CN108565535A - 一种具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线 - Google Patents

一种具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线，包括辐射本体、天线地板及用于***辐射本体的SMA同轴馈电连接器；其特征在于：所述辐射本体加工为一个金属整体；所述SMA同轴馈电连接器包括同轴外导体、同轴介质、同轴内芯及同轴法兰；所述辐射本体为空心的环形片体结构，在辐射本体中心开有圆孔，辐射本体的边缘为锯齿状，圆孔的直径为环形片体结构外径的2/3，环形片体结构的边缘上等距布置多个V型缺口，多个V型缺口以同轴内芯与圆孔圆心所在直线呈左右对称分布，每个V型缺口最低点的深度为环形片体结构外径的1/12。该天线具有高频陷波、低风阻等优点。

Description

一种具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线
技术领域
本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线，主要应用方向为3.1GHz～10.6GHz民用超宽带通信频率范围。
背景技术
随着射频电子技术的飞跃和超宽带无线电设备的发展，超宽带天线技术在不断的发展。近年来，超宽带天线已广泛应用于电子对抗***、超宽带雷达、卫星通信、探雷等军事方面，而且在高速无线LAN、家庭网络及无线电话等方面也有广泛的需求。因此，设计出一种结构简单、性能良好的超宽带天线具有重大的现实意义。
近年来，单极天线是超宽带天线的研究热点，它具有制作简单、加工方便、成本低廉、体积小、重量轻等诸多优点，其中由W.Stohr所提出的圆片单极天线除了具有很宽的阻抗带宽之外，还具有稳定的相位中心，得到了广泛的应用。这种圆片单级天线虽然能够在很宽的阻抗带宽上能提供令人满意的辐射性能，但是它也存在以下技术问题，因而限制了其在某些特殊场合的应用。
1)圆片单极天线及其变形形式阻抗带宽的高频端几乎都在20GHz以上，而美国联邦通信委员会(FCC，Federal Communications Commission)规定民用超宽带通信的频段为3.1GHz～10.6GHz，如果限制天线的工作频率仅在此范围，上述天线形式会由于过高的高频带宽而受到干扰；
2)由于圆片单极天线结构上的特殊性，其为实心结构，造成天线的风载较大，抗风能力比较差。当天线在室外环境使用、风力加大时，极易造成天线的变形甚至馈电点的折断而影响信号的接收和发射。
考虑到上述情况，有必要为民用超宽带的应用开发一种具有高频陷波特性的低风阻单极超宽带天线，提供比现有的超宽带天线设计更理想的电磁特性和抗风特性。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明需要解决的技术问题是：提供一种具有高频陷波特性的低风阻单极超宽带天线，使其解决常用圆片单极天线及其变形形式阻抗带宽的高频端过高容易受到干扰、风阻较大不适宜室外环境使用、结构复杂、安装不便等问题，天线结构可靠，具有高频陷波、低风阻等优点。本发明用于发射和接收垂直极化电磁波，其结构简单，整个天线辐射体及地板仅由金属黄铜和铝构成，加工制作容易且成本低；该天线匹配容易，可直接用50Ω同轴线馈电；该天线结构稳定，采用夹片式内芯同轴连接器，焊接天线辐射体后采用硅胶固定；该天线辐射场在全频带水平面360度范围内分布均匀，可以实现良好的全向特性；该天线在圆片边缘采用锯齿状结构，使得天线具有高频陷波特性，满足通信的频段为3.1GHz～10.6GHz民用超宽带需求而不受其他频带干扰；该天线由于采用内空的环形结构，使得天线在室外使用时，风载较小，抗风能力强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线，包括辐射本体、天线地板及用于***辐射本体的SMA同轴馈电连接器；其特征在于：
所述辐射本体加工为一个金属整体；所述SMA同轴馈电连接器包括同轴外导体、同轴介质、同轴内芯及同轴法兰；天线地板中间开有与SMA同轴馈电连接器的同轴介质外径一致的通孔，使得SMA同轴馈电连接器的同轴内芯***天线地板且不与天线地板短路；伸出天线地板的同轴内芯为双层夹片，双层夹片之间具有与辐射本体的厚度相匹配的缝隙；辐射本体下部***同轴内芯的双层夹片的缝隙中，在辐射本地的底端馈电处焊接并用硅胶固定；
所述辐射本体为空心的环形片体结构，在辐射本体中心开有圆孔，辐射本体的边缘为锯齿状，圆孔的直径为环形片体结构外径的2/3，环形片体结构的边缘上等距布置多个V型缺口，多个V型缺口以同轴内芯与圆孔圆心所在直线呈左右对称分布，每个V型缺口最低点的深度为环形片体结构外径的1/12。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明天线在辐射本体边缘采用锯齿状结构，使得天线具有高频陷波特性，满足通信的频段为3.1GHz～10.6GHz民用超宽带需求而不受其他频带干扰；
2)本发明天线由于采用内空的环形结构，使得天线在室外使用时，风载较小，抗风能力强；
3)本发明天线采用夹片式内芯同轴连接器，焊接辐射体后采用硅胶固定，辐射本体重量轻，辐射体总重量不足1.5g，结构更稳定；
4)本发明天线辐射场在全频带水平面360度范围内分布均匀，可以实现良好的全向特性；
5)本发明天线地板形状可圆可方，尺寸形状可根据实际应用需求适当调整，整体天线结构及应用场合灵活。
附图说明
图1是本发明天线的正视图。
图2是本发明天线的俯视图。
图3是本发明天线与常用圆片单极天线反射损耗对比图。
图4是本发明天线水平面方向图。
图中：1.辐射本体 11.V型缺口 12.圆孔 2.天线地板 3.SMA同轴馈电连接器 31.同轴外导体 32.同轴介质、33.同轴内芯 34.同轴法兰。
具体实施方式
本发明的基本思路为：提供具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线，圆片单极天线阻抗带宽的高频端在30GHz以上，FCC规定民用超宽带通信的频段为3.1GHz～10.6GHz，在天线圆片边缘采用锯齿状结构，使得天线具有高频陷波特性，可以满足民用超宽带需求而不受其他频带干扰；圆片单极天线本身风阻较大，不适于室外环境使用，将圆片单极天线中部挖空，采用环形结构，使得天线在室外使用时，风载较小，抗风能力强。通过调节圆环形辐射体内外径尺寸、边缘锯齿大小、馈电间距等尺寸，可以使天线工作在预定的3.1GHz～10.6GHz频段，并形成所需要的水平面全向辐射的方向图等特性。
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线(简称天线，参见图1-2)包括辐射本体1、天线地板2及用于***辐射本体1的SMA同轴馈电连接器3；
所述辐射本体1加工为一个金属整体，此处所述的金属是指黄铜；所述SMA同轴馈电连接器3为市售产品，选用陕西华达科技股份有限公司的JMA-KFD38连接器，包括同轴外导体31、同轴介质32、同轴内芯33及同轴法兰34；天线地板2中间开有与SMA同轴馈电连接器3的同轴介质32外径一致的通孔，使得SMA同轴馈电连接器3的同轴内芯33***天线地板且不与天线地板短路；伸出天线地板的同轴内芯为双层夹片，双层夹片之间的缝隙为0.7mm，该缝隙与辐射本体1的厚度相匹配；天线安装时，辐射本体1下部***同轴内芯33的双层夹片缝隙中，在辐射本地的底端馈电处焊接，之后用硅胶固定，以增强其机械强度；
天线方形地板2开有4个φ3.2mm的安装通孔，SMA同轴馈电连接器3的同轴外导体31及同轴法兰34通过四个M3的标准不锈钢螺钉穿过相应的安装通孔与天线地板2相连接，从而使得整个天线成为一个整体；
所述辐射本体1为空心的环形片体结构，在辐射本体1中心开有圆孔12，辐射本体的边缘为锯齿状，圆孔的直径为环形片体结构外径的2/3，环形片体结构的边缘上等距布置六个V型缺口11，六个V型缺口以同轴内芯与圆孔圆心所在直线呈左右对称分布，每个V型缺口最低点的深度为环形片体结构外径的1/12，环形片体结构边缘整体呈锯齿状。
本发明中所述天线地板为圆形金属地板或方形金属地板，材质为铝。
在本发明中，辐射本体1是起辐射作用的最主要部件，用于向空间辐射电磁波，当发射信号时，SMA同轴馈电连接器3通过连接的同轴电缆输入外接发射机的发射信号，同轴接头输出的能量激起辐射本体1上的表面电流，从而产生辐射；由于本发明天线在辐射本体1边缘采用锯齿状边缘结构，使得天线具有高频陷波特性，满足通信的频段为3.1GHz～10.6GHz民用超宽带需求而不受其他频带干扰；由于本发明天线中心采用内空的环形结构，使得天线在室外使用时，风载较小，抗风能力强；由于本发明天线采用夹片式SMA同轴馈电连接器3，焊接辐射本体1后采用硅胶固定，天线辐射本体重量轻，结构稳定；由于采用了超宽带天线单极子的基本形式，天线辐射场在全频带水平面360度范围内分布均匀，可以实现良好的全向特性；此外，本发明中天线地板2形状可圆可方且尺寸可根据实际应用需求适当调整，整体天线结构及应用场合灵活。
实施例1
本实施例具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线，由天线辐射本体、地板及用于***辐射本体中的SMA同轴馈电连接器构成；天线辐射本体结构为一体化加工设计的外边缘锯齿状环形片体结构，选取材料为黄铜，本实施例选取方形天线地板，为减轻天线重量，选取材料为铝；选用陕西华达科技股份有限公司的JMA-KFD38连接器为SMA型同轴馈电连接器，伸出天线地板的同轴内芯为双层夹片，双层夹片具有0.7mm的缝隙；辐射本体***SMA型同轴馈电连接器的同轴内芯的夹片缝隙中，在底端馈电处焊接，之后用硅胶固定，以增强其机械强度；SMA型同轴馈电连接器的同轴外导体及同轴法兰与天线地板相连接；同轴接头输出的能量从馈电端馈入，进而激起天线辐射体表面电流，从而产生辐射。
本实施例中环形片体结构的外径为21mm，圆孔直径为14mm，每个V型缺口的夹角为120°，最低点的深度为1.75mm；辐射本体的厚度为0.5mm，辐射本体总重量不足1.5g。
图3是本实施例天线与常用圆片单极天线反射损耗对比图。反射损耗是天线的一个重要性能参数，它反映了被测天线的阻抗特性，也决定了天线的阻抗带宽。如图3所示，常用圆片单极天线在3～30GHz的超宽频率范围内，天线的反射损耗小于-10dB，本发明具有高频陷波特性的低风阻单极超宽带天线在3～12GHz的频率范围内，天线的反射损耗小于-10dB。本发明天线抑制了常用圆片单极天线高频特性，使得天线基本天线工作在美国联邦通信委员会FCC规定的民用超宽带通信频段3.1GHz～10.6GHz范围内，有效控制了高频段对通信***可能产生的干扰。
图4是本实施例天线水平面方向图。方向图是表征天线辐射特性与空间角度关系及辐射能量大小的图形。如图4所示，3.1GHz、6.85GHz、10.6GHz水平面方向图显示，天线辐射场在全频带3.1GHz～10.6GHz水平面360度范围内分布比较均匀，不圆度小于5dB，可以实现良好的全向特性，满足民用超宽带通信需求。
本发明未详细说明部分属于本领域公知技术。

Claims (4)

1.一种具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线，包括辐射本体、天线地板及用于***辐射本体的SMA同轴馈电连接器；其特征在于：
所述辐射本体加工为一个金属整体；所述SMA同轴馈电连接器包括同轴外导体、同轴介质、同轴内芯及同轴法兰；天线地板中间开有与SMA同轴馈电连接器的同轴介质外径一致的通孔，使得SMA同轴馈电连接器的同轴内芯***天线地板且不与天线地板短路；伸出天线地板的同轴内芯为双层夹片，双层夹片之间具有与辐射本体的厚度相匹配的缝隙；辐射本体下部***同轴内芯的双层夹片的缝隙中，在辐射本地的底端馈电处焊接并用硅胶固定；
所述辐射本体为空心的环形片体结构，在辐射本体中心开有圆孔，辐射本体的边缘为锯齿状，圆孔的直径为环形片体结构外径的2/3，环形片体结构的边缘上等距布置多个V型缺口，多个V型缺口以同轴内芯与圆孔圆心所在直线呈左右对称分布，每个V型缺口最低点的深度为环形片体结构外径的1/12。
2.根据权利要求1所述的具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线，其特征在于所述V型缺口的数量为六个，每个V型缺口的夹角为120°。
3.根据权利要求1所述的具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线，其特征在于所述天线地板为圆形金属地板或方形金属地板，材质为铝；天线辐射本体的材质为黄铜。
4.根据权利要求1所述的具有高频陷波特性的低风阻异形单极超宽带天线，其特征在于所述SMA同轴馈电连接器的型号为JMA-KFD38连接器。
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