CN217334403U - 一种对数周期天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种对数周期天线，所述对数周期天线包括：绝缘基板，包括在第一方向上相邻的第一部分和第二部分；两块金属板，分别覆盖在所述第一部分的上下表面；所述第二部分的上下表面分别设置馈电集成线和成对的倾斜振子，所述馈电集成线与所述金属板和所述倾斜振子连接，每对倾斜振子相对第一方向对称且每个倾斜振子的长度延伸方向与所述第一方向的夹角为锐角。本实用新型的对数周期天线，能提高对数周期天线的增益。

Description

一种对数周期天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及一种对数周期天线。

背景技术

对数周期天线通常被看作非频变天线，其阻抗和辐射特性以频率的对数重复，具有宽频带及增益平稳的特点。

但是，对数周期天线在某些应用场景中，例如应用于需联网的手持检测设备中，会存在天线增益不够的情况。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型在于提供一种对数周期天线，以解决如何提高对数周期天线的增益的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型实施例提供了一种对数周期天线，包括：

绝缘基板，包括在第一方向上相邻的第一部分和第二部分；

两块金属板，分别覆盖在所述第一部分的上下表面；

所述第二部分的上下表面分别设置馈电集成线和成对的倾斜振子，所述馈电集成线与所述金属板和所述倾斜振子连接，每对倾斜振子相对第一方向对称且每个倾斜振子的长度延伸方向与所述第一方向的夹角为锐角。

上述方案中，所述倾斜振子具有至少两对且各对倾斜振子在所述第一方向上间隔设置。

上述方案中，所述倾斜振子包括第一对振子和第二对振子，所述第一对振子比所述第二对振子靠近所述金属板，所述第一对振子之间的夹角大于所述第二对振子之间夹角。

上述方案中，所述馈电集成线沿所述第一方向延伸，所述第二对振子连接在所述馈电集成线远离所述金属板的一端；所述第一对振子向靠近所述金属板一侧倾斜，所述第二对振子向远离所述金属板一侧倾斜。

上述方案中，所述第一部分内设置上下贯穿所述第一部分并与所述两块金属板连接的多个第一金属化过孔，且多个所述第一金属化过孔围成朝向所述第二部分开口的半封闭结构。

上述方案中，还包括：

同轴导线，所述同轴导线沿垂直于绝缘基板上下表面的方向插设于所述绝缘基板，所述同轴导线的电性连接两块所述金属板所述同轴导线的外导体电性连接两块所述金属板中的另一块。

上述方案中，所述第二部分还设置有上下贯穿所述第二部分的多个第二金属化过孔，其中，多个所述第二金属化过孔设置在所述倾斜振子远离所述金属板的一侧；多个所述第二金属化过孔的分布呈向远离所述金属板的一侧开口的锐角。

上述方案中，多个所述第二金属化过孔分布所呈的锐角与距离所述金属板最远的一对倾斜振子所呈的夹角的角度相同。

上述方案中，所述第二部分的上下表面还分别设置成对的平行振子，所述平行振子沿垂直所述第一方向延伸并与所述馈电集成线连接。

上述方案中，所述平行振子在第一方向上到所述金属板的距离小于至少一对倾斜振子在第一方向上到所述金属板的距离。

本实用新型实施例提供一种对数周期天线，包括绝缘基板和两块覆盖在绝缘基板上下表面的金属板，其中绝缘基板未覆盖金属板的上下表面分别设置馈电集成线和成对的倾斜振子，每对倾斜振子相对第一方向对称且每个倾斜振子的长度延伸方向与第一方向的夹角为锐角。本实用新型实施例的对数周期天线，通过设置倾斜振子，能使辐射的无线电波的波束宽度更窄从而提高天线增益，并且由于振子倾斜设置，在天线宽度不变的情况下，振子的长度更长，能覆盖更低的频率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要的说明。应当理解，下面描述的附图仅仅是本实用新型实施例的一部分附图，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例的对数周期天线的示意图；

图2为图1的俯视示意图；

图3为本实用新型实施例的对数周期天线在34GHz的辐射方向图；

图4为本实用新型实施例的对数周期天线在41GHz的辐射方向图；

图5为本实用新型实施例的对数周期天线在48GHz的辐射方向图；

图6为本实用新型实施例的对数周期天线和其它设置方式的对数周期天线的增益的对比图；

图7为本实用新型实施例的对数周期天线的输入反射系数图。

附图标记说明：

10、绝缘基板；20、金属板；30、馈电集成线；41、第一对振子；42、第二对振子；43、第三对振子；44、第四对振子；50、第一金属化过孔；60、第二金属化过孔；70、同轴导线；71、内导体；72、外导体。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。并且，下面描述的实施例，仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术领域的普通技术人员，根据这些实施例，在不付出创造性劳动的前提下获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

在具体实施例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，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施例和技术方案。为了避免不必要的重复，本实用新型中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。

在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\...”仅仅是区别不同的对象，不表示各对象之间具有相同或联系之处。应该理解的是，所涉及的方位描述“上方”、“下方”、“外”、“内”均为正常使用状态时的方位，“左”、“右”方向表示在具体对应的示意图中所示意的左右方向，可以为正常使用状态的左右方向也可以不是。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

本实用新型实施例提供了一种对数周期天线，在介绍本实用新型的对数周期天线之前，先介绍一下天线的基本原理和结构。在无线电技术设备中，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线，辐射也可以称为发射。天线的功能首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收无线电波的装置并不一定都能用来作为天线，任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间辐射无线电波，或者从周围空间接收无线电波。但是并非任何高频电路都能用作天线，因为辐射或接收效率有高有低，为了有效地辐射或接收无线电波，天线的结构形式应该满足一定的要求。而对数周期天线就是一种阻抗和辐射特性以频率的对数重复，具有宽频带及增益平稳的特点的天线。对数周期天线一般由若干个对称振子(两个振子相对对称轴对称)组成，振子的尺寸以及振子之间的距离都有确定的比例关系。

本实用新型的对数周期天线，可以用于需联网的手持检测设备上，但不局限于此，也可以用于其它通过无线电波联网的电子设备。

为了表述清楚，本实用新型的对数周期天线，主要以发射无线电波进行介绍，本领域技术人员可以理解，接收无线电波的过程除了各个步骤的顺序相反之外，步骤的内容类似，不再详细介绍。

下面结合附图，详细介绍本实用新型的对数周期天线。

如图1和图2所示，本实用新型实施例的对数周期天线包括绝缘基板10、金属板20、馈电集成线30和倾斜振子41，42。图1为对数周期天线正常工作状态下的爆炸图，图2为图1的俯视示意图。其中，绝缘基板10包括在第一方向上相邻的第一部分和第二部分。这里的第一方向可以理解为绝缘基板10的长度方向，图2所示为图中的D1方向，第一部分覆盖金属块，而第二部分不覆盖金属块，第一部分和第二部分可以理解为辐射区和馈电区(具体可以参见下面的介绍)。绝缘基板10能起到支撑或固定金属板20、馈电集成线30和倾斜振子41，42的作用，还能起到将同一对振子的两个振子在上下方向隔开，以使连接振子的馈电路径不致短路或混乱。

如图1和图2所示，金属板20设置有两块，分别覆盖在第一部分的上下表面。金属板20用于连接馈电集成线30和信号发射部件或信号接收部件，是馈电组件的一部分。这里的信号发射部件可以是信号源，信号接收部件可以是对接收的信号进行处理的部件，为表达简洁，在附图中未示出。具体实施时，金属板20的材质可以是铜，实际制造时，金属板20可以通过印刷的方式设置于绝缘基板10的上下表面，类似印制电路板(PCB，Printed circuitboards)表面的覆铜区的加工，这样加工更方便、结构更紧凑。这里，两块金属板20一起形成上面所述的馈电区，当然馈电区不仅限于此，有时也可以包括馈电集成线30，以及连接信号发射部件或信号接收部件的导线。

如图1和图2所示，馈电集成线30在第二部分的上下表面均有设置，用于连接倾斜振子和金属板20，以形成馈电路径。这里的馈电路径可以是金属板20到馈电集成线30，然后再到倾斜振子，金属板20、馈电集成线30和倾斜振子均为可以导电的导体，这里的导体，并不排除可以有局部的绝缘，例如整体是导电的材料制成，但外表面或部分外表面涂覆绝缘漆或包覆绝缘皮等。

如图1和图2所示，第二部分的上下表面分别设置成对的倾斜振子，即一对倾斜振子的两个振子分别设置在绝缘基板10的上下表面，即物理上不连接，但可以共同对外辐射无线电波。两者的大小相同，倾斜角度相同，对称于馈电集成线30，辐射的频率基本相同，在辐射中可以形成谐振，因此将两个振子称为一对振子。多对倾斜振子一起形成上面所述的辐射区。相比平行振子，倾斜振子能使辐射的无线电波的波束宽度更窄，即使得天线主瓣在预设辐射方向的增益更大，从而提高整个天线的增益。并且倾斜振子，也能提高前后比，因为天线主瓣在预设辐射方向的增益大，在后瓣不变的情况下，前后比得到提高。并且，振子倾斜，在天线横向宽度不变的情况下，振子的长度更长，能覆盖更低的频率。倾斜振子可以设置一对，也可以设置多对。每对倾斜振子相对第一方向对称且每个倾斜振子的长度延伸方向与第一方向的夹角为锐角，即倾斜振子与第一方向不垂直。与设置金属板相同，馈电集成线30和多对倾斜振子可以通过印刷的方式设置于绝缘基板10的上下表面。

本实用新型实施例的对数周期天线通过设置倾斜振子，能使辐射的无线电波的波束宽度更窄，从而提高天线增益，并且由于振子倾斜设置，在天线宽度不变的情况下，振子的长度更长，能覆盖更低的频率。

在本实用新型的一些实施例中，倾斜振子具有至少两对且各对倾斜振子在第一方向上间隔设置，这样上述的提高增益、覆盖更低频率的技术效果更好。例如，如图1和图2所示，倾斜振子设置2对，分别为第一对振子41和第二对振子42。各对倾斜振子在第一方向上间隔设置，即在第一对振子41和第二对振子42之间还可以设置其它振子。例如，如图1和图2所示，第一对振子41和第二对振子42之间设置有第三对振子43和第四对振子44，第三对振子43和第四对振子44可以为平行振子，平行振子的延伸方向与第一方向垂直。这样，更好的保留对数周期天线宽频带的特点。能够理解，各对倾斜振子也可以不间隔设置。

在本实用新型的一些实施例中，如图2所示，平行振子43和44在第一方向上到金属板20的距离小于至少一对倾斜振子在第一方向上到金属板20的距离。这样，倾斜振子和反射腔(参见下面介绍)更靠近，而倾斜振子可以使辐射的无线电波更集中于反射腔的方向，使反射腔能更好的反射无线电波，反射的无线电波也更强，使天线增益更高。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，第一对振子41比第二对振子42靠近金属板20，第一对振子41之间的夹角大于第二对振子42之间的夹角。这样，第二对振子42能使无线电波集中在相对更小的范围辐射，提高天线增益。本实施例中，第一对振子41之间的夹角为120度，即振子与第一方向的夹角为60度，第二对振子42之间的夹角为20度，即振子与第一方向的夹角为10度。这样，第二对振子42能集中于更小的范围辐射无线电波。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，馈电集成线30沿第一方向延伸，第二对振子42连接在馈电集成线30远离金属板20的一端；第一对振子41向靠近金属板20一侧倾斜，第二对振子42向远离金属板20一侧倾斜。这样，第一对振子41辐射的无线电波可以得到金属板20的部分反射，能提高天线增益。而第二对振子42除了上述提到的使无线电波集中在相对更小的范围辐射之外，将辐射方向设置在远离金属板20的一侧，避免受到金属板20的干扰。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，第一部分内设置上下贯穿第一部分并与两块金属板20连接的多个第一金属化过孔50，且多个第一金属化过孔50围成朝向第二部分开口的半封闭结构。例如，图1和图2所示，该半封闭结构呈一边开放的矩形形状。本领域技术人员可知，多个第一金属化过孔50可以构造类似波导的导波结构，例如顺序排列成一排的金属化过孔可以认为是一堵金属墙，无线电波无法穿透，只能反射，两个平行的金属墙可以构成导波通道，引导无线电波集中于导波通道，并使无线电波沿导波通道的延伸方向传导至预设的区域，这种开设于绝缘基板的导波结构一般被称为基片集成波导(SIW，Substrate integrated waveguide)。在本实施例中，由于多个第一金属化过孔50构成了半封闭结构，可以起到反射无线电波的作用，例如对辐射区的无线电波反射，并且比金属板20的反射效果更好，可以进一步提高天线的增益。多个第一金属化过孔50构成的半封闭结构，加上上下的金属板20，构成了一个对于无线电波相对封闭的腔体，该腔体可以称为反射腔。这里，倾斜振子能使辐射的无线电波的波束宽度更窄，而反射腔的作用在于，能更好的反射宽度更窄的波束，进一步增加主瓣在预设辐射方向的增益，从而提高天线增益。并且，也能进一步提高前后比，这里，倾斜振子和反射腔的配合产生的有益效果，可以参见图3、图4和图5的辐射方向图，从图3、图4和图5中可以看出，无论是H面，还是E面，无线电波的增益均集中于预设的辐射方向，主瓣远大于后瓣，前后比大，使预设方向的增益更高。

这里，所谓辐射方向图，是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的图形，通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。辐射方向图可分为水平面方向图(H面)和竖直面方向图(E面)。在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主瓣，也称天线波束。主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣，前后比是指：是指最大辐射方向(前向)电平与其相反方向(后向)电平之比，通常以分贝为单位。它表明了天线对后瓣抑制的好坏。前后比越大，天线的后向辐射(或接收)越小。前后比表明了天线对后瓣抑制的好坏。选用前后比低的天线，天线的后瓣有可能产生越区覆盖，导致切换关系混乱，产生掉话。图3、图4和图5中，主瓣在图的左边，在图1中，主瓣在图的第一方向的右边，后瓣在图的第一方向的左边。提高天线增益的效果可以参见图6，图6中为不同设置的对数周期天线的增益曲线，其中：L1为没有设置上述反射腔、也没有设置喇叭形导波结构(参见下面介绍)的增益曲线，L2为设置了上述反射腔、没有设置喇叭形导波结构的增益曲线，L3为既设置上述反射腔、也设置喇叭形的导波结构的增益曲线，即本实用新型实施例采用的技术方案。从图6可以看出，本实用新型的对数周期天线的增益高于其它两种。本实施例的对数周期天线L3，频带范围内增益8.1～12dBi。相比L1，设置喇叭型导波结构的L2，频带范围内增益整体提高0.4dB。相比L2，设置倾斜振子和反射腔的L3，低频增益提高0.8dB，高频增益提高0.3dB。另外，提高天线增益的技术效果，也可以参见图7的输入反射系数图。输入反射系数S11一般通过网络分析仪来看其损耗的dB值和阻抗特性。此参数表示天线的发射效率好不好，值越大，表示天线本身反射回来的能量越大，这样天线的发射效率就越差。从图7可以看出，天线工作在33.8～48GHz频段内输入反射系数小于-10dB，相对带宽34.7％，发射效率较好，因此能获得较高的天线增益。

为理解的更清楚，下面以34GHZ为例，举例说明本实用新型中对数周期天线的前后比数值及计算过程：

1)计算主瓣电平，由图3及图6可知，本实施例的对数周期天线的增益在34GHZ时约为8.2dB，根据增益的计算公式可得：

8.2 dB＝10㏒₁₀X (1)

经计算，可得：

主瓣电平X≈6.6 (2)

2)计算后瓣电平，由图3可知，后瓣增益约为-5dB，根据增益的计算公式可得：

-5 dB ＝10㏒₁₀Y (3)

经计算，可得：

后瓣电平Y≈0.32 (4)

3)计算前后比：

前后比＝X/Y＝6.6/0.32＝20.625。 (5)

因此，本实用新型的对数周期天线，在设置了倾斜振子和反射腔的情况下，获得了比较大的前后比，进而也能起到提高天线增益的目的。

具体地，本实施例中的多个金属化过孔，即基片集成波导构成的形状大致呈矩形，本领域技术人员可知，矩形形状的基片集成波导可以等效为矩形波导。而矩形波导的功率容量较大，衰减较小，因此本实施例的基片集成波导可以在反射中减少衰减，更容易实现提高天线增益的目的。并且，相比稀疏型介质棒天线，本实施例通过金属化过孔，不仅增益更高，而且加工简单、成本低。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，第二部分还设置有上下贯穿第二部分的多个第二金属化过孔60。其中，多个第二金属化过孔60设置在倾斜振子远离金属板20的一侧；多个第二金属化过孔60的分布呈向远离金属板20的一侧开口的锐角。同第一金属化过孔50，第二金属化过孔60也可以构造类似波导的导波结构，使无线电波通过导波结构，更集中于预设的方向，且无线电波在导波结构中的衰减较小，进一步提高天线增益。并且，相比稀疏型介质棒天线，本实施例通过金属化过孔，不仅增益更高，而且加工简单、成本低。多个第二金属化过孔60的分布呈现喇叭形，因此可以称为设置喇叭形的导波结构。设置喇叭形导波结构后的增益提高情况，可以参见图6。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，多个第二金属化过孔60分布所呈的锐角与距离金属板20最远的一对倾斜振子所呈的夹角的角度相同，均为20度，即喇叭形的导波结构的倾斜的角度与距离金属板20最远的一对倾斜振子所呈的夹角均为20度。这样，多个第二金属化过孔60形成的导波结构，能更平滑的导入距离金属板20最远的一对倾斜振子辐射的无线电波，更好的导波，减少衰减，也就能进一步提高天线的增益。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，对数周期天线还包括同轴导线70，同轴导线70沿垂直于绝缘基板上下表面的方向插设于绝缘基板10，同轴导线70包括内导体71和外导体72，内导体71和外导体72分别对应电性连接两块金属板20中的一块。这里同轴导线70的延伸方向即垂直绝缘基板的上下表面的方向。这里，两块金属板20分别电性连接绝缘基板10上下表面的振子，即分别电性连接一对振子中的振子，而内导体71和外导体72分别连接两块金属板20，提供相位不同的馈电信号。例如内导体71和外导体72传导的馈电信号的相位可以相差180度，这样，一对振子能辐射出以馈电集成线30为对称轴的对称无线电波，在本实施例中，可以参见图3、图4和图5。而同轴导线70沿垂直于绝缘基板上下表面的方向插设于绝缘基板10，减少了天线在第一方向的长度，相比微带线转基片集成波导，结构更紧凑。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对数周期天线，其特征在于，包括：

绝缘基板，包括在第一方向上相邻的第一部分和第二部分；

两块金属板，分别覆盖在所述第一部分的上下表面；

所述第二部分的上下表面分别设置馈电集成线和成对的倾斜振子，所述馈电集成线与所述金属板和所述倾斜振子连接，每对倾斜振子相对第一方向对称且每个倾斜振子的长度延伸方向与所述第一方向的夹角为锐角。

2.根据权利要求1所述的对数周期天线，其特征在于，所述倾斜振子具有至少两对且各对倾斜振子在所述第一方向上间隔设置。

3.根据权利要求2所述的对数周期天线，其特征在于，所述倾斜振子包括第一对振子和第二对振子，所述第一对振子比所述第二对振子靠近所述金属板，所述第一对振子之间的夹角大于所述第二对振子之间夹角。

4.根据权利要求3所述的对数周期天线，其特征在于，所述馈电集成线沿所述第一方向延伸，所述第二对振子连接在所述馈电集成线远离所述金属板的一端；所述第一对振子向靠近所述金属板一侧倾斜，所述第二对振子向远离所述金属板一侧倾斜。

5.根据权利要求1-4任一项所述的对数周期天线，其特征在于，所述第一部分内设置上下贯穿所述第一部分并与所述两块金属板连接的多个第一金属化过孔，且多个所述第一金属化过孔围成朝向所述第二部分开口的半封闭结构。

6.根据权利要求5所述的对数周期天线，其特征在于，还包括：

同轴导线，所述同轴导线沿垂直于绝缘基板上下表面的方向插设于所述绝缘基板，所述同轴导线电性连接两块所述金属板，所述同轴导线的外导体电性连接两块所述金属板中的另一块。

7.根据权利要求1-4任一项所述的对数周期天线，其特征在于，所述第二部分还设置有上下贯穿所述第二部分的多个第二金属化过孔，其中，多个所述第二金属化过孔设置在所述倾斜振子远离所述金属板的一侧；多个所述第二金属化过孔的分布呈向远离所述金属板的一侧开口的锐角。

8.根据权利要求7所述的对数周期天线，其特征在于，多个所述第二金属化过孔分布所呈的锐角与距离所述金属板最远的一对倾斜振子所呈的夹角的角度相同。

9.根据权利要求1所述的对数周期天线，其特征在于，所述第二部分的上下表面还分别设置成对的平行振子，所述平行振子沿垂直所述第一方向延伸并与所述馈电集成线连接。

10.根据权利要求9所述的对数周期天线，其特征在于，所述平行振子在第一方向上到所述金属板的距离小于至少一对倾斜振子在第一方向上到所述金属板的距离。

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