CN114188698A - 一种端射天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种端射天线，包括基板，基板的正反面分别设置有第一天线单元和第二天线单元，基板的正面还对称设置有与第一天线单元和第二天线单元配合的引向单元；第一天线单元包括相互耦合馈电的第一振子和第一反射地，第一反射地与外部导线连通；第二天线单元包括相互耦合馈电的第二振子和第二反射地，第二反射地与第一反射地耦合馈电；通过引向单元实现电磁波的端射，由于第一振子、第二振子、第一反射地和第二反射地均处于导电状态，反射地产生的电磁波对相应振子产生的电磁波进行相位补偿，与传统天线相比，不需要严格遵守反射地与振子之间的间距要求，从而降低振子与反射地之间的间距，缩小天线体积。

Description

一种端射天线
技术领域
本发明涉及铁路通信设备技术领域，具体涉及一种端射天线。
背景技术
八木天线以其良好的方向性得到了广泛应用，但是传统的八木天线及改进型准八木天线中均设置有振子、引向器和反射器，由于八木天线的工作原理限制，为了保证引向器的正常工作，振子和反射器之间的间距是定值(一般取0.25λ)，再加上各级引向器之间的间距造成八木天线的体积过大；
在铁路或公路隧道中，由于其内部空间有限，导致上述天线不能正常使用；而现有技术中的常用的漏缆主要能量沿电缆径向传输，在传输过程中仅在电缆周围一定范围内辐射很小的一部分能量，通信信号一般只能垂直于列车的运行方向，由此导致采用天线的通信系统在隧道内产生大量的通信盲区，因此急需一款小型的端射天线来改善隧道内的通信状况。
发明内容
针对现有技术中存在的体积过大、信号盲区多的缺陷，本发明公开了一种端射天线，本发明不但能够沿垂直隧道壁的盲区进行补盲，同时其还具有体积小巧，剖面低等优点，满足公路、铁路隧道等小空间封闭环境中的通信要求。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：
一种端射天线，其特征在于：包括基板，
所述基板的正反面分别设置有用于产生定向电磁波的第一天线单元和第二天线单元，且第一天线单元与第二天线单元之间呈对跖结构布置；所述第一天线单元与外部电源导通，第二天线单元与第一天线单元耦合馈电导通；
所述基板正面还设置有用于引导所述第一天线单元和第二天线单元产生的电磁波沿固定方向传播的引向单元。
可选的，第一天线单元包括第一反射地和第一振子，第二天线单元包括第二反射地和第二振子，且第一振子通过第一反射地与外部电源导通；所述第二振子与第二反射地耦合馈电导通，第二反射地与第一反射地耦合馈电导通。
优选的，第一反射地和第一振子交指耦合馈电相连，第二反射地和第二振子交指耦合馈电相连。
优选的，所述第一反射地上设置有至少两个第一凸块和至少两个第一插槽，所述第一凸块和所述第一插槽交替设置，所述第一振子上设置有至少两个第二凸块和至少两个第二插槽，所述第二凸块和所述第二插槽交替设置；所述第一凸块的数量和所述第二插槽的数量相等，所述第二凸块的数量和所述第一插槽的数量相等，每个所述第一凸块均分别设置在一个所述第二插槽内，每个所述第二凸块均分别设置在一个所述第一插槽内；所述第一反射地和所述第一振子之间设置有导电间隙。
优选的，所述第一反射地上，靠近所述基板中轴线的所述第一插槽的深度大于其余的所述第一插槽的深度，所述第一振子上，靠近所述基板中轴线的所述第二凸块的长度大于其余的所述第二凸块的长度。
优选的，所述第一凸块的顶部与所述第二插槽的底部之间，设置有第一空腔，所述第一空腔的宽度小于所述第一凸块的宽度。
优选的，引向单元中部设置有隔离间隙。
优选的，隔离间隙的宽度为0.05mm-1mm。
优选的，引向单元包括若干级引向器，且沿电磁波的出射方向，各级引向器的长度呈线性减小。
优选的，引向单元与第一天线单元之间还设置有开路枝节，所述开路枝节与引向单元中距离第一天线单元最近的一级引向器一体相连。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明包括基板和馈电单元，基板的正反面分别设置有第一天线单元和第二天线单元，同时在基板的正面还对称设置有与第一天线单元和第二天线单元配合以实现电磁波引向的引向单元；所述第一天线单元包括相互耦合馈电的第一振子和第一反射地，第一反射地与外部导线连通；所述第二天线单元包括相互耦合馈电的第二振子和第二反射地，第二反射地与第一反射地耦合馈电；
本发明所述天线使用时，外部电源直接连通第一反射地，第一反射地通过耦合馈电的方式分别与第一振子和第二反射地导通，同时第二振子与第二反射地耦合馈电，进而引向器将电磁波引向天线中设置有引向器的一侧，实现电磁波的端射；
其次，由于本发明的第一振子和第二振子均是通过第一反射地和第二反射地与电源间接导通，因此第一振子、第二振子、第一反射地和第二反射地均处于导电状态，第一振子与第二振子耦合形成偶极子，其中第一振子和第二振子为偶极子的两级，并在导电后都将产生电磁波；
以第一反射地为例，反射地与馈电连通后，第一反射地成为了辐射器的一部分，在第一反射地上的电流由两部分组成，包括馈电形成的电流和第一振子产生的电磁波传播过来时产生的感应电流；而传统的八木天线中，反射地作为无源振子，反射地上的电流仅仅由有源振子对其产生的感应电流组成，因此需要足够长的距离才能形成反射地所需要的波程差实现反射地的反射作用，而本申请由于反射地的电流由感应电流和馈电电流组成，馈电电流将对感应电流形成相位补偿，从而满足引向器的引向要求，因此与传统的八木天线相比，第一振子与第一反射地之间的间距不需要严格遵守相应的间距要求，采用本发明所述的技术方案能够显著降低第一振子与第一反射地之间的间距，同时不影响引向器的正常工作，进而实现天线体积的缩小；
最后，本发明通过微带天线结构制作，其能够有效减小天线的剖面高度，同时通过耦合馈电的方式实现各个天线部件之间的电路导通，其能够有效降低外部电源设备和相关天线部件占用的空间，进一步降低了设备的体积，缩小设备的物理尺寸。
2、本发明的第一反射地与第一振子，第二反射地和第二振子之间均为交指耦合馈电，一方面与传统的馈电结构相比，可以有效增大天线阻抗带宽，提高馈电结构的稳定性，进而确保设备的稳定工作。
3、本发明在引向单元中部还设置有宽度为0.05mm-1mm的隔离间隙，通过隔离间隙将引向单元分割为相对独立的两部分，由于两引向单元为对称结构，各个隔离间隙等效于多个相互独立的电容，在引向单元工作时，隔离间隙内将储存大量的电能，并在释放时补充电磁波传播过程中的能量损耗，从而提高天线增益，同时其结构简单，设备的可靠性和稳定性均能够得到有效保证。
4、本发明的引向单元包括若干级引向器，且沿电磁波的传播方向，各级引向器的长度呈线性减小，通过设置不同长度的引向器实现对不同频段电磁波的引向作用，从而实现端射。
5、本发明在引向单元还设置有开路枝节，通过开路枝节一方面能够在调节工作频率的同时缩小天线的体积，进一步推动天线的小型化；另一方面开路枝节在一定程度上通过改变电容板的面积从而改变电容值的大小，实现能量的增加，增大了天线增益。
附图说明
图1为本发明实施例所述端射天线结构示意图；
图2为本发明实施例所述端射天线顶层结构示意图；
图3为本发明实施例所述端射天线底层结构示意图；
图4为本发明实施例所述第一反射地结构示意图；
图5为本发明实施例所述第一振子结构示意图；
图6为本发明实施例所述第二反射地结构示意图；
图7为本发明实施例第二振子结构示意图。
附图标记：1、基板，2、第一天线单元，3、第二天线单元，4、引向单元，5、隔离间隙，6、开路枝节，7、导电间隙，21、第一反射地，22、第一振子，31、第二反射地，32、第二振子，41、引向器，211、第一凸块，212、第一插槽，221、第二凸块，222，第二插槽，311、第三凸块，312、第三插槽，321、第四凸块，322、第四插槽。
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。
实施方式1
参照图1到图3，本实施例提供了一种端射天线，包括基板1，所述基板1的顶面和底面分别设置有第一天线单元2和第二天线单元3，第一天线单元2包括第一振子22和第一反射地21，第二天线单元3包括第二振子32和第二反射地31，第一反射地21在竖直方向上的投影和第二反射地31在竖直方向上的投影完全重合，从而实现第一天线单元2和第二天线单元3的对跖设置；
所述第一反射地21上设置有至少两个第一凸块211和至少两个第一插槽212，所述第一凸块211和所述第一插槽212交替设置，所述第一振子22上设置有至少两个第二凸块221和至少两个第二插槽222，所述第二凸块221和所述第二插槽222交替设置；所述第一凸块211的数量和所述第二插槽222的数量相等，所述第二凸块221的数量和所述第一插槽212的数量相等，每个所述第一凸块211均分别设置在一个所述第二插槽222内，每个所述第二凸块221均分别设置在一个所述第一插槽212内；所述第一反射地21和所述第一振子22之间设置有导电间隙7。
所述第一反射地21上，靠近所述基板1中轴线的所述第一插槽212的深度大于其余的所述第一插槽212的深度，所述第一振子22上，靠近所述基板1中轴线的所述第二凸块221的长度大于其余的所述第二凸块221的长度。
所述第一凸块211的顶部与所述第二插槽222的底部之间，设置有第一空腔，所述第一空腔的宽度小于所述第一凸块211的宽度。
所述第一反射地21和所述第一振子22均设置在所述基板1的右侧。所述第二振子32和所述第二反射地31均设置在所述基板1的右侧。
所述第二反射地31上设置有至少两个第三凸块311和至少两个第三插槽312，所述第三凸块311和所述第三插槽312交替设置，所述第二振子32上设置有至少两个第四凸块321和至少两个第四插槽322，所述第四凸块321和所述第四插槽322交替设置；所述第三凸块311的数量和所述第四插槽322的数量相等，所述第四凸块321的数量和所述第三插槽312的数量相等，每个所述第三凸块311均分别设置在一个所述第四插槽322内，每个所述第四凸块321均分别设置在一个所述第三插槽312内；所述第二反射地31和所述第二振子32之间设置有导电间隙7。
所述第二反射地31上，靠近所述基板1中轴线的所述第三插槽312的深度大于其余的所述第三插槽312的深度，所述第二振子32上，靠近所述基板1中轴线的所述第四凸块321的长度大于其余的所述第四凸块321的长度。
所述第三凸块311的顶部与所述第四插槽322的底部之间，设置有第二空腔，所述第二空腔的宽度小于所述第三凸块311的宽度。
通过上述结构实现所述第一反射地21和第一振子22的交指耦合馈电相连，所述第二反射地31和第二振子32的交指耦合馈电相连；所述第一反射地21与外部供电设备直接导通；
所述基板1的正面还设置有引向单元4，引向单元4中部设置有隔离间隙5，隔离间隙5两侧的引向单元4与第一振子22和第二振子32正对，从而与第一振子22和第二振子32配合实现电磁波的引向；同时根据实际需要，所述引向单元4包括4-7级引向器，沿远离第一振子22和第二振子32的方向依次为一级引向器、二级引向器、三级引向器，并依次命名；且沿远离第一振子22和第二振子32的方向，各级所述引向器的长度呈线性缩短；根据实际需要，所述隔离间隙5的间距为0.05mm-1mm；
所述引向单元4的一级引向器上均设置有开路枝节6，开路枝节6朝向第一振子22和第二振子32一侧设置。开路枝节6与一级引向器垂直设置。
本发明所述天线使用时，外部电源直接输入第一反射地，第一反射地通过耦合馈电的方式分别与第一振子和第二反射地导通，同时第二振子与第二反射地耦合馈电，进而通过引向器实现电磁波的端射；
其次，由于本发明的第一振子和第二振子均是通过第一反射地和第二反射地与电源间接导通，因此第一振子、第二振子、第一反射地和第二反射地均处于导电状态，并在导电后都将产生电磁波，以第一振子为例，其在导电后产生的电磁波除正对第一引向单元的电磁波将被直接引导传递外，背对第一引向单元的电磁波将向第一反射地运动，其在被第一反射地反射的同时，第一反射地产生的电磁波将对其进行相位补偿，从而满足引向器的引向要求；因此与传统的八木天线相比，第一振子与第一反射地之间的间距不需要严格遵守相应的间距要求，因此采用本发明所述的技术方案能够显著降低第一振子与第一反射地之间的间距，同时不影响引向器的正常工作，进而实现天线体积的缩小；
最后，本发明一方面通过微带天线结构制作，其能够有效缩小整套天线的剖面，同时通过耦合馈电的方式实现各个天线部件之间的电路导通，其能够有效降低外部电源设备和相关天线部件占用的空间，进一步降低了设备的体积，缩小设备的结构尺寸。

Claims (10)

1.一种端射天线，其特征在于，包括基板(1)，所述基板(1)的正反面分别设置有用于产生定向电磁波的第一天线单元(2)和第二天线单元(3)，且第一天线单元(2)与第二天线单元(3)之间呈对跖结构布置；所述第一天线单元(2)与外部电源导通，第二天线单元(3)与第一天线单元(2)耦合馈电导通；
所述基板(1)正面还设置有用于引导所述第一天线单元(2)和第二天线单元(3)产生的电磁波沿固定方向传播的引向单元(4)。
2.根据权利要求1所述的一种端射天线，其特征在于，所述第一天线单元(2)包括第一反射地(21)和第一振子(22)，第二天线单元(3)包括第二反射地(31)和第二振子(32)，且第一振子(22)通过第一反射地(21)与外部电源导通；所述第二振子(32)与第二反射地(31)耦合馈电导通，第二反射地(31)与第一反射地(21)耦合馈电导通。
3.根据权利要求2所述的一种端射天线，其特征在于，所述第一反射地(21)和第一振子(22)交指耦合馈电相连，第二反射地(31)和第二振子(32)交指耦合馈电相连。
4.根据权利要求3所述的一种端射天线，其特征在于，所述第一反射地(21)上设置有至少两个第一凸块(211)和至少两个第一插槽(212)，所述第一凸块(211)和所述第一插槽(212)交替设置，所述第一振子(22)上设置有至少两个第二凸块(221)和至少两个第二插槽(222)，所述第二凸块(221)和所述第二插槽(222)交替设置；所述第一凸块(211)的数量和所述第二插槽(222)的数量相等，所述第二凸块(221)的数量和所述第一插槽(212)的数量相等，每个所述第一凸块(211)均分别设置在一个所述第二插槽(222)内，每个所述第二凸块(221)均分别设置在一个所述第一插槽(212)内；所述第一反射地(21)和所述第一振子(22)之间设置有导电间隙(7)。
5.根据权利要求4所述的一种端射天线，其特征在于，所述第一反射地(21)上，靠近所述基板(1)中轴线的所述第一插槽(212)的深度大于其余的所述第一插槽(212)的深度，所述第一振子(22)上，靠近所述基板(1)中轴线的所述第二凸块(221)的长度大于其余的所述第二凸块(221)的长度。
6.根据权利要求4所述的一种端射天线，其特征在于，所述第一凸块(211)的顶部与所述第二插槽(222)的底部之间，设置有第一空腔，所述第一空腔的宽度小于所述第一凸块(211)的宽度。
7.根据权利要求1所述的一种端射天线，其特征在于，所述引向单元(4)中部设置有隔离间隙(5)。
8.根据权利要求7所述的一种端射天线，其特征在于，所述隔离间隙(5)的宽度为0.05mm-1mm。
9.根据权利要求1所述的一种端射天线，其特征在于，所述引向单元(4)包括若干级引向器(41)，且沿电磁波的出射方向，各级引向器(41)的长度呈线性减小。
10.根据权利要求1所述的一种端射天线，其特征在于，所述引向单元(4)与第一天线单元(2)之间还设置有开路枝节(6)，所述开路枝节(6)与引向单元(4)中距离第一天线单元(2)最近的一级引向器(41)一体相连。
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