CN113972483A - 一种毫米波圆极化全向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毫米波圆极化全向天线，包括天线主体、安装底板和连接器，所述天线主体的内部设置有辐射空腔，所述天线主体的圆周侧面设置有多个与所述辐射空腔连通的辐射缝隙，所述天线主体的第一端与所述安装底板的第一侧面固定连接，所述连接器与所述安装底板连接，且所述连接器的天线端设置在所述辐射空腔内；本发明通过设计天线主体，并在天线主体上设置多个辐射缝隙，且天线通过连接器馈电，通过辐射腔体向外全向辐射，同时实现圆极化波，满足俯仰上正负20°空域覆盖。

Description

一种毫米波圆极化全向天线
技术领域
本发明涉及雷达通信领域，具体涉及一种毫米波圆极化全向天线。
背景技术
随着雷达技术的发展，平台对设备通信容量，通信效率的要求越来越高，单一极化天线往往不能满足系统的需求，圆极化天线可以同时接收垂直极化，水平极化和圆极化多种极化的信号，不受设备姿态变化限制。
如今，在通信、雷达、电子对抗等系统应用中，往往要求设备的天线有全向圆极化辐射特性，且要求在俯仰面要求正负角度覆盖。而据天线原理，圆极化天线设计通常采用螺旋等方式，天线辐射体布置在水平面上，方向图往上空辐射，很难满足俯仰正负角度覆盖。因此也常采用在垂直面全向布置圆极化天线，该形式天线结构较为复杂，需要在全向360°上组阵圆极化天线单元，天线尺寸大，损耗大，成本高，结构复杂不易加工。也有采用垂直极化天线实现全向辐射，俯仰正负角度覆盖，但是需要在天线外加圆极化罩，在毫米波频段应用中，极化罩对加工，安装工艺要求较高，天线一致性性能很难保证，成品率较低。
如业内人士所知，根据天线原理，圆极化全向天线通常采用螺旋等平面辐射方式，天线方向图朝上空辐射，很难满足雷达系统俯仰上正负空域覆盖的需求。若采用全向组阵，则天线结构复杂，成本高，不易加工等缺点。若采用垂直极化辐射加装极化罩的方式，在毫米波段，极化罩加工及安装工艺要求较高，天线性能一致性无法保证，成品率较低。因此对系统应用及其不利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的圆极化天线很难满足俯仰正负角度覆盖，且损耗大、成本高结构复杂，目的在于提供一种毫米波圆极化全向天线，解决了如何满足天线的全向圆极化辐射特性，且在俯仰面要求正负角度覆盖的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种毫米波圆极化全向天线，包括：
天线主体，其为圆柱结构，所述天线主体具有第一端和第二端，所述天线主体的内部设置有辐射空腔，所述天线主体的圆周侧面设置有多个与所述辐射空腔连通的辐射缝隙；
安装底板，其具有第一侧面和第二侧面，所述天线主体的第一端与所述安装底板的第一侧面固定连接；
连接器，其具有接口端和天线端，所述连接器与所述安装底板连接，且所述连接器的天线端设置在所述辐射空腔内。
具体地，所述辐射空腔为圆柱腔，所述辐射空腔的中轴线与所述天线主体的中轴线重合；
所述辐射缝隙的数量为6个，所述辐射缝隙的长轴与竖直方向的夹角为 45°，所述辐射缝隙的长度为波长的1/4，所述辐射缝隙的宽度为2mm；
六个所述辐射缝隙沿所述天线主体的中轴线呈环形均匀分布。
具体地，所述天线主体包括：
上圆片，其具有上侧面和下侧面；
中圆筒，其具有上端和下端，所述中圆筒的上端面与所述上圆片的下侧面固定连接，所述辐射缝隙设置在所述中圆筒上；
下圆片，其具有上侧面和下侧面，所述下圆片的上侧面与所述中圆筒的下端固定连接，所述下圆片的下侧面与所述安装底板的第一侧面固定连接；
其中，所述上圆片、所述中圆筒和所述下圆片均同轴设置，所述上圆片的直径大于所述中圆筒的外径，所述下圆片的直径大于所述中圆筒的外径，所述下圆片的直径大于所述上圆片的直径。
优选地，所述上圆片的下侧面为凸台结构，且所述上圆片的厚度沿其半径方向依次减小；
所述下圆片的上侧面为凸台结构，且所述下圆片的厚度沿其半径方向依次减小；
所述上圆片、所述中圆筒和所述下圆片一体成型，所述天线主体和所述安装底板一体成型。
进一步，所述天线还包括天线罩，其包括：
圆筒件，其具有第一端和第二端，所述圆筒件的第一端与所述安装底板的第一侧面连接，所述天线主体设置在所述圆筒件内部；
圆板件，其外圆面与所述圆筒件的第二端连接；
其中，所述圆筒件和所述圆板件一体成型。
优选地，所述圆筒件的第一端的内侧面与所述下圆片的外侧面贴合。
具体地，所述连接器包括：
连接器主体，其为圆柱结构，所述连接器主体具有第一端和第二端，所述连接器主体的第一端端面设置有接口盲孔；
SMP接口，其固定设置在所述接口盲孔内；
针固定器，其为圆柱结构，所述针固定器具有第一端和第二端，所述针固定器的第一端端面与所述连接器主体的第二端端面固定连接，所述针固定器的中轴线处设置有针固定孔；
连接器针，其固定设置在所述针固定孔内，且所述连接器针的第一端与所述SMP接口电连接，所述连接器针的第二端设置在所述辐射空腔内。
优选地，所述连接器主体、所述SMP接口、所述针固定器和所述连接器针均同轴设置；
所述连接器主体的长度等于所述安装底板的厚度，所述针固定器的长度等于所述下圆片的厚度；
所述安装底板上设置有与所述连接器主体适配的连接器孔，所述下圆片上设置有与所述针固定器适配外固定器孔。
作为一个实施例，所述连接器主体的外侧面设置有外螺纹，所述连接器孔内侧面设置有与所述外螺纹适配的内螺纹；
所述连接器主体的第二端设置有用于对连接器主体施加转动力的水平开槽。
作为另一个实施例，所述天线罩与所述安装底板通过粘胶固定连接，所述连接器主体与所述安装底板通过粘胶固定连接。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明通过设计天线主体，并在天线主体上设置多个辐射缝隙，且天线通过连接器馈电，通过辐射腔体向外全向辐射，同时实现圆极化波，满足俯仰上正负20°空域覆盖。
采用该种设计方案，天线结构单一，装配工艺简单，天线性能稳定，有效解决使用极化罩带来的装配问题，提高成品率，降低成本。
天线尺寸小，重量轻，天线工作于Ka频段，电性能天线轴比小于3dB，增益达到2dBi，方位面不圆度小于3dB，俯仰3dB波束宽度正负20°。可广发应用于雷达通信，电子对抗等领域。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1是根据本发明所述的一种毫米波圆极化全向天线的结构示意图。
图2是根据本发明所述的一种毫米波圆极化全向天线的仰视图。
图3是根据本发明所述的连接器的结构示意图。
附图标记：1-安装底板，2-上圆片，3-中圆筒，4-下圆片，5-辐射缝隙， 6-连接器主体，7-SMP接口，8-针固定器，9-连接器针，10-天线罩。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
为了满足雷达通信，电子对抗等系统同对天线圆极化辐射，俯仰正负空域覆盖的性能要求，本发明提出一种毫米波圆极化全向天线，该天线采用SMP同轴馈电，利用辐射腔体向外全向圆极化辐射，并满足俯仰面正负空域覆盖。有效解决了传统全向圆极化天线未能满足负空域覆盖的缺点，另外，该天线利用辐射腔体实现圆极化辐射，避免使用极化罩，解决了传统圆极化天线采用极化罩带来的加工难度高和装配工艺复杂的要求等问题。
实施例一
一种毫米波圆极化全向天线，如图1和图2所示，包括天线主体、安装底板1和连接器。
天线主体为圆柱结构，天线主体的内部设置有辐射空腔，辐射空腔为圆柱腔，辐射空腔的中轴线与天线主体的中轴线重合；
天线主体的圆周侧面设置有多个与辐射空腔连通的辐射缝隙5，在本实施例中，辐射缝隙5的数量为6个，辐射缝隙5的长轴与竖直方向的夹角为 45°，辐射缝隙5的长度为波长的1/4，辐射缝隙5的宽度为2mm，六个辐射缝隙5沿天线主体的中轴线呈环形均匀分布。
为了便于对天线主体和安装底板1的结构进行描述，设定天线主体具有第一端和第二端，安装底板1具有第一侧面和第二侧面。
天线主体的第一端与安装底板1的第一侧面固定连接,天线主体固定在安装底板1上，且本实施例中将安装底板1设计成为椭圆形结构，在安装底板1的长轴的两端设置安装孔，可以将整个全向天线安装在需要安装的位置，并且将天线主体的中轴线与安装底板1的中轴线重合设置，能够实现对天线主体的稳定安装。
通过连接器将通信信号导入辐射空腔，并将天线主体作为辐射器，实现圆极化全向辐射，因此设定连接器具有接口端和天线端，连接器与安装底板 1连接，并将连接器的接口端设置在安装底板1的第二侧面上，将连接器的天线端设置在辐射空腔内，通过将射频输入线缆与连接器的接口端连接，可以实现将射频信号输入至辐射空腔内。
实施例二
本实施例对实施例一中的天线主体的具体结构进行说明，天线主体包括上圆片2、中圆筒3和下圆片4。
为了便于描述，设定上圆片2具有上侧面和下侧面，中圆筒3具有上端和下端，下圆片4具有上侧面和下侧面。
中圆筒3的上端面与上圆片2的下侧面固定连接，辐射缝隙5设置在中圆筒3上，下圆片4的上侧面与中圆筒3的下端固定连接，下圆片4的下侧面与安装底板1的第一侧面固定连接。
即将上圆片2、中圆筒3和下圆片4依次连接，组成如图1的层叠结构，且图1中，仅将天线罩10进行了剖视，未对天线主体和安装底板1进行剖视。
上圆片2、中圆筒3和下圆片4均同轴设置。
上圆片2的直径大于中圆筒3的外径，下圆片4的直径大于中圆筒3的外径，下圆片4的直径大于上圆片2的直径，
上圆片2的下侧面为凸台结构，且上圆片2的厚度沿其半径方向依次减小；下圆片4的上侧面为凸台结构，且下圆片4的厚度沿其半径方向依次减小；
通过对上圆片2、中圆筒3和下圆片4的直径/外径进行限定，将天线主体设定为“工”字型结构，天线主体成工字型，中空形成波导形式，中间开辐射缝隙5向外辐射形成缝隙天线，在整个圆周上开缝隙即在360°方位形成全向辐射，“工”字形上下沿可使天线俯仰面波束变窄，使俯仰面朝向制定方向辐射，缝隙倾斜使天线呈圆极化辐射。
为了避免下圆片4、中圆筒3和下圆片4之间的连接点造成射频干扰，在本实施例中上圆片2、中圆筒3和下圆片4采用一体成型的方式进行制作，本实施例将其分为三个部分只是为了描述方便。
同理，为了减少天线主体与安装底板1之间的误差，将天线主体和安装底板1一体成型，即下圆片4、中圆筒3、下圆片4和安装底板1均一体成型。
实施例三
上述实施例一和实施例二已经能够实现圆极化全向的目的，为了对天线主体进行保护，天线还包括天线罩10，天线罩10与安装底板1构成空腔，天线主体位于该空腔内，为了描述方便，天线罩10包括圆筒件和圆板件，且圆筒件具有第一端和第二端。
圆筒件的第一端与安装底板1的第一侧面连接，天线主体设置在圆筒件内部，圆板件外圆面与圆筒件的第二端连接；
圆板件与安装底板1平行设置，并将通过圆筒件将其连接构成腔体，从而使得天线罩10对整个天线进行保护。
作为一种较好的保护方式，圆筒件和圆板件一体成型，且为了避免天线罩10与下圆片4之间形成空腔影响信号辐射，将圆筒件的第一端的内侧面与下圆片4的外侧面贴合。
本实施方式中，从外观看天线尺寸：直径21mm*高15mm，重量：25g。
且采用粘胶的方式进行连接，天线罩10与安装底板1通过粘胶固定连接。
实施例四
本实施例对连接器的结构加以说明，如图3所示，连接器包括连接器主体6、SMP接口7、针固定器8和连接器针9，且为了描述方便，设定连接器主体6具有第一端和第二端，针固定器8具有第一端和第二端。
连接器主体6为圆柱结构，连接器主体6的第一端端面设置有接口盲孔， SMP接口7固定设置在接口盲孔内，通过设置SMP接口7，可以实现外部射频信号的输入，且该接口盲孔根据现有的外部射频信号输入接头进行设定，便于其连接即可。
针固定器8为圆柱结构，针固定器8的第一端端面与连接器主体6的第二端端面固定连接，针固定器8的中轴线处设置有针固定孔，其主要目的是为了固定连接器针9，采用聚四氟乙烯材质。
连接器针9固定设置在针固定孔内，且连接器针9的第一端与SMP接口 7电连接，连接器针9的第二端设置在辐射空腔内，连接器针9的尺寸形状根据天线工作频段及方向图指标，采用HFSS仿真软件仿真计算后确定。
且为了实现连接器主体6和针固定器8的安装，安装底板1上设置有与连接器主体6适配的连接器孔，下圆片4上设置有与针固定器8适配外固定器孔。
连接器主体6、SMP接口7、针固定器8和连接器针9均同轴设置；连接器主体6的长度等于安装底板1的厚度，针固定器8的长度等于下圆片4的厚度；
在本实施例中，连接器主体6的直径为5mm，连接器主体6的长度为4.9mm，针固定器8的长度为2.7mm，连接器针9的第二端与针固定器8的第二端之间的距离为0.55mm。
实施例五
本实施例中，设定连接器主体6与安装底板1通过螺纹连接，则在连接器主体6的外侧面设置有外螺纹，连接器孔内侧面设置有与外螺纹适配的内螺纹；
并且为了安装方便，在连接器主体6的第二端设置有用于对连接器主体 6施加转动力的水平开槽。
另外一个实施例，如果连接器与天线主体之间不需要经常拆卸，则可以通过粘胶的形式进行连接，则连接器主体6与安装底板1通过粘胶固定连接。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/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例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。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例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种毫米波圆极化全向天线，其特征在于，包括：
天线主体，其为圆柱结构，所述天线主体具有第一端和第二端，所述天线主体的内部设置有辐射空腔，所述天线主体的圆周侧面设置有多个与所述辐射空腔连通的辐射缝隙；
安装底板，其具有第一侧面和第二侧面，所述天线主体的第一端与所述安装底板的第一侧面固定连接；
连接器，其具有接口端和天线端，所述连接器与所述安装底板连接，且所述连接器的天线端设置在所述辐射空腔内。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波圆极化全向天线，其特征在于，所述辐射空腔为圆柱腔，所述辐射空腔的中轴线与所述天线主体的中轴线重合；
所述辐射缝隙的数量为6个，所述辐射缝隙的长轴与竖直方向的夹角为45°，所述辐射缝隙的长度为波长的1/4，所述辐射缝隙的宽度为2mm；
六个所述辐射缝隙沿所述天线主体的中轴线呈环形均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波圆极化全向天线，其特征在于，所述天线主体包括：
上圆片，其具有上侧面和下侧面；
中圆筒，其具有上端和下端，所述中圆筒的上端面与所述上圆片的下侧面固定连接，所述辐射缝隙设置在所述中圆筒上；
下圆片，其具有上侧面和下侧面，所述下圆片的上侧面与所述中圆筒的下端固定连接，所述下圆片的下侧面与所述安装底板的第一侧面固定连接；
其中，所述上圆片、所述中圆筒和所述下圆片均同轴设置，所述上圆片的直径大于所述中圆筒的外径，所述下圆片的直径大于所述中圆筒的外径，所述下圆片的直径大于所述上圆片的直径。
4.根据权利要求3所述的一种毫米波圆极化全向天线，其特征在于，所述上圆片的下侧面为凸台结构，且所述上圆片的厚度沿其半径方向依次减小；
所述下圆片的上侧面为凸台结构，且所述下圆片的厚度沿其半径方向依次减小；
所述上圆片、所述中圆筒和所述下圆片一体成型，所述天线主体和所述安装底板一体成型。
5.根据权利要求3所述的一种毫米波圆极化全向天线，其特征在于，还包括天线罩，其包括：
圆筒件，其具有第一端和第二端，所述圆筒件的第一端与所述安装底板的第一侧面连接，所述天线主体设置在所述圆筒件内部；
圆板件，其外圆面与所述圆筒件的第二端连接；
其中，所述圆筒件和所述圆板件一体成型。
6.根据权利要求5所述的一种毫米波圆极化全向天线，其特征在于，所述圆筒件的第一端的内侧面与所述下圆片的外侧面贴合。
7.根据权利要求5所述的一种毫米波圆极化全向天线，其特征在于，所述连接器包括：
连接器主体，其为圆柱结构，所述连接器主体具有第一端和第二端，所述连接器主体的第一端端面设置有接口盲孔；
SMP接口，其固定设置在所述接口盲孔内；
针固定器，其为圆柱结构，所述针固定器具有第一端和第二端，所述针固定器的第一端端面与所述连接器主体的第二端端面固定连接，所述针固定器的中轴线处设置有针固定孔；
连接器针，其固定设置在所述针固定孔内，且所述连接器针的第一端与所述SMP接口电连接，所述连接器针的第二端设置在所述辐射空腔内。
8.根据权利要求7所述的一种毫米波圆极化全向天线，其特征在于，所述连接器主体、所述SMP接口、所述针固定器和所述连接器针均同轴设置；
所述连接器主体的长度等于所述安装底板的厚度，所述针固定器的长度等于所述下圆片的厚度；
所述安装底板上设置有与所述连接器主体适配的连接器孔，所述下圆片上设置有与所述针固定器适配外固定器孔。
9.根据权利要求8所述的一种毫米波圆极化全向天线，其特征在于，所述连接器主体的外侧面设置有外螺纹，所述连接器孔内侧面设置有与所述外螺纹适配的内螺纹；
所述连接器主体的第二端设置有用于对连接器主体施加转动力的水平开槽。
10.根据权利要求8所述的一种毫米波圆极化全向天线，其特征在于，所述天线罩与所述安装底板通过粘胶固定连接，所述连接器主体与所述安装底板通过粘胶固定连接。
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