CN212162076U - 一种宽带s波段天线组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽带S波段天线组件,包括：天线基体；主辐射单元，主辐射单元设于所述天线基体上，用于辐射电磁波；寄生辐射单元，寄生辐射单元设于所述天线基体上，用于与主辐射单元耦合展宽所辐射电磁波的频带；馈电平衡单元，馈电平衡单元设于所述天线基体上，用于阻抗匹配；馈电电缆，馈电电缆设于所述天线基体上，馈电电缆与主辐射单元连接，用于馈入辐射电流。本实用新型实现了在弹载、小型或微型无人机载等移动隐蔽安装环境下，宽带S波段小型化全向辐射和小型化安装需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及一种宽带S波段天线组件。
背景技术
目前我国无人机行业发展迅速，到目前为止，在军用、民用工业、交通、农业等等各行业基本实现了全领域应用覆盖，并且向着更加广泛的技术领域不断拓展。在这些应用中，随着各类需求的增加对于小型化及微型化便携无人机的需求越来越多。各类适用于上述无人机应用的测控通信天线需求也逐渐增加，与无人机平台共形集成安装满足平台便携、小巧与可靠工作的测控通信天线被大量应用于小型化及微型化无人机系统中。常用的无人机系统中的天线主要有半波长极子天线、PIFA天线和法向模工作的螺旋天线等。在小型化及微型化便携无人机测控终端中，这些天线往往增益较低(0dB以下)、工作频带带宽较窄(小于2％)，同时天线波束受机体遮挡影响在很难满足水平面360°全向辐射覆盖的要求。对于半波长极子天线Thomas G.Spence和Douglas H.Werner在《A Novel MiniatureBroadband/Multiband Antenna Based on an End-Loaded Planar Open-Sleeve Dipole》(Thomas G.Spence，Douglas H.Werner,“A Novel Miniature Broadband/MultibandAntenna Based on an End-Loaded Planar Open-Sleeve Dipole”TRANSACTIONS ONANTENNAS AND PROPAGATION,IEEE, VOL.54,NO.12,DECEMBER，2006)中提出了一种基于硬质微带介质板的套筒天线的物理模型。按照Thomas G.Spence和Douglas H.Werner 的模型，天线辐射单元采用标准PCB工艺在微带介质板上加工成型出来，整体由两个四分之一波长长度的金属阵子形成的偶极子天线，两个四分之一波长尺寸的寄生部件位分布于偶极子天线两侧构成。Thomas G.Spence 和Douglas H.Werner在文章中仅是对这种天线进行了原理性的说明，对于天线的工程实现与馈电方式未做具体分析与说明，但是从该天线安装尺寸要求来说，很难适应小型化安装要求。另一种就是压缩纵向高度安装空间的PIFA天线如TOKIO TAGA等在文献中描述的(Performance Analysis of a Built-In Planar InvertedF Antenna for 800MHz Band Portable Radio Unit[J]IEEE JOURNAL ON SELECED AREASIN COMMUNICATIONS, VOL.SAC-5,NO.5,JUNE 1987,pp.921-929.)适用于便携设备的小型化PIFA 天线，具有小型化特征明显，高集成度的优势，但是这类天线存在辐射方向图性能较差，无法满足高精度测控及共形化隐蔽安装要求。最后一种就是各类法向模螺旋极子天线，当螺旋天线的螺旋直径小于0.18倍工作波长时，螺旋天线辐射方向图类似于偶极子方向图。另外，由于螺旋线的绕制压缩了天线本身的物理安装尺寸，降低了天线系统重量，极大程度简化了系统的安装要求。但是各类螺旋天线由于工作频带和辐射孔径的限制，天线纵向尺寸压缩的同时，展宽了系统横向尺寸，降低了天线系统的工作带宽，使天线本身呈现点频工作特征，为展宽系统工作频带，一般在设备内部还需考虑增加一套较为复杂的宽带匹配网络，使设备的整体布局和研发成本居高不下。目前，各类移动终端系统终端天线，尤其是各类小型化、微型化无人机测控天线正朝着小型化、可紧凑、轻量化安装方向发展，而现有天线无法满足小型化、微型化无人机等高速移动隐蔽式安装环境的需求。
发明内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供了一种S型天线组件，可满足小型化、微型化无人机等高速移动隐蔽式安装环境对天线组件的需求。
本实用新型提供一种宽带S波段天线组件,包括：
天线基体；
馈电电缆，所述馈电电缆设于所述天线基体上，用于馈入辐射电流；
主辐射单元，所述主辐射单元设于所述天线基体上，所述主辐射单元与馈电电缆连接，用于将馈入电流变换为电磁波，并辐射电磁波；
寄生辐射单元，所述寄生辐射单元设于所述天线基体上，用于与主辐射单元耦合展宽所辐射电磁波的频带；
馈电平衡单元，所述馈电平衡单元设于所述天线基体上，用于阻抗匹配。
进一步地，所述天线基体包括第一基体和第二基体，所述第一基体和第二基体垂直连接。
进一步地，所述馈电平衡单元包括第一馈电平衡单元、第二馈电平衡单元和第三馈电平衡单元，所述第一馈电平衡单元设于所述第二基体的下底面，所述第二馈电平衡单元和第三馈电平衡单元设于所述第一基体的外表面，并且第一馈电平衡单元与第二馈电平衡单元、第三馈电平衡单元连接。
进一步地，所述主辐射单元设于所述第一基体的外表面，所述主辐射单元包括：馈电延长单元、第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元和展频单元；
所述馈电延长单元为矩形结构，矩形结构的馈电延长单元的下短边与所述馈电电缆连接，矩形结构的馈电延长单元上短边与所述第一辐射单元连接，所述馈电延长单元用于将馈电电缆馈入辐射电流输出至第一辐射单元；
所述第一辐射单元为倒梯形结构，所述倒梯形结构的下底边与馈电延长单元的上短边连接，所述倒梯形结构的上底边与所述第三辐射单元连接，所述第一辐射单元用于将输入的辐射电流转换为电磁波，对电磁波进行展频后，辐射电磁波，同时将辐射电流输出至第二辐射单元；
所述第二辐射单元为矩形结构，矩形结构的第二辐射单元的部分下长边与第一辐射单元的上底边连接，矩形结构的第二辐射单元的部分下长边与第三辐射单元连接，矩形结构的第二辐射单元的左短边与倒梯形结构的左腰线连接，用于将输入的辐射电流转换为电磁波，辐射电磁波，同时将辐射电流引导输出至第三辐射单元；
所述第三辐射单元为S型结构，S型结构的起始端与第三辐射单元的部分下长边连接，还与倒梯形结构的第一辐射单元的右腰线连接，S型结构的结束端与第二馈电平衡单元连接，所述第三辐射单元用于将辐射电流引导输入到第一馈电平衡单元；
所述展频单元为椭圆形镂空刻蚀结构，所述展频单元位于主辐射单元的中心，用于展宽辐射电磁波的频带。
进一步地，所述第三辐射单元包括第一S型结构和第二S型结构，所述第一S型结构的拐角为圆滑拐角，所述第二S型结构的拐角为直角拐角。
进一步地，所述第一馈电平衡单元为矩形结构，所述第二馈电平衡单元包括第一模块和第二模块，所述第一模块为矩形结构，矩形结构的第一模块的下长边与部分第一馈电平衡单元连接，所述第二模块为直角梯形结构，直角梯形结构的第二模块的下底边与矩形结构的第一模块的上长边连接，直角梯形结构的第二模块的斜腰线与第一辐射单元的部分左腰线连接；
所述第三馈电单元包括第三模块和第四模块，第三模块为矩形结构，矩形结构的第三模块的下短边与部分第一馈电平衡单元连接，第四模块为直角梯形结构，直角梯形结构的第四模块的下底边与第三模块的上短边连接，直角梯形结构的第四模块的斜腰线与部分第一辐射单元的部分右腰线连接。
进一步地，所述寄生辐射单元设于所述第二辐射单元中，所述寄生辐射单元呈矩形波形状，矩形波形状的一端与第二辐射单元的左短边的端部连接，另一端与第二辐射单元的右短边的端部连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：
本实用新型充分考虑了小型及微型无人机等通信测控天线的安装环境和位置，通过设计天线组件的辐射单元，寄生辐射单元以及馈电平衡单元等多种复合方法实现了宽带S波段小型化隐蔽安装，垂直极化的全向辐射, 天线的半波功率角大于60°，同时天线增益>2dBi；并且通过加载与折叠复用的方法，有效的减小了天线组件的尺寸，使天线组件的各向物理尺寸较传统天线缩减了至少3倍。
附图说明
图1为本实用新型提供的宽带S波段天线组件的结构示意图；
图2为第一基体的具体结构示意图；
图3为本实用新型天线组件的S11参数曲线示意图；
图4为本实用新型天线组件的E面方向示意图；
图5为本实用新型天线组件的H面方向示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
请参考图1，图1为本实用新型提供的宽带S波段天线组件的结构示意图,所述的天线组件包括：天线基体10、主辐射单元20、寄生辐射单元30、馈电平衡单元40和馈电电缆50。
其中，天线基体10采用单面敷铜，介电常数在2.8-3.2之间，厚度为 0.001倍波长的柔性FPC电路板加工制作，天线基体10包括第一基体101 和第二基体102，第一基体101和第二基体102垂直连接。
本实施例中馈电电缆50设于天线基体10上，用于馈入辐射电流。本实施例中的馈电电缆50为射频能量与天线组件的输入与输出端口，其内导体芯线剥离处约3毫米与主辐射单元的馈电延长单元贴实齐平焊接，另取内导体芯线两根各4毫米长，与内导体轴线镜像对称分置于剥离出的电缆外导体两侧，底端牢固焊接。顶端部分，各自分别就近与第二馈电平衡单元402和第三馈电平衡单元403牢固焊接。
本实施例中主辐射单元20设于天线基体10上，馈电电缆50与主辐射单元20连接，用于通过对馈入电流进行变换，形成辐射于空间的电磁波。其中，主辐射单元20设于所述第一基体的外表面。
本实施例中寄生辐射单元30设于天线基体10上，用于与主辐射单元 20耦合展宽所辐射电磁波的频带。
本实施例中馈电平衡单元40设于天线基体10上，用于阻抗匹配。
馈电平衡单元40包括第一馈电平衡单元401、第二馈电平衡单元402 和第三馈电平衡单元403，第一馈电平衡单元401设于第二基体102的下底面，第二馈电平衡单元402和第三馈电平衡单元403设于第一基体101 的外表面，并且第一馈电平衡单元401与第二馈电平衡单元402、第三馈电平衡单元403连接。
在本实施例中，请参考图2，主辐射单元20包括：馈电延长单元201、第一辐射单元202、第二辐射单元203、第三辐射单元204和展频单元205。
馈电延长单元201为矩形结构，矩形结构的馈电延长单元的下短边与所述馈电电缆连接，矩形结构的馈电延长单元上短边与所述第一辐射单元连接，馈电延长单元用于将馈电电缆馈入辐射电流输出至第一辐射单元。在本实施例中，馈电延长单元201为采用激光刻蚀工艺刻蚀在柔性FPC单面敷铜电路板(第一天线基体)上的结构。本实施例中馈电延长单元201 为矩形结构，短边长度为0.012倍波长，长边为0.024倍波长，下短边边沿距离第一馈电平衡单元的上边沿距离为0.008倍波长。需要说明的是，本实施例中的波长为辐射电池波的波长。
第一辐射单元202为倒梯形结构，倒梯形结构的下底边与馈电延长单元201的上短边连接，倒梯形结构的上底边与第三辐射单元204连接，第一辐射单元用于将输入的辐射电流转换为电磁波，对电磁波进行展频后，辐射电磁波，同时将辐射电流输出至第二辐射单元203。本实施例中，第一辐射单元202为倒梯形结构，倒梯形结构中最靠近第二馈电平衡单元部分的腰线(左腰线)长度为0.12倍波长，该线段与梯形边朝向第二馈电平衡单元部分的外延长线夹角为30°～60°，另一条腰线(右腰线)长度也为0.12倍波长，其与梯形底边反朝向第二馈电平衡单元部分的外延长线夹角为50°～80°，梯形的上底边长度为0.1664倍波长。需要说明的是，本实施例中的“左”“右”为图2中的“左”“右”。
第二辐射单元203为矩形结构，矩形结构的第二辐射单元的部分下长边与第一辐射单元202的上底边连接，矩形结构的第二辐射单元的部分下长边与第三辐射单元连接，矩形结构的第二辐射单元的左短边与倒梯形结构的左腰线连接，用于将输入的辐射电流转换为电磁波，辐射电磁波，同时将辐射电流引导输出至第三辐射单元204。本实施例中第二辐射单元203 为矩形结构，其上、下两个边为长边长度为0.2344倍波长，两侧为短边长度为0.088倍波长。
第三辐射单元204为S型结构，S型结构的起始端与第三辐射单元的部分下长边连接，还与倒梯形结构的第一辐射单元的右腰线连接，S型结构的结束端与第二馈电平衡单元402连接，所述第三辐射单元用于将辐射电流引导输入到第二馈电平衡单元402。
第三辐射单元204包括第一S型结构2041和第二S型结构2042，第一S型结构2041的拐角为圆滑拐角，第二S型结构2042的拐角为直角拐角。第三辐射单元204的两种S型结构均用于引导辐射电流走向，渐进抑制电流强度，减小端口的回波损耗。第一种S型蜿蜒走向的结构包括第一节延长线、第二节延长线、第三节延长线、第四节延长线、第五节延长线、第六节延长线、第七节延长线，第一节延长线的起始端与第三辐射单元的部分下长边相切及相交端接，长度为0.012倍波长，先向与第三辐射单元的短边平行方向延伸，宽度为0.008倍波长，再向与第三辐射单元的短边垂直方向延伸。第二节延长线与第一节延长线垂直正交，长度为0.076倍波长，宽度与第一节宽度相同，第二节起始部分与第一节末尾部分垂直端接。第三、五、七节延长线与第一节方向平行，延伸方向也相同，长度均相同为0.004倍波长，宽度为0.008倍波长，第三、五、七节延长线顺次与二、四、六延长线端接在一起。其中，第三节起始处端接第二节结尾处，第三节结尾处端接第四节起始处，依次类推，按序排列。第四、六延长线，长度与宽度均与第二延长线相同，其延伸方向二、四反向延伸，二、六同向延伸。
第二种S型结构的第一节起始部分与第一种S型结构的第七节延长线末尾部分端接，宽度为0.048倍波长，长度为0.004倍波长，延伸方向与第一种S型结构的第六节延长线相同，第二种S型结构的第二、四、六、八、十、十二、十四及十六节延长线大小相同，且延伸方向与第一种S型结构走向的延长线第一节相同，宽度均为0.048倍波长，长度均为0.004 倍波长，顺次与第三、五、七、九、十一、十三、十五及十七延长线端接，其中第二节起始连接第一节末尾，第二节末尾连接第三节起始，依次类推，按序排列，第二种S型结构的第三、五、七、九、十一、十三、十五及十七延长线宽度均相同为0.048倍波长，长度也相同为0.092倍波长，其中三、七、十一及十五延伸方向与第一种“蛇”型蜿蜒走向的延长线第二节相同。第五、九、十三及十七延长线延伸方向与第一种“蛇”型蜿蜒走向的延长线第六节相同，第十八节延长线长度为0.0071倍波长，宽度为0.048 倍波长，延伸方向第一种S型结构走向的延长线第一节相同，其起始端与第十七节末尾相端接，结尾端与第一馈电平衡单元相端接。
所述展频单元205为椭圆形镂空刻蚀结构，展频单元205位于主辐射单元20的中心，用于展宽辐射电磁波的频带。展频单元205距离主辐射单元20的左短边间距为0.091倍波长，距离主辐射单元20的馈电延长单元 201最底端短边位置0.12倍波长处，展频单元205为镂空刻蚀的一个长边为0.064倍波长，短边为0.048倍波长的椭圆镂空槽。
寄生辐射单元30设于第二辐射单元203中，寄生辐射单元30呈矩形波形状，矩形波形状的一端与第二辐射单元203的左短边的端部连接，另一端与第二辐射单元203的右短边的端部连接。矩形条状长边长度为0.24 倍波长，短边长度为0.144倍波长。矩形波长边的下边沿距离第一辐射单元上底边为0.0024倍波长，在矩形波长边的下边沿与第二节辐射单元六个镂空刻蚀槽处的对应位置上，延伸嵌入进槽内部形成六个相同的矩形齿状结构，其长度为0.016倍波长，宽度为0.0172倍波长，矩形波状结构嵌入进槽内部的各边与槽边保证间距为0.0024倍波长。
在本实施例中，第一馈电平衡单元401为矩形结构，第一馈电平衡单元的宽度为0.24倍波长，长度为0.08倍波长。矩形长边为0.0876倍波长，短边为0.032倍波长。
第二馈电平衡单元402包括第一模块和第二模块，第一模块为矩形结构，矩形结构的第一模块的下长边与部分第一馈电平衡单元401连接，矩形结构的第一模块靠近馈电延长单元的短边(右短边)与馈电延长单元相邻的长边平行且间距在0.0024倍波长；第二模块为直角梯形结构，直角梯形结构的第二模块的下底边与矩形结构的第一模块的上长边连接，直角梯形结构的第二模块的斜腰线与第一辐射单元的部分左腰线连接。梯形下底边为连接的第一模块的矩形长边，上底边长度为0.059倍波长。直角边梯形腰线(左腰线)长度为0.028倍波长，另一腰线(右腰线、斜腰线)与第一辐射单元倒梯形结构中最靠近第二馈电平衡单元部分的腰线相平行，间距为0.0024倍波长，长度为0.04倍波长。
第三馈电单元403包括第三模块和第四模块，第三模块为矩形结构，矩形结构的第三模块的下短边与部分第一馈电平衡单元连接，第四模块为直角梯形结构，直角梯形结构的第四模块的下底边与第三模块的上短边连接，直角梯形结构的第四模块的斜腰线与部分第一辐射单元的部分右腰线连接。第三馈电单元403所在位置与第二馈电平衡单元402关于馈电延长单元的长边轴向方向镜像对称，结构形式相似，短边及直角边长度相同，矩形长边为0.032倍波长，梯形上底边长度为0.012倍波长，梯形斜边(斜腰线)与第一辐射单元倒梯形结构中另一腰线相平行，间距为0.0024倍波长。
图3是本发明天线组件的S11参数曲线，图4是本发明天线组件的E 面方向图，图5是本发明天线组件的H面方向图。从图3、4、5中可见，本发明实现了宽带S波段小型化隐蔽安装，垂直极化的全向辐射,天线的半波功率角大于60°，同时天线增益>2dBi。并且通过加载与折叠复用的方法，有效的减小了天线的尺寸，使天线的各向物理尺寸较传统天线缩减了至少3倍。
以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (7)
1.一种宽带S波段天线组件,其特征在于，包括：
天线基体；
馈电电缆，所述馈电电缆设于所述天线基体上，用于馈入辐射电流；
主辐射单元，所述主辐射单元设于所述天线基体上，所述主辐射单元与馈电电缆连接，用于将馈入电流变换为电磁波，并辐射电磁波；
寄生辐射单元，所述寄生辐射单元设于所述天线基体上，用于与主辐射单元耦合展宽所辐射电磁波的频带；
馈电平衡单元，所述馈电平衡单元设于所述天线基体上，用于阻抗匹配。
2.如权利要求1所述的宽带S波段天线组件，其特征在于，所述天线基体包括第一基体和第二基体，所述第一基体和第二基体垂直连接。
3.如权利要求2所述的宽带S波段天线组件，其特征在于，所述馈电平衡单元包括第一馈电平衡单元、第二馈电平衡单元和第三馈电平衡单元，所述第一馈电平衡单元设于所述第二基体的下底面，所述第二馈电平衡单元和第三馈电平衡单元设于所述第一基体的外表面，并且第一馈电平衡单元与第二馈电平衡单元、第三馈电平衡单元连接。
4.如权利要求3所述的宽带S波段天线组件，其特征在于，所述主辐射单元设于所述第一基体的外表面，所述主辐射单元包括：馈电延长单元、第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元和展频单元；
所述馈电延长单元为矩形结构，矩形结构的馈电延长单元的下短边与所述馈电电缆连接，矩形结构的馈电延长单元上短边与所述第一辐射单元连接，所述馈电延长单元用于将馈电电缆馈入辐射电流输出至第一辐射单元；
所述第一辐射单元为倒梯形结构，所述倒梯形结构的下底边与馈电延长单元的上短边连接，所述倒梯形结构的上底边与所述第三辐射单元连接，所述第一辐射单元用于将输入的辐射电流转换为电磁波，对电磁波进行展频后，辐射电磁波，同时将辐射电流输出至第二辐射单元；
所述第二辐射单元为矩形结构，矩形结构的第二辐射单元的部分下长边与第一辐射单元的上底边连接，矩形结构的第二辐射单元的部分下长边与第三辐射单元连接，矩形结构的第二辐射单元的左短边与倒梯形结构的左腰线连接，用于将输入的辐射电流转换为电磁波，辐射电磁波，同时将辐射电流引导输出至第三辐射单元；
所述第三辐射单元为S型结构，S型结构的起始端与第三辐射单元的部分下长边连接，还与倒梯形结构的第一辐射单元的右腰线连接，S型结构的结束端与第二馈电平衡单元连接，所述第三辐射单元用于将辐射电流引导输入到第一馈电平衡单元；
所述展频单元为椭圆形镂空刻蚀结构，所述展频单元位于主辐射单元的中心，用于展宽辐射电磁波的频带。
5.如权利要求4所述的宽带S波段天线组件，其特征在于，所述第三辐射单元包括第一S型结构和第二S型结构，所述第一S型结构的拐角为圆滑拐角，所述第二S型结构的拐角为直角拐角。
6.如权利要求5所述的宽带S波段天线组件，其特征在于，所述第一馈电平衡单元为矩形结构，所述第二馈电平衡单元包括第一模块和第二模块，所述第一模块为矩形结构，矩形结构的第一模块的下长边与部分第一馈电平衡单元连接，所述第二模块为直角梯形结构，直角梯形结构的第二模块的下底边与矩形结构的第一模块的上长边连接，直角梯形结构的第二模块的斜腰线与第一辐射单元的部分左腰线连接；
所述第三馈电单元包括第三模块和第四模块，第三模块为矩形结构，矩形结构的第三模块的下短边与部分第一馈电平衡单元连接，第四模块为直角梯形结构，直角梯形结构的第四模块的下底边与第三模块的上短边连接，直角梯形结构的第四模块的斜腰线与部分第一辐射单元的部分右腰线连接。
7.如权利要求6所述的宽带S波段天线组件，其特征在于，所述寄生辐射单元设于所述第二辐射单元中，所述寄生辐射单元呈矩形波形状，矩形波形状的一端与第二辐射单元的左短边的端部连接，另一端与第二辐射单元的右短边的端部连接。
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| CN202020893248.6U Active CN212162076U (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 一种宽带s波段天线组件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212162076U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111478038A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-31 | 常熟正昊电子科技有限公司 | 一种宽带s波段天线组件 |
-
2020
- 2020-05-25 CN CN202020893248.6U patent/CN212162076U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111478038A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-31 | 常熟正昊电子科技有限公司 | 一种宽带s波段天线组件 |
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