CN214849052U - 一种天线馈电结构、天线和网关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种天线馈电结构、天线和网关设备。该天线馈电结构包括渐变共面波导结构和超材料结构，两个所述渐变共面波导结构的大开口端相对设置，所述超材料结构位于两个所述渐变共面波导结构之间，且从一个所述渐变共面波导结构的小开口端延伸至另一个所述渐变共面波导结构的小开口端，所述超材料结构上设置有多个凹槽，所述凹槽的尺寸适于根据工作频率而确定。本发明的技术方案可以实现对天线体的带通滤波馈电，有效避免环境中电磁干扰，提升天线数据传输性能。
Description
技术领域
本发明涉及微波天线技术领域，具体而言，涉及一种天线馈电结构、天线和网关设备。
背景技术
天线是无线通信设备进行无线信号传输必不可少的装置，但随着越来越多的无线通信设备被使用，电磁环境越来越复杂，背景噪声信号也越来越多，当天线处于噪声较多的电磁环境中时，其收发信号的能力往往会因为受到干扰而降低。
为了提高天线的使用性能，往往都需要对其传输的信号进行滤波处理。目前主要有两种滤波方式，一种为通过在天线体或金属地上增加谐振结构进行滤波，也就是通过在天线体或金属地上增加若干槽缝或枝节，通过槽缝或枝节产生与原来天线表面相反的电流，抵消天线上指定频段的部分电流，从而实现陷波功能，但这种办法设计难度较高，且不具备泛用性，天线的形状发生变化后，槽缝或枝节也要随之变化才能保证对频段的有效滤波。另一种为通过在射频芯片和天线之间添加滤波电路进行滤波，通过在射频芯片和天线之间添加例如LC滤波电路，对指定频段进行滤波，但这种办法需要增加额外的物料成本，并且提高了电路板排版复杂度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种天线馈电结构、天线和网关设备。
第一方面，本发明提供了一种天线馈电结构，其包括渐变共面波导结构和超材料结构，两个所述渐变共面波导结构的大开口端相对设置，所述超材料结构位于两个所述渐变共面波导结构之间，且从一个所述渐变共面波导结构的小开口端延伸至另一个所述渐变共面波导结构的小开口端，所述超材料结构上设置有多个凹槽，所述凹槽的尺寸适于根据工作频率而确定。
进一步，所述超材料结构包括传输结构以及位于所述传输结构两端的转换结构，所述传输结构上设置有多个所述凹槽，所述转换结构上设置有多个渐变槽，多个所述渐变槽的深度从远离所述传输结构向靠近所述传输结构的方向逐渐增大至接近所述凹槽的深度。
进一步，所述凹槽的宽度为工作频率中心频点介质表面波长的1/8至1/12，所述凹槽的深度为工作频率中心频点介质表面波长的1/3至1/8。
进一步，所述凹槽的宽度为工作频率中心频点介质表面波长的1/10，所述凹槽的深度为工作频率中心频点介质表面波长的1/5。
进一步，所述渐变共面波导结构包括贴合的介质层和金属层，所述大开口端和所述小开口端均在所述金属层上形成，所述超材料结构贴设于所述介质层且与所述金属层位于所述介质层的同侧。
进一步，所述金属层与所述超材料结构的厚度相同。
第二方面，本发明提供了一种天线，其包括天线体以及如上所述的天线馈电结构，所述天线体与所述天线馈电结构中的一个渐变共面波导结构连接。
进一步，所述天线体与所述天线馈电结构中的所述渐变共面波导结构具有匹配的结构。
进一步，所述天线体的介质层与所述天线馈电结构中的介质层一体设置，所述天线体的金属层与所述天线馈电结构中的金属层一体设置。
第三方面，本发明提供了一种网关设备，其包括如上所述的天线馈电结构，和/或，如上所述的天线。
本发明提供的天线馈电结构、天线和网关设备的有益效果是，通过渐变共面波导结构的阻带特性和超材料结构的低通特性，可以使天线馈电结构具有优良的带通滤波性能，以实现对天线体的带通滤波馈电，有效避免环境中的电磁干扰，提升天线数据传输性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的天线馈电结构的渐变共面波导结构的结构示意图；
图2为本发明实施例的天线馈电结构的结构示意图；
图3为本发明实施例的天线的结构示意图；
图4为本发明实施例的滤波效果示意图；
图5为本发明另一实施例的滤波效果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2所示，本发明实施例的一种天线馈电结构包括渐变共面波导结构1和超材料结构2，两个所述渐变共面波导结构1的大开口端相对设置，所述超材料结构2位于两个所述渐变共面波导结构1之间，且从一个所述渐变共面波导结构1的小开口端延伸至另一个所述渐变共面波导结构1的小开口端，所述超材料结构2上设置有多个凹槽21，所述凹槽21的尺寸适于根据工作频率而确定。
具体地，天线馈电结构可作为天线体与射频芯片的连接结构，由于天线馈电结构和天线体均可为PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)结构，因此，可将二者集成于同一PCB，或者在制备PCB时，同时加工出天线馈电结构和天线体。其中，渐变共面波导结构1也可为一种天线体结构，例如其可采用共面Vivaldi超宽带天线结构，如图1所示，剖面所示为金属层，为两瓣，呈现类似喇叭状，具有大开口端和小开口端，金属层下方为介质层。如图2所示，天线馈电结构包括两个渐变共面波导结构1，且二者的大开口端相对设置，天线馈电结构还包括位于两个渐变共面波导结构1之间的超材料结构2，超材料结构2呈渐变锯齿状，也就是其上设有多个凹槽21，凹槽21沿图中Y轴方向开设，并沿图中X轴方向分布。
电磁波在超材料结构2上是以基模传输，频率一旦高于其截止频率，电磁波就无法传输，通过改变超材料的锯齿结构可以控制其截止频率，也就是凹槽21的尺寸根据天线的工作频率而确定。因此，超材料结构2可使天线馈电结构具有低通特性。而渐变共面波导结构1可以在低频产生阻带性能，从而实现带通滤波功能，最终实现天线馈电结构带通滤波馈电的效果。
在本实施例中，通过渐变共面波导结构的阻带特性和超材料结构的低通特性，可以使天线馈电结构具有优良的带通滤波性能，以实现对天线体的带通滤波馈电，有效避免环境中的电磁干扰，提升天线数据传输性能。
可选地，所述超材料结构2包括传输结构以及位于所述传输结构两端的转换结构，所述传输结构上设置有多个所述凹槽21，所述转换结构上设置有多个渐变槽，多个所述渐变槽的深度从远离所述传输结构向靠近所述传输结构的方向逐渐增大至接近所述凹槽21的深度。
具体地，如图2所示，超材料结构2整体呈长条形，为三段式结构，即，位于中间的传输结构以及位于传输结构两端的转换结构，三者均呈锯齿状，但传输结构的所有凹槽尺寸统一，而转换结构的凹槽则为渐变尺寸。转换结构远离传输结构的一端位于渐变共面波导结构1的两瓣之间，且距离二者一定间隔，以形成耦合。转换结构可将传输结构(单线传输能量)的能量转换到常规电路和天线馈电所用的双线结构中，如微带线、共面波导和带状线等。换言之，本实施例的天线馈电结构充分利用了超材料结构2和渐变共面波导结构1的特性，并将二者有机结合于馈电结构中，通过一个渐变共面波导结构1将电磁波导入超材料结构2，再通过另一个渐变共面波导结构1将电磁波导出并可连接至天线体，在这一过程中，实现了对电磁波的带通滤波。
可选地，所述凹槽21的宽度为工作频率中心频点介质表面波长的1/8至1/12，所述凹槽21的深度为工作频率中心频点介质表面波长的1/3至1/8。
进一步优选地，所述凹槽21的宽度为工作频率中心频点介质表面波长的1/10，所述凹槽21的深度为工作频率中心频点介质表面波长的1/5。
具体地，只需调整凹槽21的尺寸便可适用于不同的天线工作频率，不仅加工方便，而且易于实现，具有一定的泛用性，且不需要增加大量额外的物料成本。
可选地，所述渐变共面波导结构1包括贴合的介质层和金属层，所述大开口端和所述小开口端均在所述金属层上形成，所述超材料结构2贴设于所述介质层且与所述金属层位于所述介质层的同侧。
可选地，所述金属层与所述超材料结构2的厚度相同。
具体地，本实施例的天线馈电结构的天线体形式的渐变共面波导结构1和超材料结构2可在同一块PCB上加工完成，例如，天线馈电结构整体为PCB单层敷铜结构。PCB具有介质层和金属层，也就是渐变共面波导结构1具有介质层和金属层，超材料结构2可仅视为金属层的一部分。在加工时，在具有完整介质层和金属层的基板上，可以同时刻蚀形成渐变共面波导结构1的两瓣结构和超材料结构2的锯齿结构，大幅降低加工难度。
更具体而言，示例性地，天线馈电结构整体为PCB单层敷铜结构，PCB基材介电常数6，厚度0.5mm。
下面以一个具体示例对本发明的天线馈电结构进行说明。
首先建立一个如图1所示的共面Vivaldi超宽带天线结构，其结构为PCB单层敷铜结构，PCB基材介电常数6，厚度0.5mm，大开口端尺寸D2为85.2mm，小开口端尺寸D1为5.0mm，长度L为80.2mm。如图4所示，其工作带宽(S11＜-10dB)为2.7-20GHz。此时天线工作在超宽频状态下，天线系统容易受到环境中的噪声干扰。
然后在此共面Vivaldi超宽带天线结构的基础上，将其作为渐变共面波导结构1，并增加超材料结构2，建立如图2所示的天线馈电结构，依旧为PCB单层敷铜结构，PCB基材介电常数6，厚度0.5mm。若设定期望工作频率为11GHz卫星信号频段，即10.7-11.7GHz，可据此设计超材料结构2的结构。其中，超材料结构2的宽度D3(沿图中Y轴方向尺寸)为4.0mm，与两瓣的间距ΔD为0.5mm，凹槽21的宽度L1(沿图中X轴方向尺寸)取为工作频率中心频点11.35GHz介质表面十分之一左右波长，即1.6mm，凹槽21的深度W1(沿图中Y轴方向尺寸)取为中心频点介质表面五分之一左右波长，即3.0mm。另外，相邻凹槽21的间隔尺寸可根据实际情况而定，此处取间隔部分的宽度L2(沿图中X轴方向尺寸)为2.4mm，由于间隔部分没有开设凹槽，故间隔部分的长度W2(沿图中Y轴方向尺寸)就是超材料结构2的宽度，即4.0mm。
如图5所示，此时天线的工作带宽从2.7-20GHz大幅缩小至11.1-11.6GHz，可以有效避开UWB频段(3.1-10.6GHz)的干扰。也就是说，如果采用此种结构的天线馈电结构应用于11GHz频段卫星信号的传输，将有效避免电磁干扰，提高天线传输性能。
如图3所示，本发明另一实施例一种天线包括天线体3以及如上所述的天线馈电结构，所述天线体3与所述天线馈电结构中的一个渐变共面波导结构1连接。
具体地，天线体3可通过天线馈电结构与射频芯片等连接，进而通过天线馈电结构进行带通滤波，提高信号传输效果。
可选地，所述天线体3与所述天线馈电结构中的所述渐变共面波导结构1具有匹配的结构。
具体地，天线体3可以选用如上所述的共面Vivaldi超宽带天线结构，从而和天线馈电结构中的所述渐变共面波导结构1相同，这样对天线体3与天线馈电结构的一体加工将更加便捷。
需要注意的是，天线体3也可以选用其他形式的天线结构。
可选地，所述天线体3的介质层与所述天线馈电结构中的介质层一体设置，所述天线体的金属层与所述天线馈电结构中的金属层一体设置。
具体地，由于天线体3和天线馈电结构均可以PCB形式呈现，因此本实施例中将二者加工于同一PCB上，也就是二者的介质层为同一块介质板，二者的金属层由与介质板贴合的同一块完整金属板刻蚀而成，例如整体为PCB单层敷铜结构。这样将降低天线整体的制备难度。
本发明另一实施例的一种网关设备包括如上所述的天线馈电结构，和/或，如上所述的天线。
网关设备作为不同网络之间的连接器，通过配置上述天线馈电结构或天线，将有效提高抗干扰能力，改善无线信号的传输效果。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种天线馈电结构，其特征在于，包括渐变共面波导结构(1)和超材料结构(2)，两个所述渐变共面波导结构(1)的大开口端相对设置，所述超材料结构(2)位于两个所述渐变共面波导结构(1)之间，且从一个所述渐变共面波导结构(1)的小开口端延伸至另一个所述渐变共面波导结构(1)的小开口端，所述超材料结构(2)上设置有多个凹槽(21)，所述凹槽(21)的尺寸适于根据工作频率而确定。
2.根据权利要求1所述的天线馈电结构，其特征在于，所述超材料结构(2)包括传输结构以及位于所述传输结构两端的转换结构，所述传输结构上设置有多个所述凹槽(21)，所述转换结构上设置有多个渐变槽，多个所述渐变槽的深度从远离所述传输结构向靠近所述传输结构的方向逐渐增大至接近所述凹槽(21)的深度。
3.根据权利要求1所述的天线馈电结构，其特征在于，所述凹槽(21)的宽度为工作频率中心频点介质表面波长的1/8至1/12，所述凹槽(21)的深度为工作频率中心频点介质表面波长的1/3至1/8。
4.根据权利要求3所述的天线馈电结构，其特征在于，所述凹槽(21)的宽度为工作频率中心频点介质表面波长的1/10，所述凹槽(21)的深度为工作频率中心频点介质表面波长的1/5。
5.根据权利要求1至4任一项所述的天线馈电结构，其特征在于，所述渐变共面波导结构(1)包括贴合的介质层和金属层，所述大开口端和所述小开口端均在所述金属层上形成，所述超材料结构(2)贴设于所述介质层且与所述金属层位于所述介质层的同侧。
6.根据权利要求5所述的天线馈电结构，其特征在于，所述金属层与所述超材料结构(2)的厚度相同。
7.一种天线，其特征在于，包括天线体(3)以及如权利要求1至6任一项所述的天线馈电结构，所述天线体(3)与所述天线馈电结构中的一个渐变共面波导结构(1)连接。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述天线体(3)与所述天线馈电结构中的所述渐变共面波导结构(1)具有匹配的结构。
9.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述天线体(3)的介质层与所述天线馈电结构中的介质层一体设置，所述天线体的金属层与所述天线馈电结构中的金属层一体设置。
10.一种网关设备，其特征在于，包括如权利要求7至9任一项所述的天线。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202120828704.3U CN214849052U (zh) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 一种天线馈电结构、天线和网关设备 |
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| CN202120828704.3U CN214849052U (zh) | 2021-04-20 | 2021-04-20 | 一种天线馈电结构、天线和网关设备 |
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| CN (1) | CN214849052U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114300852A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-08 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种毫米波金属喇叭天线阵列 |
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2021
- 2021-04-20 CN CN202120828704.3U patent/CN214849052U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114300852A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-08 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种毫米波金属喇叭天线阵列 |
| CN114300852B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-09-12 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种毫米波金属喇叭天线阵列 |
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Legal Events
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