改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线，天线由辐射体，馈电结构，天线罩，金属腔体组成。包括：单面覆铜的介质天线罩、侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构、渐变直径的馈电探针、圆台形金属腔体，其中，单面覆铜的介质天线罩位于侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构顶部且与其接触；单面覆铜的介质天线罩置于腔体顶部。通过探针馈电，利用缝隙等效磁流辐射形成全向垂直极化辐射模式。由于单个缝隙为双向辐射，在金属圆筒的侧壁开出两对即四条水平走向的缝隙，通过调整缝隙之间的相对位置关系，提升整个结构的对称性，实现优良的全向辐射。腔体和天线罩的加载设计，使得天线具有宽带和低剖面特性。使得天线具有宽带和低剖面特性。使得天线具有宽带和低剖面特性。

【技术实现步骤摘要】
改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线及其设计方法


[0001]本专利技术涉及微波与天线
，特别针对低剖面宽带全向垂直极化天线的设计提出一种有效方法。

技术介绍

[0002]随着技术的进步与相伴的产业升级，针对通信的需求也逐渐加大。现代通信对于天线的要求愈加严苛，不断追求通信设备的宽带化及小型化。而对于安装与飞行器或者舰船等特殊搭载平台上时，由于装配空间的限制，需要在保证天线性能的同时满足其质量轻，体积小，低剖面等要求。由于全向天线辐射能量能够在水平面内形成全向覆盖，在短波通信，定标通信，弹载通信上有广泛运用。较为常见的全向天线形式为对称阵子天线，国内外较多的学者专家对此类天线及其变种形式做了研究。受限于对称阵子为谐振式天线，带宽较窄，一般可以通过加载的方式改变其上的表面电流分布来获得宽带特性，但是加载会使得系统复杂度提升以及设计难度的增加；其它可以产生全向辐射模式的天线例如Alford环天线及其变形，组合环天线，旋转场天线等；以上列举的天线形式在设计上既要考虑低剖面特征，还需保证宽带特征以及全向垂直极化辐射模式，所采取的方式较为复杂，且很难在一种结构上实现较多功能。针对这一局限，本专利技术以缝隙结构为基础，旨在用简单的方式实现垂直极化全向天线，并且这一天线单元具有小型化，低剖面，宽带，垂直极化全向辐射等优点。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的，就是针对上述问题，提出一种具有低剖面、宽带、全向垂直极化全向辐射缝隙天线及其设计方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0005]一种改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线，天线由辐射体，馈电结构，天线罩，金属腔体四部分组成。包括：单面覆铜的介质天线罩、侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构、渐变直径的馈电探针、圆台形金属腔体。其中，单面覆铜的介质天线罩位于侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构的顶部且与其接触，单面覆铜的介质天线罩采用PCB双层板工艺，单面敷铜，将单面覆铜的介质天线罩的覆铜层设置在侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构的顶部与介质板接触面层；单面覆铜的介质天线罩置于圆台形金属腔体结构顶部，通过边缘螺钉与圆台形金属腔体固定，从而形成封闭的结构设计；为了有利于与搭载平台共形，圆台形金属腔体周围设计有裙边，用于安装在搭载平台之上。通过在圆筒状金属结构侧壁开两对水平走向缝隙，侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构的顶部与单面覆铜的介质天线罩的金属层接触，渐变直径的馈电探针直接激励单面覆铜的介质天线罩的金属层，射频接头的外导体通过圆台形金属腔体底部的射频安装凸台与圆台形金属腔体连接；当馈电时，侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构被激励，利用缝隙的等效磁流辐射形成全向垂直极化辐射模式。另一方面，考虑到单条缝隙具有双向辐射特性，为了达到与
完善全向辐射模式，在金属圆筒侧壁的对称结构处开出两对缝隙，不仅提升整个结构的对称性，且有益于全向天线的不圆度特征；通过调整侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构上两对缝隙的相对位置关系可以极大的提升不圆度性能，使得其在宽频带内，不圆度保持较低水平。同时侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构的边缘，均做倒角处理，也有利于改善全向天线的不圆度特征。
[0006]可选的，天线主要辐射体为侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构，缝隙沿着水平方向开出，数量为两对即四条，并保持缝隙之间特殊的相对位置关系，利用缝隙等效磁流形成全向模式，极化方式为垂直极化。侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构的底部与圆台形金属腔体底部通过在腔体底部设置的固定结构进行连接，既保证电连接也确保结构稳定。
[0007]可选的，单面覆铜的介质天线罩为单面覆铜，覆铜层与侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构的顶部接触，为了保证侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构可以与单面覆铜的介质天线罩的覆铜层紧密电连接，在二者接触面区域，利用介质板金属化盲槽技术，在单面覆铜的介质天线罩的金属层和侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构的顶部相接触的区域做出一圈金属化盲槽；如此，可以侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构与单面覆铜的介质天线罩的盲槽形成嵌套结构，确保了安装后的电接触稳定。
[0008]可选的，通过渐变直径的馈电探针为辐射体馈电，渐变直径的馈电探针由两部分构成，其一为射频接头本身内导体，其二为过渡用较大直径圆柱金属导体。因为射频接头本身内导体直径与长度较小，无法满足本专利技术实际的馈电需求，故而改用渐变直径的馈电探针；在较大直径的圆柱状金属导体上打孔，将射频接头本身内导体插入，使得馈电探针的两部分有效连接；在渐变直径的馈电探针顶部与单面覆铜的介质天线罩的覆铜层接触处，为了使得馈电稳定，将其在单面覆铜的介质天线罩的接触面区域做出金属化盲槽，即渐变直径的馈电探针的顶部会深入单面覆铜的介质天线罩一定深度；渐变直径的馈电探针的内导体直接与单面覆铜的介质天线罩的金属层接触，而外导体通过圆台形金属腔体底部安装射频接头用凸台与圆台形金属腔体固定连接。选用两段金属作为馈电探针用的目的在于实现阻抗匹配的同时易于加工。
[0009]可选的，为了较好的实现宽带阻抗匹配，单面覆铜的介质天线罩的金属层上做出非金属的环形区域；渐变直径的馈电探针的顶部与单面覆铜的介质天线罩的金属层接触处，在介质板上做出金属化盲孔，使得渐变直径的馈电探针可以深入介质板一定深度。这样既保证馈电结构有效，也有易于安装，且不破坏单面覆铜的介质天线罩充当天线罩功用时的安全性。
[0010]可选的，侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构的加工材料为金属良导体，其缝隙边缘以及金属加工后因有厚度而产生的棱角，均做倒角处理；且其底部的延伸结构用于与金属腔体底部固定，固定螺柱设置在圆台形金属腔体底部，固定螺柱与圆台形金属腔体一体化加工做出。
[0011]可选的，金属腔体为圆台状，周遭设计有裙边，由圆柱形金属掏空得到，保证结构强度且易于与搭载平台共形安装。
[0012]可选的，上层介质板型号为Taconic TLY
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5。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0014]本专利技术构建了一种改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线，与现有垂直极化全向天线相比，其优势在于设计新颖，结构巧妙、简洁、紧凑，可以在简单结构上由开缝操作得到同时满足宽带，低剖面，垂直极化全向辐射的天线，可以集几项优点于一体，这是其他结构做不到的；且天线设计于低剖面腔体内，易于与搭载平台共形安装。并且由于其易加工，材料简单，降低了设计复杂度以及加工成本，适合推广；同时，这种设计可以扩展实现双频甚至多频，垂直与水平双极化等全向辐射模式。有利于降低天线成本、减轻无线通信系统的承重负担、实现通信系统的小型化与多功能。
[0015]本专利技术所设计的一种改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线，其优势在于设计新颖，集多种优点于一体，结构巧妙，成本较低，以较为简单的技术手段实现了低剖面与宽带特征，最为重要的是天线在水平面方向的全向辐射特性优异。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线，其特征在于，单面覆铜的介质天线罩、侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构、渐变直径的馈电探针、圆台形金属腔体，侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构与圆台形金属腔体通过腔体底部的固定结构连接，单面覆铜的介质天线罩盖在圆台形金属腔体顶部，单面覆铜的介质天线罩与侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构通过单面覆铜的介质天线罩上的金属化盲槽区域连接在一起，单面覆铜的介质天线罩通过其周围的固定螺丝与圆台形金属腔体连接固定，渐变直径的馈电探针通过单面覆铜的介质天线罩上的金属化盲槽与单面覆铜的介质天线罩连接。2.根据权利要求1所述的一种改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线，其特征在于：具有侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构，缝隙周向排布在侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构，水平走向的缝隙数量为四条，缝隙之间具有相对位置关系。3.根据权利要求1所述的一种改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线，其特征在于：侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构，在其底部做出水平方向的延伸，通过在底部的延伸结构设置孔位，将其通过在腔体底部的小凸台与圆台形金属腔体底部固定。4.根据权利要求1所述的一种改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线，其特征在于：单面覆铜的介质天线罩，采用PCB工艺，双层板设计，单面覆铜，仅在其与侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构接触面层设置金属层，用来保证侧壁开出水平走向缝隙的金属圆筒状结构和单面覆铜的介质天线罩的电连接稳定。5.根据权利要求1所述的一种改进型的低剖面宽带全向垂直极化缝隙天线，其特征在于：渐变直径的馈电探针，渐变直径的馈电探针的内导体电接触单面覆铜的介质天线罩的覆铜层，渐变直径的馈电探针的外导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，聂红军，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：