CN116315594A - 一种用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线 - Google Patents

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吴祖兴
汤浩戈
杨歆汨
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Abstract

本发明公开了一种用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线，包括测向天线阵、支撑结构和馈电结构，测向天线阵安装在支撑结构上，所述测向天线阵包括数个天线单元，每个天线单元包括圆台形介质基板以及贴附于圆台形介质基板上侧的矩形微带贴片和贴附于圆台形介质基板下侧的接地金属板，各个天线单元的矩形微带贴片间隔均匀地贴附在圆台形介质基板的侧面外侧上，每个矩形微带贴片周围的圆台形介质基板上加工有数个通孔，且每个矩形微带贴片上刻蚀有矩形辐射贴片，所述圆台形接地金属板贴附于圆台形介质基板的侧面内侧。本发明通过一个天线阵就可以实现对无人机360°测向及定位，且结构简单紧凑，体积小，成本低、易于加工和装配。

Description

一种用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线
技术领域
本发明涉及微带天线技术领域，具体涉及一种用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线。
背景技术
无人机属于低小慢目标，其飞行高度相对比较低、体积小、速度慢，为了对无人机进行有效的监测，现有技术所采用的天线阵列通常体积比较庞大，天线剖面高度高，同时，为实现多频段的测向，通常需要安装多组天线阵列，导致测向天线阵整体所占的空间体积较大、加工难度大、生产和安装成本高、不方便搬运和安装。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种能覆盖360°测向范围且结构简单、体积小、成本低、易于加工和装配的用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线，包括测向天线阵、支撑结构和馈电结构，测向天线阵安装在支撑结构上，所述测向天线阵包括数个天线单元，每个天线单元包括介质基板以及贴附于介质基板上侧的矩形微带贴片和贴附于介质基板下侧的接地金属板，所述介质基板和接地金属板均呈圆台形，各个天线单元的矩形微带贴片间隔均匀地贴附在圆台形介质基板的侧面外侧上，每个矩形微带贴片周围的圆台形介质基板上加工有数个通孔，且每个矩形微带贴片上刻蚀有矩形辐射贴片，所述圆台形接地金属板贴附于圆台形介质基板的侧面内侧。
进一步地，所述矩形辐射贴片上加工有与矩形辐射贴片宽边平行的两条缝隙，两条缝隙分别靠近矩形辐射贴片的上、下宽边并相对于矩形辐射贴片长边中心线对称。
更进一步地，两条缝隙之间的距离为矩形辐射贴片长度的2/3倍。
进一步地，所述馈电结构由安装在各个天线单元上的同轴探针馈电结构构成，同轴探针馈电结构的内导体与矩形辐射贴片电性连接，同轴探针馈电结构的外导体与圆台形接地金属板电性连接。
进一步地，所述支撑结构包括圆台形支撑体和圆柱形支撑体，圆台形支撑体套接在圆台形接地金属板内侧，其下端与圆柱形支撑体连接。
本发明具有如下效果：
(1)通过将天线阵各天线单元间隔均匀地安装在同一圆台形介质基板上形成环向分布，能够覆盖360°的测向范围，从而使得通过一个天线阵就可以实现对无人机进行360°测向及定位；
(2)所采用的圆台形介质基板由绝缘塑料制成，重量轻，加工简单，可以很方便地与路灯灯罩等共形，无需专门的运载平台，不额外占用公共空间，能够很好地与环境融合，具有很强的隐蔽性；
(3)结构简单紧凑，体积小，成本低、易于加工和装配。
附图说明
图1为本发明实施例1的主视图。
图2为本发明实施例1的爆炸图。
图3为本发明实施例1的反射系数仿真结果图。
图4为本发明实施例1的传输系数仿真结果图。
图5为本发明实施例1中单个天线单元在低频段中心谐振频率2.4GHz处的xoy面辐射方向图。
图6为本发明实施例1中单个天线单元在高频段中心谐振频率5.8GHz处的xoy面辐射方向图。
图中标记：1、矩形微带贴片；11、矩形辐射贴片；111、缝隙；2、圆台形介质基板；21、通孔；3、圆台形接地金属板；4、支撑结构；41、圆台形支撑体；42、圆柱形支撑体。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示，本实施例提供的用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线包括测向天线阵、支撑结构和馈电结构，测向天线阵安装在支撑结构4上，所述测向天线阵包括6个天线单元，每个天线单元包括圆台形介质基板2以及粘贴于圆台形介质基板2上侧的矩形微带贴片1和粘贴于圆台形介质基板2下侧的圆台形接地金属板3，各个天线单元的矩形微带贴片1间隔均匀地粘贴在同一个圆台形介质基板2的侧面外侧上，相邻两个天线单元中心线之间的夹角为60度，每个矩形微带贴片1周围的圆台形介质基板2上加工有数个通孔21，通孔21可降低各天线单元之间的耦合。每个矩形微带贴片1上刻蚀有矩形辐射贴片11，矩形辐射贴片11上加工有与矩形辐射贴片11宽边平行的两条缝隙111，以实现双频带定向辐射特性，两条缝隙111分别靠近矩形辐射贴片11的上、下宽边并相对于矩形辐射贴片11长边中心线对称,两条缝隙之间的距离为矩形辐射贴片长度的2/3倍。所述圆台形接地金属板3粘贴于圆台形介质基板2的侧面内侧。
所述馈电结构由安装在各个天线单元上的同轴探针馈电结构构成，同轴探针馈电结构的内导体与矩形辐射贴片11电性连接，外导体穿过圆台形接地金属板3和圆台形介质基板2与圆台形接地金属板3电性连接。
本实施例中，支撑结构4包括圆台形支撑体41和圆柱形支撑体42，圆台形支撑体41套接在圆台形接地金属板3内侧，其下端固定在圆柱形支撑体42上，为了减轻重量，圆台形支撑体41加工了多个圆孔。实际使用时，圆柱形支撑体42可以作为灯杆，圆台形介质基板2可作为灯罩，灯安装在圆台形介质基板2内，具有很好的伪装效果。当然，支撑结构4根据使用的场景不同，也可为其它结构。
本实施例中，矩形微带贴片1和圆台形接地金属板3采用柔性覆铜板，柔性覆铜板的基片材料采用相对介电常数为3.5，损耗角正切为0.001的聚酰亚胺(PI)。矩形微带贴片1的长度为38.4mm，宽度为27mm，厚度为0.165mm。矩形辐射贴片11的长度为31.8mm，宽度为16.2mm，厚度为0.035mm，缝隙111的长度为16.2mm，宽度为1.2mm。圆台形介质基板2的材料采用的是相对介电常数为2.87,损耗角正切为0.001的未来8000树脂，圆台形介质基板2的上端口半径(外径)为55mm，下端口半径(外径)为110mm，整体高度为78.6mm，壁厚为6.5mm，圆台形介质基板2上的通孔21的半径为1.9mm，通孔中心间距为4.4mm，最靠近矩形微带贴片1的通孔21的中心与矩形微带贴片1边缘的距离为7.7mm。圆台形接地金属板3的上端口半径(外径)为49.46mm，下端口半径(外径)为104.46mm，整体高度为78.6mm，壁厚为0.13mm。
本发明矩形微带贴片圆环阵天线使用时，各天线单元利用在矩形辐射贴片11上的缝隙结构实现双频带定向辐射特性，配合同轴探针馈电结构实现双频带阻抗匹配。各天线单元之间互耦很弱(-20dB以下)，可确保各天线单元能独立接收空间来波，并根据不同的来波方向在各天线单元的输出端口(即馈电端口)获得不同的接收信号幅度和相位关系，馈电端口连接的信道模块可据此推测出来波方向。
如图3-图6所示，利用仿真软件对实施例1各天线单元的反射系数频响曲线、每个单元与其它5个单元间的互耦系数、天线单元在2.4GHz和5.8GHz频率处在xoy面的辐射方向图进行了仿真。
图3为实施例1中天线单元的反射系数频响曲线。天线单元在所需的两个频段内反射系数都在-10dB以下，阻抗匹配特性良好；图4是实施例1中每个天线单元与其它5个天线单元间的互耦系数频响曲线，从4中可看出5条耦合系数曲线在整个仿真频段内都低于-20dB；图5、图6是天线单元在2.4GHz和5.8GHz频率处在xoy面的辐射方向图，从图中可看出天线在2.4GHz处和5.8GHz处的最大增益均大于3dB。
以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线，包括测向天线阵、支撑结构(4)和馈电结构，测向天线阵安装在支撑结构(4)上，所述测向天线阵包括数个天线单元，每个天线单元包括介质基板以及贴附于介质基板上侧的矩形微带贴片(1)和贴附于介质基板下侧的接地金属板，其特征在于：所述介质基板和接地金属板均呈圆台形，各个天线单元的矩形微带贴片(1)间隔均匀地贴附在圆台形介质基板(2)的侧面外侧上，每个矩形微带贴片(1)周围的圆台形介质基板(2)上加工有数个通孔(21)，且每个矩形微带贴片(1)上刻蚀有矩形辐射贴片(11)，所述圆台形接地金属板(3)贴附于圆台形介质基板(2)的侧面内侧。
2.根据权利要求1所述的用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线，其特征在于：所述矩形辐射贴片(11)上加工有与矩形辐射贴片宽边平行的两条缝隙(111)，两条缝隙(111)分别靠近矩形辐射贴片(11)的上、下宽边并相对于矩形辐射贴片(11)长边中心线对称。
3.根据权利要求2所述的用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线，其特征在于：两条缝隙(111)之间的距离为矩形辐射贴片(11)长度的2/3倍。
4.根据权利要求1所述的用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线，其特征在于：所述馈电结构由安装在各个天线单元上的同轴探针馈电结构构成，同轴探针馈电结构的内导体与矩形辐射贴片(11)电性连接，同轴探针馈电结构的外导体与圆台形接地金属板(3)电性连接。
5.根据权利要求1所述的用于无人机监测的矩形微带贴片圆环阵天线，其特征在于：所述支撑结构(4)包括圆台形支撑体(41)和圆柱形支撑体(42)，圆台形支撑体(41)套接在圆台形接地金属板(3)内侧，其下端与圆柱形支撑体(42)连接。
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