CN112467361A

CN112467361A - 一种宽频带全向印刷阵列天线

Info

Publication number: CN112467361A
Application number: CN202011348325.0A
Authority: CN
Inventors: 张欢
Original assignee: Sichuan Changhong Electric Co Ltd
Current assignee: Sichuan Changhong Electric Co Ltd
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-03-09

Abstract

本发明公开了一种宽频带全向印刷阵列天线，包括金属辐射贴片、功分网络结构、金属非对称U型双枝节、介质基板和金属化通孔；其中，所述金属辐射贴片、功分网络结构、金属非对称U型双枝节构成元件单元，且在介质基板的正反两面均印刷有所述元件单元；所述功分网络结构与金属辐射贴片连接，金属非对称U型双枝节与功分网络结构连接，金属非对称U型双枝节与金属辐射贴片均不接触，通过所述金属化通孔连接位于介质基板的正反两面的金属辐射贴片。本发明的天线具有良好的宽频带、小型化、高增益稳定度以及全向辐射性能，达到了无人机机载对该种天线小型化、轻量化的严苛要求。

Description

一种宽频带全向印刷阵列天线

技术领域

本发明涉及印刷阵列天线技术领域，特别涉及一种宽频带全向印刷阵列天线。

背景技术

在信息现代化的时代，人们对频谱资源的利用要求更高，宽带天线的宽频带特性可以缓解日益紧张的频带资源需求，此外，因其工作频带较宽，在设计中可以通过实现单个天线宽频带设计，满足多个频带内良好的工作性能，使得通信设备中的天线数量大大减少，有利于提高通信系统的集成度。

印刷天线具有低剖面、易加工、成本低、轻量化等优点，也因其结构紧凑、制造工艺简单、易实现与载体共形等优势，特别适用于无人机、卫星通信等对于重量和尺寸有特别要求的地方。但随着无人机、特殊飞行器等应用需求的增长，要求印刷天线获得更宽的带宽、更小的尺寸。目前大多是采用阻抗加载、阻抗匹配技术等方法来拓展印刷天线带宽。但印刷天线因其结构形式天生具有窄带宽的劣势，且在满足天线小型化设计的同时其带宽性能也会受到影响，所以现有的印刷天线难以满足无人机机载更宽频带的工作需求。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种宽频带全向印刷阵列天线，工作于超短波波段，具有良好的宽频带、小型化、高增益稳定度以及全向辐射性能，达到了无人机机载对该种天线小型化、轻量化的严苛要求。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种宽频带全向印刷阵列天线，包括金属辐射贴片、功分网络结构、金属非对称U型双枝节、介质基板和金属化通孔；其中，所述金属辐射贴片、功分网络结构、金属非对称U型双枝节构成元件单元，且在介质基板的正反两面均印刷有所述元件单元；所述功分网络结构与金属辐射贴片连接，金属非对称U型双枝节与功分网络结构连接，金属非对称U型双枝节与金属辐射贴片均不接触，通过所述金属化通孔连接位于介质基板的正反两面的金属辐射贴片；具体实施中，天线的各部件的间距可根据天线性能要求确定；

本发明的宽频带全向印刷阵列天线，通过加载非对称U型枝节技术，调节馈电端的阻抗匹配，有效地展宽印刷天线带宽；偶极子辐射单元双面印制形成寄生结构，两层振子相互耦合以提高带宽，天线辐射单元同时采用双振子的对称结构，等效的增加了振子臂的宽度，减缓振子天线输入阻抗随频率的变化，进一步提高天线带宽，解决了印刷天线带宽过窄而无法满足无人机机载等工作频带需求的问题，具备良好的宽频带特性和全向辐射性。

进一步地，所述功分网络结构为结构相同的微带馈线构成的天线二元直线阵。

进一步地，所述金属辐射贴片包括8个矩形振子臂。

进一步地，所述金属辐射贴片包括8个形状大小完全相同的矩形振子臂，且分别印制在介质基板的正反两面，组成两个辐射单元并对称放置于馈电点两侧，具体的金属辐射贴片之间的间距可根据天线的阻抗匹配要求确定。

进一步地，所述金属非对称U型双枝节的各枝节的长度不同，与馈电端的距离不同，具体的金属非对称U型双枝节与中心馈电的距离和枝节长度则根据天线馈电端的阻抗匹配要求确定。

进一步地，所述介质基板的正反两面的元件单元以功分网络结构为对称轴对称，且功分网络结构与金属辐射贴片为垂直连接，金属非对称U型双枝节与功分网络结构为垂直连接。

进一步地，位于所述介质基板的正面的功分网络结构与馈电接头的中心馈电针连接，位于介质基板的反面的功分网络结构与馈电接头的外导体连接。

进一步地，所述金属辐射贴片为条状，且金属辐射贴片的长度为天线中心工作频率的四分之一波长。

进一步地，所述介质基板的介电常数为2.65，厚度为2mm，且优选形状为矩形。

进一步地，所述金属化通孔的数量为4个。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

本发明的宽频带全向印刷阵列天线，是一种针对工作于UHF频段无人机机载天线的特殊要求的宽频带、高增益稳定度的全向印刷阵列天线，突破了尺寸限制下实现宽频带的设计难点，为提高天线增益，本技术方案中采用功分网络和相同的微带结构从微带中心处进行并联馈电，组成天线二元直线阵，同时，采用加载非对称U型双枝节技术，调节天线馈电端的阻抗匹配，有效的展宽了天线工作频带，并获得良好的增益稳定性；偶极子辐射单元双面印制形成寄生结构，两层振子相互耦合以提高带宽，本发明的天线辐射单元同时采用双振子的对称结构，等效的增加了振子臂的宽度，减缓振子天线输入阻抗随频率的变化，进一步提高天线带宽，本发明的宽频带全向印刷阵列天线具有良好的宽频带特性和全向辐射性，满足无人机机载对天线轻量化、小型化的严苛要求。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的宽频带全向印刷阵列天线的正面结构示意图。

图2是图1的宽频带全向印刷阵列天线的侧面结构示意图。

图3是图1的宽频带全向印刷阵列天线的背面结构示意图。

图4是图1的宽频带全向印刷阵列天线的正面及背面具体尺寸标注示意图。

图5是图1的宽频带全向印刷阵列天线的侧面的具体尺寸标注示意图。

图6为本发明的一个实施例的宽频带全向印刷阵列天线和加载对称U型枝节、无枝节加载的天线的电压驻波比对比图。

图7为本发明的一个实施例的宽频带全向印刷阵列天线和加载对称U型枝节、无枝节加载的天线的增益对比图。

图8为本发明的一个实施例的宽频带全向印刷阵列天线在0.3GHz、0.35GHz、0.4GHz处的H面辐射方向图。

图9为本发明的一个实施例的宽频带全向印刷阵列天线在0.3GHz、0.35GHz、0.4GHz处的E面辐射方向图。

附图标记：1-金属辐射贴片，2-介质基板，3-功分网络结构，4-金属化通孔，5-金属非对称U型双枝节。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例：

实施例一：

如图1至图3所示，一种宽频带全向印刷阵列天线，具体是一种基于无人机机载的宽频带全向印刷阵列天线，其工作于UHF频段，是一种双面印刷电路板结构。

具体包括金属辐射贴片1、功分网络结构3、金属非对称U型双枝节5、介质基板2和金属化通孔4；其中，金属辐射贴片1、功分网络结构3、金属非对称U型双枝节5构成元件单元，且在介质基板2的正反两面均印刷有元件单元；功分网络结构3与金属辐射贴片1连接，金属非对称U型双枝节5与功分网络结构3连接，金属非对称U型双枝节5与金属辐射贴片1均不接触，通过金属化通孔4连接位于介质基板2的正反两面的金属辐射贴片1。

具体的，本实施例中，功分网络结构3为结构相同的微带馈线构成的天线二元直线阵。金属辐射贴片1包括8个形状大小完全相同的矩形振子臂，且分别印制在介质基板2的正反两面，组成两个辐射单元并对称放置于馈电点两侧，具体的金属辐射贴片1之间的间距可根据天线的阻抗匹配要求确定。

同时，本实施例中，金属非对称U型双枝节5的各枝节的长度不同，与馈电端的距离不同，具体的金属非对称U型双枝节5与中心馈电的距离和枝节长度则根据天线馈电端的阻抗匹配要求确定。

本实施例中，介质基板2为矩形介质板，厚度为2mm，相对介电常数为2.65，其双面印刷金属层由金属化通孔4连接。且本实施例中，金属化通孔4的数量为4个。介质基板2的正反两面的元件单元以功分网络结构3为对称轴对称，且功分网络结构3与金属辐射贴片1为垂直连接，金属非对称U型双枝节5与功分网络结构3为垂直连接。

具体的，位于介质基板2的正面的功分网络结构3与馈电接头的中心馈电针连接，位于介质基板2的反面的功分网络结构3与馈电接头的外导体连接。由于金属非对称U型双枝节5的阻抗匹配作用，有效地拓展天线带宽，并获得良好的频带内增益稳定度。

其中，金属辐射贴片1为条状，且金属辐射贴片1的长度为天线中心工作频率的四分之一波长。具体实施中，天线与天线件的间距可根据天线性能要求确定。

如图4及图5所示为本实施例的宽频带全向印刷阵列天线的具体尺寸示意，其中，S1＝40mm，S2＝80mm，L1＝15mm，L2＝79mm。可知，本实施例的宽频带全向印刷阵列天线具有剖面低、尺寸较小、结构简单、便于生产加工的优点。

如图6所示为本实施例的天线和加载对称U型枝节、无枝节加载的天线的电压驻波比对比示意，其中，VSWR表示电压驻波比系数，如图7所示为本实施例的天线和加载对称U型枝节、无枝节加载的天线的增益对比示意，其中Gain表示增益，图8及图9则分别是为本实施例的天线在0.3GHz、0.35GHz、0.4GHz处的H面及E面辐射方向示意。其中，由于本实施例的天线在0.3GHz、0.35GHz、0.4GHz处的H面辐射较为差异较小，因此，图中线条相对重合，特增加说明，图中黑粗线由一条实线及两条虚线构成，其中，线段间间隔较大的虚线表示本实施例的天线在0.35GHz处的H面辐射，其位于黑粗线的最外圈(即直径最大的圈)，实线表示本实施例的天线在0.3GHz处的H面辐射，其位于黑粗线的中间层。线段间间隔较小的虚线表示本实施例的天线在0.4GHz处的H面辐射，其位于黑粗线的最内层。

上述仿真与实测结果表明，本实施例的天线在298-416MHz的频率范围内电压驻波比系数小于2，相对带宽达到33％，在典型频率0.35GHz处水平面内全向辐射增益大于4dBi，满足了宽带全向高增益稳定度的要求。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种宽频带全向印刷阵列天线，其特征在于，包括金属辐射贴片、功分网络结构、金属非对称U型双枝节、介质基板和金属化通孔；其中，所述金属辐射贴片、功分网络结构、金属非对称U型双枝节构成元件单元，且在介质基板的正反两面均印刷有所述元件单元；

所述功分网络结构与金属辐射贴片连接，金属非对称U型双枝节与功分网络结构连接，金属非对称U型双枝节与金属辐射贴片均不接触，通过所述金属化通孔连接位于介质基板的正反两面的金属辐射贴片。

2.根据权利要求1所述的一种宽频带全向印刷阵列天线，其特征在于，所述功分网络结构为结构相同的微带馈线构成的天线二元直线阵。

3.根据权利要求2所述的一种宽频带全向印刷阵列天线，其特征在于，所述金属辐射贴片包括8个矩形振子臂。

4.根据权利要求3所述的一种宽频带全向印刷阵列天线，其特征在于，所述金属辐射贴片包括8个形状大小完全相同的矩形振子臂，且分别印制在介质基板的正反两面，组成两个辐射单元并对称放置于馈电点两侧。

5.根据权利要求2所述的一种宽频带全向印刷阵列天线，其特征在于，所述金属非对称U型双枝节的各枝节的长度不同，与馈电端的距离不同。

6.根据权利要求2所述的一种宽频带全向印刷阵列天线，其特征在于，所述介质基板的正反两面的元件单元以功分网络结构为对称轴对称，且功分网络结构与金属辐射贴片为垂直连接，金属非对称U型双枝节与功分网络结构为垂直连接。

7.根据权利要求2所述的一种宽频带全向印刷阵列天线，其特征在于，位于所述介质基板的正面的功分网络结构与馈电接头的中心馈电针连接，位于介质基板的反面的功分网络结构与馈电接头的外导体连接。

8.根据权利要求1所述的一种宽频带全向印刷阵列天线，其特征在于，所述金属辐射贴片为条状，且金属辐射贴片的长度为天线中心工作频率的四分之一波长。

9.根据权利要求1所述的一种宽频带全向印刷阵列天线，其特征在于，所述介质基板的介电常数为2.65，厚度为2mm。

10.根据权利要求1至9中任一所述的一种宽频带全向印刷阵列天线，其特征在于，所述金属化通孔的数量为4个。