一种低剖面超宽带盘锥天线及通信设备制造技术

本发明专利技术公开了一种低剖面超宽带盘锥天线及通信设备，由上至下包括：天线顶帽加载结构，包括顶部金属圆盘，所述顶部金属圆盘表面设置环形寄生槽及弧形寄生槽；天线辐射体结构，包括辐射锥体；天线馈电结构，包括金属地板，馈电同轴线及金属延长柱，馈电同轴线的外导体与金属地板连接，内导体通过金属延长柱连接辐射椎体的下部，所述辐射锥体的上部与顶部金属圆盘相连。本发明专利技术简化了中心锥体的旋转曲线，减少了曲线方程参数数量，锥体结构简单，同时加载了接地顶帽结构，延长电流路径，实现了良好的阻抗匹配和小型化。阻抗匹配和小型化。阻抗匹配和小型化。

【技术实现步骤摘要】
一种低剖面超宽带盘锥天线及通信设备


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，特别涉及一种低剖面超宽带盘锥天线及通信设备。

技术介绍

[0002]随着无线通信系统技术发展，通信设备的种类和数量急剧增多，结构也更为复杂。在布局繁杂的无线通信系统内部，稀缺的可用空间资源极大地限制着无线通信系统的拓展。因此，宽带小型化天线受到了广泛地关注，成为学术界和产业界的研究热点。采用超宽带天线将极大减少无线通信系统内的天线数量，避免在小空间内放置多个天线所引入的互耦问题，减少对天线和射频电路性能的影响。为实现天线的超宽带特性，传统方法主要采用两种天线结构，分别为渐变结构和非频变结构。但采用传统结构的超宽带天线一般体积较大，无法满足小占用空间的需求。针对这个问题，盘锥天线具有带宽宽、易于小型化的特点，同时还具有全向辐射、成本低、机械性能好、结构简单等特点，是一种极好的解决方案。
[0003]为实现盘锥天线的超宽带和小型化性能，近年来出现了很多先进的技术方案。在目前已有的方案中，文献[1]A.Liu and Y.Lu,"ASuperwide Bandwidth Low
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Profile Monocone Antenna With Dielectric Loading,"in IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.67,no.6,pp.4173
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4177,June 2019,doi:10.1109/TAP.2019.2907818.提出了一种基于介质加载的超宽带低剖面盘锥天线，采用在中心锥体顶部加载接地圆形顶帽的小型化方法将天线的剖面降低至10mm(即最低截止频率1.6GHz所对应波长的0.057倍)，同时在中心锥体周围加载一圈电介质，改善了天线与空气的匹配情况，天线最终实现了超宽带和低剖面特性，工作频率覆盖了1.6GHz至11.7GHz，对应相对带宽和频比分别为151.88％和7.3:1。虽然实现了超宽带性能，但最高频率相对较低，频比较小，所覆盖的频率范围较窄。此外，天线横向尺寸较大，小型化不足，圆形地板直径达到了160mm，所加载顶帽的直径为68mm。介质加载的方法也使其结构较为复杂。
[0004]文献[2]M.H.Gandomi and D.Zarifi,"Design and Development of Ultra
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Wideband 3
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D Monopole Antennas Based on Supercurves,"in IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.69,no.12,pp.8214
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8220,Dec.2021.提出一种盘锥天线的锥体设计方法，引入超曲线概念表征生成盘锥天线中心锥体的旋转曲线，并设定适应度函数，对超曲线的6个参数进行优化，实现了极宽的工作频率覆盖范围(0.92GHz
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40GHz)，对应的频比为43.5:1，同时带内的增益可达到3dBi至6.5dBi。天线实现了极宽的带宽，覆盖了多个频段，最低截止频率达到了0.92GHz，最高截止频率也达到了40GHz，但天线的剖面极高，达到了0.31λlow(即最低截止频率0.92GHz对应波长的0.31倍)。但是最终优化后所得曲线较为复杂，锥体结构较为复杂。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种低剖面超宽带盘锥天线及通信设备，实现超宽带，小型化并降低剖面高度及减小横向尺寸。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种低剖面超宽带盘锥天线，由上至下包括：
[0008]天线顶帽加载结构，包括顶部金属圆盘，所述顶部金属圆盘表面设置环形寄生槽及弧形寄生槽；
[0009]天线辐射体结构，包括辐射锥体；
[0010]天线馈电结构，包括金属地板，馈电同轴线及金属延长柱，馈电同轴线的外导体与金属地板连接，内导体通过金属延长柱连接辐射椎体的下部，所述辐射锥体的上部与顶部金属圆盘相连。
[0011]进一步，所述辐射锥体为凹曲线绕垂直轴旋转一周所得的旋转体。
[0012]进一步，所述环形寄生槽具体是与顶部金属圆盘共圆心的环形缝隙。
[0013]进一步，所述弧形寄生槽与环形寄生槽同面设置，具体是绕垂直轴等间距旋转分布的弧形缝隙，弧形寄生槽处于环形寄生槽的外围。
[0014]进一步，所述顶部金属圆盘通过接地寄生金属柱与金属地板连接。
[0015]进一步，所述接地寄生金属柱具体为四根，均匀设置在顶部金属圆盘的边缘。
[0016]进一步，所述弧形缝隙设置顶部金属圆盘的切割轴向电流方向。
[0017]进一步，所述顶部金属圆盘的厚度为1mm。
[0018]进一步，所述弧形缝隙为八条，每一条的中心均在圆盘中心与对应的寄生金属柱中心的连线上。
[0019]一种通信设备，包括所述的低剖面超宽带盘锥天线。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0021](1)本专利技术采用曲线代替直线作为中心辐射锥体的旋转曲线，改善了天线在高频段(>10GHz)的阻抗匹配，使得天线最高截止频率提高到了两倍以上；
[0022](2)顶部金属圆盘上加载弧形缝隙，延长了顶部圆盘上的电流路径，改善了工作频带内的阻抗失配频点的阻抗匹配情况，并且极大地减小了圆盘和金属地板的尺寸，天线横向尺寸减少至文献[1]中天线的近三分之二。
[0023](3)本专利技术简化了中心锥体的旋转曲线，减少了曲线方程参数数量，锥体结构简单，同时加载了接地顶帽结构，延长电流路径，实现了良好的阻抗匹配和小型化。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的结构示意图；
[0025]图2是图1的正视图；
[0026]图3是图1的俯视图；
[0027]图4是本专利技术天线的驻波比(VSWR参数)和增益图；
[0028]图5(a)是本专利技术天线在2GHz、5GHz、8GHz的增益方向图；
[0029]图5(b)是本专利技术天线在10GHz、13GHz、16GHz的增益方向图；
[0030]图5(c)是本专利技术天线在18GHz、20GHz、22GHz的增益方向图。
具体实施方式
[0031]下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0032]如图1、图2及图3所示，一种低剖面超宽带盘锥天线，由上至下包括三部分：
[0033]第一部分是天线顶帽加载结构，包括顶部金属圆盘1，弧形寄生槽2、环形寄生槽3和接地寄生金属柱4。环形寄生槽3设置顶部金属圆盘1上，是与顶部金属圆盘1共圆心的环形缝隙，弧形寄生槽2设置顶部金属圆盘1上，所述弧形缝隙，绕垂直轴等间距旋转分布，接地寄生金属柱4设置在接近于顶部金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低剖面超宽带盘锥天线，其特征在于，由上至下包括：天线顶帽加载结构，包括顶部金属圆盘，所述顶部金属圆盘表面设置环形寄生槽及弧形寄生槽；天线辐射体结构，包括辐射锥体；天线馈电结构，包括金属地板，馈电同轴线及金属延长柱，馈电同轴线的外导体与金属地板连接，内导体通过金属延长柱连接辐射椎体的下部，所述辐射锥体的上部与顶部金属圆盘相连。2.根据权利要求1所述的低剖面超宽带盘锥天线，其特征在于，所述辐射锥体为凹曲线绕垂直轴旋转一周所得的旋转体。3.根据权利要求1所述的低剖面超宽带盘锥天线，其特征在于，所述环形寄生槽具体是与顶部金属圆盘共圆心的环形缝隙。4.根据权利要求1所述的低剖面超宽带盘锥天线，其特征在于，所述弧形寄生槽与环形寄生槽同面设置，具体是绕垂直轴等间距旋转分布的弧形缝隙，弧形寄生槽处于环形寄生槽的外围。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琬琛，陈佳乐，车文荃，薛泉，贺显惠，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：