CN114824784A - 天线及组合天线 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种天线及组合天线。天线包括：壳体，在所述壳体上形成有第一端口和第二端口；馈电网络单元，所述馈电网络单元设置在所述壳体的内部，所述馈电网络单元包括连接所述第一端口与所述第二端口的波导功分器，所述波导功分器用于对由所述第一端口传输至所述第二端口的电磁波进行分流，或对由所述第二端口传输至所述第一端口的电磁波进行合流；辐射单元，所述辐射单元包括设置在所述壳体上且靠近所述第二端口的辐射体。本公开实施例的天线也具有低损耗和适用于大功率传输等优点。另外，本公开实施例的天线在结构上较为简单，因此，有利于减小天线的整体体积，从而适应天线的小型化设计需求。

Description

天线及组合天线

技术领域

本公开涉及通信技术领域，特别是涉及一种天线及组合天线。

背景技术

随着电子设备越做越小，对与电子设备相匹配的天线也提出了小型化的设计需求。在相关技术中，由于微带馈电网络结构具有成本低廉、体积小等优点，因而，在面对小型化的使用需求时，应用较多的是采用微带馈电网络结构的天线。然而，采用微带馈电网络结构的天线也存在着最大传输功率较小和插入损耗较大等缺陷。因此，亟需一种能够满足大功率传输需要并且体积相对较小的天线。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种天线及组合天线，用以解决现有天线难以同时满足大功率传输和体积相对较小的使用要求的问题。具体技术方案如下：

本公开第一方面的实施例提出了一种天线，包括：壳体，在所述壳体上形成有第一端口和第二端口；馈电网络单元，所述馈电网络单元设置在所述壳体的内部，所述馈电网络单元包括连接所述第一端口与所述第二端口的波导功分器，所述波导功分器用于对由所述第一端口传输至所述第二端口的电磁波进行分流，或对由所述第二端口传输至所述第一端口的电磁波进行合流；辐射单元，所述辐射单元包括设置在所述壳体上且靠近所述第二端口的辐射体。

根据本公开实施例的天线，其包括馈电网络单元和辐射单元，其中的辐射单元进一步包括波导功分器。天线可以作为发射天线、接收天线或同时具备发射和接收功能的天线来使用。当天线作为发射天线使用时，壳体上的第一端口为信号输入口，第二端口为信号输出口，在这种情况下，由第一端口输入的电磁波经过波导功分器进行分流处理后，通过第二端口传递至辐射单元，再由辐射单元的辐射体辐射至自由空间。当天线作为接收天线使用时，壳体上的第二端口为信号输入口，第一端口为信号输出口，在这种情况下，辐射单元的辐射体接收自由空间的电磁波并将电磁波导入第二端口，电磁波进入第二端口后经过波导功分器进行合流处理后，通过第一端口输出。本公开实施例的天线以波导功分器来构建馈电网络，而波导功分器自身具有低损耗、适用于大功率传输等特点，因此，本公开实施例的天线也具有低损耗和适用于大功率传输等优点。另外，本公开实施例的天线在结构上较为简单，因此，有利于减小天线的整体体积，从而适应天线的小型化设计需求。

在本公开的一些实施例中，所述波导功分器包括至少一级波导功分结构，每级所述波导功分结构包括一个输入段和两个输出段，第一级所述波导功分结构的输入段与所述第一端口连接，除第一级以外的其它级所述波导功分结构的输入段与前一级所述波导功分结构的输出段连接，最末一级所述波导功分结构的输出段与所述第二端口连接。

在本公开的一些实施例中，每级所述波导功分结构的所述输入段包括沿所述电磁波的传输方向依次布置的第一部段和与第二部段，所述第二部段的直径小于所述第一部段的直径。

在本公开的一些实施例中，每级所述波导功分结构还包括尖楔体，所述尖楔体设置在两个所述输出段之间且与所述输入段相对。

在本公开的一些实施例中，所述尖楔体的长度为所述天线的最小设计工作频率所对应的波长的0.05至0.6倍，所述输入段的长度为所述天线的最小设计工作频率所对应的波长的0.15至0.6倍。

在本公开的一些实施例中，所述辐射单元还包括扼流部，所述扼流部设置在所述壳体的形成有第二端口的一端。

在本公开的一些实施例中，所述壳体包括彼此连接的第一壳部和第二壳部，在所述第一壳部的朝向所述第二壳部的一侧形成有凹槽，所述凹槽和所述第二壳部共同限定出所述波导功分器。

在本公开的一些实施例中，在所述第一壳部和所述第二壳部中的一个上设置有定位凸起，在所述第一壳部和所述第二壳部中的另一个上设置有与所述定位凸起相适配的定位槽。

本公开第二方面的实施例提出了一种组合天线，包括安装架和多个设置在所述安装架上的天线，所述天线为上述任一实施例中的天线。

根据本公开实施例的组合天线，作为其组成单元的天线包括馈电网络单元和辐射单元，其中的辐射单元进一步包括波导功分器。天线可以作为发射天线、接收天线或同时具备发射和接收功能的天线来使用。当天线作为发射天线使用时，壳体上的第一端口为信号输入口，第二端口为信号输出口，在这种情况下，由第一端口输入的电磁波经过波导功分器进行分流处理后，通过第二端口传递至辐射单元，再由辐射单元的辐射体辐射至自由空间。当天线作为接收天线使用时，壳体上的第二端口为信号输入口，第一端口为信号输出口，在这种情况下，辐射单元的辐射体接收自由空间的电磁波并将电磁波导入第二端口，电磁波进入第二端口后经过波导功分器进行合流处理后，通过第一端口输出。天线以波导功分器来构建馈电网络，而波导功分器自身具有低损耗、适用于大功率传输等特点，因此，本公开实施例的天线也具有低损耗和适用于大功率传输等优点。另外，本公开实施例的天线在结构上较为简单，因此，有利于减小天线的整体体积，从而适应天线的小型化设计需求。基于天线的上述优点，本公开实施例的组合天线也具有低损耗、适用于大功率传输、体积相对较小等优点。

在本公开的一些实施例中，一部分所述天线的所述辐射体为水平极化辐射体，另一部分所述天线的所述辐射体为垂直极化辐射体。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本公开实施例的组合天线的结构示意图；

图2为本公开一种实施例的天线的结构示意图(水平极化天线)；

图3为本公开一种实施例的天线的分解示意图；

图4为本公开一种实施例的天线的壳体的第二部段的结构示意图；

图5为本公开一种实施例的天线的波导功分器的示意图；

图6为本公开一种实施例的另天线的结构示意图(垂直极化天线)；

图7为本公开另一种实施例的天线的分解示意图；

图8为本公开另一种实施例的天线的壳体的第二部段的结构示意图；

图9为本公开另一种实施例的天线的波导功分器的示意图；

图10为本公开一种实施例的天线在设置有连接器时的结构示意图(水平极化天线)；

图11为本公开另一种实施例的天线在设置有连接器时的结构示意图(垂直极化天线)。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1至图3以及图6、图7至所示，本公开第一方面的实施例提出了一种天线100，天线100包括壳体110、馈电网络单元120和辐射单元130。具体地，在壳体110上形成有第一端口111和第二端口112，馈电网络单元120设置在壳体110的内部，馈电网络单元120包括连接第一端口111与第二端口112的波导功分器121，波导功分器121用于对由第一端口111传输至第二端口112的电磁波进行分流，或对由第二端口112传输至第一端口111的电磁波进行合流，辐射单元130包括设置在壳体110上且靠近第二端口112的辐射体。

根据本公开实施例的天线100，其包括馈电网络单元120和辐射单元130，其中的辐射单元130进一步包括波导功分器121。天线100可以作为发射天线、接收天线或同时具备发射和接收功能的天线来使用。当天线100作为发射天线使用时，壳体110上的第一端口111为信号输入口，第二端口112为信号输出口，在这种情况下，由第一端口111输入的电磁波经过波导功分器121进行分流处理后，通过第二端口112传递至辐射单元130，再由辐射单元130的辐射体辐射至自由空间。当天线100作为接收天线使用时，壳体110上的第二端口112为信号输入口，第一端口111为信号输出口，在这种情况下，辐射单元130的辐射体接收自由空间的电磁波并将电磁波导入第二端口112，电磁波进入第二端口112后经过波导功分器121进行合流处理后，通过第一端口111输出。本公开实施例的天线100以波导功分器121来构建馈电网络，而波导功分器121自身具有低损耗、适用于大功率传输等特点，因此，本公开实施例的天线100也具有低损耗和适用于大功率传输等优点。另外，本公开实施例的天线100在结构上较为简单，因此，有利于减小天线100的整体体积，从而适应天线的小型化设计需求。

在本公开的一些实施例中，辐射体可以是水平极化辐射体131(请参考图2)或垂直极化辐射体132(请参考图6)。在辐射体是水平极化辐射体131的情况下，天线100为水平极化天线100；在辐射体是垂直极化辐射体132的情况下，天线100为垂直极化天线100。也就是说，根据所采用的辐射体的种类的不同，天线100可以作为水平极化天线100或垂直极化天线100来使用。

另外，天线100的辐射方向图的角度也可以通过辐射体进行控制，即通过对辐射体的相关参数(例如宽度、高度和倾角等)进行调整，可以对天线100的辐射方向图的角度进行改变。例如，经过对辐射体的相关参数进行调整，可以较为轻松地使水平方向图的3dB波瓣宽度达到90°、75°、45°、30°或其它角度。

在本公开的一些实施例中，如图3、图5以及图7、图9所示，波导功分器121包括至少一级波导功分结构1211，每级波导功分结构1211包括一个输入段12111和两个输出段12112，第一级波导功分结构1211的输入段12111与第一端口111连接，除第一级以外的其它级波导功分结构1211的输入段12111与前一级波导功分结构1211的输出段12112连接，最末一级波导功分结构1211的输出段12112与第二端口连接112。本实施例中的每级波导功分结构1211都具有将电磁波一分为二的分流作用。可以理解的是，波导功分结构1211的级数可以根据对电磁波的预期分流数进行设置，当波导功分结构1211仅有一级时，可以实现将电磁波分流成两路，当波导功分结构1211有两级时，可以将电磁波分流成四路，当波导功分结构1211有三级时，可以将电磁波分流成八路，以此类推。

在本公开的一些实施例中，每级波导功分结构1211的输入段12111包括沿电磁波的传输方向依次布置的第一部段和与第二部段，第二部段的直径小于第一部段的直径，由此，使得输入段12111在第二部段和第一部段的连接位置形成阻抗阶梯，阻抗阶梯用于实现天线100的阻抗匹配。

进一步地，每级波导功分结构1211还包括尖楔体12113，尖楔体12113设置在两个输出段12112之间且与输入段12111相对。利用尖楔体12113对电磁波进行辅助分流，有利于提高两个输出段12112之间的隔离度，另外，采用尖楔体12113可以最大程度地减小对电磁波的能量反射，从而避免造成电磁波的能量损耗。在本公开实施例中，在尖楔体12113和阻抗阶梯的协同作用下，可以改善波导功分器121的电压驻波比。在一个具体的示例中，尖楔体12113的长度为天线100的最小设计工作频率所对应的波长的0.05至0.6倍，输入段12111的长度为天线100的最小设计工作频率所对应的波长的0.15至0.6倍。经测试验证，在满足上述数值范围的情况下，可以保证波导功分器121的输入端与输出端之间的电压驻波比小于1.15。另外，经验证，在波导功分器121的电压驻波比小于1.15的情况下，其带宽可达24％。另外，波导功分器121的各弯折部位可以利用圆弧结构进行过渡，具体地，圆弧结构的半径可以大于或等于最小设计工作频率所对应的波长的0.05倍，由此，可以进一步使波导功分结构1211的输出段12112到下一级波导功分结构1211之间的电压驻波比降至1.04以下。

在本公开的一些实施例中，波导功分器121的材料为金属材料，例如金、银、铜、铁、铝、钢或者合金材料等。

在本公开的一些实施例中，辐射单元130还包括扼流部133，扼流部133设置在壳体110的形成有第二端口112的一端。扼流部133的作用是能够调整天线100的辐射方向图的角度并提高前后比。进一步地，扼流部133的数量可以是两个，两个扼流部133可以设置在第二端口112的两侧。具体地，扼流部133可以包括多个平行设置的扼流槽1331，扼流槽1331的数量越多，天线100的辐射方向图的前后比越好。经过测试验证，当扼流部133包括五个平行设置的扼流槽1331时，天线100的辐射方向图的前后比可以提高13dB左右。

在本公开的一些实施例中，扼流槽1331的深度为最小设计工作频率所对应的波长的0.1至1倍，经过多次测试验证，扼流槽1331的深度在上述范围内，可以保证扼流槽1331具有明显的提高天线100的辐射方向图的前后比的效果。

在本公开的一些实施例中，如图3、图4以及图7、图8所示，壳体110包括彼此连接的第一壳部115和第二壳部116，在第一壳部115的朝向第二壳部116的一侧形成有凹槽，凹槽和第二壳部116共同限定出波导功分器121。其中，第一壳部115和第二壳部116之间可以例如通过螺钉连接、焊接等方式固定在一起。本公开实施例中的第一壳部115和第二壳部116可以分别加工成型，再进一步组合在一起，这样，使得波导功分器121便于加工制造，也有利于提高波导功分器121的加工精度，进而可以保证波导功分器121的工作效果。

在一个具体的示例中，在第一壳部115上设置有定位凸起117，在第二壳部116上设置有与定位凸起117相适配的定位槽118，在对第一壳部115和第二壳部116进行组装的过程中，可以先利用定位凸起117和定位槽118之间的配合，使第一壳部115和第二壳部116对齐并靠紧，之后再对第一壳部115和第二壳部116进行上紧螺钉或焊接等操作。这样，可以减小第一壳部115和第二壳部116之间组装过程中的位置误差，从而保证波导功分器121的成型精度。在其它一些具体的示例中，也可以在第二壳部116上设置定位凸起117，在第一壳部115上设置与定位凸起117相适配的定位槽118，也就是说，定位凸起117和定位槽118的位置可以互换。

在本公开的一些实施例中，如图10、图11所示，天线100还包括与壳体110连接的连接器140，连接器140可以例如为同轴波导连接器、微带波导连接器、圆形波导连接器等，只要满足波导传输模式要求即可。

本公开第二方面的实施例提出了一种组合天线10，该组合天线包括安装架200和多个设置在安装架200上的天线100，天线100为上述任一实施例中的天线100。

根据本公开实施例的组合天线10，作为其组成单元的天线100包括馈电网络单元120和辐射单元130，其中的辐射单元130进一步包括波导功分器121。天线100可以作为发射天线、接收天线或同时具备发射和接收功能的天线来使用。当天线100作为发射天线使用时，壳体110上的第一端口111为信号输入口，第二端口112为信号输出口，在这种情况下，由第一端口111输入的电磁波经过波导功分器121进行分流处理后，通过第二端口112传递至辐射单元130，再由辐射单元130的辐射体辐射至自由空间。当天线100作为接收天线使用时，壳体110上的第二端口112为信号输入口，第一端口111为信号输出口，在这种情况下，辐射单元130的辐射体接收自由空间的电磁波并将电磁波导入第二端口112，电磁波进入第二端口112后经过波导功分器121进行合流处理后，通过第一端口111输出。天线100以波导功分器121来构建馈电网络，而波导功分器121自身具有低损耗、适用于大功率传输等特点，因此，本公开实施例的天线100也具有低损耗和适用于大功率传输等优点。另外，本公开实施例的天线100在结构上较为简单，因此，有利于减小天线100的整体体积，从而适应天线的小型化设计需求。基于天线100的上述优点，本公开实施例的组合天线10也具有低损耗、适用于大功率传输、体积相对较小等优点。

进一步地，可以在安装架200上设置多个安装口，每一个天线100对应地安装在一个安装口处。另外，天线100和安装架200之间可以通过螺栓进行连接，不仅连接稳固，也便于后期拆卸下来进行维修或者更换。

在本公开的一些实施例中，在设置于安装架200上的多个天线100中，一部分天线100的辐射体为水平极化辐射体131，另一部分天线100的辐射体为垂直极化辐射体132。也就是说，一部分天线100为水平极化天线100，而另一部分天线100为垂直极化天线100。具体地，组合天线10中的天线100可以以分组的方式进行布置，即一个水平极化天线100和一个垂直极化天线100可以成为一个天线100组，这样，一个天线100组即形成一个双极化天线100。

在本申请的其它一些实施例中，设置于安装架200上的天线100也可以全部为水平极化天线100或者全部为垂直极化天线100，具体可以根据使用需求进行设置。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本公开的较佳实施例，并非用于限定本公开的保护范围。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本公开的保护范围内。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，包括：

壳体，在所述壳体上形成有第一端口和第二端口；

馈电网络单元，所述馈电网络单元设置在所述壳体的内部，所述馈电网络单元包括连接所述第一端口与所述第二端口的波导功分器，所述波导功分器用于对由所述第一端口传输至所述第二端口的电磁波进行分流，或对由所述第二端口传输至所述第一端口的电磁波进行合流；

辐射单元，所述辐射单元包括设置在所述壳体上且靠近所述第二端口的辐射体。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述波导功分器包括至少一级波导功分结构，每级所述波导功分结构包括一个输入段和两个输出段，第一级所述波导功分结构的输入段与所述第一端口连接，除第一级以外的其它级所述波导功分结构的输入段与前一级所述波导功分结构的输出段连接，最末一级所述波导功分结构的输出段与所述第二端口连接。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，每级所述波导功分结构的所述输入段包括沿所述电磁波的传输方向依次布置的第一部段和与第二部段，所述第二部段的直径小于所述第一部段的直径。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，每级所述波导功分结构还包括尖楔体，所述尖楔体设置在两个所述输出段之间且与所述输入段相对。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述尖楔体的长度为所述天线的最小设计工作频率所对应的波长的0.05至0.6倍，所述输入段的长度为所述天线的最小设计工作频率所对应的波长的0.15至0.6倍。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射单元还包括扼流部，所述扼流部设置在所述壳体的形成有第二端口的一端。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述壳体包括彼此连接的第一壳部和第二壳部，在所述第一壳部的朝向所述第二壳部的一侧形成有凹槽，所述凹槽和所述第二壳部共同限定出所述波导功分器。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，在所述第一壳部和所述第二壳部中的一个上设置有定位凸起，在所述第一壳部和所述第二壳部中的另一个上设置有与所述定位凸起相适配的定位槽。

9.一种组合天线，其特征在于，包括安装架和多个设置在所述安装架上的天线，所述天线为根据权利要求1至8中任一项所述的天线。

10.根据权利要求9所述的组合天线，其特征在于，一部分所述天线的所述辐射体为水平极化辐射体，另一部分所述天线的所述辐射体为垂直极化辐射体。

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