无法将接收到的电磁波信号转换为有效的电信号并经过信号线和接地线发送到天线信号接收端。
在本申请实施例中，介质基板1的材质为FR-4(Flame Retardant-4，阻燃等级-4)，介电常数为4.4，损耗角正切为0.025，厚度为3.3mm，辐射贴片2和接地贴片3采用共面波导馈电的形式，降低了剖面，节约了空间，具有低剖面的特点。
表1示出了天线各部分的尺寸。其中，L是介质基板1的长度值，W是介质基板1的宽度值。w1是接地贴片3的宽度值，ls是接地贴片3的长度值。l1是第三开口谐振环8距离介质基板1底部的高度值。r是辐射贴片2的半径值，s是带状馈线9的宽度值，gs是带状馈线9与接地贴片3之间的缝隙宽度值。
L形槽4的两边长度相等，d1是L形槽4的边长值，gs1是L形槽4的宽度值。
锯齿渐变结构5为类等腰三角形，d为锯齿渐变结构5的直角边的边长值。
第一开口谐振环6、第二开口谐振环7为圆环，半径值为r1、r2，圆环宽度值为c2、c3，开口间隙为g2、g3；第三开口谐振环8为矩形，边长值为a1，宽度为c1，开口的缝隙长度为g1，增加枝节的长度为d2。
表1天线相关尺寸数值表
参数 数值/mm 参数 数值/mm 参数 数值/mm
L 40 W 30 w1 14.5
ls 21.5 l1 22 r 8.9
s 2.16 gs 0.6 gs1 0.5
a1 11.4 c1 0.6 g1 3.0
r1 5.76 c2 0.35 g2 0.4
r2 2.4 c3 0.35 g3 0.4
d 2.4 d1 4 d2 8.55
参阅图2，本申请的一种宽带全向陷波低剖面天线的在工作频段内的电压驻波比曲线图。在工作频段2～7GHz驻波比小于2。在无人机的无线遥控频段(2.408～2.440GHz与5.725～5.825GHz)与Wimax频段(3.2～3.6GHz)产生陷波，保证了在测量过程中测试的谐波不会干扰无人机的正常飞行与操控。
参阅图3，本申请的一种宽带全向陷波低剖面天线在工作频段内的增益曲线图。增益保持在2dBi左右。
参阅图4，本申请的一种宽带全向陷波低剖面天线工作在3GHz时E平面和H平面方向图的仿真结果示意图。E面方向图形状近似为“8”的定向辐射。H面各个方向的增益基本相同，说明天线具有水平面360°的波束覆盖,具备良好的全向特性。
参阅图5，本申请的一种宽带全向陷波低剖面天线工作在6.5GHz时E平面和H平面方向图的仿真结果示意图。E面方向图形状近似为“8”的定向辐射。H面各个方向的增益基本相同，说明天线具有水平面360°的波束覆盖,具备良好的全向特性。

Claims (8)

1.一种宽带全向陷波低剖面天线，其特征在于：包括介质基板、辐射贴片、接地贴片、蚀刻L形槽、第一开口谐振环、第二开口谐振环、第三开口谐振环、带状馈线；所述的介质基板正面设有圆形辐射贴片和两个矩形接地贴片，每个接地贴片上开有一个个蚀刻L形槽；辐射贴片上设有通过刻蚀形成的第一开口谐振环和第二开口谐振环，分别用于产生第一陷波频段和第二陷波频段，所述第一开口谐振环与所述第二开口谐振环的开口方向相同，开口方向向下；所述的介质基板的背面的第三开口谐振环，用于产生第三陷波频段；所述的第三开口谐振环的底边高度与与第一开口谐振环底部高度一致；所述辐射贴片和接地贴片采用共面波导馈电的形式，所述的带状馈线顶部辐射贴片的底部连接且与基板的侧边平行，用于连接所述辐射贴片和信号线；位于所述带状馈线两侧的接地贴片，用于连接接地线。
2.根据权利要求1所述的一种宽带全向陷波低剖面天线，其特征在于：所述的每个接地贴片靠近辐射贴片的角蚀刻锯齿渐变结构；并将蚀刻的L形槽和锯齿渐变结构补到接地贴片的右上方并与接地贴片相连。
3.根据权利要求2所述的一种宽带全向陷波低剖面天线，其特征在于：所述的锯齿渐变结构为等边直角三角形，其长边大小为宽带频段中心频率的十分之一波长。
4.根据权利要求1所述的一种宽带全向陷波低剖面天线，其特征在于：所述L形槽4底边高度与带状线的中心位置高度一致，L形槽底边与基板底边平行，总长度为宽带频带中心频率的四分之一波长。
5.根据权利要求1所述的一种宽带全向陷波低剖面天线，其特征在于：所述两个接地贴片、两个L形槽和两个锯齿渐变结构对称设置在带状馈线的两侧。
6.根据权利要求1所述的一种宽带全向陷波低剖面天线，其特征在于：所述辐射贴片2的半径与所述第一开口谐振环的半径具有1.54：1的关系。
7.根据权利要求1所述的一种宽带全向陷波低剖面天线，其特征在于：所述的第三开口谐振环向内部增加两根枝节长度，延长第三开口谐振环的周长尺寸，拓宽陷波带宽；增加的每根枝节长度为第三开口谐振环宽度的四分之三。
8.根据权利要求7所述的一种宽带全向陷波低剖面天线，其特征在于：所述第一开口谐振环的直径大于第二开口谐振环的直径，且满足2.4：1的关系；第一开口谐振环的直径等于所述第三开口谐振环的长度。
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