多模复合材料天线制造技术

一种多模复合材料天线包括：两个交叉的偶极元件，每个偶极元件包括具有两个领结形天线段的领结形天线；以及传导管，该传导管容纳连接至每个领结形天线段的信号传输线。传导扩张部分围绕传导管并且形成单极元件。领结形天线段成形为缝隙在每个相邻的领结形天线之间延伸，每个缝隙形成具有彼此偏离的一对非线性弯曲边缘的渐进式缝隙天线。

Multimode composite antenna

A multimode composite antenna consists of two cross dipole elements, each dipole element including a tie antenna with two tie antenna segments; and a conducting tube that holds a signal transmission line connected to each of the tie shaped antenna segments. The conduction expansion part surrounds the conduction conduit and forms a unipolar element. The tie antenna segment is formed as the gap extends between the adjacent tie antennas, each of which forms a progressive slot antenna with a pair of nonlinear bending edges that deviate from each other.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多模复合材料天线
本专利技术涉及一种天线，并且更具体地，涉及多模复合材料天线。
技术介绍
在许多无线天线应用中，希望的是，从各种可能的角度接收或发送信号。然而，天线元件的辐射型绝不是完全全方位辐射，因为总是存在天线接收比最佳方向更少功率的方向。已经对结合单极天线和偶极天线进行各种尝试，以便创建可以从更多方向甚至利用更平稳功率分布发送或接收的复合材料天线。通常理想的是为地平面上方的天线创建半球形辐射型。然而，单个单极和偶极的结合不产生完全半球形的辐射型，因为存在多个局部最小值。此外，单极和偶极的配置通常是个难题并且结合单极和偶极的许多先前尝试是次佳的，因为它们没有准确地配置。通过引证将其全部内容结合于本文中的申请人自己的PCT公开编号WO2015107473公开了复合材料天线的两个实施方式。公开的两个复合材料天线实施方式结合单极和偶极天线形成可以从更多方向甚至利用更平稳功率分布发送或接收的复合材料天线。WO2015107473中公开的具有扇形偶极臂和圆锥伸展的传导管的第二天线实施方式存在两个缺点。这个天线的第一难题在于在所考虑的频率范围中在激励模式中的一个(即，模式TEM4)的天线与信号传输线之间存在阻抗失配。激励模式TEM4是导致相邻偶极臂之间的异相激励的模式，致使功率在相邻偶极片段之间辐射。用于这个激励模式的天线的阻抗在所考虑的频率范围中与其他三个激励模式(TEM1、TEM2和TEM3)相比是不良匹配。不良阻抗匹配导致功率被反射，当天线用作发送器时沿着信号传输线向后反射，或者当天线用作接收器时反射远离天线。所公开的天线的另一难题在于圆锥伸展的内表面之间诱导场，致使不必要的干扰。本专利技术旨在至少在一定程度上解决这些和其他缺点。对本专利技术背景的前述讨论仅旨在便于理解本专利技术。应当理解，该讨论不是确认或承认所提及的任何材料是在本申请优先权日时本领域中公知常识的一部分。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种多模复合材料天线，包括：在共面中延伸的至少两个交叉的偶极元件，每个偶极元件包括具有两个领结形天线段的领结形天线，多个信号传输线，每个信号传输线连接至领结形天线段中的一个，传导管，信号传输线在该传导管中延伸并且该传导管形成用于信号传输线的护罩，以及传导扩张部分，围绕传导管并且从传导管向外扩张，该传导扩张部分具有垂直于共面延伸的轴线，其中，领结形天线段成形为缝隙在每个相邻的领结形天线之间延伸，每个缝隙形成具有彼此偏离的一对非线性弯曲边缘的渐进式缝隙天线(taperedantenna)。为每个渐进式缝隙天线提供的进一步特征有.：在其中偶极元件彼此交叉的中心区域处的最小缝隙宽度、从中心区域延伸至缝隙的相对的宽端部的缝隙长度、限定一对非线性弯曲边缘彼此偏离的速率的扩张率、以及作为缝隙在其宽端部处的最大宽度的扩张宽度，其中，选择最小缝隙宽度、缝隙长度、扩张率和扩张宽度以便在复合材料天线的选择操作频带内减少复合材料天线与信号传输线之间的阻抗失配。为缝隙长度和扩张宽度提供的进一步特征为都近似等于所选择操作频带中的最低频率的波长的三分之一。为一对非线性弯曲边缘提供的进一步特征为沿着其长度的至少一部分的指数曲线。传导管优选地是直圆柱形传导管并且连接至地平面或者构造成连接至地平面。为传导扩张部分提供的进一步特征是锥形的。在一个实施方式中，锥形部分由已经在其本身折叠的传导管的伸展部形成并且从传导管向外扩张。锥形部分可具有自由边或者该边可以连接至地平面或者构造成连接至地平面。在不同的实施方式中，锥形部分与传导管是整体的，以致管和锥形部分一起包括具有实体锥，该实心锥带有穿过其中的镗孔。为每个偶极元件的两个领结形天线段提供的进一步特征为通常是同线的并且沿着共面在反方向上延伸。为复合材料天线提供的进一步特征为包括提供沿着共面彼此垂直延伸的总共四个领结形天线段的两个交叉偶极元件，其中四个渐进式缝隙天线设置在每对相邻的领结形天线段之间的缝隙中，从而两个偶极元件和传导扩张部分形成在三个互相垂直方向上延伸的三个辐射元件。在一个实施方式中，领结形天线段是平面的并且由板材制成。领结形天线段可以制成为实体传导板或者可以承载在支撑非传导基板上。为此提供的进一步特征在于四个信号传输线，每个信号传输线连接至领结形天线段中的一个，并且信号传输线连接至数字波束形成器。本专利技术延伸至一种天线阵，包括以预定场结构布置的多个如先前描述的多模复合材料天线。本专利技术延伸至使用如本文中描述的多模复合材料天线的方法，包括：将至少一个差模激励应用于信号传输线，以激励偶极元件并且实现偶极辐射型，并且将至少一个共模激励应用于信号传输线，以激励偶极元件并且在偶极元件与传导扩张部分之间实现单极辐射型，复合材料天线从而通过差模激励和共模激励的应用能够结合的单极辐射型和偶极辐射型。为差模激励和共模激励提供的进一步特征为通过利用四个正交横向电磁波激励模式同时地激励偶极元件的数字波束形成器来应用。为波束成形权重提供的进一步特征为应用于四个正交激励模式以便使复合材料天线的视场电子成形，而在不需要复合材料天线能够移动。为波束成形权重提供的进一步特征为应用于四个正交横向激励模式，使得复合材料天线的视场覆盖范围近似半球形视场。附图说明现在将参考附图仅通过实例的方式来描述本专利技术，在附图中：图1A是根据本专利技术的多模复合材料天线的第一实施方式的三维视图；图1B是图1A的天线的俯视平面图；图1C是图1A的天线沿着图1B中的x轴的平面的截面侧视图；图2是根据本专利技术的多模复合材料天线的第二实施方式的截面侧视图；图3A至图3D是用于四个正交横向电磁波(TEM)激励模式TEM1至TEM4的激励磁场分布；图4A至图4D是对应图3A至图3D的激励磁场分布的辐射近场分布；图5A至图5D是对应于图3A至图3D的激励磁场分布的远场辐射型；图6A和图6B是设计为用于1GHz与1.45GHz之间的工作频率的多模复合材料天线的俯视平面图和截面侧视图；图7是示出了图6A和图6B的天线在从0.5GHz至1.5GHz的频率范围上的四个激励模式的输入反射系数的幅度的曲线图；图8A和图8B是示出了图6A和图6B的天线在频率范围上的最大增益以及沿着两个不同平面的扫描角的曲线图；图9是根据本专利技术的天线阵的示例性场构造布置；以及图10的示图示出了当波束成形时的图9的天线阵在半球形视场上的增益以便保证半球形视场上的近轴对称增益。具体实施方式图1A至图1C示出了根据本专利技术的第一实施方式的复合材料多模天线(10)。天线(10)包括第一和第二交叉的偶极元件(12、14)。第一偶极元件(12)包括具有两个领结形天线段(12A、12B)的领结形天线，并且第二偶极元件(14)也包括具有两个领结形天线段(14A、14B)的领结形天线。每个偶极元件的两个领结形天线段通常是同线的并且沿着共面在反方向上延伸。偶极元件彼此交叉垂直，其中第一偶极元件(12)的领结形天线段(12A、12B)垂直于第二偶极元件(14)的领结形天线段(14A、14B)延伸。如图1A至图1C所示，领结形天线段是传导板材(诸如，金属)的平面部件并且可以制成为实心传导板，或者可以通过承载在支撑非传导基板(诸如用于印刷电路板的玻璃加强环氧薄片)上的薄膜层形成。如图1B中最清晰示出的，四个领结形天线段安装有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模复合材料天线，包括：在共面中延伸的至少两个交叉的偶极元件，每个所述偶极元件包括具有两个领结形天线段的领结形天线，多个信号传输线，每个所述信号传输线均连接至所述领结形天线段中的一个，传导管，所述信号传输线在所述传导管中延伸并且所述传导管形成用于所述信号传输线的护罩，以及传导扩张部分，围绕所述传导管并且从所述传导管向外扩张，所述传导扩张部分具有垂直于所述共面延伸的轴线，其中，所述领结形天线段成形为使得缝隙在每对相邻的领结形天线之间延伸，每个缝隙形成具有彼此偏离的一对非线性弯曲边缘的渐进式缝隙天线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多模复合材料天线，包括：在共面中延伸的至少两个交叉的偶极元件，每个所述偶极元件包括具有两个领结形天线段的领结形天线，多个信号传输线，每个所述信号传输线均连接至所述领结形天线段中的一个，传导管，所述信号传输线在所述传导管中延伸并且所述传导管形成用于所述信号传输线的护罩，以及传导扩张部分，围绕所述传导管并且从所述传导管向外扩张，所述传导扩张部分具有垂直于所述共面延伸的轴线，其中，所述领结形天线段成形为使得缝隙在每对相邻的领结形天线之间延伸，每个缝隙形成具有彼此偏离的一对非线性弯曲边缘的渐进式缝隙天线。2.根据权利要求1所述的多模复合材料天线，其中，每个所述渐进式缝隙天线具有：在所述偶极元件彼此交叉的中心区域处的最小缝隙宽度、从所述中心区域延伸至缝隙的相对的宽端部的缝隙长度、限定所述一对非线性弯曲边缘彼此偏离的速率的扩张率、以及作为所述缝隙在其宽端部处的最大宽度的扩张宽度，其中，所述最小缝隙宽度、所述缝隙长度、所述扩张率和所述扩张宽度选择为用于减少在所述多模复合材料天线的选择操作频带内的所述多模复合材料天线与所述信号传输线之间的阻抗失配。3.根据权利要求2所述的多模复合材料天线，其中，所述缝隙长度和所述扩张宽度都约等于所述选择操作频带内的最低频率的波长的三分之一。4.根据权利要求1所述的多模复合材料天线，其中，所述一对非线性弯曲边缘是沿着其长度的至少一部分的指数曲线。5.根据权利要求1所述的多模复合材料天线，其中，所述传导管是直柱形传导管并且连接至地平面、或者构造成连接至地平面。6.根据权利要求1所述的多模复合材料天线，其中，所述传导扩张部分是锥形的，并且锥形的部分由所述传导管的伸展部形成，该伸展部折叠该传导管自身上并且从所述传导管向外扩张。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·沙尔克·范·德·梅韦·普林斯卢，皮特里·迈尔，罗布·马斯坎特，玛丽安娜·瓦莱丽芙娜·伊瓦希纳，
申请(专利权)人：斯坦陵布什大学，
类型：发明
国别省市：南非,ZA