一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线，它包括第一频率范围天线、第二频率范围天线、有源放大器和切换开关；第一频率范围天线和第二频率范围天线通过射频线与有源放大器连接构成第一频率范围有源天线和第二频率范围有源天线，第一频率范围有源天线和第二频率范围有源天线通过射频线与切换开关连接，实现天线的切换。本发明专利技术的优点在于通过锥形馈电、增加寄生结构、三点馈电，切角等措施以及与有源放大器相连接的方法拓宽天线的阻抗带宽，提高了增益，实现了天线的小型化。并通过快速切换开关，实现了工作频段在1MHz

【技术实现步骤摘要】
一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线


[0001]本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线。

技术介绍

[0002]现代科技的发展使得各类电气、电子设备被大量地应用于国防科技建设和生产生活，在给人们带来了极大的方便的同时，这些设备产生的部分有用或无用的电磁能量会人们处于日趋复杂的电磁环境之中；而电磁环境的优劣会使得周围其它设备以及系统受到影响，电磁辐射污染已被列为第四大污染，对于无线电设备来说，通过采集记录环境中的频谱信息和能量分布可以对设备的使用进行指导，确保各个设备都能够正常的投入使用。
[0003]考虑到污染源的不同，例如工作在MF、HF的业余无线电；工作在VHF的调频广播、电视；工作在UHF、SHF的雷达、移动通信和卫星通信，因此，需要在非常宽的频带内进行电磁环境监测。天线是电磁环境监测设备的重要组成部分，因此对于超宽带天线的设计尤为重要。目前大部分超宽带天线的设计主要是为了覆盖3.1GHz
‑
10.6GHz的规定频段，这是由于天线的尺寸和波长是相比拟的，因此，如何通过一个天线实现阻抗带宽覆盖全频段，如1MHz
‑
18GHz的频率范围，是目前需要考虑的。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线，解决了现有超宽带天线覆盖频段范围不全面，且增益差以及尺寸大的问题。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线，它包括第一频率范围天线、第二频率范围天线、有源放大器和切换开关；第一频率范围天线和第二频率范围天线通过射频线与有源放大器连接构成第一频率范围有源天线和第二频率范围有源天线，第一频率范围有源天线和第二频率范围有源天线通过射频线与切换开关连接，实现天线的切换；
[0007]所述第一频率范围天线包括第一介质基板，设置在第一介质基板正面的U型辐射贴片和设置在第一介质基板背面的第一接地板；所述U型辐射贴片的底部连接有第一锥形馈电结构进行馈电；在第一接地板的中间切割有椭圆形缝隙，在椭圆形缝隙中间区域增加有寄生结构，通过寄生结构形成多个谐振频点。
[0008]所述第一锥形馈电结构包括第一馈线段、第二馈线段、第三馈线段和馈线偏移段；第一馈线段的一端连接所述U型辐射贴片底部，另一端连接第二馈线段；第二馈线段以向一侧拐角的方式与馈线偏移段连接，馈线偏移段以向下拐角的方式与第三馈线段连接。
[0009]所述第一馈线段的宽度小于第三馈线段的宽度；所述第二馈电线为宽度依次变大的锥形结构，与第一馈线段连接处的宽度与第一馈线段的宽度相同，第二馈线段与第三馈
线段连接处的宽度与第三馈线段的宽度相同，在整体上也形成锥形结构，通过锥形结构改变电流路径来扩宽天线的阻抗带宽。
[0010]对所述第二馈线段与馈线偏移段，以及馈线偏移段与第三馈线段的外侧拐角处切割有第一切角，通过第一切角改变电流路径来扩宽天线的阻抗带宽；所述寄生结构包括由两个尺寸不同的上半椭圆和下半椭圆构成，上半椭圆的短轴与下半椭圆的长轴重合。
[0011]所述第二频率范围天线包括第二介质基板，设置在第二介质基板正面的矩形辐射贴片以及设置在第二介质基板背面的第二接地板；
[0012]所述矩形辐射贴片的底部连接有第二锥形馈电结构进行馈电；所述第二接地板设置在第二介质基板背面的一端，且在第二接地板的左上角和右上角进行了切圆角处理，以提高天线的匹配性能。
[0013]所述第二锥形馈电结构包括锥形馈线和三点馈电结构，锥形馈线的宽度依次变大；三点馈电结构设置在辐射贴片的底部，三点馈电结构与锥形馈线的宽度小的一端连接。
[0014]所述矩形辐射贴片的左下角和右下角均进行了切圆角处理，在矩形辐射贴片底部的中间位置处切割有三个等间距排列的凹槽；所述三点馈电结构包括三条等宽馈线，三条等宽馈线分别嵌入到三个凹槽中，与矩形辐射贴片形成三个相交馈点，且位于左侧和右侧的等宽馈线分别以向中间拐角的方式与位于中间的等宽馈线连通，在拐角的外侧出切割有第二切角(18)，中间的等宽馈线与锥形馈线连接。
[0015]所述第一馈线段的长度l3＝15mm，第二馈线段的长度l4＝14.1mm，第三馈线段的长度l5＝2mm，馈线偏移段的长度offset＝18mm；所述第一切角的长度r_cut＝3mm，第一馈线段的宽度w3＝1.5mm，第三馈线段的宽度w2＝3.1mm；所述椭圆形缝隙的长轴a11＝237.3mm，短轴a1＝172.3mm；所述上半椭圆和下半椭圆构重合的轴b1＝104.4mm。
[0016]所述锥形馈线的长度hl_feed1＝11.3mm，锥形馈线一端的宽度为0.9mm，另一端的宽度为2.1mm；切圆角的半径为14.3mm，等宽馈线的宽度为0.9mm，第二切角的长度为0.5mm。
[0017]所述第一频率范围天线工作的频率范围包括1MHz
‑
1GHz，第二频率范围天线工作的频率范围为1GHz
‑
18GHz。
[0018]本专利技术具有以下优点：一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线，通过锥形馈电、增加寄生结构、三点馈电，切角等措施以及与有源放大器相连接的方法拓宽天线的阻抗带宽，提高了增益，实现了天线的小型化。并通过快速切换开关，实现了工作频段在1MHz
‑
1GHz和1GHz
‑
18GHz快速切换，使得该天线能进行全频段的实时监测。
附图说明
[0019]图1为本专利技术带宽天线的结构示意图；
[0020]图2为带宽天线背面的结构示意图；
[0021]图3为带宽天线正面及第一锥形馈电结构局部放大的示意图；
[0022]图4为超宽带天线的结构示意图；
[0023]图5为超带宽天线背面的结构示意图；
[0024]图6为超带宽天线正面及第二锥形馈电结构局部放大的示意图；
[0025]图7为有源放大器的原理示意图；
[0026]图8为带宽天线的S参数示意图；
[0027]图9为带宽天线在0.1GHz和0.3GHz处的辐射方向图；
[0028]图10为带宽天线在0.5GHz和0.7GHz处的辐射方向图；
[0029]图11为超带宽天线的S参数示意图；
[0030]图12为超宽带天线在1GHz和2GHz的辐射方向图；
[0031]图13为超宽带天线在4GHz和6GHz的辐射方向图；
[0032]图14为超宽带天线在8GHz和10GHz的辐射方向图；
[0033]图15为超宽带天线在12GHz和14GHz的辐射方向图；
[0034]图16为超宽带天线在16GHz和18GHz的辐射方向图；
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线，其特征在于：它包括第一频率范围天线、第二频率范围天线、有源放大器和切换开关；第一频率范围天线和第二频率范围天线通过射频线与有源放大器连接构成第一频率范围有源天线和第二频率范围有源天线，第一频率范围有源天线和第二频率范围有源天线通过射频线与切换开关连接，实现天线的切换；所述第一频率范围天线包括第一介质基板（2），设置在第一介质基板（2）正面的U型辐射贴片（1）和设置在第一介质基板（2）背面的第一接地板（3）；所述U型辐射贴片（1）的底部连接有第一锥形馈电结构（4）进行馈电；在第一接地板（3）的中间切割有椭圆形缝隙（10），在椭圆形缝隙（10）中间区域增加有寄生结构（11），通过寄生结构（11）形成多个谐振频点。2.根据权利要求1所述的一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线，其特征在于：所述第一锥形馈电结构（4）包括第一馈线段（5）、第二馈线段（6）、第三馈线段（7）和馈线偏移段（8）；第一馈线段（5）的一端连接所述U型辐射贴片（1）底部，另一端连接第二馈线段（6）；第二馈线段（6）以向一侧拐角的方式与馈线偏移段（8）连接，馈线偏移段（8）以向下拐角的方式与第三馈线段（9）连接。3.根据权利要求2所述的一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线，其特征在于：所述第一馈线段（5）的宽度小于第三馈线段（7）的宽度；所述第二馈电线（6）为宽度依次变大的锥形结构，与第一馈线段（5）连接处的宽度与第一馈线段（5）的宽度相同，第二馈线段（6）与第三馈线段（7）连接处的宽度与第三馈线段（7）的宽度相同，在整体上也形成锥形结构，通过锥形结构改变电流路径来扩宽天线的阻抗带宽。4.根据权利要求2所述的一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线，其特征在于：对所述第二馈线段（6）与馈线偏移段（8），以及馈线偏移段（8）与第三馈线段（7）的外侧拐角处切割有第一切角（9），通过第一切角（9）改变电流路径来扩宽天线的阻抗带宽；所述寄生结构（11）包括由两个尺寸不同的上半椭圆和下半椭圆构成，上半椭圆的短轴与下半椭圆的长轴重合。5.根据权利要求1所述的一种用于电磁环境监测的超宽带一体化天线，其特征在于：所述第二频率范围天线包括第二介质基板（13），设置在第二介质基板（13）正面的矩形辐射贴片（12）以及设置在第二介质基板（13）背面的第二接地板（14）；所述矩形辐射贴片（12）的底部连接有第...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡少雄，刘沛然，李尧尧，张世健，苏东林，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：