CN217086864U - 一种柔性共形天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种柔性共形天线，该天线在接地面上设置有辐射器与微带馈线翻转后形成的结构的贴片，可以增加天线带宽；引向器位于辐射器的上方，用来提高天线增益，调节输入阻抗，达到匹配，接地面的下部位于介质基板的背面的下部，为矩形结构，并在矩形中上方开了三个尺寸渐变的矩形槽，三个矩形槽的尺寸由上到下长度递减，宽度递增，延长天线有效电流路径，拓宽了天线的工作带宽，降低了天线在工作频点的反射系数。此外，采用PA材料作为介质基板，提高了天线的耐用性以及可弯曲性，满足共形天线的功能要求，使该天线工作在载体表面以及在不同弯曲情况下性能依旧保持稳定，具有实用性。

Description

一种柔性共形天线

技术领域

本实用新型属于无线通信领域，尤其涉及一种天线剖面高度较低的柔性共形天线。

背景技术

随着现代无线通信系统的飞速发展，天线越来越多地在应用在科学研究和日常生活中。天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。对于共形天线而言，为了保证载体的气动力学特性，要求天线具有较低的剖面高度，而如何在实现与载体表面共形后还能保持良好的性能成为关键技术。对于载体表面有限的空间，如何实现天线小型化、高增益并且辐射稳定，越来越成为共形天线的研究热点。因此对于共形天线而言，它越来越多地被安装在火箭、飞机、导弹等载体上。

对于现有技术，例如名称为《一种柔性共形天线的设计》的中文论文，设计的天线在LPDA实现共形的基础上，对天线振子采用了树状分形结构来实现小型化，实现了增益达到5.5dB，但其增益较低且结构复杂，不易于加工。又如名称为《一种新型共形微带准八木天线的设计》的中文论文，设计的天线具有0.79-1.08GHz的阻抗带宽，通过共面波导馈电，采用蝶形偶极子作为辐射源，采用分段结构引向器，天线增益最大为3.8dB，但其增益较低且损耗很高，影响天线的稳定性。再如名称为《The Design of Miniaturized ConformalAntenna on Missile》的英文论文，通过LPDA方式实现共形的基础上，对天线振子采用了树状分形结构来实现小型化，最终实现天线横向尺寸减小了约47％，但其天线结构特别复杂，在天线的实际应用中增加了加工的难度。

实用新型内容

为克服现有技术的缺点与不足，使天线具有可共性于圆柱的特性，同时具有高增益，性能稳定特性，可应用于飞机或导弹上的通信领域，本实用新型提供了一种柔性共形天线。该天线采用了一种柔性材料PA作为天线介质基板，相对于其他柔性材料具有成本低，化学稳定性高，耐用性好的特点，提高了天线的耐用性以及可弯曲性。此外，该天线采用渐变的缺陷地结构，增强天线带宽性能，采用直角三角形极子作为辐射源，改善天线的阻抗匹配，采用三根金属条贴片作为引向器，实现更好的阻抗匹配和提高方向性。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是：设计一种柔性共形天线，其特征在于，该天线包括一层PA材料的介质基板(1)、辐射器(2)、引向器(4)、微带馈线(5)和接地面(6)；辐射器(2)、引向器(4)、微带馈线(5)和接地面(6)均为金属贴片，其中，辐射器(2)、引向器(4)与微带馈线(5)设置于介质基板(1)的正面，接地面(6)设置于介质基板(1)的背面；

引向器(4)由三个水平矩形贴片构成，三个水平矩形贴片由下到上长度渐短，但宽度相等，三者之间的间距相等，三个水平矩形贴片均以介质基板(1)的竖直方向的对称轴为中轴线居中的设置于介质基板(1)正面的上部；辐射器(2)与微带馈线(5)设置于引向器(4)的下方，辐射器(2)与微带馈线(5)两者衔接在一起，为一个直角三角形的一锐角的末端与一个竖直矩形贴片的顶部的一侧共用的结构，其中直角三角形部分为辐射器(2)，竖直矩形贴片为微带馈线(5)；辐射器(2)的较长的直角边与引向器(4)平行，其较短的直角边位于较长的直角边的左侧的下方，其斜边位于较长直角边的下方，且斜边的右端与微带馈线(5)的左侧衔接在一起，辐射器(2)的较长的直角边的右端与微带馈线(5)的右端的顶部衔接在一起，微带馈线(5)下部的边缘处与介质基板(1)下部的边缘处重合；辐射器(2)的较长的直角边与引向器(4)的最下方的水平矩形贴片的间距与引向器(4)的两个水平矩形贴片之间的间距相等，微带馈线(5)的中轴线与介质基板(1)的竖直方向的对称轴重合；

接地面(6)设置于介质基板(1)背面的下部，由上、中、下三部分构成，其中，下部的左侧、右侧以及下侧的边缘处与介质基板(1)背面的左侧、右侧以及下侧的边缘对应的重合，在下部的上侧的中间处设置有一个由三个矩形槽构成的缺口，三个矩形槽的尺寸由上到下为长度递减、宽度递增；接地面(6)的上部与中部为辐射器(2)与微带馈线(5)两者整体沿介质基板(1)的竖直方向的对称轴水平翻转一百八十度所形成的结构，在空间上，接地面(6)的上部的顶部位于辐射器(2)顶部的下方，接地面(6)的中部的底部与其下部的上侧的缺口的底部的中间位置衔接在一起。

与现有技术相比，本实用新型具有以下显著优点：

本实用新型设计的天线，在接地面上设置有辐射器与微带馈线翻转后形成的结构的贴片，可以增加天线带宽；引向器位于辐射器的上方，用来提高天线增益，调节输入阻抗，达到匹配，接地面的下部位于介质基板的背面的下部，为矩形结构，并在矩形中上方开了三个尺寸渐变的矩形槽，三个矩形槽的尺寸由上到下长度递减，宽度递增，延长天线有效电流路径，拓宽了天线的工作带宽，降低了天线在工作频点的反射系数。本实用新型实施例所得的天线的中心频率为1.06GHz，在谐振频率处反射系数为-33.74dB，工作带宽为0.98-1.21GHz，可用于飞机或导弹通信领域。此外，采用PA材料作为介质基板，提高了天线的耐用性以及可弯曲性，满足共形天线的功能要求，使该天线工作在载体表面以及在不同弯曲情况下性能依旧保持稳定，具有实用性。

附图说明

图1是本实用新型一种柔性共形天线一种实施例的正面结构示意图。

图2是本实用新型一种柔性共形天线一种实施例的背面结构示意图(透视视图)。

图3是本实用新型一种柔性共形天线一种实施例所得天线的反射系数图。

图4是本实用新型一种柔性共形天线一种实施例所得天线的方向图。

图5是本实用新型一种柔性共形天线一种实施例所得天线的弯曲程度对天线反射系数的影响图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型方案作进一步的阐述。

本实施例提供一种柔性共形天线(简称天线，参见图1-2)，其特征在于，该天线包括一层PA材料的介质基板(1)、辐射器(2)、引向器(4)、微带馈线(5)和接地面(6)；辐射器(2)、引向器(4)、微带馈线(5)和接地面(6)均为金属贴片，其中，辐射器(2)、引向器(4)与微带馈线(5)设置于介质基板(1)的正面，接地面(6)设置于介质基板(1)的背面。

引向器(4)由三个水平矩形贴片构成，三个水平矩形贴片由下到上长度渐短，但宽度相等，三者之间的间距相等，三个水平矩形贴片均以介质基板(1)的竖直方向的对称轴为中轴线居中的设置于介质基板(1)正面的上部；辐射器(2)与微带馈线(5)设置于引向器(4)的下方，辐射器(2)与微带馈线(5)两者衔接在一起，为一个直角三角形的一锐角的末端与一个竖直矩形贴片的顶部的一侧共用的结构，其中直角三角形部分为辐射器(2)，竖直矩形贴片为微带馈线(5)；辐射器(2)的较长的直角边与引向器(4)平行，其较短的直角边位于较长的直角边的左侧的下方，其斜边位于较长直角边的下方，且斜边的右端与微带馈线(5)的左侧衔接在一起，辐射器(2)的较长的直角边的右端与微带馈线(5)的右端的顶部衔接在一起，微带馈线(5)下部的边缘处与介质基板(1)下部的边缘处重合。辐射器(2)的较长的直角边与引向器(4)的最下方的水平矩形贴片的间距与引向器(4)的两个水平矩形贴片之间的间距相等，微带馈线(5)的中轴线与介质基板(1)的竖直方向的对称轴重合；

接地面(6)设置于介质基板(1)背面的下部，由上、中、下三部分构成，其中，下部的左侧、右侧以及下侧的边缘处与介质基板(1)背面的左侧、右侧以及下侧的边缘对应的重合，在下部的上侧的中间处设置有一个由三个矩形槽构成的缺口，三个矩形槽的尺寸由上到下为长度递减、宽度递增；接地面(6)的上部与中部为辐射器(2)与微带馈线(5)两者整体沿介质基板(1)的竖直方向的对称轴水平翻转一百八十度所形成的结构，在空间上，接地面(6)的上部的顶部位于辐射器(2)顶部的下方，接地面(6)的中部的底部与其下部的上侧的缺口的底部的中间位置衔接在一起。

本实用新型设计的天线，在接地面(5)上设置有辐射器(2)与微带馈线(5)翻转后形成的结构的贴片，可以增加天线带宽；引向器(4)位于辐射器(2)的上方，用来提高天线增益，调节输入阻抗，达到匹配，接地面(5)的下部位于介质基板(1)的背面的下部，为矩形结构，并在矩形中上方开了三个尺寸渐变的矩形槽，三个矩形槽的尺寸由上到下长度递减，宽度递增，来改善天线性能。该天线采用微带线直接馈电方式进行馈电。

本实施例中，天线的介质基板(1)的长度为126mm，宽度为120mm，厚度为0.71mm。介质基板(1)的相对介电常数为4.3，正切损耗为0.004。

辐射器(2)的长直角边的长度为54mm、短直角边的宽度为11mm，微带馈线(5)的右侧的长度为77.4mm，宽度为1.4mm。

引向器(4)的三个水平矩形贴片由下到上的长度分别为90mm、78mm、66mm，宽度均为1.4mm，间距为9mm。辐射器(2)的长直角边与引向器(4)的最下方的水平矩形贴片的间距为9mm。

接地面(6)的上部的顶部与辐射器(2)的顶部在空间上的间距为0.71mm，接地面(6)的下部的上侧的中间处构成缺口的三个矩形槽的长度从上到下分别为10mm、8mm、6mm，宽度由上到下分别为1mm、2mm、3mm,接地面(6)的高度为19mm。

采用仿真的方式将本实施例所得的天线进行性能测试，图3是该天线的反射系数曲线图，从图3中可以看出天线中心频率为1.06GHz，在谐振频率处反射系数为-33.74dB，工作带宽为0.98-1.21GHz，可用于飞机或导弹通信领域，满足共形天线的功能要求，天线具有实用性。

图4是本实施例所得天线的方向图，从该图中可以看到，该天线具有高增益且稳定的优点。

图5是本实施例所得天线在不同弯曲半径下的反射系数，在弯曲半径r＝260mm情况下1.06GHz的反射系数为-33.74dB，天线的带宽为0.98-1.21GHz；在弯曲半径r＝220mm情况下1.06GHz的反射系数为-30.59dB，天线的带宽为0.98-1.20GHz；在弯曲半径r＝180mm情况下1.06GHz的反射系数为-26.32dB，天线的带宽为0.99-1.16GHz。由结果可知，天线的弯曲会对天线造成一定的影响，但是其带宽相对稳定，天线依旧可以正常工作。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，另外在本实施例的基础上，改变辐射单元、微带馈线和接地面的大小和尺寸，都应包含在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种柔性共形天线，其特征在于，该天线包括一层PA材料的介质基板(1)、辐射器(2)、引向器(4)、微带馈线(5)和接地面(6)；辐射器(2)、引向器(4)、微带馈线(5)和接地面(6)均为金属贴片，其中，辐射器(2)、引向器(4)与微带馈线(5)设置于介质基板(1)的正面，接地面(6)设置于介质基板(1)的背面；

引向器(4)由三个水平矩形贴片构成，三个水平矩形贴片由下到上长度渐短，但宽度相等，三者之间的间距相等，三个水平矩形贴片均以介质基板(1)的竖直方向的对称轴为中轴线居中的设置于介质基板(1)正面的上部；辐射器(2)与微带馈线(5)设置于引向器(4)的下方，辐射器(2)与微带馈线(5)两者衔接在一起，为一个直角三角形的一锐角的末端与一个竖直矩形贴片的顶部的一侧共用的结构，其中直角三角形部分为辐射器(2)，竖直矩形贴片为微带馈线(5)；辐射器(2)的较长的直角边与引向器(4)平行，其较短的直角边位于较长的直角边的左侧的下方，其斜边位于较长直角边的下方，且斜边的右端与微带馈线(5)的左侧衔接在一起，辐射器(2)的较长的直角边的右端与微带馈线(5)的右端的顶部衔接在一起，微带馈线(5)下部的边缘处与介质基板(1)下部的边缘处重合；辐射器(2)的较长的直角边与引向器(4)的最下方的水平矩形贴片的间距与引向器(4)的两个水平矩形贴片之间的间距相等，微带馈线(5)的中轴线与介质基板(1)的竖直方向的对称轴重合；

接地面(6)设置于介质基板(1)背面的下部，由上、中、下三部分构成，其中，下部的左侧、右侧以及下侧的边缘处与介质基板(1)背面的左侧、右侧以及下侧的边缘对应的重合，在下部的上侧的中间处设置有一个由三个矩形槽构成的缺口，三个矩形槽的尺寸由上到下为长度递减、宽度递增；接地面(6)的上部与中部为辐射器(2)与微带馈线(5)两者整体沿介质基板(1)的竖直方向的对称轴水平翻转一百八十度所形成的结构，在空间上，接地面(6)的上部的顶部位于辐射器(2)顶部的下方，接地面(6)的中部的底部与其下部的上侧的缺口的底部的中间位置衔接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种柔性共形天线，其特征在于，介质基板(1)的相对介电常数为4.3，正切损耗为0.004。

3.根据权利要求1所述的一种柔性共形天线，其特征在于，介质基板(1)的长度为126mm，宽度为120mm，厚度为0.71mm。

4.根据权利要求1所述的一种柔性共形天线，其特征在于，辐射器(2)的长直角边的长度为54mm、短直角边的宽度为11mm，微带馈线(5)的右侧的长度为77.4mm，宽度为1.4mm。

5.根据权利要求1所述的一种柔性共形天线，其特征在于，引向器(4)的三个水平矩形贴片由下到上的长度分别为90mm、78mm、66mm，宽度均为1.4mm，间距为9mm。

6.根据权利要求1所述的一种柔性共形天线，其特征在于，接地面(6)的上部的顶部与辐射器(2)的顶部在空间上的间距为0.71mm。

7.根据权利要求1所述的一种柔性共形天线，其特征在于，接地面(6)的下部的上侧的中间处构成缺口的三个矩形槽的长度从上到下分别为10mm、8mm、6mm，宽度由上到下分别为1mm、2mm、3mm。

8.根据权利要求1所述的一种柔性共形天线，其特征在于，接地面(6)的高度为19mm。

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