一种超宽带通信全向性稳定天线单元、天线阵列及天线制造技术

本发明专利技术公开一种超宽带通信全向性稳定天线单元、天线阵列及天线。该天线单元通过一个半波阵子来作为驱动单元，对其他周围的寄生金属环结构进行激励，使得整个天线结构可以在较宽的频段上工作；半波阵子在其一阶谐振模式上具有较好的全向性、匹配和效率，其中寄生金属环结构也工作在一阶半波工作模式，以保持同样的全向性；由于寄生金属环结构长度小于作为驱动单元的半波阵子，故其工作的频率会高于半波阵子，从而保证天线在不同频率上均保持对外的稳定全向方向图。通过这样的设计天线单元结构紧凑，有助于实现小型化，提高天线的集成性能。提高天线的集成性能。提高天线的集成性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带通信全向性稳定天线单元、天线阵列及天线


[0001]本申请属于天线
，具体的涉及一种超宽带通信全向性稳定天线单元及天线阵列。

技术介绍

[0002]超宽带通信是一种非常具有前景的通信模式，其利用宽带时域脉冲信号作为基础进行通信，可以有效抵抗多径效应的影响，同时其极宽的频带也让其可以携带更多的信息；同时由于其时域脉冲信号具有极强的路径分辨能力和距离追踪能力，也让其在定位场景中发挥独一无二的作用；为了更好地发挥超宽带通信或定位的独特优势，需要让超宽带通信系统在其工作带宽内保持更好的稳定性，这种稳定性包括时域特性和频域特性；在射频通道中，信号可控性很高，而且有很多信号的整形方法可用于信号波形的稳定；天线作为射频通道向空间辐射的转换窗口，其宽带或空间特性会直接影响发射信号波形的稳定性或保真度。
[0003]常规的宽带天线主要指天线阻抗匹配的宽带，对于超宽带通信用到的宽带天线来说更是如此；对于常规的宽带天线设计而言，对天线的其他指标在宽频带下的表现关注不多；但这跟超宽带通信的内在要求有一定的错位和矛盾；如上所述，超宽带通信需要系统在一个很宽的频带内保持多种指标的稳定性，对天线当然也有同样的要求；阻抗带宽的宽带只是基础，天线的辐射特性、时延特性、空间各角度的一致性，同样是影响超宽带系统性能的重要因素；其中天线的时延稳定性可以保证天线在特定角度上保持频域响应的稳定，信号波形传输保真度更高；方向图的稳定性可以保证天线在覆盖区域内的各方向的信号波形传输稳定。
[0004]为保持天线在宽带下的辐射特性的稳定，常利用多个电磁结构相互耦合实现天线在宽带工作时保持稳定的口径增益，然而由于多个电磁结构相位中心不稳定，无法实现宽带下稳定的全向辐射性能。
[0005]传统宽带全向天线由于其在宽带工作下基于同一个固定的金属结构，其电尺寸会随着频率的变化而变化；当频率的变化范围大过一定区间后就会出现方向图的变形，从而无法保持其在宽带下的方向图稳定性。

技术实现思路

[0006]为解决
技术介绍
中指出的技术问题，本专利技术提出一种超宽带通信全向性稳定天线单元，其多频阵列下依然可以保持较好的天线带宽和匹配，在各窄带频率上的正常工作。
[0007]为实现上述目的本申请采用如下的技术方案：
[0008]一种超宽带通信全向性稳定天线单元，其由一个平铺的半波阵子驱动单元及其周围平铺的若干个寄生金属环结构组成；若干个寄生金属环结构的长度均小于半波阵子驱动单元的长度；半波阵子驱动单元间和若干个寄生金属环结构满足阻抗匹配，若干个寄生金属环结构的尺寸满足设定频率的半波长谐振边界条件，半波阵子驱动单元、若干个寄生金
属环结构在设定频率上均为一阶工作模式。该天线单元结构紧凑，有助于实现小型化，提高天线的集成性能。
[0009]本申请的超宽带通信全向性稳定天线单元在使用时，激励源(信号源)设置于半波阵子驱动单元中心处附近，激励源通过半波阵子驱动单元对周围的若干寄生金属环结构进行激励，从而引导高频率部分以第一寄生金属环结构、第二寄生金属环结构为核心辐射；半波阵子驱动单元与周围平铺的若干个寄生金属环结构之间存在分布参数耦合，类似LC的匹配，通过调节寄生金属环结构与半波阵子驱动单元间的耦合距离来调节其之间的分布参数，使得半波阵子驱动单元间和寄生金属环结构阻抗匹配；寄生金属环结构的尺寸满足设定频率的半波长谐振边界条件，半波阵子驱动单元不同的频率上均为一阶工作模式，从而可以实现很好的全向方向图。
[0010]耦合距离的设定，主要基于从半波阵子驱动单元看向寄生金属环结构在对应频率的输入阻抗；当半波阵子驱动单元和寄生金属环结构达到阻抗匹配时，耦合距离为最佳值。驱动单元自身的感性与寄生方环之间的耦合电容是调节匹配的关键。通过调节半波振子驱动单元的形状，尺寸，以及和寄生金属环结构的距离，产生多个工作频率靠近的谐振模式，相邻模式之间可以通过适当的调节实现相互组合，达到拓宽天线带宽的作用，同时保证稳定的全向辐射特性；也可以通过调节寄生结构的工作频率，使他们相互分离，实现天线的多频工作，即同时支持多个相对窄带的工作带宽。
[0011]基于本专利技术提出的超宽带通信全向性稳定天线单元，利用对半波阵子驱动单元和寄生金属环结构的长度，形状，尺寸，以及寄生金属环结构之间，半波阵子驱动单元之间，半波阵子驱动单元和寄生金属环结构之间重叠的长度，面积，通过调节天线单元部位上耦合电容，实现天线阻抗匹配情况的最优化。
[0012]半波阵子驱动单元用于对寄生金属环结构进行激励，由于半波阵子驱动单元在一阶谐振模式上具有较好的全向性和匹配效率，且寄生金属环结构也工作在一阶半波工作模式，让整个天线结构可以在较宽的频段上工作，半波阵子驱动单元驱动周围的寄生金属环结构来实现其宽带下的稳定方向图工作模式；由于寄生金属环结构的长度小于作为驱动单元的半波阵子，故寄生金属环结构的工作频率会高于半波阵子驱动单元，这就可以让天线在不同频率上都能保持对外的稳定全向方向图，且同时天线的带宽也获得了进一步的拓展；此外还可以根据功能需要，如带宽或不同频率的需要，添加一个或多个寄生金属环结构，实现在一个更宽的带宽上来工作。本申请的方案属于紧耦合效应的阵列天线设计，不受于天线单元带宽的限制，其能够利用半波阵子驱动单元和寄生金属环结构之间的电容耦合产生带宽效应。半波阵子驱动单元和寄生金属环结构之间彼此排布距离非常紧密，从而利用耦合增强效应实现支持多种有效的电流路径，从而使天线随频率变化具有更稳定的相位中心，这是传统天线无法做到的。
[0013]所述的半波阵子驱动单元配置方式包括：金属线、金属棒、条状金属片。
[0014]在一种可能的实现方式中，若干个寄生金属环结构的横截面形状包括以下中的任一种：方环、圆环、锯齿环、开口谐振环。由于这几种形状的Q值较高，可以保证寄生金属环结构的谐振性能和天线的匹配深度。
[0015]在一种优选的实现方式中，还包括PCB板，所述的半波阵子驱动单元及其周围平铺的若干个寄生金属环结构印刷在所述的PCB板上。天线单元尺寸的大幅缩减，有助于实现小
型化，提高天线的集成性能。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述的半波阵子驱动单元及其周围平铺的若干个寄生金属环结构可以选用金属同轴线或金属棒来制造。
[0017]在一种可能的实现方式中，寄生金属环结构尺寸、寄生金属环结构与半波阵子驱动单元之间的耦合距离以可调节方式配置。寄生金属环结构尺寸包括宽度以及长度。例如可通过PZT压电陶瓷位移器对寄生金属环结构尺寸、耦合距离进行可控调节。调节寄生金属环结构相距半波阵子驱动单元的距离、寄生金属环结构自身的尺寸，实现其在一个宽频带上工作，也可以通过拉远距离和调整自身尺寸，实现其在多频点的工作，即多频天线。此外，通过调节寄生金属环结构与半波阵子驱动单元之间的距离以改变耦合量，如距离越远耦合量越小，对带宽和方向图的贡献就会越小。
[0018]在一种可能的实现方式中，若干个寄生金属环结构上设置有Q值调节开关。利用Q值调节开关改变寄生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带通信全向性稳定天线单元，其特征在于，包括：一个平铺的半波阵子驱动单元及其周围平铺的若干个寄生金属环结构组成；若干个寄生金属环结构的长度均小于半波阵子驱动单元的长度；半波阵子驱动单元间和若干个寄生金属环结构满足阻抗匹配，若干个寄生金属环结构的尺寸满足设定频率的半波长谐振边界条件；半波阵子驱动单元、若干个寄生金属环结构工作模式均为一阶半波工作模式。2.根据权利要求1所述的超宽带通信全向性稳定天线单元，其特征在于：所述若干个寄生金属环结构的横截面形状包括以下中的任一种：方环、圆环、锯齿环、开口谐振环。3.根据权利要求1所述的超宽带通信全向性稳定天线单元，其特征在于：还包括PCB板，所述半波阵子驱动单元及其周围平铺的若干个寄生金属环结构印刷在所述的PCB板上。4.根据权利要求1所述的超宽带通信全向性稳定天线单元，其特征在于，所述半波阵子驱动单元及其周围平铺的若干个寄生金属环结构选用金属同轴线或金属棒来制造。5.根据权利要求1所述的超宽带通信全向性稳定天线单元，其特征在于：寄生金属环结构尺寸、寄生金属环结构与半波阵子驱动单元之间的距离以可调节方式配置。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈方园，刘祥龙，魏云飞，
申请(专利权)人：显踪电子苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：