一种小型化三频段单向辐射天线制造技术

本发明专利技术公开一种小型化三频段单向辐射天线。所述天线的准L形金属板(1)底部与金属地板(3)相连，准L形金属板(1)的水平部分两侧向内弯折、垂直部分中部向内凹陷、垂直部分下部两侧向内弯折，金属弯折单极子(2)位于准L形金属板(1)下方并垂直设置在金属地板(3)上，金属弯折单极子(2)的下部为三角形阻抗匹配部分(2a)，金属弯折单极子(2)上刻有一个三维U形槽(2b)，同轴波导馈电线(4)位于金属地板(3)底部的圆孔处，同轴波导馈电线(4)的内导体与金属弯折单极子(2)底部相连。利用本发明专利技术的结构，可以实现具有高辐射效率的小型化三频段单向辐射天线，其中，最低的工作频段是一个相对带宽可达4：1的超宽频带。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化三频段单向辐射天线
本专利技术属于无线通信系统电子器件领域，具体涉及一种小型化三频段单向辐射天线，支持6GHz以下几乎所有无线通信服务，适用于机场高速通信、宽带多模式软件无线电通信、第五代移动通信、车载通信等领域。
技术介绍
随着民航技术的成熟和航空服务业的普及，越来越多的人将乘坐飞机作为中远距出行的首选。为了飞机飞行的安全性，当飞机降落在空港后到下一次起飞之间，机场控制中心与飞机需要进行大量的数据交互，包括飞机在飞行过程中记录的技术数据，以及航空公司需要传给飞机的下段飞行的导航信息、旅客信息以及娱乐影院等相关数据。对于大型空港，每天的航空吞吐量巨大，而且，多数民航客机在机场中的停留时间较短暂，在某些情况下甚至仅有45分钟左右，这就要求飞机与机场控制中心之间的数据互传必须在很短的时间内完成。目前，这类数据的传递主要依靠飞行人员或地勤人员在飞机停靠后将飞行数据存储盘人工带至机场内，然后，在起飞之前，再将存储着下段飞行所需的数据用数据存储盘带上飞机。这种方法效率低，且人工成本较高，将无法满足未来巨型空港的需求。此外，因为候机楼的停机位有限，许多飞机必须停靠在远机位，这将大大增加人工传递数据的时间成本，可导致飞机行程的延误。因此，飞机与机场控制中心之间的数据交换必须以可靠的高速无线通信的方式来解决。一个较有希望的解决方案是在每个飞机内配置一套可携带的多模式软件无线电设备，利用机场本身配备的商用无线服务(如GSM、Wifi、WiMAX、3G、4G/LTE、5G等等)与机场控制中心互连，进行数据的上传和下载。然而，当机场人流较大时，这些商用无线通道将变得拥挤不堪，此时，飞机上所配备的多模式软件无线电设备必须还能被切换到其它频段进行数据互传，包括0.7–2.7GHz之间的非商用频段、以及最近颁布的位于5.12–5.13GHz的AeroMacs频段。这就要求此软件无线电设备必须携带可以覆盖0.7–2.7GHz、3.3–3.6GHz、以及5.1–6GHz频段的小型化天线。同时，由于机场的基站或热点位于飞机外部，此天线还需要在这些频段内具有单向辐射方向图。虽然定向多频天线和定向宽带/超宽带天线被大量研究，目前却没有一款天线可以对上述含有一个超宽带的多个频段进行覆盖，且同时具有紧凑的电尺寸和单向辐射特性。
技术实现思路
技术问题：为了解决多模式软件无线电设备所需的天线问题，本专利技术提供一种小型化三频段单向辐射天线。该天线由一个准L形金属板和一个位于其下方的金属弯折单极子组成，总的电尺寸不超过0.12λ×0.16λ×0.09λ，体积非常紧凑。其可以同时覆盖0.7–2.7GHz、3.3–3.6GHz、以及5.1–6GHz这三个频段，以支持6GHz以下几乎所有的无线通信服务，并且在这三个工作频段内具有较好的单向辐射特性。技术方案：本专利技术一种小型化三频段单向辐射天线包括一个准L形金属板、金属弯折单极子、金属地板、以及同轴波导馈电线；其中，准L形金属板垂直部分的底部与金属地板相连，垂直部分的中部向内凹陷、垂直部分的下部两侧向内弯折；准L形金属板的水平部分两侧向内弯折；金属弯折单极子位于准L形金属板水平部分的下方并垂直设置在金属地板上，金属弯折单极子的下部为三角形阻抗匹配部分，金属弯折单极子上刻有一个三维U形槽；同轴波导馈电线位于金属地板底部的中间圆孔处，同轴波导馈电线的内导体与金属弯折单极子底部相连。其中，所述准L形金属板水平部分的长为Lp、宽为Wp、垂直部分的高为Hp，Lp的取值小于0.12λ，Wp的取值小于0.16λ，Hp的取值小于0.09λ，λ为天线最低工作频点的真空波长。所述准L形金属板的水平部分两侧向内弯折，弯折部分宽度为Hs，Hs的取值小于0.01λ。所述准L形金属板的垂直部分中部向内凹陷，凹陷深度Wf，凹陷部分长度Hf，Wf的取值范围为0.01λ─0.04λ，Hf的取值范围为0.01λ─0.08λ。所述准L形金属板的垂直部分下部两侧向内弯折，弯折部分高度为Hb，弯折部分宽度为Wb，Hb的取值范围为0.01λ─0.04λ，Wb的取值范围为0.01λ─0.04λ。所述金属弯折单极子的高度为Hm，上部宽度为Wm，Hm取值必须小于Hp，Wm取值必须小于Wp，即金属弯折单极子与准L形金属板没有电连接。所述金属弯折单极子上刻有一个三维U形槽，三维U形槽总长度为Lu，三维U形槽槽宽为Wu。所述准L形金属板与金属弯折单极子的水平间距为D，D的取值范围为0.05λ─0.08λ。所述同轴波导馈电线为50欧姆同轴波导。所述金属地板尺寸应大于0.16λ2，地板形状可以是方形、圆形、或其他形状。该天线最低的工作频段是一个相对带宽达4：1的超宽频带。该天线通过在准L形金属板和金属弯折单极子上刻槽，可以在三个工作频段内形成阻带，且通过增加有源器件，可以实现可调的阻带。有益效果：本专利技术提供的一种小型化三频段单向辐射天线，与现有技术相比，其优势在于：(1)具有三个工作频段，且第一个工作频段是一个相对带宽可达4：1的超宽频带。所述天线可以同时覆盖0.7–2.7GHz、3.3–3.6GHz、以及5.1–6GHz，因此支持6GHz以下频段几乎所有的无线通信服务。与之前的双频/三频天线相比，本天线的多个工作频段跨度大、带宽宽。与之前的宽带/超宽带天线相比，本天线在拥有一个超宽带的基础上，还额外提供两个工作频段。(2)具有紧凑的电尺寸。由于采用了小型化技术，通过对准L形金属板的水品部分两侧进行向内弯折、垂直部分中部向内凹陷、以及垂直部分下部两侧向内弯折，有效地增加了电流路径长度和做为辐射部分的金属板的电宽度。此外，对既作为馈源又作为辐射部分的金属单极子进行了弯折，在保持低剖面的情况下有效增加了其电高度。(3)此天线在具有紧凑的电尺寸、含超宽带的三工作频段的情况下，还具有单向辐射。由于多模式软件无线电设备拟放置于飞机驾驶舱挡风玻璃处，单向辐射可以减少因驾驶舱金属墙壁的反射而造成的多径信号衰减。虽然小型化超宽带天线已有很多，但基本上都是基于单极子天线，因此是在H面为全向辐射。(4)由于天线用金属薄板制成，损耗很低，在其工作频段内辐射效率均高于98％。附图说明图1给出了本专利技术天线的三维结构图；图2给出了本专利技术天线的侧视图；图3给出了所述小型化三频段单向辐射天线的仿真和实测反射系数；图4给出了所述小型化三频段单向辐射天线的仿真和实测x-z面内归一化远场辐射方向图；其中a是0.7GHz方向图，b是1.7GHz方向图，c是2.7GHz方向图，d是3.5GHz方向图，e是5.1GHz方向图，f是5.8GHz方向图；图5给出了所述小型化三频段单向辐射天线的仿真和实测增益曲线。图中有：1–准L形金属板2–金属弯折单极子2a–三角形阻抗匹配部分2b–三维U形槽3–金属地板4–同轴波导馈电线Lp–准L形金属板的长度Wp–准L形金属板的宽度Hp–准L形金属板的高度Hs–准L形金属板水平部分两侧向内弯折的宽度Wf–准L形金属板垂直部分中部向内凹陷部分的深度Hf–准L形金属板垂直部分中部向内凹陷部分的长度Wb–准L形金属板垂直部分下部两侧向内弯折部分的宽度Hb–准L形金属板垂直部分下部两侧向内弯折部分的高度Hm–金属弯折单极子的高度Wm–金属弯折单极子的宽度D–准L形金属板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化三频段单向辐射天线，其特征在于所述天线包括一个准L形金属板(1)、金属弯折单极子(2)、金属地板(3)、以及同轴波导馈电线(4)；其中，准L形金属板(1)垂直部分的底部与金属地板(3)相连，垂直部分的中部向内凹陷、垂直部分的下部两侧向内弯折；准L形金属板(1)的水平部分两侧向内弯折；金属弯折单极子(2)位于准L形金属板(1)水平部分的下方并垂直设置在金属地板(3)上，金属弯折单极子(2)的下部为三角形阻抗匹配部分(2a)，金属弯折单极子(2)上刻有一个三维U形槽(2b)；同轴波导馈电线(4)位于金属地板(3)底部的中间圆孔处，同轴波导馈电线(4)的内导体与金属弯折单极子(2)底部相连。

【技术特征摘要】
1.一种小型化三频段单向辐射天线，其特征在于所述天线包括一个准L形金属板(1)、金属弯折单极子(2)、金属地板(3)、以及同轴波导馈电线(4)；其中，准L形金属板(1)垂直部分的底部与金属地板(3)相连，垂直部分的中部向内凹陷、垂直部分的下部两侧向内弯折；准L形金属板(1)的水平部分两侧向内弯折；金属弯折单极子(2)位于准L形金属板(1)水平部分的下方并垂直设置在金属地板(3)上，金属弯折单极子(2)的下部为三角形阻抗匹配部分(2a)，金属弯折单极子(2)上刻有一个三维U形槽(2b)；同轴波导馈电线(4)位于金属地板(3)底部的中间圆孔处，同轴波导馈电线(4)的内导体与金属弯折单极子(2)底部相连。2.根据权利要求1所述小型化三频段单向辐射天线，其特征在于，所述准L形金属板(1)水平部分的长为Lp、宽为Wp、垂直部分的高为Hp，Lp的取值小于0.12λ，Wp的取值小于0.16λ，Hp的取值小于0.09λ，λ为天线最低工作频点的真空波长。3.根据权利要求1所述小型化三频段单向辐射天线，其特征在于，所述准L形金属板(1)的水平部分两侧向内弯折，弯折部分宽度为Hs，Hs的取值小于0.01λ。4.根据权利要求1所述小型化三频段单向辐射天线，其特征在于，所述准L形金属板(1)的垂直部分中部向内凹陷，凹陷深度Wf，凹陷部分长度Hf，Wf的取值范围为0.01λ─0.04λ，Hf的取值范围为0.01λ─0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋之浩，洪伟，余超，张雷，张彦，蔡龙珠，郑司斗，
申请(专利权)人：东南大学，波音公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32