CN113851820B - 一种基于无人机机载的超宽带全向印刷天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机机载的超宽带全向印刷天线，包括介质基板、接地板、同轴馈电线和方形金属套筒；所述介质基板正反面分别印刷有金属辐射贴片，且正反面的金属辐射贴片以介质基板为对称轴对称布置；其中,金属辐射贴片与同轴馈电线连接，方形金属套筒与金属辐射贴片和介质基板垂直相连接，方形金属套筒和接地板横向部分平行；同轴馈电线的中心馈电针与介质基板正反面的金属辐射贴片连接，同轴馈电线的外导体与接地板的横向部分连接。采用H型辐射体与馈电端阶梯渐变结构接地体相结合技术，实现了超宽带阻抗匹配特性；通过顶端加载套筒技术，进一步展宽了天线带宽并实现天线小型化。该天线具有良好的超宽带特性和全向辐射性。

Description

一种基于无人机机载的超宽带全向印刷天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种基于无人机机载的超宽带全向印刷天线。

背景技术

随着无线通信系统的不断扩容，无人机、舰艇等载体上的设备不断趋于小型化、集成化。为减小电子系统中不同频段天线之间的相互耦合和干扰，超宽带全向印刷天线成为研究热点。超短波全向天线广泛应用于海陆空等各类军用高速移动平台，但频率较低，所以尺寸限制是天线设计的难点。平面印刷天线因其结构紧凑、制造工艺简单、易实现与载体共形等优势，特别适用于无人机等对于重量和尺寸有特别要求的地方。但印刷天线的结构形式会限制其带宽，而且天线尺寸的减小会造成其它性能的恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无人机机载的超宽带全向印刷天线。以期解决背景技术中存在的技术问题。本专利针对印刷天线带宽窄的问题，提出了一种基于无人机机载的超宽带全向印刷天线。采用H型辐射体与馈电端阶梯渐变结构接地体相结合技术，实现了超宽带阻抗匹配特性；通过顶端加载套筒技术，进一步展宽了天线带宽并实现天线小型化。该天线具有良好的超宽带特性和全向辐射性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于无人机机载的超宽带全向印刷天线，包括介质基板、接地板、同轴馈电线和方形金属套筒；所述介质基板正反面分别印刷有金属辐射贴片，且正反面的金属辐射贴片以介质基板为对称轴对称布置；其中,金属辐射贴片与同轴馈电线连接，方形金属套筒与金属辐射贴片和介质基板垂直相连接，方形金属套筒和接地板横向部分平行；同轴馈电线的中心馈电针与介质基板正反面的金属辐射贴片连接，同轴馈电线的外导体与接地板的横向部分连接。

在一些实施例中，所述金属辐射贴片为H型结构，其长度为天线最低工作频率的0.15倍波长。

在一些实施例中，所述介质基板的介电常数为4.4，厚度为2mm，呈H型结构。

在一些实施例中，所述接地板包括底部横向接地体和竖直阶梯渐变状结构接地体。

在一些实施例中，所述接地板凸形结构尺寸以及位置根据天线馈电处阻抗匹配确定。

在一些实施例中，所述同轴馈电线馈电点位置根据天线馈电端的阻抗匹配以及天线的性能要求确定。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中基于无人机机载的超宽带全向印刷天线的正面结构示意图；

图2是图1的侧面结构示意图；

图3为本发明的天线电压驻波比图，图中VSWR表示电压驻波比系数；

图4为本发明的天线的增益图，图中Gain表示增益；

图5为本发明的天线在0.25、0.5、1、1.5GHz处的H面辐射方向图；

图6为本发明的天线在0.25、0.5、1、1.5GHz处的E面辐射方向图。

图中标记：1-金属辐射贴片，2-介质基板，3-接地板，4-同轴馈电线，5-方形金属套筒。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。

以下将结合图1-6对本申请实施例所涉及的基于无人机机载的超宽带全向印刷天线进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

在本申请的实施例中，如图1-2所示，基于无人机机载的超宽带全向印刷天线可以包括介质基板2、接地板3、同轴馈电线4和方形金属套筒5；所述介质基板2正反面分别印刷有金属辐射贴片1，且正反面的金属辐射贴片1以介质基板2为对称轴对称布置；其中,金属辐射贴片1与同轴馈电线4连接，方形金属套筒5与金属辐射贴片1和介质基板2垂直相连接，方形金属套筒5和接地板3横向部分平行；同轴馈电线4的中心馈电针与介质基板2正反面的金属辐射贴片1连接，同轴馈电线4的外导体与接地板3的横向部分连接。

本专利针对工作于超短波频段的无人机机载天线的特殊要求，设计了一种基于无人机机载的超宽带全向印刷天线，在尺寸限制下实现超宽带是该天线设计的难点。基于天线尺寸、重量考虑，决定采用微带单极子天线实现指标。由于介质基板2较薄，正反两面金属辐射贴片1距离很近，可以等效为单面辐射体进行分析。考虑到天线的边缘效应的影响，将接地板3设计为凸形，上端采用可调节阶梯渐变状接地体结构来满足馈电处的输入阻抗的需求。为实现天线超宽带工作，天线金属辐射贴片1采用H型结构，对称印刷于介质基板2正反两面。采用同轴馈电线4对天线进行十字馈电，同轴馈电线4内导体与天线介质基板2正反两面的金属辐射贴片1相连接，外导体与接地板3相连。为在保证天线尺寸不增加的同时，满足天线工作带宽，采用顶端加载金属套筒的方式有效地拓展了天线带宽。

在一些实施例中，所述金属辐射贴片1为H型结构，其长度为天线最低工作频率的0.15倍波长。所述介质基板2的介电常数为4.4，厚度为2mm，呈H型结构。所述接地板3包括底部横向接地体和竖直阶梯渐变状结构接地体。所述接地板3凸形结构尺寸以及位置根据天线馈电处阻抗匹配确定。所述同轴馈电线4馈电点位置根据天线馈电端的阻抗匹配以及天线的性能要求确定。

在具体实施过程中，所述同轴馈电线4的馈电位置、天线接地板3结构根据天线馈电端的阻抗匹配要求确定。所述天线方形金属套筒5的大小形状根据天线性能要求确定。本实施例超宽带全向印刷天线，其中接地板3包括横向接地板3和竖直可调节阶梯渐变状接地板3；其中同轴馈电线4内导体与金属辐射贴片1采用十字馈电法垂直电连接，馈电线外导体与横向接地体垂直连接；上述介质板正反面分别印刷有金属辐射贴片1，且正反面的辐射贴片以介质基板2为对称轴对称，金属辐射贴片1与介质基板2呈H型；方形金属套筒5与介质基板2的上方凹槽连接。由于可调节阶梯渐变状接地板3和金属套筒的阻抗匹配作用，实现天线超宽带工作，并有效地拓展天线带宽。而且本发明剖面低，尺寸较小，结构简单，便于生产加工。

本实施例的天线电压驻波比图如图3所示，本实施例的天线增益图如图4所示，本实施例天线在0.25、0.5、1、1.5GHz处的H面辐射方向图如图5所示，本实施例天线在0.25、0.5、1、1.5GHz处的E面辐射方向图如图6所示；结果表明，所述天线在工作频带0.22-2GHz的频率范围内电压驻波比系数小于4，相对带宽达到160％。天线增益均大于-3dBi，增益在1.5GHz频点处达到最大值4.5dBi。该超宽带天线E面辐射方向图呈倒8字型，H面辐射方向图近似全向。天线不圆度小于±2.4dB，全向性较好，满足了超宽带全向的要求。

本申请所披露的基于无人机机载的超宽带全向印刷天线可能带来的有益效果包括但不限于：

采用H型辐射体与阶梯渐变状结构接地体相结合技术，实现了印刷天线超宽带阻抗匹配特性；通过顶端加载套筒技术进一步展宽天线工作带宽并实现小型化，解决了因印刷天线带宽过窄而无法满足无人机机载等工作频带的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于无人机机载的超宽带全向印刷天线，其特征在于，包括介质基板、接地板、同轴馈电线和方形金属套筒；所述介质基板呈H型结构；

所述介质基板正反面分别印刷有金属辐射贴片，且正反面的金属辐射贴片以介质基板为对称轴对称布置；所述金属辐射贴片为H型结构；

所述接地板包括底部横向接地体和竖直阶梯渐变状结构接地体；

其中,金属辐射贴片与同轴馈电线连接，方形金属套筒与金属辐射贴片和介质基板垂直相连接，方形金属套筒和底部横向接地体平行；

同轴馈电线的中心馈电针与介质基板正反面的金属辐射贴片连接，同轴馈电线的外导体与接地板的底部横向接地体连接。

2.根据权利要求1所述的基于无人机机载的超宽带全向印刷天线，其特征在于，所述金属辐射贴片长度为天线最低工作频率的0.15倍波长。

3.根据权利要求1所述的基于无人机机载的超宽带全向印刷天线，其特征在于，所述介质基板的介电常数为4.4，厚度为2mm。

4.根据权利要求1所述的基于无人机机载的超宽带全向印刷天线，其特征在于，所述接地板凸形结构尺寸以及位置根据天线馈电处阻抗匹配确定；其中接地板凸形结构为竖直阶梯渐变状结构接地体的顶部。

5.根据权利要求1所述的基于无人机机载的超宽带全向印刷天线，其特征在于，所述同轴馈电线馈电点位置根据天线馈电端的阻抗匹配以及天线的性能要求确定。