CN104157962B - 一种超宽带小型化波束赋形天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带小型化波束赋形天线，包括：对数周期天线、V形天线及反射金属面，对数周期天线与V形天线设置在反射金属面的一侧；对数周期天线包括：单极化对数周期天线或双极化对数周期天线，单极化对数周期天线包括相对放置的一对互补结构对数周期振子，双极化对数周期天线包括分别在两个正交方位上相对放置的两对互补结构对数周期振子；V形天线包括一对非平行放置的互补结构对数周期振子，非平行放置的互补结构对数周期振子的夹角为0度至360度；其中，对数周期天线的辐射方向与V形天线的辐射方向通过反射金属面的反射合成为同一波束。

Description

一种超宽带小型化波束赋形天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种超宽带小型化波束赋形天线。

背景技术

常规对数周期天线(Log-Periodic Dipole Antenna)是一种结构简单、性能优越的超宽带天线，在电子通信等方面应用广泛；他通常作为抛物面、角形反射器或透镜天线的馈源及相控阵天线中的辐射单元或超宽带通信中的通信天线。常规对数周期天线设计方法是相邻振子的长度比、间距与长度比按等比例变化，为了提高单元的方向性系数，通常是通过增加比例系数，这样带来的后果是天线的纵向尺寸大，在整个带宽内天线的波瓣宽度差别不大。

常规对数周期天线一般由N(1，2…i…N)个并列的对称振子构成，第i个振子的长度为Li，相邻振子的距离为di，这些参数都随序号按比例变化，且这一比例为定值，其变化规律为：

且长度与间距也有一定的比例关系：

在很多应用领域，不同频段对天线的波束宽度要求不同，特别是在抛物面、角形反射器或透镜等天线中，为了使抛物面角形反射器或透镜在多个频段复用，要求天线尺寸小，不同频段馈源的波束宽度不同；这样常规对数周期天线局限性很明显。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种超宽带小型化波束赋形天线。本发明通过以下技术方案实现：

一种超宽带小型化波束赋形天线，包括：对数周期天线、V形天线及反射金属面，对数周期天线与V形天线设置在反射金属面的一侧；

对数周期天线包括：单极化对数周期天线或双极化对数周期天线，单极化对数周期天线包括相对放置的一对互补结构对数周期振子，双极化对数周期天线包括分别在两个正交方位上相对放置的两对互补结构对数周期振子；

V形天线包括一对非平行放置的互补结构对数周期振子，非平行放置的互补结构对数周期振子的夹角为0度至360度；

其中，对数周期天线的辐射方向与V形天线的辐射方向通过反射金属面的反射合成为同一波束。

较佳的，还包括一支架，设置在对数周期天线、V形天线与反射金属面之间，用以支撑对数周期天线、V形天线。

较佳的，反射金属面的形状包括平面、曲面，或金属腔。

较佳的，反射金属面的材料为单一金属或金属与至少一种材料的组合。

通过本发明，不仅实现了每个频段的波束宽度可控，且相比较同等性能的现有对数周期天线而言尺寸更小。

附图说明

图1所示的是本发明第一实施例的结构示意图；

图2所示的是本发明的一互补结构对数周期振子的结构示意图；

图3所示的是本发明的一单极化对数周期天线的结构示意图；

图4所示的是本发明第二实施例的结构示意图；

图5所示的是本发明的原理图；

图6-图8分别是本发明在最低频率、两倍最低频率和三倍最低频率下的辐射方向示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，本实施例提供的一种超宽带小型化波束赋形天线，包括：对数周期天线1、V形天线2及反射金属面3，对数周期天线1与V形天线2设置在反射金属面3的同一侧。

在本发明中，对数周期天线1包括：单极化对数周期天线或双极化对数周期天线。

单极化对数周期天线包括相对放置的一对互补结构对数周期振子，一个互补结构对数周期振子如图2所示，有两个相同的对数周期振子101和102，将其中一个对数周期振子翻转180度后，两者相互叠加在一起组成的。在本实施例中，将一对互补结构对数周期振子相对放置成如图3所示，组成一单极化对数周期天线。本发明发并不对相对放置的所述对互补结构对数周期振子的倾斜角度做限制，也可以是平行相对。

相应的，双极化对数周期天线包括两对互补结构对数周期振子所组成的两个单极化对数周期天线，在图3的基础上，分别在正前方和正后方放置第二对单极化对数周期天线，组成一双极化对数周期天线。即两对单极化对数周期天线分别位于两个正交方位上。

V形天线2包括一对非平行放置的互补结构对数周期振子，非平行放置的互补结构对数周期振子的夹角为0度至360度中的任意一角度；

对数周期天线1的辐射方向与V形天线2的辐射方向通过反射金属面3的反射合成为同一波束。反射金属面3的形状包括平面、曲面，或金属腔。反射金属面3的材料为单一金属或金属与至少一种材料的组合。

如图4所示，优选的，在本发明中还可以设置一支架4，设置在对数周期天线1、V形天线2与反射金属面3之间，用以支撑对数周期天线1、V形天线2。

如图5所示，本发明的的各个相邻振子长度比(间距比)τ_i和长度间距比σ_i可以是固定值，也可以是变量，即对数周期天线可以变张角也可以是非变张角；对于V形天线，其互补结构对数周期振子的夹角也可根据实际需求进行调节；同时，也可以根据反射金属面3的特性，调节对数周期天线与馈源的间距(可通过调节支架4的高度实现)。因而，本发明可以获得以下优点：

1、各频段的波束宽度可以根据性能要求需要设计，在设计带宽范围内，每个频段的波束宽度可以相同，也可以不同；

2、与普通对数周期天线相比，在同等性能的前提下，天线的尺寸要小，实现了小型化设计。

3、根据本发明设计的天线，性能具有很强的可塑性，应用范围更广，实用性更强，尤其在反射面、透镜和角形反射器方面。

以下提供一具体测试结果来验证本发明：

本发明最低频率为f₁，根据波长公式：

λ＝c/f；其中c为自由空间光速，f为相应频率；

得到对应的最低频率波长为λ₁。

相邻振子长度比(间距比)τ_i取值范围：0.5-1和长度间距比σ_i可取值范围为：0.03-0.3。

图6-8是本发明在三个频率下的三个辐射方向示意图。

通过调整互补结构对数周期振子的相邻振子长度比(间距比)、V形天线的一对互补结构对数周期振子间的夹角及对数周期天线、V形天线与金属反射器的距离，可以达到满足不同频率的电性能要求，实现不同频率的波束宽度可控。

在本测试中，相邻振子长度比(间距比)τ_i和长度间距比σ_i的取值如下表(表1)所示：

表1

互补对数周期振子的最长振子L₁的长度为0.4λ₁，互补对数周期振子共13个振子，金属反射器与互补对数周期振子的距离为0.112λ₁。图6是最低频率f₁为10dB下的辐射方向，其波束宽度为114度；图7是2f₁频率下的辐射方向，其波束宽度为96度；图8是3f₁频率下的辐射方向，其波束宽度为60度，达到了所需的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种超宽带小型化波束赋形天线，其特征在于，包括：对数周期天线、V形天线、支架及反射金属面，所述对数周期天线与所述V形天线设置在所述反射金属面的一侧；

所述对数周期天线包括：单极化对数周期天线或双极化对数周期天线，所述单极化对数周期天线包括相对放置的一对互补结构对数周期振子，所述双极化对数周期天线包括分别在两个正交方位上相对放置的两对互补结构对数周期振子；

所述对数周期天线的各个对数周期振子中的相邻振子的长度比和间距比相等，且所述对数周期天线的各个对数周期振子中的相邻振子的长度比和长度间距比是可调的；

所述V形天线包括一对非平行放置的互补结构对数周期振子，所述非平行放置的互补结构对数周期振子的夹角为0度至360度；

其中，所述对数周期天线的辐射方向与所述V形天线的辐射方向通过所述反射金属面的反射合成为同一波束；

所述支架设置在所述对数周期天线、所述V形天线与所述反射金属面之间，用以支撑所述对数周期天线、V形天线且所述支架高度可调。

2.根据权利要求1所述的超宽带小型化波束赋形天线，其特征在于，所述反射金属面的形状包括平面、曲面，或金属腔。

3.根据权利要求1所述的超宽带小型化波束赋形天线，其特征在于，所述反射金属面的材料为单一金属或金属与至少一种材料的组合。