极子天线的小型化优化方法及小型化弓形天线技术

本发明专利技术公开了一种极子天线的小型化优化方法及小型化弓形天线，该弓形天线是一种能够与安装物体表面结构共形的具有薄片结构的天线，是采用在一厚度为ｄ′、长为Ａ和高为Ｂ的金属平板上，应用线切割技术切割去除弯折槽、中心缝（４）后形成的，弯折槽的高记为ｄ，中心缝（４）的长记为ｄ″；金属平板的纵向中心线上设有馈电点（３），且馈电点（３）位于中心缝（４）的中心位置。中心缝（４）将弓形天线分隔成天线左臂（１）和天线右臂（２），天线左臂（１）与天线右臂（２）的结构相同，且以纵向中心线对称设置。在保持普通极子天线电性能不变的前提下，弓形天线尺寸可控，且缩减极其明显，大大的提高了极子天线小型化的程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于无线电子系统的极子天线，更特别地说，是指一种具有与安 装面共形的小型化弓形天线。
技术介绍
随着通信技术，空间技术和超宽带电子技术的发展，各种电子设备均向小型化与 微型化方向发展，天线作为无线电子系统必不可少的部件也必然向小型化方向发展。 天线的使用范围很大，使用目的，场合不同，对小型化的要求也不同。 一般的要求是: (1)减小天线所占有的空间；(2)重量轻；(3)结构简单或在载体上低轮廓，与载体共形等。极子天线结构简单，性能稳定，是飞行器中最常使用的天线。普通极子天线作为 谐振天线，其电流呈驻波分布，输入电阻及输入电抗都是其电长度的敏感函数。极子 天线在中心波长为义/4时谐振。当工作频率远大于300 3000M/fe的特高频无线电 波(UHF波段)时，总长相对较小。然而，对于一些UHF波段或微波频率的靴 子或偶极子天线，实际应用的时候尺寸可能需要缩短50%,甚至更多。人们釆用诸如分形技术、弯折线技术或者加载技术等来实现天线高度的减小和性 能的改善。分形天线性能优越，但构造相对复杂，理论分析困难。而加载技术增添了 附加的电路，且伴有额外的能量损耗，会导致天线效率降低。用弯折线构造的小型化 天线既有分形天线间填充属性的优点，同时没有额外的附加电路，外形简单又经济。 因此采用外形结构相对简单而分析方法相对成熟的弯折线天线往往是首选的天线小 型化形式。专利技术 内容本专利技术的目的是提供一种具有与安装面共形的小型化弓形天线，该弓形天线采用 弯折方式进行天线结构构形，釆用空间自相似的结构，增加了天线空间填充属性。同时，在天线内部，天线各段分别产生自感，这些自感互相耦合，在天线内部产生互感。 天线内部自感与互感的产生，极大地增加了天线对外的电感应强度。使得天线单位长 度内有效长度增加，即为天线谐振频率相同的情况下，弓形天线谐振波长增长，天线 的尺寸缩减。本专利技术的一种极子天线的小型化优化方法及小型化弓形天线，该弓形天线是一种 能够与安装物体表面结构共形的具有薄片结构的天线，是釆用在一厚度为^'、长为^ 和高为5的金属平板上，应用线切割技术切割去除弯折槽、中心缝后形成的，弯折槽的高记为"，中心缝的长记为^;金属平板的纵向中心线上设有馈电点，且馈电点 位于中心缝的中心位置；中心缝将弓形天线分隔成天线左臂和天线右臂，天线左臂与 天线右臂的结构相同，且以纵向中心线对称设置。天线左臂从上至下顺序设有A弯折槽、B弯折槽、C弯折槽、D弯折槽、E弯折 槽、F弯折槽。天线右臂从上至下顺序设有G弯折槽、H弯折槽、I弯折槽、J弯折槽、K弯折 槽、L弯折槽。本专利技术设计的小型化弓形天线优点在于(1) 采用在一块金属板上切割构形，使得弓形天线外形结构简单，实现方便，便于 对天线进行各种进一步的优化分析。(2) 弓形天线具有低轮廓的特性，可减少空气动力对结构体的影响，如有特殊需要， 弓形天线也易于与安装的结构体共形。(3) 以馈电点为中心对称设计的天线左臂和天线右臂，具有全向辐射的特性。(4) 在保持普通极子天线电性能不变的前提下，弓形天线尺寸可控，且缩减极其明 显，大大的提高了极子天线小型化的程度。(5) 弓形天线材料选则范围广泛，加工工艺简单，成品价格经济实惠，适用范围广。 附图说明图1是本专利技术小型化弓形天线的结构图。 图2是本专利技术小型化弓形天线的尺寸标注示意图。 具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1所示，本专利技术的一种小型化弓形天线，该弓形天线是一种能够与安装 物体表面结构共形的具有薄片结构的天线，是采用在一厚度为^'(单位mm)、长 为j (单位mm)和高为S (单位mm)的金属平板上，应用线切割技术切割去 除弯折槽5、中心缝4后形成的，弯折槽5的高记为,中心缝4的长记为cT 。金 属平板的纵向中心线上设有馈电点3，且馈电点3位于中心缝4的中心位置。中心缝 4将弓形天线分隔成天线左臂1和天线右臂2，天线左臂1与天线右臂2的结构相同， 且以纵向中心线对称设置。在本专利技术中，^ =义/4,义表示天线谐振时的波长，5>15mm， c/=3 9ww， W=l~9/w , ,=0.5 3 。在金属平板上设置弯折槽个数记为"，贝lj"^2。所述弯折槽的高度"保持相等。当弯折槽个数"=6时，设计的具体结构如图2所示，图中，天线左臂1从上至 下顺序设有A弯折槽51、 B弯折槽52、 C弯折槽53、 D弯折槽54、 E弯折槽55、 F弯折槽56。天线右臂2从上至下顺序设有G弯折槽61、 H弯折槽62、 I弯折槽63、 J弯 折槽64、 K弯折槽65、 L弯折槽66。B弯折槽52的外壁52a与H弯折槽62的外壁62a之间的间隔为4 ，且4 = 1/10爿~1/"。D弯折槽54的外壁54a与J弯折槽64的外壁64a之间的间隔为^ ，且^ = 2冬F弯折槽56的外壁56a与L弯折槽66的夕卜壁66a之间的间隔为^ ，且」3 =本专利技术的一种极子天线的小型化优化方法，该优化方法采用了天线电感电路模型<formula>formula see original document page 5</formula>来优化极子天线的构形，通过增加天线自身互感，从而达到极子天线小型化的目的，以方便与飞机等物体外表面贴合，适用于UHF或微波等低频波 段。在本专利技术中，天线电感电路模型为<formula>formula see original document page 5</formula>式中，Z为单极子天线的等效自感，c为单极子天线的线直径，单位mm, /i为 天线的磁导率，^为单极子天线的高度，单位附m。当单极子高度A-l/4;i, /l为天线谐振时的波长。即单极子谐振时，式(1) 可表示为由(2)式可知，Z正比与义；ln、1、。(2)对一个高度为// (该高度为A也是指金属板的长^)的弓形天线的电感表达为,00 QO 、I]z"+Z!z"，"-i (3)乂/7=0 =1 乂Zg为弓形天线的左臂的电感，丄"为第"个弯折槽的电感c展开为(3)式，得人I, =i 乂W......丰2 ;rIn4二 —1+;r 2 2lnn=l 乂 CC 乂1(4)+ .丄o为A弯折槽51的电感，Z!为B弯折槽52的电感，^为金属板的长，4为B弯折 槽52的外壁52a与H弯折槽62的外壁62a之间的间隔。由于弓形天线的天线左臂与天线右臂是以纵向中心线对称设置的，故同理可得弓形天线的右臂的电感为:V丄 w 2人w-l w=l 乂2 =1丰2 ;rIn广4-—1;r 2 2In2^4 2(-1(5)+ .、c c^为弓形天线的右臂的电感，丄 '为第"个弯折槽的电感，A/为G弯折槽61的电 感，Z/为H弯折槽62的电感。将(4)式和(5)式相加整理得< 00 00 、、w=l =1 乂丄w > z u >义(6)(7)为天线左臂的电感与天线右臂的电感的之和，丄为舉极子天线的等效自感，6、为第"个弯折槽的电感，A^为弓形天线的谐振时的波长，义为单极子天线谐振时 的波长。(7)式表明，当,子天线与弓形单极子天线高度相同的情况下，弓形单极子 天线谐振波长更长。又由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极子天线的小型化优化方法及小型化弓形天线，其特征在于：该弓形天线是一种能够与安装物体表面结构共形的具有薄片结构的天线，是采用在一厚度为ｄ′、长为Ａ和高为Ｂ的金属平板上，应用线切割技术切割去除弯折槽、中心缝（４）后形成的，弯折槽的高记为ｄ，中心缝（４）的长记为ｄ″；金属平板的纵向中心线上设有馈电点（３），且馈电点（３）位于中心缝（４）的中心位置；中心缝（４）将弓形天线分隔成天线左臂（１）和天线右臂（２），天线左臂（１）与天线右臂（２）的结构相同，且以纵向中心线对称设置；　 　天线左臂（１）从上至下顺序设有Ａ弯折槽（５１）、Ｂ弯折槽（５２）、Ｃ弯折槽（５３）、Ｄ弯折槽（５４）、Ｅ弯折槽（５５）、Ｆ弯折槽（５６）；　天线右臂（２）从上至下顺序设有Ｇ弯折槽（６１）、Ｈ弯折槽（６２）、Ｉ弯折槽（６３）、Ｊ弯折 槽（６４）、Ｋ弯折槽（６５）、Ｌ弯折槽（６６）；　Ｂ弯折槽（５２）的外壁（５２ａ）与Ｈ弯折槽（６２）的外壁（６２ａ）之间的间隔为Ａ↓［１］，且Ａ↓［１］＝１／１０Ａ～１／４Ａ；　Ｄ弯折槽（５４）的外壁（５４ａ）与Ｊ弯折槽（６４） 的外壁（６４ａ）之间的间隔为Ａ↓［２］，且Ａ↓［２］＝２Ａ↓［１］；　Ｆ弯折槽（５６）的外壁（５６ａ）与Ｌ弯折槽（６６）的外壁（６６ａ）之间的间隔为Ａ↓［３］，且Ａ↓［３］＝４Ａ↓［１］。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏东林，郭丹丹，赵小莹，杨俊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]