CN106785359A - 一种定向天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定向天线，包括：安装底板；辐射体，包括第一部分辐射体及与所述第一部分辐射体的第一端相连的第二部分辐射体，其中，所述第一部分辐射体与所述第二部分辐射体之间大致呈90度夹角，所述第一部分辐射体的第一长度值与1/8波长的差值小于预设阈值，所述第一部分辐射体的与所述第一端相对的第二端以一预设角度设置在所述安装底板的第一位置上；引向器，设置在所述安装底板的第二位置上，其中，所述第二位置位于所述第一位置在第一方向上的反延长线上，其中，所述第一方向为所述第二部分辐射体与所述第一部分辐射体形成的弯折方向；反射器，设置在所述安装底板的第三位置上。

Description

一种定向天线

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种定向天线。

背景技术

随着飞机、高速列车、导弹等交通工具速度的提升，天线作为通信必备的载体外露设备，其要求也相应提升，小型化与高性能成为了主流趋势。较小的天线尺寸可以有效减少风阻，但是，天线作为一种电磁波的产生和辐射装置，其性能又很大程度上受金属辐射体外形、尺寸的制约，外形、尺寸的减小直接导致了天线性能的降低，小尺寸与高性能方面的矛盾与冲突将进一步放大。为满足当前平台下的天线要求，现有的设计方式为尽可能的减小外露天线尺寸，和与载体结构相融合的共形设计。

现有的载体外露定向通信天线一般为线极化方式，要保证天线的性能要求，天线尺寸(主要是高度方面的尺寸)将达到至少1/4波长。若天线工作频段在L波段，那么天线高度将不低于75mm，这对于载体的高速飞行或运行将非常不利。为满足载体的高速飞行或运行的安全性和高效性，这种载体外露天线将采用小型化设计或者共形设计，这必然导致天线的有效辐射口径降低，天线性能较差，比如：增益低。

可见，如何解决现有技术中的天线尺寸和性能的矛盾是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种定向天线，用于解决现有技术中的天线尺寸和性能的矛盾，实现提供一种具有高电性能且尺寸小的定向天线的技术效果。

本申请实施例提供了一种定向天线，包括：

安装底板；

辐射体，包括第一部分辐射体及与所述第一部分辐射体的第一端相连的第二部分辐射体，其中，所述第一部分辐射体与所述第二部分辐射体之间大致呈90度夹角，所述第一部分辐射体的第一长度值与1/8波长的差值小于预设阈值，所述第一部分辐射体的与所述第一端相对的第二端以一预设角度设置在所述安装底板的第一位置上，其中，所述预设角度为大于0度小于180度的角度；

引向器，设置在所述安装底板的第二位置上，其中，所述第二位置位于所述第一位置在第一方向上的反延长线上，其中，所述第一方向为所述第二部分辐射体与所述第一部分辐射体形成的弯折方向；

反射器，设置在所述安装底板的第三位置上，其中，所述第三位置位于所述第一位置在所述第一方向的延长线上。

可选的，所述引向器包括第一部分引向器及与所述第一部分引向器的第三端相连的第二部分引向器，所述第一部分引向器的与所述第三端相对的第四端设置在所述第二位置上，其中，所述第一部分引向器与所述第二部分引向器之间大致呈90度夹角，所述第一部分引向器的第二长度值与所述第一长度值的第一差值小于第一阈值，所述第一长度值大于所述第二长度值。

可选的，所述反射器包括第一部分反射器及与所述第一部分反射器的第五端相连的第二部分反射器，所述第一部分反射器的与所述第五端相对的第六端设置在所述第三位置上，其中，所述第一部分反射器与所述第二部分反射器之间大致呈90度夹角，所述第一部分反射器的第三长度值与所述第一长度值的第一差值小于所述第一阈值，所述第三长度值大于所述第一长度值。

可选的，所述定向天线还包括：

接地线，所述接地线包括第七端和第八端，所述第七端设置在所述第一部分辐射体的第四位置上，所述第八端设置在安装底板的第五位置上，其中，所述接地线与所述第一部分辐射体形成锐角，所述第五位置位于所述第一位置与所述第二位置之间。

可选的，所述第二部分辐射体与所述第一部分反射器之间的第一距离及所述第二部分引向器与所述第一部分辐射体之间的第二距离均位于1/8波长至1/4波长之间。

可选的，所述定向天线还包括：

馈电点，设置在所述第一位置上。

可选的，所述辐射体、所述引向器、所述反射器以及所述安装底板为将铝材或者不锈钢材料通过铣切加工处理获得的四个独立的部件或一体化部件。

可选的，所述定向天线还包括：

射频插座，设置在所述第一位置上；

射频内芯，设置在所述射频插座内，并与所述馈电点连接；

连接件，用于将所述接地线、所述引向器及所述反射器固定在所述安装底板上。

可选的，所述辐射体、所述引向器、所述反射器以及所述安装底板的表面采用导电性好且易于焊接的镀涂处理。

可选的，所述定向天线还包括：

天线罩，设置在所述辐射体、所述引向器以及所述反射器***，且与所述安装底板连接。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

一、由于本申请实施例中的技术方案，采用安装底板；辐射体，包括第一部分辐射体及与所述第一部分辐射体的第一端相连的第二部分辐射体，其中，所述第一部分辐射体与所述第二部分辐射体之间大致呈90度夹角，所述第一部分辐射体的第一长度值与1/8波长的差值小于预设阈值，所述第一部分辐射体的与所述第一端相对的第二端以一预设角度设置在所述安装底板的第一位置上，其中，所述预设角度为大于0度小于180度的角度；引向器，设置在所述安装底板的第二位置上，其中，所述第二位置位于所述第一位置在第一方向上的反延长线上，其中，所述第一方向为所述第二部分辐射体与所述第一部分辐射体形成的弯折方向；反射器，设置在所述安装底板的第三位置上，其中，所述第三位置位于所述第一位置在所述第一方向的延长线上的技术手段，这样，通过将辐射体在约1/8波长出进行弯折，从而减小天线的尺寸；然后通过反射器和引向器，将将单极子的辐射特性从全向辐射调整为定向辐射；并通过对辐射体、引向器、反射器的尺寸及三者之间的相对位置关系的调节，以此调整天线谐振频率、辐射方向图以及增益等，从而有效解决了现有技术中的天线尺寸和性能的矛盾，实现提供一种具有高电性能且尺寸小的定向天线的技术效果。

二、由于本申请实施例中的技术方案，采用所述定向天线还包括：接地线，所述接地线包括第七端和第八端，所述第七端设置在所述第一部分辐射体的第四位置上，所述第八端设置在安装底板的第五位置上，其中，所述接地线与所述第一部分辐射体形成锐角，所述第五位置位于所述第一位置与所述第二位置之间的技术手段，这样，通过在辐射体的和反射面直立部分的中间位置增加一支接地线，通过接地线对天线的增益和驻波等进行调节，从而解决了当天线的有效辐射高度降低一半时带来的端口失配的技术问题，实现改善天线的电性能的技术效果。

三、由于本申请实施例中的技术方案，采用所述第二部分辐射体与所述第一部分反射器之间的第一距离及所述第二部分引向器与所述第一部分辐射体之间的第二距离均位于1/8波长至1/4波长之间的技术手段，这样，天线的尺寸可以根据实际使用性能需求来进行调节，从而使天线的工作频率不局限于某一个频段，而可以在各个工作频段中使用，提高天线的使用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本申请实施例一中提供的一种定向天线的第一种结构示意图；

图2为本申请实施例一中提供的一种定向天线的第二种结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种定向天线，用于解决现有技术中的天线尺寸和性能的矛盾，实现提供一种具有高电性能且尺寸小的定向天线的技术效果。

本申请实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：

一种定向天线，包括：

安装底板；

辐射体，包括第一部分辐射体及与所述第一部分辐射体的第一端相连的第二部分辐射体，其中，所述第一部分辐射体与所述第二部分辐射体之间大致呈90度夹角，所述第一部分辐射体的第一长度值与1/8波长的差值小于预设阈值，所述第一部分辐射体的与所述第一端相对的第二端以一预设角度设置在所述安装底板的第一位置上，其中，所述预设角度为大于0度小于180度的角度；

引向器，设置在所述安装底板的第二位置上，其中，所述第二位置位于所述第一位置在第一方向上的反延长线上，其中，所述第一方向为所述第二部分辐射体与所述第一部分辐射体形成的弯折方向；

反射器，设置在所述安装底板的第三位置上，其中，所述第三位置位于所述第一位置在所述第一方向的延长线上。

在上述技术方案中，采用安装底板；辐射体，包括第一部分辐射体及与所述第一部分辐射体的第一端相连的第二部分辐射体，其中，所述第一部分辐射体与所述第二部分辐射体之间大致呈90度夹角，所述第一部分辐射体的长度为1/8波长，所述第一部分辐射体的与所述第一端相对的第二端以一预设角度设置在所述安装底板的第一位置上，其中，所述预设角度为大于0度小于180度的角度；引向器，设置在所述安装底板的第二位置上，其中，所述第二位置位于所述第一位置在第一方向上的反延长线上，其中，所述第一方向为所述第二部分辐射体与所述第一部分辐射体形成的弯折方向；反射器，设置在所述安装底板的第三位置上，其中，所述第三位置位于所述第一位置在所述第一方向的延长线上的技术手段，这样，通过将辐射体在约1/8波长出进行弯折，从而减小天线的尺寸；然后通过反射器和引向器，将将单极子的辐射特性从全向辐射调整为定向辐射；并通过对辐射体、引向器、反射器的尺寸及三者之间的相对位置关系的调节，以此调整天线谐振频率、辐射方向图以及增益等，从而有效解决了现有技术中的天线尺寸和性能的矛盾，实现提供一种具有高电性能且尺寸小的定向天线的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

实施例一

请参考图1，为本申请实施例一提供的一种定向天线的结构示意图，所述定向天线包括：

安装底板10；

辐射体20，包括第一部分辐射体201及与第一部分辐射体201的第一端相连的第二部分辐射体202，其中，第一部分辐射体201与第二部分辐射体202之间大致呈90度夹角，第一部分辐射体201的第一长度值与1/8波长的差值小于预设阈值，第一部分辐射体201的与所述第一端相对的第二端以一预设角度设置在安装底板10的第一位置上，其中，所述预设角度为大于0度小于180度的角度；所述预设阈值具体可以为一个较小的值，如1/100波长等。

引向器30，设置在安装底板10的第二位置上，其中，所述第二位置位于所述第一位置在第一方向上的反延长线上，其中，所述第一方向为第二部分辐射体202与第一部分辐射体201形成的弯折方向；

反射器40，设置在安装底板10的第三位置上，其中，所述第三位置位于所述第一位置在所述第一方向的延长线上。

在具体实施过程中，所述定向天线具体可以应用到需要高速运行的载体设备中，如飞机等，所述定向天线可单独用作定向通信天线，也可以由多个定向天线单元组成相控阵天线来使用，在本申请实施例中不作限制。

在具体实施过程中，辐射体、引向器、反射器均基于直立形式形成天线辐射装置，如图1所示；若将辐射体、引向器、反射器的直立部分或水平部分进行倾斜、扭曲等变形处理，同样可以实现与图1相同的天线功能。

在本申请实施例中，引向器30包括第一部分引向器301及与第一部分引向器301的第三端相连的第二部分引向器302，第一部分引向器301的与所述第三端相对的第四端设置在所述第二位置上，其中，第一部分引向器301与第二部分引向器302之间大致呈90度夹角，第一部分引向器301的第二长度值与所述第一长度值的第一差值小于第一阈值，所述第一长度值大于所述第二长度值，即略小于第一部分辐射体的长度。

在本申请实施例中，反射器40包括第一部分反射器401及与第一部分反射器401的第五端相连的第二部分反射器402，第一部分反射器401的与所述第五端相对的第六端设置在所述第三位置上，其中，第一部分反射器401与第二部分反射器402之间大致呈90度夹角，第一部分反射器401的第三长度值与所述第一长度值的第一差值小于所述第一阈值，所述第三长度值大于所述第一长度值，即略大于第一部分辐射体的长度。

在具体实施过程中，引向器30和反射器40具体可以是如图1所示的直立柱状体，也可以是将引向器30和反射器40设置成与辐射体20一样，在1/8波长位置进行弯折，如图2所示，当然，也可以根据实际使用情况，选择将引向器30或者反射器40中的某一个部件设置成弯折形状，在本申请实施例中不作限制。辐射体20、引向器30和反射器40的弯折角度具体可以是90度，也可以是在一允许的误差角度范围内，如误差角度范围可以为±2度、±5度等，本领域技术人员可以根据实际使用情况进行设置，在本申请实施例中不作限制。

在本申请实施例中，天线辐射体弯折后，天线的有效辐射高度降低一半，与此同时，出现端口失配，表现为天线增益低、驻波高。为解决匹配问题，所述定向天线还包括：

接地线50，接地线50包括第七端和第八端，所述第七端设置在第一部分辐射体201的第四位置上，所述第八端设置在安装底板10的第五位置上，其中，接地线50与第一部分辐射体201形成锐角，所述第五位置位于所述第一位置与所述第二位置之间。

在具体实施过程中，需在辐射体和反射面的直立部分中间位置增加一支接地线进行匹配调节，接地线50的长度及位置需要本领域技术人员根据实际使用情况进行设置，在本申请实施例中不作限制。

在本申请实施例中，第二部分辐射体202与第一部分反射器401之间的第一距离及第二部分引向器302与第一部分辐射体201之间的第二距离均位于1/8波长至1/4波长之间。

在具体实施过程中，弯折后的辐射体20、引向器30和反射器40的水平部分需适当加长，从而对辐射体20与引向器30、反射器40之间的相对距离进行调节，以此调整天线谐振频率与辐射方向图，以使所述相对距离介于1/8-1/4波长范围，具体的尺寸根据天线性能需求进行选择，从而使天线能够不局限在某一频段中使用，而可以使用在任何频段中。

在本申请实施例中，所述定向天线还包括：

馈电点60，设置在所述第一位置上。

在具体实施过程中，馈电点60与辐射体20相连接，以馈入辐射体20的射频能量。

在本申请实施例中，辐射体20、引向器30、反射器40以及安装底板10为将铝材或者不锈钢材料通过铣切加工处理获得的四个独立的部件或一体化部件。辐射体20、引向器30、反射器40以及安装底板10的表面采用导电性好且易于焊接的镀涂处理。

在具体实施过程中，辐射体20、引向器30、反射器40以及安装底板10可以采用铝材铣切加工，以达到较轻的质量；当然，也可以采用不锈钢材料进行制作。同时，辐射体20、引向器30、反射器40以及安装底板10的表面均采用导电性好且易于焊接的镀涂处理，如：导电氧化、镀金、镀银、镀锡等。具体而言，可以将上述四个部件分别做成独立的个体进行组装，也可以是将辐射体20、引向器30、反射器40与安装底板10整体铣切一体化成形，也可以采用印制板的形式设计成形，在本申请实施例中不作限制。

在本申请实施例中，所述定向天线还包括：

射频插座，设置在所述第一位置上；

射频内芯，设置在所述射频插座内，并与馈电点60连接。

在具体实施过程中，射频插座通过螺钉固定在安装底板上，插座内芯与辐射体20的馈电位置相接触，接触位置通过锡焊焊接密封。

当辐射体20、引向器30、反射器40以及安装底板10通过组装方式成形时，所述定向天线还包括：

连接件，用于将接地线50、引向器30及反射器40固定在安装底板10上。

在具体实施过程中，如图2所示，所述连接件可以是螺钉及螺母，铆钉及螺母等，从而将上述四个独立的部件组装成一整体。

在本申请实施例中，所述定向天线还包括：

天线罩，设置在所述辐射体、所述引向器以及所述反射器***，且与所述安装底板连接。

在具体实施过程中，在整个天线***采用天线罩保护，天线罩通过铆钉铆接于安装底板10；在天线罩与安装底板10之间形成的空腔可采用发泡材料填充。

通过实验表明，采用该种设计方案，能满足电性能需求的同时，明显降低载体外露天线的高度，减少风阻；同时，天线性能优异，包含大于4dB的增益、低于-15dB的前后比、小于1.5的电压驻波比等，且天线结构简单，容易组装，电性能稳定，一致性高。

通过本申请实施例中的一个或多个技术方案，可以实现如下一个或多个技术效果：

一、由于本申请实施例中的技术方案，采用安装底板；辐射体，包括第一部分辐射体及与所述第一部分辐射体的第一端相连的第二部分辐射体，其中，所述第一部分辐射体与所述第二部分辐射体之间大致呈90度夹角，所述第一部分辐射体的第一长度值与1/8波长的差值小于预设阈值，所述第一部分辐射体的与所述第一端相对的第二端以一预设角度设置在所述安装底板的第一位置上，其中，所述预设角度为大于0度小于180度的角度；引向器，设置在所述安装底板的第二位置上，其中，所述第二位置位于所述第一位置在第一方向上的反延长线上，其中，所述第一方向为所述第二部分辐射体与所述第一部分辐射体形成的弯折方向；反射器，设置在所述安装底板的第三位置上，其中，所述第三位置位于所述第一位置在所述第一方向的延长线上的技术手段，这样，通过将辐射体在约1/8波长出进行弯折，从而减小天线的尺寸；然后通过反射器和引向器，将将单极子的辐射特性从全向辐射调整为定向辐射；并通过对辐射体、引向器、反射器的尺寸及三者之间的相对位置关系的调节，以此调整天线谐振频率、辐射方向图以及增益等，从而有效解决了现有技术中的天线尺寸和性能的矛盾，实现提供一种具有高电性能且尺寸小的定向天线的技术效果。

二、由于本申请实施例中的技术方案，采用所述定向天线还包括：接地线，所述接地线包括第七端和第八端，所述第七端设置在所述第一部分辐射体的第四位置上，所述第八端设置在安装底板的第五位置上，其中，所述接地线与所述第一部分辐射体形成锐角，所述第五位置位于所述第一位置与所述第二位置之间的技术手段，这样，通过在辐射体的和反射面直立部分的中间位置增加一支接地线，通过接地线对天线的增益和驻波等进行调节，从而解决了当天线的有效辐射高度降低一半时带来的端口失配的技术问题，实现改善天线的电性能的技术效果。

三、由于本申请实施例中的技术方案，采用所述第二部分辐射体与所述第一部分反射器之间的第一距离及所述第二部分引向器与所述第一部分辐射体之间的第二距离均位于1/8波长至1/4波长之间的技术手段，这样，天线的尺寸可以根据实际使用性能需求来进行调节，从而使天线的工作频率不局限于某一个频段，而可以在各个工作频段中使用，提高天线的使用范围。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种定向天线，包括：

安装底板；

辐射体，包括第一部分辐射体及与所述第一部分辐射体的第一端相连的第二部分辐射体，其中，所述第一部分辐射体与所述第二部分辐射体之间大致呈90度夹角，所述第一部分辐射体的第一长度值与1/8波长的差值小于预设阈值，所述第一部分辐射体的与所述第一端相对的第二端以一预设角度设置在所述安装底板的第一位置上，其中，所述预设角度为大于0度小于180度的角度；

引向器，设置在所述安装底板的第二位置上，其中，所述第二位置位于所述第一位置在第一方向上的反延长线上，其中，所述第一方向为所述第二部分辐射体与所述第一部分辐射体形成的弯折方向；

反射器，设置在所述安装底板的第三位置上，其中，所述第三位置位于所述第一位置在所述第一方向的延长线上。

2.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于，所述引向器包括第一部分引向器及与所述第一部分引向器的第三端相连的第二部分引向器，所述第一部分引向器的与所述第三端相对的第四端设置在所述第二位置上，其中，所述第一部分引向器与所述第二部分引向器之间大致呈90度夹角，所述第一部分引向器的第二长度值与所述第一长度值的第一差值小于第一阈值，所述第一长度值大于所述第二长度值。

3.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于，所述反射器包括第一部分反射器及与所述第一部分反射器的第五端相连的第二部分反射器，所述第一部分反射器的与所述第五端相对的第六端设置在所述第三位置上，其中，所述第一部分反射器与所述第二部分反射器之间大致呈90度夹角，所述第一部分反射器的第三长度值与所述第一长度值的第一差值小于所述第一阈值，所述第三长度值大于所述第一长度值。

4.如权利要求1-3中任一项所述的定向天线，其特征在于，所述定向天线还包括：

接地线，所述接地线包括第七端和第八端，所述第七端设置在所述第一部分辐射体的第四位置上，所述第八端设置在安装底板的第五位置上，其中，所述接地线与所述第一部分辐射体形成锐角，所述第五位置位于所述第一位置与所述第二位置之间。

5.如权利要求4所述的定向天线，其特征在于，所述第二部分辐射体与所述第一部分反射器之间的第一距离及所述第二部分引向器与所述第一部分辐射体之间的第二距离均位于1/8波长至1/4波长之间。

6.如权利要求5所述的定向天线，其特征在于，所述定向天线还包括：

馈电点，设置在所述第一位置上。

7.如权利要求6所述的定向天线，其特征在于，所述辐射体、所述引向器、所述反射器以及所述安装底板为将铝材或者不锈钢材料通过铣切加工处理获得的四个独立的部件或一体化部件。

8.如权利要求6所述的定向天线，其特征在于，所述定向天线还包括：

射频插座，设置在所述第一位置上；

射频内芯，设置在所述射频插座内，并与所述馈电点连接；

连接件，用于将所述接地线、所述引向器及所述反射器固定在所述安装底板上。

9.如权利要求7或8所述的定向天线，其特征在于，所述辐射体、所述引向器、所述反射器以及所述安装底板的表面采用导电性好且易于焊接的镀涂处理。

10.如权利要求9所述的定向天线，其特征在于，所述定向天线还包括：

天线罩，设置在所述辐射体、所述引向器以及所述反射器***，且与所述安装底板连接。