Uhf頻段緊湊型共形pifa陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工作在UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，其特點(diǎn)是該天線包含有若干小型化的倒F天線單元并由此組成的水平天線陣列，饋電網(wǎng)絡(luò)以及工作頻率調(diào)節(jié)枝節(jié)，將其印制在柔性介質(zhì)板上，最后將柔性介質(zhì)板彎曲后共形于介質(zhì)圓柱體外側(cè)面而構(gòu)成共形輻射體以實(shí)現(xiàn)全向性輻射。該天線采用多次九十度彎折倒F天線以實(shí)現(xiàn)天線的低剖面，天線的整體高度約為0.06λ(λ為空氣波長(zhǎng))，同時(shí)將其共形在介質(zhì)圓柱體外側(cè)面上可以減小其截面積使之能安裝在狹小的空間內(nèi)，該天線充分利用倒F天線加工制作方便、精度高和成本低廉的優(yōu)勢(shì)，不僅實(shí)現(xiàn)了小型化，低剖面，并且同時(shí)得到了高增益和較好的全向輻射特性。
【專利說明】UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種PIFA陣列天線，特別是ー種UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]天線是無線系統(tǒng)中必不可少的組成部分，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無線通信技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，在飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等載體上，通信設(shè)備的數(shù)量和種類都達(dá)到了前所未有的程度，并且對(duì)天線的要求也越來越高，發(fā)展低剖面的小型化天線，并且可以與高速運(yùn)動(dòng)的載體共形的天線的要求變得越來越高。近幾十年來，作為移動(dòng)通信的重要頻段，UHF頻段天線小型化的課題研究吸引了越來越多的研究人員的關(guān)注。
[0003]因全向輻射特性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低廉等特點(diǎn)，單極子天線在現(xiàn)代通信領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，例如車載通信中的金屬振子單極子天線，無線局域網(wǎng)中微帶單極子天線等，但是當(dāng)工作于UHF頻段下吋，由于物理長(zhǎng)度較大等局限，限制了單極子天線的工程應(yīng)用，所以其面臨著小型化、共形化、低損耗、低成本等亟待解決的問題。然而當(dāng)天線的尺寸小于入/8 (A為空氣波長(zhǎng))時(shí)，天線的性能就會(huì)急劇惡化，所以如何實(shí)現(xiàn)低剖面，同時(shí)兼具寬頻帶，高增益的天線成為研究熱點(diǎn)之一。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)尚無一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)低剖面、高増益并與載體共形的天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供ー種UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:ー種UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，包括介質(zhì)圓柱體、柔性介質(zhì)板、饋電網(wǎng)絡(luò)、金屬地和若干倒F天線單元，柔性介質(zhì)板包覆在介質(zhì)圓柱體的外側(cè)面，饋電網(wǎng)絡(luò)和由若干倒F天線單元組成等間距的水平陣列均印制在柔性介質(zhì)板的外側(cè)，饋電網(wǎng)絡(luò)位于若干倒F天線單元的下方，為每個(gè)倒F天線單元饋電，柔性介質(zhì)板的內(nèi)側(cè)饋電網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的位置印制金屬地，柔性介質(zhì)板上開有金屬過孔，每個(gè)倒F天線単元均引入短路枝節(jié)，該短路枝節(jié)的末端穿過柔性介質(zhì)板的金屬過孔與金屬地相連。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:1)本發(fā)明將工作于UHF頻段的1X4平面倒F陣列天線共形于介質(zhì)圓柱體表面，實(shí)現(xiàn)了其低剖面和小型化，并且具有較高的増益；2)本發(fā)明的PIFA陣列天線可以實(shí)現(xiàn)在UHF頻段共形于圓柱體表面，并且可以實(shí)現(xiàn)全向輻射；
3)本發(fā)明提出了ー種UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，天線采用多次彎折技術(shù)實(shí)現(xiàn)低剖面，并將其共形于介質(zhì)圓柱體的表面使得進(jìn)ー步減小截面積，同時(shí)小型化后的天線依然具備良好的全向輻射特性。此外在天線上引入的間斷式調(diào)節(jié)枝節(jié)使得在使用過程中能夠方便的對(duì)天線的工作頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0008]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的共形陣列天線的總體結(jié)構(gòu)圖。圖中I為倒F天線單元，2為介質(zhì)圓柱體，3為饋電網(wǎng)絡(luò)，4為間斷式調(diào)節(jié)枝節(jié)，5為短路枝節(jié)，6為金屬過孔、7為金屬地、8為柔性介質(zhì)板。
[0010]圖2為本發(fā)明的共形陣列天線單元的俯視圖，其中圖(a)為主視圖，圖(b)為側(cè)視圖，圖中6為金屬通孔、7為金屬地。
[0011]圖3為本發(fā)明的1X4平面天線陣列俯視圖。圖中2為介質(zhì)圓柱體，3為饋電網(wǎng)絡(luò)，4為間斷式調(diào)節(jié)枝節(jié)，5為短路枝節(jié)。
[0012]圖4為本發(fā)明的陣列天線單元反射系數(shù)結(jié)果圖。
[0013]圖5為本發(fā)明的平面陣列天線反射系數(shù)結(jié)果圖。
[0014]圖6為本發(fā)明的共形陣列天線反射系數(shù)結(jié)果圖。
[0015]圖7為本發(fā)明的共形陣列天線增益結(jié)果圖。
[0016]圖8為本發(fā)明的共形陣列天線的輻射方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]結(jié)合圖1，本發(fā)明的ー種UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，包括介質(zhì)圓柱體2、柔性介質(zhì)板8、饋電網(wǎng)絡(luò)3、金屬地7和若干倒F天線單元I，柔性介質(zhì)板8包覆在介質(zhì)圓柱體2的外側(cè)面，饋電網(wǎng)絡(luò)3和由若干倒F天線單元I組成等間距的水平陣列均印制在柔性介質(zhì)板8的外側(cè)，饋電網(wǎng)絡(luò)3位于若干倒F天線單元I的下方，為每個(gè)倒F天線單元I饋電,柔性介質(zhì)板8的內(nèi)側(cè)饋電網(wǎng)絡(luò)3對(duì)應(yīng)的位置印制金屬地7，柔性介質(zhì)板8上開有金屬過孔6,姆個(gè)倒F天線單元I均引入短路枝節(jié)5,該短路枝節(jié)5的末端穿過柔性介質(zhì)板8的金屬過孔6與金屬地7相連。
[0018]所述饋電網(wǎng)絡(luò)3有一個(gè)輸入端和若干個(gè)輸出端，輸出端的數(shù)量與倒F天線單元1
的數(shù)量一致。
[0019]所述倒F天線單元I的天線臂多次彎折后印制在柔性介質(zhì)板8上，每次彎折的角度為九十度，倒F天線單元I的末端設(shè)置間斷式調(diào)節(jié)枝節(jié)4。
[0020]所述柔性介質(zhì)板8的材料的相對(duì)介電常數(shù)為2.2-4.4，其厚度為0.0004入，其中入
為空氣波長(zhǎng)。
[0021]所述介質(zhì)圓柱體2的材料為相對(duì)介電常數(shù)為4.4-6的聚四氟こ烯材料。
[0022]所述介質(zhì)圓柱體2的半徑為16_，倒F天線單元I的數(shù)量為四個(gè)，該四個(gè)倒F天線単元I組成等間距的水平陣列均勻包裹在介質(zhì)圓柱體2的外側(cè)面。
[0023]所述饋電網(wǎng)絡(luò)3為并饋饋電方式。
[0024]所述金屬過孔6的直徑為0.0005 A , A為空氣波長(zhǎng)。
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述:
實(shí)施例1
ー種UHF頻段緊湊型共形陣列天線，如圖1所示，包括介質(zhì)圓柱體2、柔性介質(zhì)板8、饋電網(wǎng)絡(luò)3、金屬地7和四個(gè)倒F天線單元1，其中，每個(gè)倒F天線單元I為多次彎折的倒F天線，彎折角度為九十度，天線單元制作在柔性介質(zhì)板8上，并將柔性介質(zhì)板8彎曲后粘貼于介質(zhì)圓柱體2的外側(cè)面進(jìn)行共形設(shè)置，饋電網(wǎng)絡(luò)3有一個(gè)輸入端，四個(gè)輸出端，每個(gè)輸出端分別給姆個(gè)倒F天線單元I饋電,倒F天線單元I的末端與間斷式調(diào)節(jié)枝節(jié)4相連，同時(shí)每個(gè)倒F天線單元I引入短路枝節(jié)5，短路枝節(jié)5的末端穿過柔性介質(zhì)板8上的金屬過孔6與金屬地7相連，天線工作的中心頻率為432MHz，帶寬為6MHz，并且中心頻率的增益為
0.16dB。
[0026]倒F天線單元I如圖2所示，制作在相對(duì)介電常數(shù)2.2，厚度0.254mm的柔性介質(zhì)板8上，由于該介質(zhì)板非常薄，具有良好的柔韌性，可以彎曲后粘貼在介質(zhì)圓柱體2的外側(cè)面上，以此減小天線截面積，其中介質(zhì)圓柱體2采用相對(duì)介電常數(shù)為4.4的聚四氟乙烯材料制作；倒F天線單元I采用多次彎折的方法使其獲得低剖面，整體天線的高度為48_，同時(shí)短路枝節(jié)5的引入也使得天線的尺寸得到進(jìn)一步的減小,短路枝節(jié)5通過半徑為0.2mm的金屬過孔6和與柔性介質(zhì)板8背面的金屬地7相連。
[0027]圖3為本發(fā)明專利的平面1X4陣列天線俯視圖，陣列天線的平面展開的面積為100.5mmX48mm,陣間距為25mm,圖中倒F天線單元I末端處引入的間斷式調(diào)節(jié)枝節(jié)4為天線工作頻率的調(diào)整部分，以方便在實(shí)際使用過程進(jìn)行工作頻率的調(diào)整，饋電網(wǎng)絡(luò)3采用一分四的并饋結(jié)構(gòu)，在柔性介質(zhì)板8上饋電網(wǎng)絡(luò)3的背面，金屬地7的面積為100.5mmX7mm。
[0028]圖4，圖5，圖6分別是本發(fā)明專利的倒F天線單元1，由倒F天線單元I組成的1X4水平陣列天線以及共形PIFA陣列天線的反射系數(shù)結(jié)果。圖7為本發(fā)明專利共形PIFA陣列天線的增益結(jié)果，其中最高增益為0.16dB，±ldB增益帶寬為7%。圖8為共形PIFA陣列天線的輻射方向圖，該天線呈現(xiàn)出較好的全向性輻射特性。
[0029]由上可知，本專利中利用多次彎折后小型化的倒F天線單元組成的1X4陣列天線，將其印制在柔性介質(zhì)板上，并將柔性介質(zhì)板彎曲后共形于介質(zhì)圓柱體表面而構(gòu)成共形輻射體，共形后的陣列天線可以進(jìn)一步減小其截面積使之能安裝在狹小的空間內(nèi)，同時(shí)共形后的天線能實(shí)現(xiàn)擁有良好不圓度的全向性輻射特性。該天線充分利用倒F天線加工制作方便、精度高和成本低廉的優(yōu)勢(shì)，不僅實(shí)現(xiàn)了小型化，低剖面，并且同時(shí)得到了高增益和較好的全向輻射特性。
【權(quán)利要求】
1.一種UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，其特征在于，包括介質(zhì)圓柱體[2]、柔性介質(zhì)板[8]、饋電網(wǎng)絡(luò)[3]、金屬地[7]和若干倒F天線單元[I]，柔性介質(zhì)板[8]包覆在介質(zhì)圓柱體[2]的外側(cè)面，饋電網(wǎng)絡(luò)[3]和由若干倒F天線單元[I]組成等間距的水平陣列均印制在柔性介質(zhì)板[8]的外側(cè)，饋電網(wǎng)絡(luò)[3]位于若干倒F天線單元[I]的下方，為每個(gè)倒F天線單元[I]饋電，柔性介質(zhì)板[8]的內(nèi)側(cè)饋電網(wǎng)絡(luò)[3]對(duì)應(yīng)的位置印制金屬地[7]，柔性介質(zhì)板[8]上開有金屬過孔[6]，每個(gè)倒F天線單元[I]均引入短路枝節(jié)[5]，該短路枝節(jié)[5]的末端穿過柔性介質(zhì)板[8]的金屬過孔[6]與金屬地[7]相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)[3]有一個(gè)輸入端和若干個(gè)輸出端，輸出端的數(shù)量與倒F天線單元[I]的數(shù)量一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，其特征在于，所述倒F天線單元[I]的天線臂多次彎折后印制在柔性介質(zhì)板[8]上，每次彎折的角度為九十度，倒F天線單元[I]的末端設(shè)置間斷式調(diào)節(jié)枝節(jié)[4]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，其特征在于，柔性介質(zhì)板[8]的材料的相對(duì)介電常數(shù)為2.2-4.4，其厚度為0.0004 λ，其中λ為空氣波長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，其特征在于，介質(zhì)圓柱體[2]的材料為相對(duì)介電常數(shù)為4.4-6的聚四氟乙烯材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，其特征在于，所述介質(zhì)圓柱體[2]的半徑為16mm，倒F天線單元[I]的數(shù)量為四個(gè)，該四個(gè)倒F天線單元[I]組成等間距的水平陣列均勻包裹在介質(zhì)圓柱體[2]的外側(cè)面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)[3]為并饋饋電方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的UHF頻段緊湊型共形PIFA陣列天線，其特征在于，金屬過孔[6]的直徑為0.0005 λ，λ為空氣波長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK103457023SQ201310405681
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】王昊, 周靜, 陳康, 張平平, 孫長(zhǎng)富, 方鑫, 李進(jìn)陽(yáng), 朱小奇 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)