CN217334388U - 一种宽频低驻波天线及天线面阵装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种宽频低驻波天线及天线面阵装置,天线包括基板、辐射体和馈电结构,所述辐射体固定设于所述基板的一侧,所述辐射体在辐射方向上设有渐变开口,所述辐射体以所述渐变开口的轴向为对称轴呈对称结构,所述渐变开口尺寸在开口延伸方向上逐渐变大,所述渐变开口的底部设有谐振腔,所述谐振腔靠近所述基板的底部设置,所述辐射体的两侧均设有从侧边向所述渐变开口延伸的U形缝隙,所述U形缝隙以渐变开口的轴向为对称轴呈对称设置;所述馈电结构固定设于所述基板的另一侧并靠近所述谐振腔设置在所述基板的底部。通过在辐射体的两侧设有U形缝隙,使得在不改变天线尺寸的基础上,改善了天线的低频阻抗带宽,提升天线的性能。

Description

一种宽频低驻波天线及天线面阵装置
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域,尤其涉及一种宽频低驻波天线及天线面阵装置。
背景技术
天线是现代无线通信系统中辐射、接收能量的关键部件,由于无线通信器件都需要天线来进行信号的收发,因此天线的信号收发的能力很多时候直接决定了无线通信系统的性能。
Vivaldi天线是一种平面结构的超宽带天线,它由槽宽呈指数渐变的槽线构成,由于具有的超宽带、低剖面、易加工等优点,使其广泛应用于通信、雷达测量等领域。Vivaldi天线是利用槽线宽度远大于半个工作波长时的辐射特性,逐渐加大槽线宽度向外辐射或者向内接收电磁波。在不同的频率上,天线的不同部分发射或接收电磁波,而各个辐射部分相对于对应的不同频率的信号的波长是不变的,因此理论上讲,它有很宽的带宽,并在这个频率范围内具有相同的波束宽度。而Vivaldi天线的表面电流主要集中在槽线的内边缘,因此该类形天线的性能主要由槽线的形状以及馈电方式决定。
现有Vivaldi天线主要存在如下技术问题:
1)天线的横向尺寸决定了阻抗带宽的低频段,即天线的横向尺寸应为最低频的半个波长以上,由于低频段受到天线尺寸的限制,当天线横向尺寸过小时,影响低频段的阻抗匹配,不能实现足够的工作带宽;
2)交叉设置的位于基板下表面的馈电微带线和位于基板上表面的槽线之间的耦合度较差,不利于天线的匹配。
因此,需要提供一种改善天线的低频阻抗带宽并且满足天线驻波比要求的宽频低驻波天线来解决上述技术问题。
实用新型内容
为了解决上述技术问题,本实用新型提供了一种宽频低驻波天线。解决了现有技术中由于低频段受到天线尺寸的限制,当天线横向尺寸过小时,影响低频段的阻抗匹配,不能实现足够的工作带宽,影响天线信号收发性能的问题。
本实用新型的技术效果通过如下实现的:
一种宽频低驻波天线,包括:
基板,
辐射体,固定设于所述基板的一侧,所述辐射体在辐射方向上设有渐变开口,所述辐射体以所述渐变开口的轴向为对称轴呈对称结构,所述渐变开口尺寸在开口延伸方向上逐渐变大,所述渐变开口的底部设有谐振腔,所述谐振腔靠近所述基板的底部设置,所述辐射体的两侧均设有从侧边向所述渐变开口延伸的U形缝隙,所述辐射体两侧的所述U形缝隙以所述渐变开口的轴向为对称轴呈对称设置;
馈电结构,固定设于所述基板的另一侧,所述馈电结构靠近所述谐振腔设置在所述基板的底部。通过在辐射体的两侧设有U形缝隙,使得在不改变天线尺寸的基础上,改善了天线的低频阻抗带宽,使得天线具有较大带宽的特性,改善了天线的增益平整度,提升了天线信号收发的性能,并且有助于天线小形化的推进;解决了现有技术中由于低频段受到天线尺寸的限制,当天线横向尺寸过小时,影响低频段的阻抗匹配,不能实现足够的工作带宽,影响天线信号收发性能的问题。
进一步地,所述U形缝隙包括第一缝隙和第二缝隙,所述第一缝隙和所述第二缝隙平行,所述第二缝隙的长度小于所述第一缝隙的长度,所述第一缝隙一端位于所述辐射体侧边,所述第一缝隙另一端和所述第二缝隙连通。
进一步地,所述U形缝隙的长度为所述宽频低驻波天线发射的电磁波波长的1/4。
进一步地,所述馈电结构包括直角形馈电结构和与扇形馈电结构,所述直角形馈电结构包括相互连接的第一直角边和第二直角边,所述第一直角边的轴向和所述第二直角边的轴向相互垂直,所述第一直角边和所述扇形馈电结构的顶点连接,所述第二直角边设于所述宽频低驻波天线的底部用于和馈电端口连接。通过在直角形馈电结构的末端增设扇形馈电结构,提高了和位于基板另一侧的渐变开口的耦合度,降低了天线的驻波比,有利于天线的匹配,从而有利于电磁波的辐射。
进一步地,所述第一直角边轴向为所述扇形馈电结构的对称轴,所述第一直角边轴向和所述渐变开口的轴向垂直。
进一步地,所述扇形馈电结构的顶点和所述渐变开口靠近所述谐振腔的位置在Y向上重叠,所述扇形馈电结构和所述第二直角边分别位于所述渐变开口轴向的两侧。
进一步地,所述扇形馈电结构的顶角角度为70~85度。
进一步地,所述扇形馈电结构的半径为4~5mm。
进一步地,所述谐振腔为圆形结构,所述圆形结构的直径为所述宽频低驻波天线发射的电磁波波长的1/4。
另外,还包括一种天线面阵装置,包括上述的宽频低驻波天线,所述天线面阵装置通过设置多个宽频低驻波天线为二维天线阵列以在近距离内形成平面波。
如上所述,本实用新型具有如下有益效果:
1)通过在辐射体的两侧设有U形缝隙,使得在不改变天线尺寸的基础上,增加了天线的低频阻抗带宽,使得天线具有较大带宽的特性,改善了天线的增益平整度,提升了天线信号收发的性能,并且有助于天线小形化的推进;解决了现有技术中由于低频段受到天线尺寸的限制,当天线横向尺寸过小时,影响低频段的阻抗匹配,不能实现足够的工作带宽,影响天线信号收发性能的问题。
2)通过在直角形馈电结构的末端增设扇形馈电结构,提高了和位于基板另一侧的渐变开口的耦合度,降低了天线的驻波比,有利于天线的匹配,从而有利于电磁波的辐射。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还能够根据这些附图获得其它附图。
图1为本说明书实施例提供的一种宽频低驻波天线在辐射体一侧的结构示意图;
图2为本说明书实施例提供的一种宽频低驻波天线在馈电结构一侧的结构示意图;
图3为本说明书实施例提供的一种宽频低驻波天线在的仿真VSWR图。
其中,图中附图标记对应为:
基板1、辐射体2、渐变开口3、导波区31、辐射区32、谐振腔4、U形缝隙5、第一缝隙51、第二缝隙52、馈电结构6、直角形馈电结构61、第一直角边611、第二直角边612、扇形馈电结构62。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是,本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1:
如图1和图2所示,一种宽频低驻波天线,包括:基板1、辐射体2和馈电结构6,辐射体2固定设于基板1的一侧,辐射体2在辐射方向上设有渐变开口3,辐射体2以渐变开口3的轴向为对称轴呈对称结构,渐变开口3尺寸在开口延伸方向上逐渐变大,渐变开口3的底部设有谐振腔4,谐振腔4靠近基板1的底部设置,辐射体2的两侧均设有从侧边向渐变开口3延伸的U形缝隙5,辐射体2两侧的U形缝隙5以渐变开口3的轴向为对称轴呈对称设置;馈电结构6固定设于基板1的另一侧,馈电结构6靠近谐振腔4设置在基板1的底部。
需要说明的是,渐变开口3按照功能不同可以分为两部分,一部分是等宽度的导波区31,即槽线,另一部分是渐变宽度的辐射区32,导波区31为窄开口端,窄开口端对应的工作频带为高频率,辐射区32为宽开口端,宽开口端对应的工作频带为低频率。对于工作在匹配状态下的槽线,如果槽宽远小于半个工作波长,则其中的能量便会被束缚在辐射体2中渐变开口3之间而不会被辐射出去,因此利用槽线宽度远大于半个工作波长的辐射特性,逐渐加大槽线宽度形成辐射区32向外辐射或者向内接收电磁波。
其中,由于天线的横向尺寸应为最低频的半个波长以上,因此天线的横向尺寸决定了阻抗带宽的低频段。通过在辐射体2的两侧设有U形缝隙5,使得在不改变天线尺寸的基础上,增加了天线的低频阻抗带宽,使得天线具有较大带宽的特性,改善了天线的增益平整度,提升了天线信号收发的性能。
具体地,辐射体2的左、右两侧均设有关于天线的中心轴对称的从侧边向渐变开口3延伸的U形缝隙5,保证了天线中电流分布的一致性和方向图的对称性,提升了天线的辐射性能。
具体地,基板1为介质板,为酚醛树脂、环氧树脂或聚四氟乙烯等材料制成,优选为FR4材料,辐射体2可以使用介质板一侧的金属镀层,也可以直接是金属板,金属材料优选为铜。
优选地,U形缝隙5包括第一缝隙51和第二缝隙52,第一缝隙51和第二缝隙52平行,第二缝隙52的长度小于第一缝隙51的长度,第一缝隙51一端位于辐射体2侧边,第一缝隙51另一端和第二缝隙52连通。
优选地,U形缝隙5的长度为宽频低驻波天线发射的电磁波波长的1/4。
具体地,如图1所示,天线的横向尺寸为62mm,纵向尺寸为64mm,U形缝隙5的长度为30~35mm。天线的横向尺寸为天线的长度,长度方向为X向,天线的纵向尺寸为天线的高度,高度方向为Z向,Y向为垂直于X向和Z向的方向,即垂直于基板1所在平面的方向。
优选地,馈电结构6包括直角形馈电结构61和与扇形馈电结构62,直角形馈电结构61包括相互连接的第一直角边611和第二直角边612,第一直角边611的轴向和第二直角边612的轴向相互垂直,第一直角边611和扇形馈电结构62的顶点连接,第二直角边612设于宽频低驻波天线的底部用于和馈电端口连接。通过在直角形馈电结构61的末端增设扇形馈电结构62,提高了和位于基板1另一侧的渐变开口3的耦合度,降低了天线的驻波比,有利于天线的匹配,从而有利于电磁波的辐射。
具体地,馈电结构6可以使用介质板一侧的金属镀层,也可以直接是金属板,金属材料优选为铜。
具体地,第一直角边611位于水平方向上,第二直角边612位于竖直方向上。
优选地,第一直角边611轴向为扇形馈电结构62的对称轴,第一直角边611轴向和渐变开口3的轴向垂直。
优选地,扇形馈电结构62的顶点和渐变开口3靠近谐振腔4的位置在Y向上重叠,扇形馈电结构62和第二直角边612分别位于渐变开口3轴向的两侧。
优选地,扇形馈电结构62的顶角角度为70~85度,优选为80度。
优选地,扇形馈电结构62的半径为4~5mm,优选为4.5mm。
优选地,谐振腔4为圆形结构,圆形结构的直径为宽频低驻波天线发射的电磁波波长的1/4。
具体地,扇形馈电结构62上与谐振腔4相邻的边到谐振腔4的腔壁的最近位置的距离为1~3mm。
本实施例中,基于本实用新型思想设计出的一种宽频低驻波天线,建立与本申请的宽频低驻波天线对应的模型并对模型进行仿真,如图2所示,得到对本申请的宽频低驻波天线的驻波比(VSWR)仿真结果。
图2中的驻波比仿真结果说明,采用本申请中的宽频低驻波天线在1.7GHz-6GHz超宽带的频率范围内的驻波比VSWR<1.5,使得在不改变天线尺寸的基础上,增加了天线的低频阻抗带宽,使得天线具有较大带宽的特性,提升了天线信号收发的性能,解决了现有技术中由于低频段受到天线尺寸的限制,当天线横向尺寸过小时,影响低频段的阻抗匹配,不能实现足够的工作带宽,影响天线信号收发性能的问题。
实施例2:
一种天线面阵装置,包括实施例1中的宽频低驻波天线,天线面阵装置通过设置多个宽频低驻波天线为二维天线阵列以在近距离内形成平面波。通过设置多个宽频低驻波天线,使其具有更好的辐射性能,为移动过程中捕获或跟踪信号提供更高的灵活性。
如上所述,本实用新型具有如下有益效果:
1)通过在辐射体的两侧设有U形缝隙,使得在不改变天线尺寸的基础上,增加了天线的低频阻抗带宽,使得天线具有较大带宽的特性,改善了天线的增益平整度,提升了天线信号收发的性能,并且有助于天线小形化的推进;解决了现有技术中由于低频段受到天线尺寸的限制,当天线横向尺寸过小时,影响低频段的阻抗匹配,不能实现足够的工作带宽,影响天线信号收发性能的问题。
2)通过在直角形馈电结构的末端增设扇形馈电结构,提高了和位于基板另一侧的渐变开口的耦合度,降低了天线的驻波比,有利于天线的匹配,从而有利于电磁波的辐射。
虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述,然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例,在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
在本文中,所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的,只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解,所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下,本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本实用新型之权利范围,因此依本实用新型权利要求所作的等同变化,仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种宽频低驻波天线,其特征在于,包括:
基板(1),
辐射体(2),固定设于所述基板(1)的一侧,所述辐射体(2)在辐射方向上设有渐变开口(3),所述辐射体(2)以所述渐变开口(3)的轴向为对称轴呈对称结构,所述渐变开口(3)尺寸在开口延伸方向上逐渐变大,所述渐变开口(3)的底部设有谐振腔(4),所述谐振腔(4)靠近所述基板(1)的底部设置,所述辐射体(2)的两侧均设有从侧边向所述渐变开口(3)延伸的U形缝隙(5),所述辐射体(2)两侧的所述U形缝隙(5)以所述渐变开口(3)的轴向为对称轴呈对称设置;
馈电结构(6),固定设于所述基板(1)的另一侧,所述馈电结构(6)靠近所述谐振腔(4)设置在所述基板(1)的底部。
2.根据权利要求1所述的宽频低驻波天线,其特征在于,所述U形缝隙(5)包括第一缝隙(51)和第二缝隙(52),所述第一缝隙(51)和所述第二缝隙(52)平行,所述第二缝隙(52)的长度小于所述第一缝隙(51)的长度,所述第一缝隙(51)一端位于所述辐射体(2)侧边,所述第一缝隙(51)另一端和所述第二缝隙(52)连通。
3.根据权利要求2所述的宽频低驻波天线,其特征在于,所述U形缝隙(5)的长度为所述宽频低驻波天线发射的电磁波波长的1/4。
4.根据权利要求1所述的宽频低驻波天线,其特征在于,所述馈电结构(6)包括直角形馈电结构(61)和与扇形馈电结构(62),所述直角形馈电结构(61)包括相互连接的第一直角边(611)和第二直角边(612),所述第一直角边(611)的轴向和所述第二直角边(612)的轴向相互垂直,所述第一直角边(611)和所述扇形馈电结构(62)的顶点连接,所述第二直角边(612)设于所述宽频低驻波天线的底部用于和馈电端口连接。
5.根据权利要求4所述的宽频低驻波天线,其特征在于,所述第一直角边(611)轴向为所述扇形馈电结构(62)的对称轴,所述第一直角边(611)轴向和所述渐变开口(3)的轴向垂直。
6.根据权利要求5所述的宽频低驻波天线,其特征在于,所述扇形馈电结构(62)的顶点和所述渐变开口(3)靠近所述谐振腔(4)的位置在Y向上重叠,所述扇形馈电结构(62)和所述第二直角边(612)分别位于所述渐变开口(3)轴向的两侧。
7.根据权利要求4所述的宽频低驻波天线,其特征在于,所述扇形馈电结构(62)的顶角角度为70~85度。
8.根据权利要求4所述的宽频低驻波天线,其特征在于,所述扇形馈电结构(62)的半径为4~5mm。
9.根据权利要求1所述的宽频低驻波天线,其特征在于,所述谐振腔(4)为圆形结构,所述圆形结构的直径为所述宽频低驻波天线发射的电磁波波长的1/4。
10.一种天线面阵装置,其特征在于,包括多个如权利要求1-9任一项所述的宽频低驻波天线,所述天线面阵装置通过设置多个宽频低驻波天线为二维天线阵列以在近距离内形成平面波。
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