CN206040973U - 方向图可重构的端射电小天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种方向图可重构的端射电小天线，包括第一介质基板和第二介质基板，第一介质基板上表面贴设有磁偶极子，第一介质基板下表面贴设有激励源，第二介质基板上表面贴设有接地板，接地板包括三个扇形金属片，相邻两个扇形金属片之间具有第一间隙，且第一间隙处设置有PIN开关二极管，同轴电缆穿设于第二介质基板并连接激励源。通过上述技术方案，一方面，该天线结构紧凑，尺寸小，易于加工；另一方面，利用近场耦合寄生谐振技术，利用激励源对磁偶极子和接地板进行激励，同时在接地板上加载三个PIN开关二极管，通过控制开关通断，使天线迅速切换为三种辐射模式，对应三个方向的辐射方向图，具有较好的端射特性、较高的增益和辐射效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，具体地，涉及一种方向图可重构的端射电小天线。
背景技术
雷达和卫星在搜素信号时需要不断改变波束扫描方向，获取某一方向的信号，抑制来自其它方向的噪声干扰，因此在这些通信系统中需要使用具有适时方向选择性的天线，方向图可重构天线就满足这一要求，可以在相同频段内，通过控制开关来实现天线方向图的可重构。此外，电小天线由于所占空间小，易于集成等优点而倍受关注，但是电小天线由于电小尺寸的限制，导致方向性很差，更不要说可重构的特性。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种方向图可重构的端射电小天线，该天线能够在同一工作频段内实现方向图的快速转变，结构简单、反应迅速、制作成本低。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种方向图可重构的端射电小天线，包括：第一介质基板；第二介质基板，位于所述第一介质基板的下方，与所述第一介质基板平行设置且彼此隔开；磁偶极子，贴设于所述第一介质基板的上表面；激励源，贴设于所述第一介质基板的下表面；接地板，贴设于所述第二介质基板的上表面，包括沿所述第二介质基板的圆周方向布置的三个扇形金属片，相邻两个所述扇形金属片之间具有第一间隙，每个所述第一间隙处设置有PIN开关二极管；同轴电缆，穿设于所述第二介质基板并连接至所述激励源。
可选地，所述磁偶极子包括组成圆环结构的三个弧形金属片，相邻两个弧形金属片的端部之间具有第二间隙，每个弧形金属片的端部形成有朝向所述圆环结构的中心延伸的金属枝节。
可选地，所述弧形金属片的内径为13mm-16mm，所述弧形金属片的外径为18mm-22mm，所述第二间隙的距离为0.6mm-1mm，所述金属枝节的长度为13mm-16mm，所述金属枝节的宽度为0.2mm-0.6mm。
可选地，所述激励源包括沿所述第一介质基板的圆周方向间隔布置的三对激励条带，每对激励条带包括平行设置的第一激励条带和第二激励条带，所述第一激励条带和所述第二激励条带从所述第一介质基板的中央沿所述第一介质基板的径向延伸，所述同轴电缆的内导体与每个所述第一激励条带的内端相连，所述同轴电缆的外导体与每个所述第二激励条带的内端相连。
可选地，所述第一激励条带和所述第二激励条带间隔距离为1.1mm-1.5mm，所述第一激励条带的长度为10mm-12mm，所述第一激励条带的宽度为0.4mm-0.8mm，第二激励条带的尺寸与第一激励条带的尺寸相等。
可选地，每个所述扇形金属片上设置有沿圆周方向交替布置的三个外侧矩形孔和两个内侧矩形孔，每个外侧矩形孔从所述扇形金属片的外边缘向内径向延伸，每个内侧矩形孔从所述扇形金属片的内边缘向外径向延伸。
可选地，所述扇形金属片的外径26mm-30mm，内径为5mm-9mm，外侧矩形孔的长为12mm-15mm，宽为1mm-4mm，内侧矩形孔的长为17mm-20mm，宽为2mm-5mm。
可选地，每个所述扇形金属片上的三个外侧矩形孔中位于中间的一个外侧矩形孔处设置有电感和矩形金属条带，所述矩形金属条带沿所述外侧矩形孔的长度方向延伸，所述电感设置在所述矩形金属条带的内端。
可选地，所述矩形金属条带长为13mm-15mm，宽为0.4mm-1mm。
可选地，所述第一介质基板和所述第二介质基板为圆形结构，所述第一介质基板的半径为19mm-22mm，厚度为0.3mm-0.9mm，所述第二介质基板的半径为26mm-28mm，厚度为0.5mm-0.9mm。可选地，所述矩形金属条带长为13mm-15mm，宽为0.4mm-1mm。
通过上述技术方案，一方面，该天线结构紧凑，尺寸小，易于集成到无线通讯系统中；另一方面，利用近场耦合寄生谐振技术，利用激励源对磁偶极子和弯曲结构的接地板进行激励，同时在接地板上加载三个PIN开关二极管，通过加载直流偏置电路实现天线方向图的可重构，使天线在同一频段内，迅速切换为三种辐射模式，对应于三种辐射方向图，通过控制开关可以使方向图扫描水平空间全覆盖，具有较高的增益和辐射效率。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
图1是根据本实用新型的一个实施方式的方向图可重构的端射电小天线结构示意图；
图2是根据本实用新型的一个实施方式的方向图可重构的端射电小天线磁偶极子的俯视图；
图3是根据本实用新型的一个实施方式的方向图可重构的端射电小天线激励源的仰视图；
图4是根据本实用新型的一个实施方式的方向图可重构的端射电小天线接地板的俯视图；
图5是根据本实用新型的一个实施方式的方向图可重构的端射电小天线反射系数|S11|和频率的关系曲线图；
图6是根据本实用新型的一个实施方式的方向图可重构的端射电小天线0deg辐射场方向图
图7是根据本实用新型的一个实施方式的方向图可重构的端射电小天线120deg辐射场方向图；
图8是根据本实用新型的一个实施方式的方向图可重构的端射电小天线240deg辐射场方向图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
如图1所示，本实用新型提供一种方向图可重构的端射电小天线，包括相互平行设置的第一介质基板1和第二介质基板2，第二介质基板2位于第一介质基板1的下方，并且与第一介质基板1间隔设置，这里，第一介质基板1和第二介质基板2均为圆形板，并且第二介质基板2的直径大于第一介质基板1的直径，第一介质基板1的上表面贴设有磁偶极子11，第一介质基板1的下表面贴设有激励源12，另外，第二介质基板2的上表面还贴设有接地板21，这里，接地板21为沿着第二介质基板2的圆周方向间隔布置的三个扇形金属片211，相邻两个扇形金属片211之间具有第一间隙212，第一间隙212处设置有PIN开关二极管6，该天线还包括同轴电缆3，穿设于第二介质基板2并连接至激励源12。通过上述技术方案，一方面，该天线结构紧凑，尺寸小，易于集成到无线通讯系统中；另一方面，利用近场耦合寄生谐振技术，利用激励源对磁偶极子11和弯曲结构的接地板21进行激励，同时在接地板21上加载三个PIN开关二极管6，通过加载直流偏置电路实现天线方向图的可重构，使天线迅速切换为三种辐射模式，对应三个方向的辐射方向图，通过控制PIN开关二极管6的通断可以实现方向图扫描水平空间全覆盖，具有较高的增益和辐射效率。
具体地，磁偶极子11包括组成圆环结构的三个弧形金属片111，相邻两个弧形金属片111的端部之间具有第二间隙112，由于产生磁偶极子11的条件需要有环形电流，并且为了使得电流流经的路径较为平滑，将磁偶极子11的结构形式设计成三个弧形金属片111的形式；另外，电流路径的平滑也有助于拓展电小天线的带宽，每个弧形金属片111的端部形成有朝向弧形结构的中心延伸的金属枝节113，这里，形成金属枝节113是为了与激励源12的三对激励条带相互作用，从而激励起环形电流。
进一步地，如图3所示，激励源包括沿第一介质基板1的圆周方向间隔布置的三对激励条带，每对激励条带包括平行设置的第一激励条带121和第二激励条带122，第一激励条带121和第二激励条带122从第一介质基板1的中央沿第一介质基板1的径向延伸，同轴电缆3的内导体与每个第一激励条带121的内端相连，同轴电缆3的外导体与每个第二激励条带122的内端相连。
如图4所示，在本实用新型提供的一个实施方式中，扇形金属片211上的设置有沿圆周方向交替布置的三个外侧矩形孔213和两个内侧矩形孔214，这里，在扇形金属贴片211上加工出矩形结构，一方面，是为了延长电流路径，保证电小天线的小型化、紧凑化；另一方面，矩形孔可以减少接地板21与磁偶极子11的正对面，从而减小接地板21与磁偶极子11之间的耦合。具体地，每个外侧矩形孔213从扇形金属片211的外边缘向内径向延伸，每个内侧矩形孔214从扇形金属片211的内边缘向外径向延伸，每个扇形金属片211上的三个外侧矩形孔213中位于中间的一个外侧矩形孔213处设置有电感4和矩形金属条带5，矩形金属条带5沿外侧矩形孔213的长度方向延伸，电感4设置在矩形金属条带5的内端，这里，矩形金属条带5的外端可以连接导线，用于在PIN开关二极管6两端接入直流电源控制开关的通断，矩形金属条带5的内端所接电感4是可以防止交流信号进入直流偏置电路中，引起干扰。当其中一个PIN开关二极管6两端接上1.4V直流电源导通时，另外两个PIN开关二极管6可以处于断开状态，等效于两个扇形金属贴片211相连接形成的一条比较长的条带以与另一个扇形金属贴片211形成的短条带形成二元阵子，通过调整该二元阵子之间的距离和相位差，得到最佳的端射辐射性能。
另外，磁偶极子11、接地板21、矩形金属条带5、第一激励条带121、第二激励条带122均为厚度相同的覆铜薄膜。
具体地，根据本实用新型提供的一个实施方式，为了更为方便地通过近场耦合技术来保证电小天线的辐射特性，本实用新型中，第一介质基板1和第二介质基板2为圆形结构，并且，第一介质基板1的半径为19mm-22mm，厚度为0.3mm-0.9mm，第二介质基板2的半径为26mm-28mm，厚度为0.5mm-0.9mm，呈圆环结构磁偶极子11的内径为13mm-16mm，外径为18mm-22mm，第二间隙112的距离为0.6mm-1mm，金属枝节113的长度为13mm-16mm，金属枝节113的宽度为0.2mm-0.6mm，第一激励条带121和第二激励条带122间隔距离为1.1mm-1.5mm，第一激励条带121的长度为10mm-12mm，宽度为0.4mm-0.8mm，扇形金属片211的外径26mm-30mm，内径为5mm-9mm，外侧矩形孔213的长度为12mm-15mm，宽度为1mm-4mm，内侧矩形孔214的长度为17mm-20mm，宽度为2mm-5mm，矩形金属条带5的长度为13mm-15mm，宽度为0.4mm-1mm。
本实用新型提供一个具体实施例，第一层介质基板1和第二层介质基板2的厚度为0.787mm，第一层介质基板1的半径为21.4mm，第二层介质基板2的半径为28mm，材料均选用了The Rogers Duroid 5880，相对介电常数为2.2，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.0009；扇形金属贴片211的外径为28mm，扇形金属贴片211的内径为7mm，外侧矩形孔213的长和宽分别为14.96mm和3mm，内侧矩形孔214的长和宽分别为18.16mm和3mm；第一间隙212的缝隙宽度为0.4mm，在缝隙中间位置加载PIN开关二极管6，矩形金属条带5的长和宽分别为14.2mm和0.8mm。
完成上述的初始设计之后，使用高频电磁仿真软件HFSS13.0进行仿真分析，经过仿真优化之后各参数最佳尺寸如表1所示，其中：R1代表第一层介质基板1的外径，R2代表弧形金属片111的外径，R3代表弧形金属片111的内径，W1代表金属枝节113的宽度，G1代表第二间隙112的宽度，R4代表第二层介质基板2的半径，R5代表扇形金属片211的内径，G2代表第一间隙212的缝隙宽度，L3代表第一激励条带的长度，W6代表第一激励条带的宽度，W5代表第一激励条带121和第二激励条带122之间的缝隙宽度。L1代表外侧矩形孔213的长度，L2代表内侧矩形孔214的长度，W2外侧矩形孔213的宽度，W3代表内侧矩形孔214的宽度，W4矩形金属条带5的宽度。
表1本实用新型各参数最佳尺寸表
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
Claims (10)
1.一种方向图可重构的端射电小天线，其特征在于，包括：
第一介质基板；
第二介质基板，位于所述第一介质基板的下方，与所述第一介质基板平行设置且彼此隔开；
磁偶极子，贴设于所述第一介质基板的上表面；
激励源，贴设于所述第一介质基板的下表面；
接地板，贴设于所述第二介质基板的上表面，包括沿所述第二介质基板的圆周方向布置的三个扇形金属片，相邻两个所述扇形金属片之间具有第一间隙，每个所述第一间隙处设置有PIN开关二极管；
同轴电缆，穿设于所述第二介质基板并连接至所述激励源。
2.根据权利要求1所述的方向图可重构的端射电小天线，其特征在于，所述磁偶极子包括组成圆环结构的三个弧形金属片，相邻两个弧形金属片的端部之间具有第二间隙，每个弧形金属片的端部形成有朝向所述圆环结构的中心延伸的金属枝节。
3.根据权利要求2所述的方向图可重构的端射电小天线，其特征在于，所述弧形金属片的内径为13mm-16mm，所述弧形金属片的外径为18mm-22mm，所述第二间隙的距离为0.6mm-1mm，所述金属枝节的长度为13mm-16mm，所述金属枝节的宽度为0.2mm-0.6mm。
4.根据权利要求1所述的方向图可重构的端射电小天线，其特征在于，所述激励源包括沿所述第一介质基板的圆周方向间隔布置的三对激励条带，每对激励条带包括平行设置的第一激励条带和第二激励条带，所述第一激励条带和所述第二激励条带从所述第一介质基板的中央沿所述第一介质基板的径向延伸，所述同轴电缆的内导体与每个所述第一激励条带的内端相连，所述同轴电缆的外导体与每个所述第二激励条带的内端相连。
5.根据权利要求4所述的方向图可重构的端射电小天线，其特征在于，所述第一激励条带和所述第二激励条带间隔距离为1.1mm-1.5mm，所述第一激励条带的长度为10mm-12mm，所述第一激励条带的宽度为0.4mm-0.8mm，第二激励条带的尺寸与第一激励条带的尺寸相等。
6.根据权利要求1所述的方向图可重构的端射电小天线，其特征在于，每个所述扇形金属片上设置有沿圆周方向交替布置的三个外侧矩形孔和两个内侧矩形孔，每个外侧矩形孔从所述扇形金属片的外边缘向内径向延伸，每个内侧矩形孔从所述扇形金属片的内边缘向外径向延伸。
7.根据权利要求6所述的方向图可重构的端射电小天线，其特征在于，所述扇形金属片的外径为26mm-30mm，内径为5mm-9mm，外侧矩形孔的长为12mm-15mm，宽为1mm-4mm，内侧矩形孔的长为17mm-20mm，宽为2mm-5mm。
8.根据权利要求6所述的方向图可重构的端射电小天线，其特征在于，每个所述扇形金属片上的三个外侧矩形孔中位于中间的一个外侧矩形孔处设置有电感和矩形金属条带，所述矩形金属条带沿所述外侧矩形孔的长度方向延伸，所述电感设置在所述矩形金属条带的内端。
9.根据权利要求8所述的方向图可重构的端射电小天线，其特征在于，所述矩形金属条带长为13mm-15mm，宽为0.4mm-1mm。
10.根据权利要求1所述的方向图可重构的端射电小天线，其特征在于，所述第一介质基板和所述第二介质基板为圆形结构，所述第一介质基板的半径为19mm-22mm，厚度为0.3mm-0.9mm，所述第二介质基板的半径为26mm-28mm，厚度为0.5mm-0.9mm。
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