CN116937143B - 一种可重构的小型化ais全向天线 - Google Patents

一种可重构的小型化ais全向天线 Download PDF

Info

Publication number
CN116937143B
CN116937143B CN202311208154.5A CN202311208154A CN116937143B CN 116937143 B CN116937143 B CN 116937143B CN 202311208154 A CN202311208154 A CN 202311208154A CN 116937143 B CN116937143 B CN 116937143B
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
reconfigurable
base plate
ais
miniaturized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202311208154.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116937143A (zh
Inventor
董元旦
程洋
安建光
王刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Pinnacle Microwave Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Pinnacle Microwave Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Pinnacle Microwave Co Ltd filed Critical Chengdu Pinnacle Microwave Co Ltd
Priority to CN202311208154.5A priority Critical patent/CN116937143B/zh
Publication of CN116937143A publication Critical patent/CN116937143A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116937143B publication Critical patent/CN116937143B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/34—Adaptation for use in or on ships, submarines, buoys or torpedoes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them

Abstract

本发明公开了一种可重构的小型化AIS全向天线，涉及AIS天线技术领域。该AIS全向天线包括天线底板和固定在所述天线底板上的天线基板；所述天线基板上设置天线主体、与所述天线主体邻接的第一寄生单元、以及第二寄生单元；所述第一寄生单元通过第一短路点与天线底板短路连接；所述第二寄生单元通过可重构短路点与天线底板短路或开路连接，以调节等效地面上的电流路径等效长度。本发明通过可重构短路点将第二寄生单元与天线底板短路或开路连接，可以调节等效地面上的电流路径等效长度，使得天线在不同地面尺寸的情况下都保证覆盖工作带宽。

Description

一种可重构的小型化AIS全向天线
技术领域
本发明涉及AIS天线技术领域，具体涉及一种可重构的小型化AIS全向天线。
背景技术
AIS天线是一种用于自动识别系统（AIS）的专用天线，它被广泛应用于船舶上，用于接收和发送AIS信号。AIS系统是一种基于无线电技术的船舶识别和定位系统，能够帮助船舶在海上进行有效的通信和避免碰撞。AIS系统广泛应用于：船舶间的交通管制和协调，通过AIS信号，船舶可以了解周围其他船舶的位置、航向和速度等信息，从而避免碰撞和交通混乱；船舶的实时监控和追踪，AIS信号可以被陆地上的监控系统接收，从而实时监控和追踪船舶的位置和状态；海上安全和应急救援：AIS信号可以帮助应急救援机构快速定位事故船只的位置和状态，从而提高救援效率和成功率。
AIS天线的常见结构包括：
1.全向天线：全向天线包括单极子，偶极子，倒F天线，这类天线结构简单、成本低廉，但需要很大的地面尺寸，地面尺寸较小时容易受到地面非平衡感应电流的影响，导致天线谐振频率和方向图改变。
2.定向天线：包括贴片天线等，是一种小型化的AIS天线结构，通常采用PCB制造工艺，可以直接贴在船体上，减少了安装的难度和成本。这种天线结构灵敏度较高，但受制于天线尺寸和船体遮挡等因素，信号覆盖范围有限。
3.阵列天线：阵列天线是一种多个天线元件组成的天线结构，可以通过组合和控制天线元件的相位和幅度，实现对信号的可控制和定向增益。这种天线结构灵敏度和覆盖范围都比较优秀，但成本较高，安装和维护也较为复杂。
而特别针对全向AIS天线，偶极子天线，单极子天线和倒F天线都会受到周围环境的影响，特别是地面的影响。在地面附近使用偶极子天线、单极子天线和倒F天线时，地面会对天线的阻抗匹配和辐射性能产生影响，从而导致信号的损失和衰减，一般需要很大的地面降低非平衡电流来减少失配。偶极子天线和单极子天线的长度一般为半波长和四份之一波长，空间占用较大，在使用空间较小时很难缩小尺寸。偶极子馈电一般需要差分馈电，需要将单端的信号转换为差分信号，增加额外的器件和成本。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种可重构的小型化AIS全向天线。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种可重构的小型化AIS全向天线，包括：
天线底板和固定在所述天线底板上的天线基板；
所述天线基板上设置天线主体、与所述天线主体邻接的第一寄生单元、以及第二寄生单元；所述第一寄生单元通过第一短路点与天线底板短路连接；所述第二寄生单元通过可重构短路点与天线底板短路或开路连接，以调节等效地面上的电流路径等效长度。
进一步地，所述天线主体采用IFA结构。
进一步地，所述天线主体通过第二短路点与天线底板短路连接。
进一步地，所述天线主体通过馈电点与同轴馈电线的接头内芯连接，所述同轴馈电线的接头外壳与天线底板连接。
进一步地，所述天线底板上设置第一连接块，所述第一连接块的侧面分别设置接头孔和可重构短路点。
进一步地，所述可重构短路点采用PIN二极管或金属螺丝切换可重构状态。
进一步地，所述天线底板上设置第二连接块，所述第二连接块的侧面分别设置多个接头孔和第二短路点。
进一步地，所述天线底板上设置第三连接块，所述第三连接块的侧面分别设置接头孔和第一短路点。
进一步地，所述天线底板上分别设置多个底板固定孔。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过在天线主体邻接位置设置第一寄生单元，并将第一寄生单元与天线底板短路，可以增大天线主体与地面之间的耦合，从而进一步减小天线尺寸，实现天线小型化，天线尺寸为：0.124×0.04×0.183λ3。
（2）本发明通过可重构短路点将第二寄生单元与天线底板短路或开路连接，可以调节等效地面上的电流路径等效长度，使得天线在不同地面尺寸的情况下都保证覆盖工作带宽，实现了小型化垂直极化全向天线对地面的不敏感特性。
（3）天线中状态的可重构通过是否使用金属螺丝固定来实现切换的，也可以使用PIN二极管实现电控，使天线控制更加方便。
附图说明
图1为本发明中一种可重构的小型化AIS全向天线的结构示意图；
图2为本发明中天线底板的俯视结构图；
图3为本发明通过软件分析得到的AIS天线在可重构短路点短路时不同地面尺寸的驻波比示意图；
图4为本发明通过软件分析得到的AIS天线在可重构短路点开路时不同地面尺寸的驻波比示意图；
图5为本发明通过软件分析得到的AIS天线在只有底板和1m×1m大的金属地上的驻波比示意图；
图6为本发明通过软件分析得到的AIS天线在1m×1m大的金属地上时水平面方向图；
图7为本发明通过软件分析得到的AIS天线在1m×1m大的金属地上时俯仰面方向图。
其中附图标记为：
1、天线主体，2、第二寄生单元，3、可重构短路点，4、第二短路点，5、馈电点，6、第一短路点，7、第一寄生单元，8、天线基板，9、天线底板，10、底板固定孔，11、接头孔，12、第一连接块，13、第二连接块，14、第三连接块，15、基板固定孔。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本发明实施例提供了一种可重构的小型化AIS全向天线，包括：
天线底板9和固定在所述天线底板9上的天线基板8；
所述天线基板8上设置天线主体1、与所述天线主体1邻接的第一寄生单元7、以及第二寄生单元2；所述第一寄生单元7通过第一短路点6与天线底板9短路连接；所述第二寄生单元2通过可重构短路点3与天线底板9短路或开路连接，以调节等效地面上的电流路径等效长度。
本发明针对全向垂直极化的AIS天线，为了解决目前小型化全向AIS天线受地面影响很大，不同地面尺寸的系统需要天线单独调谐，极大的增加了系统成本和设计时间的问题，提出了一种可重构的小型化AIS全向天线，设置有一个可选择是否短路的第二寄生单元2，在地面较小时，将第二寄生单元2短路可以使天线工作频段在161-163MHz（AIS天线工作频段）；当地面尺寸较大时，将第二寄生单元2开路可以使天线工作频段在161-163MHz。这两种状态组合起来，可以使AIS天线在地面尺寸为250mm×250mm到无穷大时工作频段都覆盖161-163MHz，从而实现在不同地面尺寸的情况下，都无需重新设计天线结构，只需要切换第二寄生单元2的短路状态即可使工作带宽稳定，实现了小型化垂直极化全向天线对地面的不敏感特性。
在本发明的一个可选实施例中，本实施例的天线主体1采用IFA（Inverted-Fantenna）结构，IFA结构包括一个短路点，即第二短路点4，通过第二短路点4将天线主体1与天线底板9进行短路连接，从而可以调整天线主体1的阻抗，实现更好的阻抗匹配。
本实施例的天线主体1上还设置一个馈电点5，通过馈电点5将天线主体1与穿过接头孔11的同轴馈电线的接头内芯进行连接，并且同轴馈电线的接头外壳与天线底板9连接，从而实现对天线主体1进行同轴馈电。
在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，本实施例的天线底板9上分别设置有三个凸起的连接块，具体包括第一连接块12、第二连接块13和第三连接块14，通过将天线基板8贴靠在凸起的三个连接块上，实现天线底板9与天线基板8之间进行固定连接。
本实施例在天线底板9上设置的第一连接块12的侧面分别设置基板固定孔15和可重构短路点3；基板固定孔15与天线基板8上的对应固定孔相匹配，并通过螺丝固定；可重构短路点3用于对第二寄生单元2与天线底板9短路或开路连接状态采用可重构方式进行切换。
本实施例在天线底板9上设置的第二连接块13的侧面分别设置多个基板固定孔15和第二短路点4；多个基板固定孔15分别与天线基板8上的对应固定孔相匹配，并通过螺丝固定；第二短路点4用于将天线基板8上的天线主体1与天线底板9进行短路连接，从而提高天线的阻抗匹配。
本实施例在天线底板上设置的第三连接块14的侧面分别设置基板固定孔15和第一短路点6；基板固定孔15与天线基板8上的对应固定孔相匹配，并通过螺丝固定；第一短路点6用于将天线基板8上的第一寄生单元7与天线底板9进行短路连接，并且在地面尺寸发生变化时保持短路状态。
本实施例在天线底板9上还分别设置多个底板固定孔10，多个底板固定孔10用于将天线底板9固定在不同场景下的金属地上。
在本发明的一个可选实施例中，本实施例的可重构短路点3采用PIN二极管或金属螺丝切换可重构状态；当采用PIN二极管时，通过电控信号控制PIN二极管的开关状态来实现第二寄生单元2与天线底板9短路或开路连接状态，采用这种方式可以提高天线控制的便捷性；当采用金属螺丝时，通过是否将金属螺丝拧入可重构短路点3的连接孔来实现第二寄生单元2与天线底板9短路或开路连接状态，采用这种方式可以降低天线成本；如图3和图4所示，当地面尺寸较小时，地面尺寸为450×450mm2以下时需要短路，可重构短路点3需要使用金属螺丝拧紧实现短路；当地面尺寸较大时，地面尺寸为450×450mm2以上时不需要短路，可重构短路点3不能使用金属螺丝固定。
天线底板9下面接地面积较小时，可重构短路点3被短路，第一寄生单元7和第二寄生单元2都短路在天线底板9上，地面上的电流路径等效长度增大，等效于地面的尺寸增大，此时第一寄生单元7和第二寄生单元2组成的等效地面占主导地位。天线底板9下面接地面积较大时，可重构短路点3开路，第一寄生单元7短路在天线底板9上，第二寄生单元2与天线主体1和天线底板9都不连接，对天线基本没有影响，地面上的电流路径主要由天线底板9下面的接地面积决定。因此，天线在天线底板9下面的接地面积较大或较小时，通过可重构短路点3的短路或开路，都可以使天线的等效地面尺寸保持较大状态，因此天线的工作带宽可以不受地面尺寸的影响。
图3和图4可以看出，天线地面尺寸在250×250mm2-450×450mm2范围内时，可重构短路点3短路可以使天线工作带宽覆盖161-163MHz，其中w x,w y为地面长宽，VSWR为驻波比，Infinite ground为地平面。天线地面尺寸在450×450mm2-无穷大范围内时，可重构短路点3开路可以使天线工作带宽覆盖161-163MHz。总体上只需要调整可重构短路点3短路或开路就可以使天线在不同地面尺寸使都覆盖161-163MHz，这避免了在不同地面尺寸的应用场景下需要更换天线设计，只需要切换状态即可在不同场景下应用，可以极大降低天线成本。
在本发明的一个可选实施例中，本实施例将第一寄生单元7设置在天线主体1邻接位置，并第一寄生单元7与天线底板9进行短路连接，在地面尺寸发生变化时保持短路状态，这样不仅可以加大等效地面的尺寸，还可以改善天线的匹配；在天线底板下面接地面积较小时，第一寄生单元7始终短路可以扩充接地面积，并且天线主体1与短路的第一寄生单元7距离较近，可以增加天线主体1与地面的耦合，从而增加了天线主体1与地面之间的耦合电容，可以进一步减小天线尺寸，实现在小尺寸下的阻抗调谐和匹配，并且扩大了天线带宽。
本实施例将第二寄生单元2设置为折线型结构，具体采用N字型结构，或其他同类型的几何结构，实现在较小的基板面积内实现更长的电流路径，从而进一步减小天线尺寸，实现天线小型化。
图5为天线在接1m×1m地和不接地时的驻波比，其中Mea.State1为可重构短路点短路时的测试结果，Mea.State2为可重构短路点开路时的测试结果，Sim.State1为可重构短路点短路时的仿真结果，Sim.State2为可重构短路点开路时的仿真结果；图6为天线在接1m×1m地时的水平面的辐射方向图，角度Theta为90deg，Measured为测试结果，Simulated为仿真结果；图7为天线在接1m×1m地时的俯仰面的辐射方向图，Measured为测试结果，Simulated为仿真结果。可以看出，本发明实施例提供的一种可重构的小型化AIS全向天线具有优异的天线性能。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可重构的小型化AIS全向天线，其特征在于，包括：
天线底板（9）和固定在所述天线底板（9）上的天线基板（8）；
所述天线基板（8）上设置天线主体（1）、第一寄生单元（7）、以及第二寄生单元（2）；所述第一寄生单元（7）设置在天线主体（1）的邻接位置，所述第一寄生单元（7）通过第一短路点（6）与天线底板（9）短路连接，以增大天线主体与地面之间的耦合；所述第二寄生单元（2）通过可重构短路点（3）与天线底板（9）短路或开路连接，所述可重构短路点（3）采用PIN二极管或金属螺丝切换可重构状态，以调节等效地面上的电流路径等效长度。
2.根据权利要求1所述的一种可重构的小型化AIS全向天线，其特征在于，所述天线主体（1）采用IFA结构。
3.根据权利要求2所述的一种可重构的小型化AIS全向天线，其特征在于，所述天线主体（1）通过第二短路点（4）与天线底板（9）短路连接。
4.根据权利要求3所述的一种可重构的小型化AIS全向天线，其特征在于，所述天线主体（1）通过馈电点（5）与穿过接头孔（11）的同轴馈电线的接头内芯连接，所述同轴馈电线的接头外壳与天线底板（9）连接。
5.根据权利要求1所述的一种可重构的小型化AIS全向天线，其特征在于，所述天线底板（9）上设置第一连接块（12），所述第一连接块（12）的侧面分别设置基板固定孔（15）和可重构短路点（3）。
6.根据权利要求1所述的一种可重构的小型化AIS全向天线，其特征在于，所述天线底板（9）上设置第二连接块（13），所述第二连接块（13）的侧面分别设置多个基板固定孔（15）和第二短路点（4）。
7.根据权利要求1所述的一种可重构的小型化AIS全向天线，其特征在于，所述天线底板（9）上设置第三连接块（14），所述第三连接块（14）的侧面分别设置基板固定孔（15）和第一短路点（6）。
8.根据权利要求1所述的一种可重构的小型化AIS全向天线，其特征在于，所述天线底板（9）上分别设置多个底板固定孔（10）。
CN202311208154.5A 2023-09-19 2023-09-19 一种可重构的小型化ais全向天线 Active CN116937143B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311208154.5A CN116937143B (zh) 2023-09-19 2023-09-19 一种可重构的小型化ais全向天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311208154.5A CN116937143B (zh) 2023-09-19 2023-09-19 一种可重构的小型化ais全向天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116937143A CN116937143A (zh) 2023-10-24
CN116937143B true CN116937143B (zh) 2023-12-26

Family

ID=88388290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311208154.5A Active CN116937143B (zh) 2023-09-19 2023-09-19 一种可重构的小型化ais全向天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116937143B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011120071A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Panasonic Corp 携帯無線機
CN102800926A (zh) * 2011-04-13 2012-11-28 芬兰帕斯有限公司 宽带天线和方法
CN105633581A (zh) * 2014-11-06 2016-06-01 深圳富泰宏精密工业有限公司 多频天线及具有该多频天线的无线通信装置
CN108270086A (zh) * 2018-01-18 2018-07-10 常熟市泓博通讯技术股份有限公司 电子装置的可控天线单元及其天线模块
CN207719410U (zh) * 2016-09-23 2018-08-10 苹果公司 电子设备和天线
CN110635226A (zh) * 2018-06-22 2019-12-31 启碁科技股份有限公司 天线结构
CN210897620U (zh) * 2019-12-30 2020-06-30 西安易朴通讯技术有限公司 双寄生天线组件及电子设备

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080062045A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Motorola, Inc. Communication device with a low profile antenna
JP5282097B2 (ja) * 2008-10-07 2013-09-04 パナソニック株式会社 アンテナ装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011120071A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Panasonic Corp 携帯無線機
CN102800926A (zh) * 2011-04-13 2012-11-28 芬兰帕斯有限公司 宽带天线和方法
CN105633581A (zh) * 2014-11-06 2016-06-01 深圳富泰宏精密工业有限公司 多频天线及具有该多频天线的无线通信装置
CN207719410U (zh) * 2016-09-23 2018-08-10 苹果公司 电子设备和天线
CN108270086A (zh) * 2018-01-18 2018-07-10 常熟市泓博通讯技术股份有限公司 电子装置的可控天线单元及其天线模块
CN110635226A (zh) * 2018-06-22 2019-12-31 启碁科技股份有限公司 天线结构
CN210897620U (zh) * 2019-12-30 2020-06-30 西安易朴通讯技术有限公司 双寄生天线组件及电子设备

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An Integrated Shark-Fin Antenna for MIMO-LTE, FM, and GPS Applications;Ying Liu;《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters 》;全文 *
一种新型星载小型化AIS天线设计与应用;刘敏;《太赫兹科学与电子信息学报》;全文 *
用于平板电脑的小型化LTE/GSM/UMTS多频段天线;侯佳琪;《太赫兹科学与电子信息学报》;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116937143A (zh) 2023-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1782499B1 (en) System and method for an omnidirectional planar antenna apparatus with selectable elements
US7215296B2 (en) Switched multi-beam antenna
Gray et al. Electronically steerable Yagi-Uda microstrip patch antenna array
US6795021B2 (en) Tunable multi-band antenna array
EP0172626B1 (en) Adaptive array antenna
EP2518822B1 (en) Reconfigurable mobile phone built-in antenna and implementation method thereof
US9240631B2 (en) Reduced ground plane shorted-patch hemispherical omni antenna
EP0762542A2 (en) Diversity antenna circuit
US20090102723A1 (en) Dual moded stacked microstrip patch antenna
CN110112574B (zh) 一种可重构超宽带阵列天线
CN112038758A (zh) 超宽频双极化辐射单元、天线及天线阵列
US7907098B1 (en) Log periodic antenna
Lee et al. Planar beam steerable parasitic array antenna system design based on the Yagi-Uda design method
US7505011B2 (en) Antenna apparatus
CN112117532B (zh) 基于微带天线的紧凑型低耦合三极化回溯阵及三极化mimo天线单元
CN116937143B (zh) 一种可重构的小型化ais全向天线
US7557765B2 (en) Smart antenna with adjustable radiation pattern
CN103943972A (zh) 复合式天线结构
CN109116310B (zh) 一种飞机防撞系统二次雷达射频收发机
CN113161766A (zh) 可重构天线和可重构天线系统
US3803622A (en) Hf dual-feed corner reflector antenna
CN115882223A (zh) 双频双圆极化天线和天线系统
CN220474906U (zh) 一种方向图可重构的介质谐振天线
US11688952B1 (en) Current sheet array antenna
Lasser et al. Low-profile switched-beam antenna backed by an artificial magnetic conductor for efficient close-to-metal operation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant