CN114122704A - 一种蝶式天线及天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蝶式天线及天线阵列，属于天线设计技术领域。该蝶式天线包括接地板、介质基板和导线贴片。介质基板设于接地板上。导线贴片敷设于介质基板的上表面，减小了蝶式天线在竖直方向上的尺寸。导线贴片包括四个辐射臂，每个辐射臂均根据三阶Hilbert分形曲线进行设置，Hilbert分形曲线的阶数越高，辐射臂上的弯折拐点就越多，高频谐振点的个数就越多，使得蝶式天线整体的谐振频率向高频移动。而且四个辐射臂的端部汇聚于中心点处，将四个辐射臂聚集在一起，进一步压缩了蝶式天线的体积。四个辐射臂相对于中心点中心对称设置，上述结构使得蝶式天线具有良好的方向性和高增益。

Description

一种蝶式天线及天线阵列

技术领域

本发明涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种蝶式天线及天线阵列。

背景技术

在电气工程中，需要对变电站中的放电现象进行检测，以便于及时检修，从而保证电力系统的安全性。放电现象会伴随着特定频段的电磁波辐射，会对电磁波产生干扰。因此，一般情况下，利用电晕放电频段的天线检测变电站中是否发生放电现象。而且天线的检测性能取决于天线的回波损耗，天线的回波损耗越小，天线的检测性能就越好。而且天线的回拨损耗频段对电晕放电频段的覆盖率越大，天线能够检测的频带就越广。

在实际的检测过程中，由于变电站内有些检测位置的空间较小，不能容纳大型检测设备，因此需要在确保天线检测性能的同时尽可能地减小天线的体积。

为此，亟需提供一种蝶式天线及天线阵列以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蝶式天线，不仅提高了天线的检测性能，还压缩了天线的体积。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种蝶式天线，包括：

接地板；

介质基板，设于所述接地板上；

导线贴片，敷设于所述介质基板的上表面，所述导线贴片包括四个辐射臂，每个所述辐射臂均根据三阶Hilbert分形曲线进行设置，四个所述辐射臂的端部汇聚于中心点处，四个所述辐射臂相对于所述中心点中心对称设置。

作为上述蝶式天线的一种可选方案，所述导线贴片上设有馈电点。

作为上述蝶式天线的一种可选方案，所述馈电点设于所述中心点处。

作为上述蝶式天线的一种可选方案，所述导线贴片为正方形，所述导线贴片的边长不大于所述介质基板的边长。

作为上述蝶式天线的一种可选方案，所述介质基板为正方形，且所述介质基板的边长为15㎝。

作为上述蝶式天线的一种可选方案，所述导线贴片的边长与所述介质基板的边长在同一直线上。

作为上述蝶式天线的一种可选方案，所述蝶式天线的厚度为1.6㎜。

一种天线阵列，包括如上述任一项方案所述的蝶式天线。

作为上述天线阵列的一种可选方案，所述天线阵列包括多个所述蝶式天线，多个所述蝶式天线呈阵列式分布。

作为上述天线阵列的一种可选方案，包括馈电网络，所述蝶式天线的馈电点处设有馈电探针，所述馈电探针用于连接所述馈电网络与所述蝶式天线。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的蝶式天线中包括导线贴片，导线贴片敷设于介质基板的上表面，减小了蝶式天线在竖直方向上的尺寸。导线贴片包括四个辐射臂，每个辐射臂均根据三阶Hilbert分形曲线进行设置，Hilbert分形曲线的阶数越高，辐射臂上的弯折拐点就越多，高频谐振点的个数就越多，使得蝶式天线整体的谐振频率向高频移动。而且四个辐射臂的端部汇聚于中心点处，将四个辐射臂聚集在一起，进一步压缩了蝶式天线的体积。四个辐射臂相对于中心点中心对称设置，通过仿真分析可知，上述结构使得蝶式天线具有良好的方向性和高增益。

附图说明

图1为本发明实施例中导线贴片的结构示意图；

图2为本发明实施例中蝶式天线的回波损耗示意图；

图3为本发明实施例中蝶式天线的辐射增益方向图。

附图标记：

1、导线贴片；

11、辐射臂；12、馈电点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一般情况下，利用电晕放电频段的天线检测变电站中是否发生放电现象。而且天线的检测性能取决于天线的回波损耗，天线的回波损耗越小，天线的检测性能就越好。而且天线的回拨损耗频段对电晕放电频段的覆盖率越大，天线能够检测的频带就越广。但在实际的检测过程中，由于变电站内有些检测位置的空间较小，不能容纳大型检测设备，因此需要在确保天线检测性能的同时尽可能地减小天线的体积。

实施例一

本实施例提供一种蝶式天线以解决上述问题。该蝶式天线包括接地板、介质基板和导线贴片1。介质基板设于接地板上。导线贴片1敷设于介质基板的上表面，减小了蝶式天线在竖直方向上的尺寸。如图1所示，导线贴片1包括四个辐射臂11，每个辐射臂11均根据三阶Hilbert分形曲线进行设置，Hilbert分形曲线的阶数越高，辐射臂11上的弯折拐点就越多，高频谐振点的个数就越多，使得蝶式天线整体的谐振频率向高频移动。而且四个辐射臂11的端部汇聚于中心点处，将四个辐射臂11聚集在一起，进一步压缩了蝶式天线的体积。四个辐射臂11相对于中心点中心对称设置，通过仿真分析可知，参考图2和图3，上述结构使得蝶式天线具有良好的方向性和高增益。

具体地，通过仿真分析，可以得到如图2所示的蝶式天线回波损耗与频率的关系曲线。其中，蝶式天线的回波损耗在168MHz谐振点处可达到-9.16dB，在250MHz谐振点处可达到-17.85dB，在332MHz谐振点处可达到-18.32dB，在415MHz谐振点处可达到-25.14dB，在496MHz谐振点处可达到-15.26dB。说明了蝶式天线的回波损耗在某一频段内的谐振点处能够达到最小，此处的检测效果也最好。还说明了蝶式天线的回波损耗频段广，对电晕放电频段的覆盖率大。即本实施例中的蝶式天线具有宽频带特性。

天线增益是指实际天线与参考天线在空间同一点处的功率密度之比，描述的是天线将功率集中辐射的程度，天线方向图的主瓣越窄，副瓣越小，天线的增益越高。图3为蝶式天线的辐射增益方向图。由图3可以看出蝶式天线具有类球状的增益方向图，能够接收来自各个方向的电磁波，因此本实施例蝶式天线的方向性很好，且增益高。

其中，Hilbert分形曲线的形成首先把一个正方形等分成四个小正方形，依次从西南角的正方形中心出发往北到西北正方形中心，再往东到东北角的正方形中心，再往南到东南角正方形中心，这是一次迭代。如果对四个小正方形继续上述过程，往下划分，反复进行三次，最终就能得到一条可以填满整个正方形的曲线，上述曲线即为三阶Hilbert分形曲线。

为了便于将蝶式天线中的信号引出，因此，可选地，导线贴片1上设有馈电点12。

而馈线点的设置会影响蝶式天线的场分布，为了提高蝶式天线的方向性，进一步可选地，馈电点12设于中心点处。

由于四个辐射臂11组成了中心对称图形，因此导线贴片1为正方形。其中，导线贴片1的边长不大于介质基板的边长，以便于导线贴片1在介质基板上的敷设。

在本实施例中，介质基板为正方形，且介质基板的边长为15㎝。上述设置，尽可能地减小了蝶式天线的体积，使其可以应用于较狭窄的空间内。进一步可选地，导线贴片1的边长与介质基板的边长在同一直线上，避免因导线贴片1偏移使得天线的磁场发生改变，从而对蝶式天线的检测效果造成影响。

进一步可选地，蝶式天线的厚度为1.6㎜，进一步地压缩了蝶式天线的体积。

实施例二

本实施例提供一种天线阵列，包括上述实施例中的蝶式天线。

可选地，天线阵列包括多个蝶式天线，多个蝶式天线呈阵列式分布。阵列天线作为一种由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线能够获取最好的辐射方向性。其中多个蝶式天线的阵列分布根据天线馈电电流，间距，电长度等不同参数来决定，在此不做过多地限制。

进一步可选地，天线阵列还包括馈电网络，蝶式天线的馈电点12处设有馈电探针，馈电探针用于连接馈电网络与蝶式天线，以构成射频信号传输的通路。

本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种蝶式天线，其特征在于，包括：

接地板；

介质基板，设于所述接地板上；

导线贴片(1)，敷设于所述介质基板的上表面，所述导线贴片(1)包括四个辐射臂(11)，每个所述辐射臂(11)均根据三阶Hilbert分形曲线进行设置，四个所述辐射臂(11)的端部汇聚于中心点处，四个所述辐射臂(11)相对于所述中心点中心对称设置。

2.根据权利要求1所述的蝶式天线，其特征在于，所述导线贴片(1)上设有馈电点(12)。

3.根据权利要求2所述的蝶式天线，其特征在于，所述馈电点(12)设于所述中心点处。

4.根据权利要求1所述的蝶式天线，其特征在于，所述导线贴片(1)为正方形，所述导线贴片(1)的边长不大于所述介质基板的边长。

5.根据权利要求4所述的蝶式天线，其特征在于，所述介质基板为正方形，且所述介质基板的边长为15㎝。

6.根据权利要求5所述的蝶式天线，其特征在于，所述导线贴片(1)的边长与所述介质基板的边长在同一直线上。

7.根据权利要求1所述的蝶式天线，其特征在于，所述蝶式天线的厚度为1.6㎜。

8.一种天线阵列，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的蝶式天线。

9.根据权利要求8所述的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列包括多个所述蝶式天线，多个所述蝶式天线呈阵列式分布。

10.根据权利要求9所述的天线阵列，其特征在于，包括馈电网络，所述蝶式天线的馈电点(12)处设有馈电探针，所述馈电探针用于连接所述馈电网络与所述蝶式天线。

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