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CN109659678A - 一种周期性微带漏波天线 - Google Patents

一种周期性微带漏波天线 Download PDF

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CN109659678A
CN109659678A CN201811337892.9A CN201811337892A CN109659678A CN 109659678 A CN109659678 A CN 109659678A CN 201811337892 A CN201811337892 A CN 201811337892A CN 109659678 A CN109659678 A CN 109659678A
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CN
China
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periodic
wave antenna
patch group
rectangular
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CN201811337892.9A
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English (en)
Inventor
杜苡茗
李元新
陶锐
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Sun Yat Sen University
SYSU CMU Shunde International Joint Research Institute
Research Institute of Zhongshan University Shunde District Foshan
Original Assignee
Sun Yat Sen University
SYSU CMU Shunde International Joint Research Institute
Research Institute of Zhongshan University Shunde District Foshan
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Publication date
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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Abstract

本发明公开了一种周期性微带漏波天线，包括介质板、谐振单元、传输线、金属地板和馈电接头，通过设置互为中心对称的谐振周期单元，与传输线形成周期性馈电单元，同时将每个谐振周期单元设置成多个矩形贴片组，并且不同矩形贴片组中的矩形贴片具有不同的长宽比，可以在实现主波束前后向扫描并获得较高的天线增益的同时，实现谐振周期单元尺寸的灵活变化，使得天线的结构不受谐振周期单元的限制，灵活性大大增加。

Description

一种周期性微带漏波天线
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其是一种周期性微带漏波天线。
背景技术
随着无线通信事业的不断发展，人们对无线通信系统的传输速率和容量有了更高的要求，微带漏波天线作为微带天线中一个比较重要的类别，得到了广泛的应用。相比于传统智能天线体积庞大和馈电系统、控制系统复杂的特点，微带漏波天线低剖面和易于匹配的特点适宜于集成化生产，而其主波束电控频扫特性使微带漏波天线能够应用于移动通信系统的新型智能天线的研究中。为了增加频扫范围，扩大天线的应用范围，周期性微带漏波天线被提出，其在实现天线主波束全向扫描特性的同时也保持了天线设计的简单结构。然而，目前普遍的周期性微带漏波天线都是由物理结构特性相同的谐振单元构成，这种周期性微带漏波天线由于存在多个物理结构特性相同的谐振单元，使得对天线整体结构的设计出现局限，不利于改变天线的形状，使用的灵活性大大降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种周期性微带漏波天线，在保证天线传播效果的同时，可以灵活地对天线的结构进行设计。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
本发明提出了一种周期性微带漏波天线，包括介质板、谐振单元、传输线、金属地板和馈电接头，所述谐振单元与所述传输线组成金属辐射体并设置于介质板的一侧，所述金属地板设置于介质板的另一侧；所述馈电接头包括中心馈电针和外导体，所述中心馈电针与传输线连接，所述外导体与金属地板连接；所述谐振单元包括两个谐振周期单元，每个谐振周期单元包括至少三个矩形贴片组，单个矩形贴片组由两块中心对称的矩形贴片上下对角连接而成，不同矩形贴片组的矩形贴片具有不同的长宽比，任意相邻两个矩形贴片不在传输线的同一侧，两个谐振周期单元互为中心对称。
进一步，每个谐振周期单元包括第一矩形贴片组、第二矩形贴片组和第三矩形贴片组。
进一步，所述第一矩形贴片组、第二矩形贴片组和第三矩形贴片组的长度依次增加，宽度依次减小。
进一步，所述介质板为固体介质板或者空气介质板。
进一步，所述金属地板为平面结构，并且与介质板相互紧贴。
进一步，天线的整体长度大于工作频段波长的3倍。
进一步，所述矩形贴片组具有相同的周期性传播常数。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：通过设置互为中心对称的谐振周期单元，与传输线形成周期性馈电单元，同时将每个谐振周期单元设置成多个矩形贴片组，并且不同矩形贴片组中的矩形贴片具有不同的长宽比，可以在实现主波束前后向扫描并获得较高的天线增益的同时，实现谐振周期单元尺寸的灵活变化，使得天线的结构不受谐振周期单元的限制，灵活性大大增加。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一个实施例中天线的正面示意图；
图2是本发明一个实施例中天线的背面示意图；
图3是本发明一个实施例中第一矩形贴片组、第二矩形贴片组和第三矩形贴片组六种排列组合的电场图；
图4是本发明一个实施例中第一矩形贴片组、第二矩形贴片组和第三矩形贴片组六种排列组合的相位系数曲线图。
具体实施方式
随着无线通信事业的不断发展，人们对无线通信系统的传输速率和容量有了更高的要求，微带漏波天线作为微带天线中一个比较重要的类别，得到了广泛的应用。相比于传统智能天线体积庞大和馈电系统、控制系统复杂的特点，微带漏波天线低剖面和易于匹配的特点适宜于集成化生产，而其主波束电控频扫特性使微带漏波天线能够应用于移动通信系统的新型智能天线的研究中。为了增加频扫范围，扩大天线的应用范围，周期性微带漏波天线被提出，其在实现天线主波束全向扫描特性的同时也保持了天线设计的简单结构。然而，目前普遍的周期性微带漏波天线都是由物理结构特性相同的谐振单元构成，这种周期性微带漏波天线由于存在多个物理结构特性相同的谐振单元，使得对天线整体结构的设计出现局限，不利于改变天线的形状，使用的灵活性大大降低。
基于此，本发明提供了一种周期性微带漏波天线，通过设置互为中心对称的谐振周期单元，与传输线形成周期性馈电单元，同时将每个谐振周期单元设置成多个矩形贴片组，并且不同矩形贴片组中的矩形贴片具有不同的长宽比，可以在实现主波束前后向扫描并获得较高的天线增益的同时，实现谐振周期单元尺寸的灵活变化，使得天线的结构不受谐振周期单元的限制，灵活性大大增加。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
参照图1－图2，本发明的一个实施例提供了一种周期性微带漏波天线，包括介质板100、谐振单元、传输线300、金属地板500和馈电接头400，所述谐振单元与所述传输线300组成金属辐射体并设置于介质板100的一侧，所述金属地板500设置于介质板100的另一侧；所述馈电接头400包括中心馈电针和外导体，所述中心馈电针与传输线300连接，所述外导体与金属地板500连接；所述谐振单元包括两个谐振周期单元200，每个谐振周期单元200包括至少三个矩形贴片组，单个矩形贴片组由两块中心对称的矩形贴片上下对角连接而成，不同矩形贴片组的矩形贴片具有不同的长宽比，任意相邻两个矩形贴片不在传输线300的同一侧，两个谐振周期单元200互为中心对称。
在本实施例中，通过设置互为中心对称的谐振周期单元，与传输线形成周期性馈电单元，同时将每个谐振周期单元设置成多个矩形贴片组，并且不同矩形贴片组中的矩形贴片具有不同的长宽比，可以在实现主波束前后向扫描并获得较高的天线增益的同时，实现谐振周期单元尺寸的灵活变化，使得天线的结构不受谐振周期单元的限制，灵活性大大增加。
进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种周期性微带漏波天线，其中，每个谐振周期单元200包括第一矩形贴片组210、第二矩形贴片组220和第三矩形贴片组230。
在本实施例中，单个周期的谐振周期单元200中包含了三个矩形贴片组，相对于设置两个矩形贴片组，具有更好的性能，同时，相对于设置四个以上的矩形贴片组，在保证性能的同时更加利于实际的制作，降低材料成本。
进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种周期性微带漏波天线，其中，所述第一矩形贴片组210、第二矩形贴片组220和第三矩形贴片组230的长度依次增加，宽度依次减小。
在本实施例中，第一矩形贴片组210、第二矩形贴片组220和第三矩形贴片组230的长度依次增加，宽度依次减小，具有较佳的相位系数曲线，电磁能量传播效果好。
进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种周期性微带漏波天线，其中，所述介质板100为固体介质板100或者空气介质板100。
进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种周期性微带漏波天线，其中，所述金属地板500为平面结构，并且与介质板100相互紧贴。
在本实施例中，通过将金属地板500设置成平面结构，并且与介质板100相互紧贴，可以使得天线整体的结构变得更加紧凑。
进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种周期性微带漏波天线，其中，天线的整体长度大于工作频段波长的3倍。
在本实施例中，通过将天线的整体长度设置成大于工作频段波长的3倍，使得天线的能量辐射得越充分，从而减少栅瓣，增强天线整体的方向性，增强抗干扰能力，减少信号传输过程中的衰减。
进一步地，本发明的另一个实施例还提供了一种周期性微带漏波天线，其中，所述矩形贴片组具有相同的周期性传播常数。
在本实施例中，所述矩形贴片组具有相同的周期性传播常数，有利于提高天线的增益，增强天线的性能。
另外，本发明的另一个实施例还提供了一种周期性微带漏波天线，包括介质板100、谐振单元、传输线300、金属地板500和馈电接头400，所述介质板100为固体介质板100或者空气介质板100，所述谐振单元与所述传输线300组成金属辐射体并设置于介质板100的一侧，所述金属地板500为平面结构，并且与介质板100相互紧贴；所述馈电接头400包括中心馈电针和外导体，所述中心馈电针与传输线300连接，所述外导体与金属地板500连接；所述谐振单元包括两个谐振周期单元200，每个谐振周期单元200包括具有相同的周期性传播常数的第一矩形贴片组210、第二矩形贴片组220和第三矩形贴片组230，第一矩形贴片组210、第二矩形贴片组220和第三矩形贴片组230分别由两块中心对称的矩形贴片上下对角连接而成，并且所述第一矩形贴片组210、第二矩形贴片组220和第三矩形贴片组230的矩形贴片的长度依次增加，宽度依次减小，每组的矩形贴片的长宽比不同；任意相邻两个矩形贴片不在传输线300的同一侧，两个谐振周期单元200互为中心对称。
下面结合具体案例对本实施例做进一步说明。
参照图1所示，第一矩形贴片组210、第二矩形贴片组220和第三矩形贴片组230的尺寸为：
①W1＝15mm，D1＝20mm
②W2＝16mm，D2＝19mm
③W3＝17.2mm，D3＝17.5mm
可见，第一矩形贴片组210、第二矩形贴片组220和第三矩形贴片组230的长宽比D/W各不相同，一共具有6种排列方式。下面以序号代表6种排列方式，参照图3，6种排列方式均可以实现电磁波能量的传播，其中，①②③③②①的排列方式，能量辐射的效果最好；同时，参照图4，①②③③②①的排列方式具有最优的相位系数曲线图，前后向扫描范围也最广。综上所述，第一矩形贴片组210、第二矩形贴片组220和第三矩形贴片组230的长度依次增加，宽度依次减小的排列方式具有最好的电磁波能量传播效果。
第一矩形贴片组210、第二矩形贴片组220和第三矩形贴片组230的尺寸可以根据实际应用自由调节，只要满足不同组中矩形贴片的长宽比各不相同并且具有相同的周期性传播常数即可，每个矩形贴片组的排列方式也可以自由选择，因此可以自由地缩减某个矩形贴片组的尺寸，从而在实现主波束前后向扫描并获得较高的天线增益的同时，实现谐振周期单元尺寸的灵活变化，使得天线的结构不受谐振周期单元的限制，灵活性大大增加。
另外，本实施例中矩形贴片组的数量为3组，在其他实施例中也可以根据要求增加矩形贴片组的数量。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种周期性微带漏波天线，其特征在于：包括介质板、谐振单元、传输线、金属地板和馈电接头，所述谐振单元与所述传输线组成金属辐射体并设置于介质板的一侧，所述金属地板设置于介质板的另一侧；所述馈电接头包括中心馈电针和外导体，所述中心馈电针与传输线连接，所述外导体与金属地板连接；所述谐振单元包括两个谐振周期单元，每个谐振周期单元包括至少三个矩形贴片组，单个矩形贴片组由两块中心对称的矩形贴片上下对角连接而成，不同矩形贴片组的矩形贴片具有不同的长宽比，任意相邻两个矩形贴片不在传输线的同一侧，两个谐振周期单元互为中心对称。
2.根据权利要求1所述的一种周期性微带漏波天线，其特征在于：每个谐振周期单元包括第一矩形贴片组、第二矩形贴片组和第三矩形贴片组。
3.根据权利要求2所述的一种周期性微带漏波天线，其特征在于：所述第一矩形贴片组、第二矩形贴片组和第三矩形贴片组的长度依次增加，宽度依次减小。
4.根据权利要求1所述的一种周期性微带漏波天线，其特征在于：所述介质板为固体介质板或者空气介质板。
5.根据权利要求1所述的一种周期性微带漏波天线，其特征在于：所述金属地板为平面结构，并且与介质板相互紧贴。
6.根据权利要求1所述的一种周期性微带漏波天线，其特征在于：天线的整体长度大于工作频段波长的3倍。
7.根据权利要求1－6任一所述的一种周期性微带漏波天线，其特征在于：所述矩形贴片组具有相同的周期性传播常数。
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