CN220492202U - 一种应用于x频段的宽带端射天线 - Google Patents
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Abstract
本发明创造创造公开了一种应用于X频段的宽带端射天线，包括：介质基板、介质透镜、第一辐射贴片、第二辐射贴片、微带馈线和接地面，第一辐射贴片和微带馈线通过印刷方式设置于介质基板正面，第一辐射贴片与微带馈线电连接，微带馈线的一端与第一辐射贴片的电连接，第二辐射贴片和接地面通过印刷方式设置于所述介质基板反面，介质透镜与介质基板相介质基板上端表面无辐射贴片部分嵌入介质透镜上端内部，介质透镜下端设有矩形缺口，介质透镜矩形缺口内部左右两侧与介质基板左右两侧接触；所述介质透镜为开口长方体，且所述开口长方体内设有嵌入开口。
Description
技术领域
本发明创造涉及通信技术领域，尤其涉及一种应用于X频段的宽带端射天线。
背景技术
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。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。天线作为无线通信系统中电磁信号收发的关键媒质，其性能的优良程度与无线通信质量的可靠性与有效性密切相关，经历多年的技术发展，天线类别形式各异，应用场景也千差万别。端射天线作为一类方向性强的定向天线，以其独特的定向特性提供了高性能的辐射模式。对比传统的全向辐射天线，端射天线波束定向性能优异、抗干扰能力强，更易实现高质量且稳定的点对点无线通信。
随着如今电磁环境的复杂化以及微波器件高度集成化、轻量化，天线的宽带特性和天线结构的小型化作为重要指标的受到更多关注。宽带天线具备更宽的工作频带范围、更高的可靠性和更低的使用成本，所以在实际应用场合中常用宽带天线代替多单元天线或多频天线。
现有端射天线小型化设计方案虽能减小天线的尺寸，但是会在一定程度上恶化天线的方向性和增益性能，并且普遍无宽带特性，使得所设计天线无法实现宽带且高性能的定向辐射状态。
发明创造内容
本发明创造实施例提供了一种应用于X频段的宽带端射天线，以解决现有技术中小型化宽带端射天线高增益以及方向性较差的技术问题。
本发明创造实施例提供了一种应用于X频段的宽带端射天线，包括：
介质基板、介质透镜、第一辐射贴片、第二辐射贴片、微带馈线和接地面；所述第一辐射贴片和微带馈线通过印刷方式设置于介质基板正面，且所述第一辐射贴片与微带馈线电连接，所述微带馈线的一端与第一辐射贴片的电连接，所述微带馈线的另一端延伸到介质基板的下边沿处，所述第二辐射贴片和接地面通过印刷方式设置于所述介质基板反面，所述第二辐射贴片与所述第一辐射贴片相对于所述介质基板的垂直中线镜像对称排布，且下方通过微带线与接地面相连，所述介质透镜与介质基板相交，所述介质基板上端表面无辐射贴片部分嵌入介质透镜上端内部，介质透镜下端设有矩形缺口，介质透镜矩形缺口内部左右两侧与介质基板左右两侧接触；所述介质透镜不覆盖介质基板上有金属辐射贴片部分，所述介质透镜为开口长方体，且所述开口长方体内设有嵌入开口，所述介质基板无辐射贴片部分通过所述嵌入开口嵌入固定入所述介质透镜。
进一步的，所述第一辐射贴片和第二辐射贴点为非规则五边形，所述非规则五边形由矩形分别切割左上三角形和右下三角形得到，所述第一辐射贴片和第二辐射贴片上分别设有两个互不连通的L型直角槽，两个L型直角槽比例相同，且靠近于所述矩形缺口侧的L型直角槽小于远离所述矩形缺口侧的L型直角槽，所述两个互不连通的L型直角槽的中心点连线垂直于所述矩形缺口，所述两个互不连通的L型直角槽的矩形槽的面积比例为7.9。
进一步的，所述第一辐射贴片和第二辐射贴片的五条边的比例分别为：8.56：4.94：1:10.01:3.17。
进一步的，所述介质基板为长方体，采用陶瓷填料的聚四氟乙烯复合材料，相对介电常数为3。
进一步的，所述介质透镜采用聚四氟乙烯，相对介电常数为2.1。
进一步的，所述微带馈线位于介质基板中线位置，为矩形形状，所述微带馈线的一端连接在第一辐射贴片的下方，另一端延伸到介质基板的下边沿处。
进一步的，所述接地面为圆角矩形形状，矩形的上部左右两端是为四分之一圆弧形结构；所述接地面与第二辐射贴片相连处为内切圆弧形的微带结构，所述微带结构的内切圆弧形是四分之一圆弧形结构，且分别位于微带结构的底部左右两侧并与接地面相连，微带结构设有矩形微带线，且与第二辐射贴片相连。
本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线，通过设置介质基板、介质透镜、第一辐射贴片、第二辐射贴片、微带馈线和接地面；所述第一辐射贴片和微带馈线通过印刷方式设置于介质基板正面，且所述第一辐射贴片与微带馈线电连接，所述微带馈线的一端与第一辐射贴片的电连接，所述微带馈线的另一端延伸到介质基板的下边沿处，所述第二辐射贴片和接地面通过印刷方式设置于所述介质基板反面，所述第二辐射贴片与所述第一辐射贴片相对于所述介质基板的垂直中线镜像对称排布，且下方通过微带线与接地面相连，所述介质透镜与介质基板相交，所述介质基板上端表面无辐射贴片部分嵌入介质透镜上端内部，介质透镜下端设有矩形缺口，介质透镜矩形缺口内部左右两侧与介质基板左右两侧接触；所述介质透镜不覆盖介质基板上有金属辐射贴片部分，所述介质透镜为开口长方体，且所述开口长方体内设有嵌入开口，所述介质基板无辐射贴片部分通过所述嵌入开口嵌入固定入所述介质透镜。通过对映式异面结构辐射贴片的天线设置，在满足小型化的基础上，进一步实现低交叉极化要求，并且其输入阻抗与50Ω的传输线更易实现阻抗匹配。并且由于天线左右辐射贴片中间缝隙宽度为渐变型，因此其谐振带宽不易受缝隙最小尺寸的约束，更易获得天线的宽带特性。并利用辐射贴片可以实现更高的高增益辐射。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明创造的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线的结构示意图；
图2是本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线中介质透镜的结构示意图；
图3是本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线的电压驻波比曲线图；
图4是本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线在频率8GHz时对应的天线的方向图；
图5是本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线在频率10GHz时对应的天线的方向图；
图6是本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线在频率12GHz时对应的天线的方向图；
图7是本发明创造实施例提供的应用于X频段的宽带端射天线的峰值增益图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。图1是本发明创造实施例提供的应用于X频段的宽带端射天线的结构示意图，参见图1，所述应用于X频段的宽带端射天线，包括：介质基板、介质透镜、第一辐射贴片、第二辐射贴片、微带馈线和接地面；所述第一辐射贴片和微带馈线通过印刷方式设置于介质基板正面，且所述第一辐射贴片与微带馈线电连接，所述微带馈线的一端与第一辐射贴片的电连接，所述微带馈线的另一端延伸到介质基板的下边沿处，所述第二辐射贴片和接地面通过印刷方式设置于所述介质基板反面，所述第二辐射贴片与所述第一辐射贴片相对于所述介质基板的垂直中线镜像对称排布，且下方通过微带线与接地面相连，所述介质透镜与介质基板相交，所述介质基板上端表面无辐射贴片部分嵌入介质透镜上端内部，介质透镜下端设有矩形缺口，介质透镜矩形缺口内部左右两侧与介质基板左右两侧接触；所述介质透镜不覆盖介质基板上有金属辐射贴片部分，所述介质透镜为开口长方体，且所述开口长方体内设有嵌入开口，所述介质基板无辐射贴片部分通过所述嵌入开口嵌入固定入所述介质透镜。
在本实施例中，介质基板作为载体，第一辐射贴片和微带馈线通过印刷方式设置于介质基板正面。第二辐射贴片与所述第一辐射贴片对称设置。介质基板1上端表面无辐射贴片部分嵌入介质透镜上端内部，介质透镜下端设有矩形缺口，介质透镜矩形缺口内部左右两侧与介质基板左右两侧接触；所述介质透镜不覆盖介质基板上有金属辐射贴片部分。采用该对映式异面结构辐射贴片的天线的能够满足的低交叉极化要求，并且其输入阻抗与50Ω的传输线更易实现阻抗匹配。并且由于天线左右辐射贴片中间缝隙宽度为渐变型，因此其谐振带宽不易受缝隙最小尺寸的约束，更易获得天线的宽带特性。图2是本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线中介质透镜的结构示意图，参见图2，所述介质透镜为下端有矩形缺口的长方体，顶部长方体内部开有矩形槽，矩形槽尺寸与介质基板上端无金属贴片部分一致，介质基板上端嵌入介质透镜特定矩形槽内，介质透镜左右两端长方体内侧与介质基板两侧边相连，下端延伸至介质基板的下边沿处。在天线端射方向加载的介质透镜可等效于提升天线辐射能力的引向结构，有效改善天线口径终端处电磁信号传输至自由空间不连续性，将天线辐射集中于端射方向，提升天线口径处的主瓣定向辐射效率，优化辐射波束的方向性。并且在所述天线介质基板两侧覆盖介质透镜可有效抑制旁瓣辐射，弱化天线两侧电磁波散射，将电磁能量辐射集中于端射方向，提高天线增益性能。利用介质透镜加载技术有效提升了天线的增益性能，提升在整个工作频带的方向性，获得了稳定的定向辐射模式，最高增益可到达11.4dBi。介质透镜材料可靠，加工容易，实施成本低，与天线介质基板无结构上的干涉，易于装配且结构稳定。
可选的，所述第一辐射贴片和第二辐射贴点为非规则五边形，所述非规则五边形由矩形分别切割左上三角形和右下三角形得到，所述第一辐射贴片和第二辐射贴片上分别设有两个互不连通的L型直角槽，两个L型直角槽比例相同，且靠近于所述矩形缺口侧的L型直角槽小于远离所述矩形缺口侧的L型直角槽，所述两个互不连通的L型直角槽的中心点连线垂直于所述矩形缺口，所述两个互不连通的L型直角槽的矩形槽的面积比例为7.9。通过上述设置，该不规则五边形第一辐射贴片与第二辐射贴片的下方的锥形边沿设计可相对于传统下方为完整直角的结构减小了天线的整体面积，可有效实现天线小型化，同时可以更改外边沿锥度的形状，并根据天线的辐射方向图调整锥度的形状参数，即五边形中每条边的长度，以此获得良好的方向图前后比。由于高频电流在渐变辐射槽线上边传播边辐射，渐变槽线的形状对天线辐射方向性等性能指标有着重要的影响，不规则五边形第一辐射贴片与第二辐射贴片内边沿所构成的直线型渐变槽线天线相对于传统曲线型渐变槽线天线，如高斯曲线型，指数曲线型，抛物面曲线型等曲线渐变槽线，直线型渐变槽线天线的电磁能量辐射较为集中，可以获得更窄的半功率波束宽度，更易实现天线的高增益辐射，且辐射主瓣波束在端射方向无角度上的偏移，尤其在高频段更为明显，也就意味着天线可以提供更好的信号质量和抗干扰能力。
沿第一辐射贴片与第二辐射贴片的上部分向下依次加载有一对L型槽，L型槽之间均不连通，辐射贴片加载所述双L型槽可以使更多的表面电流分布在L型槽边沿而不是辐射臂的边缘，避免了不必要的表面电流大量分布于辐射臂的外边缘，因为分布于辐射臂的外边缘部分的电流会激发的不必要的辐射，这类辐射会恶化天线的辐射性能，主要体现在天线增益降低、旁瓣电平与后向辐射增大或者方向图畸变等不良情形，通过在辐射金属臂加载所述双L型槽结构可以有效抑制引起沿端射方向垂直辐射的不必要表面电流，将电磁能力有效约束至渐变槽线附近，达到旁瓣抑制的效果，提升天线定向波束辐射性能。同时这种设计实际上延长了天线表面电流路径的有效电长度，可以有效降低天线的低频截止频率，拓展低频带宽。所述双L型槽可以表征为一组RLC谐振电路单元，其谐振频率与其尺寸数据相关，通过合理优化尺寸参数，可以使得所设计天线在X频段获得良好的阻抗匹配性能的同时有效实现了天线小型化设计。在本实施例中，图中A,B,C,D,E五点之间的连线即为第一辐射贴片区域。所述第一辐射贴片五条边的长度比例分别为：8.56：4.94：1:10.01:3.17。相应的，所述第二辐射贴片的五条边的比例也为8.56：4.94：1:10.01:3.17。对比现有各类不同形状的缝隙，在设计中减少了参数的处理和计算量，更易进行参数优化来达到设计目的，并且加工难度低，易于生产与调测，方便减小设计误差。
介质基板可以为长方体，采用陶瓷填料的聚四氟乙烯复合材料，相对介电常数为3。相应的，介质透镜采用聚四氟乙烯，相对介电常数为2.1。介质透镜的形状为下端有矩形缺口的长方体。介质透镜2上端内部为矩形空腔。
所述微带馈线形状为矩形，位于介质基板中线位置，微带馈线的一端连接在第一辐射贴片的下方，其另一端延伸到介质基板的下边沿处。接地面为圆角矩形形状，矩形的上部左右两端是为四分之一圆弧形结构；所述接地面与第二辐射贴片相连处为内切圆弧形的微带结构，所述微带结构的内切圆弧形是四分之一圆弧形结构，且分别位于微带结构的底部左右两侧并与接地面相连，微带结构设有矩形微带线，且与第二辐射贴片相连。
图3是本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线的电压驻波比曲线图，从图中可以看出在在6.4GHz-13.5GHz频段内的电压驻波比均小于2，阻抗带宽良好，相对带宽达到71.3％，使得天线单元能够有效地工作在X频段全频段。
图4、图5、和图6分别是本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线分别在频率8GHz、10GHz和12GHz时对应的天线的方向图，图中E/H指电场/磁场，从上述附图中可以看出应用于X频段的宽带端射天线辐射方向图呈现端射状态，这说明辐射机理为端射天线辐射机理，具有良好的定向辐射特性，电磁辐射波束集中端射方向，在8GHz处辐射增益为10.1dBi，在10GHz处辐射增益为10.8dBi，在12GHz处辐射增益为11.3dBi由此可见在X频段内，该天线E面与H面均表现出较好的定向性。
图7是本发明创造实施例提供的应用于X频段的宽带端射天线的峰值增益图，图7中横坐标为频率，纵坐标为增益大小，从图7中可以看出阵列天线在6.4-13.5GHz频段内增益均大于8.1dBi，在X频段内增益性能稳定，在11.2GHz频点最大增益可达到11.4dBi，说明阵列天线在工作频段内具有较高的增益，辐射性能优异。
本发明创造提供的应用于X频段的宽带端射天线，通过设置介质基板、介质透镜、第一辐射贴片、第二辐射贴片、微带馈线和接地面；所述第一辐射贴片和微带馈线通过印刷方式设置于介质基板正面，且所述第一辐射贴片与微带馈线电连接，所述微带馈线的一端与第一辐射贴片的电连接，所述微带馈线的另一端延伸到介质基板的下边沿处，所述第二辐射贴片和接地面通过印刷方式设置于所述介质基板反面，所述第二辐射贴片与所述第一辐射贴片相对于所述介质基板的垂直中线镜像对称排布，且下方通过微带线与接地面相连，所述介质透镜与介质基板相交，所述介质基板上端表面无辐射贴片部分嵌入介质透镜上端内部，介质透镜下端设有矩形缺口，介质透镜矩形缺口内部左右两侧与介质基板左右两侧接触；所述介质透镜不覆盖介质基板上有金属辐射贴片部分，所述介质透镜为开口长方体，且所述开口长方体内设有嵌入开口，所述介质基板无辐射贴片部分通过所述嵌入开口嵌入固定入所述介质透镜。通过对映式异面结构辐射贴片的天线设置，在满足小型化的基础上，进一步实现低交叉极化要求，并且其输入阻抗与50Ω的传输线更易实现阻抗匹配。并且由于天线左右辐射贴片中间缝隙宽度为渐变型，因此其谐振带宽不易受缝隙最小尺寸的约束，更易获得天线的宽带特性。并利用辐射贴片可以实现更高的高增益辐射。在天线端射方向加载的介质透镜可等效于提升天线辐射能力的引向结构，有效改善天线口径终端处电磁信号传输至自由空间不连续性，将天线辐射集中于端射方向，提升天线口径处的主瓣定向辐射效率，优化辐射波束的方向性。并且在所述天线介质基板两侧覆盖介质透镜可有效抑制旁瓣辐射，弱化天线两侧电磁波散射，将电磁能量辐射集中于端射方向，提高天线增益性能。利用介质透镜加载技术有效提升了天线的增益性能，提升在整个工作频带的方向性，获得了稳定的定向辐射模式利用。利用不规则五边形第一辐射贴片与第二辐射贴片内边沿所构成的直线型渐变槽线天线科室的电磁能量辐射较为集中，可以获得更窄的半功率波束宽度，更易实现天线的高增益辐射，且辐射主瓣波束在端射方向无角度上的偏移，以提供更好的信号质量和抗干扰能力。通过在辐射金属臂加载所述双L型槽结构可以有效抑制引起沿端射方向垂直辐射的不必要表面电流，将电磁能力有效约束至渐变槽线附近，达到旁瓣抑制的效果，提升天线定向波束辐射性能。
注意，上述仅为本发明创造的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明创造不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明创造的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明创造进行了较为详细的说明，但是本发明创造不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明创造构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明创造的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (7)
1.一种应用于X频段的宽带端射天线，其特征在于，包括：
介质基板、介质透镜、第一辐射贴片、第二辐射贴片、微带馈线和接地面；所述第一辐射贴片和微带馈线通过印刷方式设置于介质基板正面，且所述第一辐射贴片与微带馈线电连接，所述微带馈线的一端与第一辐射贴片的电连接，所述微带馈线的另一端延伸到介质基板的下边沿处，所述第二辐射贴片和接地面通过印刷方式设置于所述介质基板反面，所述第二辐射贴片与所述第一辐射贴片相对于所述介质基板的垂直中线镜像对称排布，且下方通过微带线与接地面相连，所述介质透镜与介质基板相交，所述介质基板上端表面无辐射贴片部分嵌入介质透镜上端内部，介质透镜下端设有矩形缺口，介质透镜矩形缺口内部左右两侧与介质基板左右两侧接触；所述介质透镜不覆盖介质基板上有金属辐射贴片部分，所述介质透镜为开口长方体，且所述开口长方体内设有嵌入开口，所述介质基板无辐射贴片部分通过所述嵌入开口嵌入固定入所述介质透镜。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射贴片和第二辐射贴点为非规则五边形，所述非规则五边形由矩形分别切割左上三角形和右下三角形得到，所述第一辐射贴片和第二辐射贴片上分别设有两个互不连通的L型直角槽，两个L型直角槽比例相同，且靠近于所述矩形缺口侧的L型直角槽小于远离所述矩形缺口侧的L型直角槽，所述两个互不连通的L型直角槽的中心点连线垂直于所述矩形缺口，所述两个互不连通的L型直角槽的矩形槽的面积比例为7.9。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一辐射贴片和第二辐射贴片的五条边的比例分别为：8.56：4.94：1:10.01:3.17。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质基板为长方体，采用陶瓷填料的聚四氟乙烯复合材料，相对介电常数为3。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质透镜采用聚四氟乙烯，相对介电常数为2.1。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述微带馈线位于介质基板中线位置，为矩形形状，所述微带馈线的一端连接在第一辐射贴片的下方，另一端延伸到介质基板的下边沿处。
7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述接地面为圆角矩形形状，矩形的上部左右两端是为四分之一圆弧形结构；所述接地面与第二辐射贴片相连处为内切圆弧形的微带结构，所述微带结构的内切圆弧形是四分之一圆弧形结构，且分别位于微带结构的底部左右两侧并与接地面相连，微带结构设有矩形微带线，且与第二辐射贴片相连。
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2023
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