小型平面倒f加載陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了小型平面倒F加載陣列天線，包括天線罩、金屬板和基座，金屬板緊貼在基座上表面，天線罩固定在基座上，還包括四個(gè)平面倒F天線、中心加載體和四個(gè)無源金屬去耦模塊；四個(gè)平面倒F天線均勻排布在金屬板上表面形成方形平面倒F天線陣列，中心加載體位于方形平面倒F天線陣列中心且與金屬板上表面連接。本發(fā)明方形平面倒F天線陣列中心設(shè)置中心加載體：無源金屬體或者中心加載平面倒F天線，以展寬天線帶寬；在平面倒F天線間均勻添加一個(gè)無源金屬去耦模塊以削弱耦合；本發(fā)明在較寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩種輻射模式的切換：定向90°波束掃描和全向360°波束掃描；該天線效率高、天線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、減小了天線的尺寸且結(jié)構(gòu)簡單。
【專利說明】小型平面倒F加載陣列天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及陣列天線領(lǐng)域，特別是小型平面倒F加載陣列天線。

【背景技術(shù)】
[0002] 天線在飛機(jī)通信系統(tǒng)中一直占據(jù)著無可取替代的地位，在機(jī)載通信系統(tǒng)中，往往 需要天線具有特殊的方向圖以滿足特定工作的需要，而陣列天線技術(shù)通過控制天線輻射單 元的排布、天線輻射單元的幅度、相位分布可以方便地實(shí)現(xiàn)天線波束賦型并獲取高功率、高 增益的特性。飛機(jī)天線受高空環(huán)境的限制，天線的尺寸要小，剖面要低，并且需要滿足極化 和方向圖等電性能要求。傳統(tǒng)的機(jī)載陣列天線的設(shè)計(jì)常采用線型/平面微帶陣列或波導(dǎo)縫 隙陣列設(shè)計(jì)，微帶陣列天線有導(dǎo)體和介質(zhì)損耗，容易激勵(lì)表面波，導(dǎo)致輻射效率低，天線輻 射距離近，在較低頻段，微帶天線的尺寸大，這與機(jī)載天線小尺寸設(shè)計(jì)原則相矛盾；對于波 導(dǎo)縫隙陣，陣元間耦合影響是比較大的，必須考慮內(nèi)部和外部耦合效應(yīng)，在實(shí)際應(yīng)用中，通 過實(shí)驗(yàn)測量陣元間的耦合誤差較大，而且實(shí)驗(yàn)工作量很大，并且波導(dǎo)縫隙陣列天線很難實(shí) 現(xiàn)寬頻段和寬波束掃描。
[0003] 平面倒F陣列天線與其它的陣列天線相比優(yōu)點(diǎn)在于：無需附加匹配電路，結(jié)構(gòu)緊 湊，體積小，重量輕，成本低，單個(gè)天線方向圖在水平方向上具有全向性，組成陣列后容易實(shí) 現(xiàn)寬波束通信。但傳統(tǒng)的平面倒F天線帶寬較窄，在有限的空間范圍內(nèi)組成陣列后由于天 線單元間的強(qiáng)烈耦合造成了天線輻射能量的耗散，天線輻射效率低，方向圖往往不能滿足 實(shí)際應(yīng)用。如何解決現(xiàn)有技術(shù)的不足已成為陣列天線領(lǐng)域亟待解決的一大難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供了小型平面倒F 加載陣列天線。本發(fā)明天線能夠在較寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩種輻射模式的切換：定向90°波 束掃描和全向360°波束掃描，該天線效率高、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定且體積小。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案： 根據(jù)本發(fā)明提出的小型平面倒F加載陣列天線，包括天線罩、金屬板和基座，金屬板緊 貼在基座上表面，天線罩固定在基座上，還包括四個(gè)平面倒F天線、中心加載體和四個(gè)無源 金屬去耦模塊； 其中，四個(gè)平面倒F天線均勻排布在金屬板上表面構(gòu)成方形平面倒F天線陣列，中心加 載體位于方形平面倒F天線陣列中心且與金屬板上表面連接，四個(gè)無源金屬去耦模塊均勻 排布在四個(gè)平面倒F天線之間并與金屬板上表面連接。
[0006] 作為本發(fā)明的小型平面倒F加載陣列天線進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述中心加載體為 無源金屬體。
[0007] 作為本發(fā)明的小型平面倒F加載陣列天線進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述無源金屬體包 括圓形金屬片和金屬柱，圓形金屬片設(shè)置于金屬柱上，金屬柱與金屬板上表面連接。
[0008] 作為本發(fā)明的小型平面倒F加載陣列天線進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述中心加載體為 中心加載平面倒F天線。
[0009] 作為本發(fā)明的小型平面倒F加載陣列天線進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述無源金屬去耦 模塊為銅柱。
[0010] 作為本發(fā)明的小型平面倒F加載陣列天線進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述金屬板為銅 板，基座為錯(cuò)基座。
[0011] 作為本發(fā)明的小型平面倒F加載陣列天線進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述天線罩采用環(huán) 氧玻璃鋼天線罩。
[0012] 作為本發(fā)明的小型平面倒F加載陣列天線進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述平面倒F天線 的金屬輻射平面為橢圓形或圓形或矩形或矩形與梯形的組合。
[0013] 作為本發(fā)明的小型平面倒F加載陣列天線進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述中心加載平面 倒F天線的金屬輻射平面為曲線構(gòu)成的四邊形。
[0014] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明采用四個(gè) 平面倒F天線構(gòu)成方形平面倒F天線陣列，在方形平面倒F天線陣列中心設(shè)置中心加載體： 無源金屬體或者中心加載平面倒F天線，以展寬天線帶寬；在方形平面倒F天線陣列間均勻 添加無源金屬去耦模塊以削弱耦合，平面倒F天線輻射平面緊貼介質(zhì)天線罩，不僅使天線 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而且減小了天線的尺寸；本發(fā)明的天線在較寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩種輻射模式的 切換：定向90°波束掃描和全向360°波束掃描；該天線效率高、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定且體積小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明中心加載體為無源金屬體的陣列天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明中心加載體為中心加載平面倒F天線的陣列天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖3是平面倒F天線的金屬輻射平面為橢圓形的平面示意圖。
[0018] 圖4是平面倒F天線的金屬輻射平面為圓形的平面示意圖。
[0019] 圖5是平面倒F天線的金屬輻射平面為矩形的平面示意圖。
[0020] 圖6是平面倒F天線的金屬輻射平面為矩形與梯形組成的平面示意圖。
[0021] 圖7是平面倒F天線的金屬輻射平面為斜拉頂板方式的的平面示意圖。
[0022] 圖8是中心加載體為無源金屬體平面示意圖。
[0023] 圖9是中心加載體為中心加載平面倒F天線平面示意圖。
[0024] 圖10為四個(gè)TNC接頭中的一個(gè)作為饋電端口，其余3個(gè)TNC接頭連接50Ω負(fù)載 的駐波比曲線圖。
[0025] 圖11為同時(shí)給四個(gè)TNC接頭饋入幅度相等，相位相差90°信號時(shí)的駐波比曲線 圖。
[0026] 圖12為四個(gè)TNC接頭中的一個(gè)作為饋電端口，其余3個(gè)TNC接頭連接50Ω負(fù)載 的方向圖：(a)為給0°方向的TNC接頭饋電，其余3個(gè)TNC接頭連接50 Ω負(fù)載的方向圖， (b)為給90°方向的TNC接頭饋電，其余3個(gè)TNC接頭連接50Ω負(fù)載的方向圖，（c)為給 180°方向的TNC接頭饋電，其余3個(gè)TNC接頭連接50 Ω負(fù)載的方向圖，（d)為給270°方 向的TNC接頭饋電，其余3個(gè)TNC接頭連接50 Ω負(fù)載的方向圖。
[0027] 圖13為同時(shí)給四個(gè)TNC接頭饋入幅度相等，相位相差90°信號時(shí)的方向圖。
[0028] 附圖標(biāo)記：1-天線罩，2-金屬板，3-基座，4-平面倒F天線，5-無源金屬體，6-中 心加載平面倒F天線，7-無源金屬去耦模塊，8-圓形金屬片，9-金屬柱，10-平面倒F天線 的金屬福射平面，11-中心加載平面倒F天線的金屬福射平面，12-同軸TNC接頭。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明： 如圖1所示是本發(fā)明中心加載體為無源金屬體的陣列天線結(jié)構(gòu)示意圖，小型平面倒F 加載陣列天線，包括天線罩1、金屬板2和基座3,金屬板2緊貼在基座3上表面，天線罩1固 定在基座3上，還包括四個(gè)平面倒F天線4、中心加載體和四個(gè)無源金屬去耦模塊7 ;其中， 四個(gè)平面倒F天線4均勻排布在金屬板2上表面構(gòu)成方形平面倒F天線陣列，中心加載體 位于方形平面倒F天線陣列中心且與金屬板3上表面連接，四個(gè)無源金屬去耦模塊7固定 在金屬板2上且均勻排布在四個(gè)平面倒F天線4之間。中心加載體為無源金屬體5,無源金 屬去耦模塊7為銅柱，可以削弱天線間的耦合。
[0030] 如圖1所示，金屬板2可為方形金屬板，大小為120_*120_，平面倒F天線4包括 金屬輻射平面、短路柱和饋電柱，金屬輻射平面為橢圓結(jié)構(gòu)，輻射平面中心到金屬板中心水 平距離為47. 5mm，并且橢圓輻射平面的長軸和短軸均垂直于金屬板邊，四個(gè)平面倒F天線 4關(guān)于方形金屬板各邊的中線均對稱，構(gòu)成方形平面倒F天線陣列，中心加載體位于方形平 面倒F天線陣列中心且與金屬板3上表面連接，四個(gè)無源金屬去耦模塊7均勻排布在四個(gè) 平面倒F天線4之間且與金屬板2上表面相連，無源金屬去耦模塊中心與方形金屬板中心 的水平距離為67. 88mm，并且總有一條穿過無源金屬去耦模塊7表面圓直徑的直線與方形 金屬板上表面對角線平行，四個(gè)無源金屬去耦模塊7之間關(guān)于方形金屬板上表面對角線對 稱。中心加載體為無源金屬體5。無源金屬去耦模塊7為銅柱，可以削弱天線間的耦合。
[0031] 圖2是本發(fā)明中心加載體為中心加載平面倒F天線的陣列天線結(jié)構(gòu)示意圖，中心 加載體為中心加載平面倒F天線6。
[0032] 圖3是平面倒F天線的金屬輻射平面為橢圓形的平面示意圖，圖4是平面倒F天 線的金屬輻射平面為圓形的平面示意圖，圖5是平面倒F天線的金屬輻射平面為矩形的平 面示意圖，圖6是平面倒F天線的金屬輻射平面為矩形與梯形組成的平面示意圖，圖7是平 面倒F天線的金屬輻射平面為斜拉頂板方式的的平面示意圖。平面倒F天線包括金屬輻射 平面，短路柱和饋電柱，這五幅圖均為平面倒F天線的金屬輻射平面10為橢圓形或圓形或 矩形或矩形與梯形的組合。
[0033] 圖8是中心加載體為無源金屬體平面不意圖，無源金屬體5包括圓形金屬片8和 金屬柱9,圓形金屬片8設(shè)置于金屬柱9上，金屬柱9與金屬板2上表面連接。圖9是中心 加載體為中心加載平面倒F天線平面示意圖，中心加載平面倒F天線6包括金屬輻射平面、 短路柱、饋電柱，中心加載平面倒F天線的金屬輻射平面11為曲線構(gòu)成的四邊形。
[0034] 金屬板2為銅板；基座3為鋁基座，可減輕天線重量。天線罩1采用環(huán)氧玻璃鋼天 線罩，環(huán)氧玻璃鋼的天線罩緊貼方形平面倒F天線陣列有效減少平面倒F天線金屬輻射平 面10的大小并降低了天線的整體高度。
[0035] 圖10為四個(gè)TNC接頭中的一個(gè)作為饋電端口，其余3個(gè)TNC接頭連接50Ω負(fù)載 的駐波比曲線圖。圖11為同時(shí)給四個(gè)TNC接頭饋入幅度相等，相位相差90°信號時(shí)的駐 波比曲線圖。圖12為四個(gè)TNC接頭中的一個(gè)作為饋電端口，其余3個(gè)TNC接頭連接50 Ω 負(fù)載的方向圖：(a)為給0°方向的TNC接頭饋電，其余3個(gè)TNC接頭連接50Ω負(fù)載的方向 圖，（b)為給90°方向的TNC接頭饋電，其余3個(gè)TNC接頭連接50 Ω負(fù)載的方向圖，（c)為 給180°方向的TNC接頭饋電，其余3個(gè)TNC接頭連接50 Ω負(fù)載的方向圖，（d)為給270° 方向的TNC接頭饋電，其余3個(gè)TNC接頭連接50 Ω負(fù)載的方向圖。圖13為同時(shí)給四個(gè)TNC 接頭饋入幅度相等，相位相差90°信號時(shí)的方向圖。本發(fā)明均能在較寬的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) 天線的定向/全向的切換。
[0036] 本發(fā)明采用四個(gè)同軸TNC接頭12穿過基座3并且分別與四個(gè)平面倒F天線4的饋 電柱連接，當(dāng)通過任意一個(gè)TNC接頭12給平面倒F天線4饋電柱饋電，其它端口連接50 Ω 負(fù)載時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)天線90°波束定向掃描，當(dāng)同時(shí)給四個(gè)平面倒F天線4饋入幅度相等但相 位相差90°的信號時(shí)，天線可以實(shí)現(xiàn)360°全向波束掃描；本發(fā)明天線采用如圖2所示的使 用中心加載平面倒F天線6方式也能實(shí)現(xiàn)定向和全向的切換，該中心加載平面倒F天線6 包括四邊均為曲線的金屬輻射平面、短路柱、饋電柱，當(dāng)給四周任意一個(gè)平面倒F天線4饋 電時(shí)可以實(shí)現(xiàn)天線90°波束掃描，此時(shí)中心加載體相當(dāng)于無源金屬體5所起的功能，可增 加天線帶寬，當(dāng)單獨(dú)給中心加載平面倒F天線10饋電時(shí)可以實(shí)現(xiàn)全向360°波束掃描。本 發(fā)明均能在較寬的帶寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)天線的定向/全向的切換。
[0037] 具體實(shí)現(xiàn)方式可分為以下幾步：第一步，將四個(gè)平面倒F天線4的短路柱底部、中 心加載體，四個(gè)無源金屬去耦模塊7底部打上螺紋孔，然后用螺絲固定于金屬板2上；第二 步，將金屬板2放置于基座3上，基座3打孔方便第一步中的螺絲沉入孔中，保證基座3與金 屬板2間不留縫隙，在金屬板2及基座3四周打孔，并用螺釘固定；第三步，將四個(gè)同軸TNC 接頭12穿過底部打孔的基座3,與平面倒F天線4的饋電柱相連接，并將同軸TNC接頭12 四周加螺釘固定在金屬板2上；第四步，將天線罩1用螺釘固定在基座3上。
[0038] 以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能為此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 小型平面倒F加載陣列天線，包括天線罩、金屬板和基座，金屬板緊貼在基座上表 面，天線罩固定在基座上，其特征在于，還包括四個(gè)平面倒F天線、中心加載體和四個(gè)無源 金屬去耦模塊； 其中，四個(gè)平面倒F天線均勻排布在金屬板上表面構(gòu)成方形平面倒F天線陣列，中心加 載體位于方形平面倒F天線陣列中心且與金屬板上表面連接，四個(gè)無源金屬去耦模塊均勻 排布在四個(gè)平面倒F天線之間并與金屬板上表面連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型平面倒F加載陣列天線，其特征在于，所述中心加載體為 無源金屬體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型平面倒F加載陣列天線，其特征在于，所述無源金屬體包 括圓形金屬片和金屬柱，圓形金屬片設(shè)置于金屬柱上，金屬柱與金屬板上表面連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型平面倒F加載陣列天線，其特征在于，所述中心加載體為 中心加載平面倒F天線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型平面倒F加載陣列天線，其特征在于，所述無源金屬去耦 模塊為銅柱。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型平面倒F加載陣列天線，其特征在于，所述金屬板為銅 板，基座為錯(cuò)基座。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型平面倒F加載陣列天線，其特征在于，所述天線罩采用環(huán) 氧玻璃鋼天線罩。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型平面倒F加載陣列天線，其特征在于，所述平面倒F天線 的金屬輻射平面為橢圓形或圓形或矩形或矩形與梯形的組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的小型平面倒F加載陣列天線，其特征在于，所述中心加載平面 倒F天線的金屬輻射平面為曲線構(gòu)成的四邊形。
【文檔編號】H01Q21/00GK104103913SQ201410274578
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】葛俊祥, 李彪, 金寧, 周勇 申請人:南京信息工程大學(xué)