一种宽频带天线的制作方法

1.本技术涉及通信天线技术领域，特别是涉及一种宽频带天线。


背景技术：

2.阿基米德螺旋天线是宽频带天线的一种，具有结构简单、宽频带、辐射性能好等优点，已经广泛应用于雷达、通信、侦测等通常需要使用较宽频段天线的领域。
3.然而，阿基米德螺旋天线具有双向辐射性，辐射方向性方面无法得到良好的利用。
4.为解决上述问题，在实际场景的使用中：一种方式是，通过添加吸波棉使螺旋天线转换为单向辐射，但是这样会导致天线增益较低；另一种方式是，通过添加金属背腔实现单向辐射增加增益，但是会缩减天线的有效带宽。
5.现有技术中实现单向辐射的方式，天线增益与工作带宽不能有效兼容。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种宽频段天线，在兼顾工作带宽需求的同时保持各个频段的良好增益。
7.一种宽频段天线，包括：支架和多个天线单元；
8.所述支架呈棱台结构且内部中空；所述支架的每个侧面均设有安装位以用于设置所述天线单元；所述安装位与所述天线单元一一对应；
9.每个天线单元均包括：弧面形状的壳体和辐射片；所述壳体是球壳或者椭球壳的一部分；所述辐射片设在所述壳体的开口上，且所述辐射片与所述壳体之间围成封闭的内腔；
10.所述壳体的开口位于对应所述安装位上，且所述壳体、所述内腔均位于所述支架的内部。
11.在其中一个实施例中，所述壳体是球壳的一部分；所述辐射片的中心与所述壳体的顶点之间的距离为内腔深度；
12.当作用频段在2ghz以上时，所述内腔深度为所述壳体半径的1/2倍；
13.当作用频段在2ghz以下时，所述内腔深度为所述壳体半径的1/2倍到1倍之间。
14.在其中一个实施例中，所述天线单元还包括：设在所述内腔中的巴伦；
15.所述壳体的顶点上设有穿线孔，所述巴伦的一端通过转接件安装在所述穿线孔上，所述巴伦的另一端与所述辐射片馈电连接。
16.在其中一个实施例中，所述巴伦的一端设有卡槽，所述转接件上设有卡接结构；所述卡接结构卡入所述卡槽中，使所述巴伦固定安装在所述穿线孔上。
17.在其中一个实施例中，所述巴伦的另一端设有向辐射片方向突出的凸起结构，以便于馈电焊接。
18.在其中一个实施例中，还包括：一个以上辅助支架；所述辅助支架呈棱台结构且内部中空；所述辅助支架的每个侧面均设有辅助安装位以用于设置辅助天线单元；
19.所述辅助支架层层叠加，一辅助支架的底部安装在另一辅助支架的上表面；
20.所述支架的上表面设有预留位，所述辅助支架安装在所述预留位上且所述辅助支架的下表面开口，以使所述辅助支架的内部与所述支架的内部相通；所述辅助支架与所述支架的轴线重合。
21.在其中一个实施例中，相邻两层的天线单元或辅助天线单元的辐射片采用圆极化方向相反的阿基米德螺旋天线。
22.在其中一个实施例中，还包括：吸波棉；
23.所述吸波棉设在所述壳体与所述支架之间，且贴在所述支架上表面的外壁上，以用于减少干扰。
24.在其中一个实施例中，还包括：底板；
25.所述支架的底部设在所述底板上，以使宽频带天线形成封闭的结构。
26.在其中一个实施例中，还包括：吊装结构；
27.所述吊装结构固定设在天线内部，方便对其他零部件进行安装。
28.上述宽频带天线，设置了棱台结构的支架，并在棱台的侧面上设置相同的天线单元，相同的天线单元包括相同尺寸的辐射带，从而可以在全方位上覆盖连续的带宽；对反射背腔以及安装辐射带的介质基板进行合理设计，可以在宽频段的基础上获得良好的增益；因此，本技术中的宽频带天线可以兼容天线增益与工作带宽。
附图说明
29.图1为一个实施例中宽频带天线的立体示意图之一；
30.图2为一个实施例中宽频带天线的立体示意图之二；
31.图3为一个实施例中辐射片拆卸后的示意图；
32.图4为一个实施例中的剖视图；
33.图5为一个实施例中巴伦的示意图；
34.图6为一个实施例中巴伦与转接件卡接的示意图；
35.图7为一个实施例中的辐射片位置的示意图；
36.图8为一个实施例中的作用频段增益的仿真示意图。
37.附图编号：
38.支架1，天线单元2，壳体21，穿线孔211，转接件212，辐射片22，巴伦23，辅助支架3，辅助天线单元4，预留孔5，wifi天线6，吸波棉7，底板8，法兰9，附耳10，吊装结构11。
具体实施方式
39.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.需要说明，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
41.另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。
42.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
43.另外，本技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
44.如图1至图8所示，本技术提供的一种宽频带天线，在一个实施例中，包括：支架1和多个相同的天线单元2；通过天线单元2发射或接收宽频段信号。
45.支架1呈棱台结构且内部中空；支架1的每个侧面均设有安装位以用于设置天线单元2；安装位与天线单元2一一对应。
46.具体的棱台结构可以根据需求进行设计，在本实施例中，支架1为有八个侧面的八棱台结构。
47.每个天线单元2均包括：弧面形状的壳体21和辐射片22；壳体21是球壳或者椭球壳的一部分；辐射片22设在壳体21的开口上，且辐射片22与壳体21之间围成封闭的内腔；辐射片与输入射频线馈电连接。
48.壳体21与支架1一体成型或拼接成型；壳体21内部形成内腔；当内腔深度为中心频率1/4波长时，能在正面形成加强辐射；内腔深度是指辐射片22到壳体21顶点的距离。
49.壳体21的内表面通过涂敷金属涂层使得目标信号实现反射，以作为反射背腔；反射背腔的设计使得在该方向上的天线增益得以增强，多个反射背腔保证了全方向上的天线增益。
50.辐射片22与支架1之间通过非金属固定件进行相应的连接，以帮助减少辐射片外金属对电磁波的影响；
51.壳体21的开口尺寸小于等于辐射片22的尺寸；优选地，当辐射片22是圆形时，壳体21与辐射片22的接触截面圆的直径与辐射片的直径一致。
52.辐射片22由介质基板以及辐射带组成，辐射带设置在介质基板上；对介质基板的厚度和介电常数进行合理的设计，可以获取更好的增益；优选地，介质基板的厚度取1.6mm，介电常数取4.4，在保证良好增益的同时减小天线尺寸；辐射带可以使用阿基米德螺旋天线，也可以选择其他的宽频带天线；相邻的两个天线单元2的辐射片22采用圆极化方向相同的阿基米德螺旋天线。
53.壳体21的开口位于对应安装位上，且壳体21、内腔均位于支架1的内部。
54.在本实施例中，根据不同的需求和阿基米德螺旋天线的相关定义，对辐射片22尺寸进行相应的设计，从而选择不同型号和尺寸的辐射片22，形成不同尺寸的宽频带天线。宽频带天线通过天线单元2来发射接收宽频段信号。
55.上述宽频带天线，设置了棱台结构的支架，并在棱台的侧面上设置相同的天线单元，相同的天线单元包括相同尺寸的辐射带，从而可以保持天线的一致性并在全方位上覆盖连续的带宽；对反射背腔以及安装辐射带的介质基板进行合理设计，可以在宽频段的基础上获得良好的增益；因此，本技术中的宽频带天线可以兼容天线增益与工作带宽。
56.在其中一个实施例中，壳体21是球壳的一部分；辐射片22的中心与壳体21的顶点之间的距离为内腔深度；当作用频段在2ghz以上时，内腔深度为壳体21半径的1/2倍；当作用频段在2ghz以下时，内腔深度为壳体21半径的1/2倍到1倍之间。
57.如图7所示，距离为壳体21半径的1/2倍时，辐射片22的位置为a；距离为壳体21半径的1/2倍到1倍之间时，辐射片22的位置为b。
58.通过上述比例及尺寸关系的设计使得宽频带天线在整个工作频段都保持更加良好而稳定的增益，提高了信号接收、发射方面的距离等性能。
59.如图8所示为一个实施例的作用频段增益仿真图，该图通过电磁场仿真得出。图中横坐标为频率，纵坐标为最大增益。由图可以看出，在0.5-6ghz下，天线的增益仿真值达到了较好效果，并且在无人机常用的频段2.4ghz、5.8ghz上保持了良好增益，有利于无人机的侦测。
60.而普通的宽频段天线的增益普遍不高，经常通过背腔提高一段频率增益，但是背腔的增加会导致其他频段增益降低和方向图分裂，缩小可用频段。
61.在其中一个实施例中，天线单元2还包括：设在内腔内的巴伦23，巴伦23设置在内腔中；壳体21的顶点上设有穿线孔211，巴伦23的一端通过转接件212安装在穿线孔上，巴伦23的另一端与辐射片22馈电连接。巴伦23的一端设有卡槽，转接件212上设有卡接结构；卡接结构卡入所述卡槽中，使巴伦23固定安装在穿线孔上。巴伦23的另一端设有向辐射片22方向突出的凸起结构，以便于馈电焊接。
62.在本实施例中，转接件可以选择标准件，如射频连接器座。
63.巴伦23在与转接件212之间的连接处设置为凹型结构，便于与转接件212之间通过凹型结构卡接。巴伦23与转接件212的芯线焊接处尽可能在保证可靠性的前提下减少焊接面积进行焊接，以辅助高频时有更小的损耗。
64.输出射频线(同轴线缆)的一端连接巴伦23，另一端直接或间接连接馈源。为了避免输出射频线因频繁折损带来的疲劳折断，输出射频线与巴伦23连接的一端使用了转接件212。
65.为配合转接件212的安装，穿线孔的形状与转接件212契合。
66.在本实施例中，宽频带天线接收到信号后，通过巴伦23传递到射频线，然后传递到馈源。
67.在其中一个实施例中，还包括：一个以上辅助支架3；辅助支架3呈棱台结构且内部中空；辅助支架3的每个侧面均设有辅助安装位以用于设置辅助天线单元4；辅助支架3层层叠加，一辅助支架3的底部通过螺钉固定安装在另一辅助支架3的上表面；支架1的上表面设有预留位，辅助支架3安装在预留位上且辅助支架3的下表面开口，以使辅助支架3的内部与支架1的内部相通；辅助支架3与支架1的轴线重合。
68.辅助天线单元4的结构与天线单元2的结构相同。相邻两层的天线单元2或辅助天线单元4的辐射片22采用圆极化方向相反的阿基米德螺旋天线，也可以选择不同尺寸的辐
射片22。
69.支架1及支架1上安装的天线单元2共同构成一组基础天线阵，同一层的辅助支架3及辅助支架3上安装的辅助天线单元4共同构成一组螺旋天线阵。在实际应用时，必然包含基础天线阵，而螺旋天线阵的数量视实际需求确定，可以选择一组或多组。基础天线阵与螺旋天线阵同轴分布。
70.优选地，选择基础天线阵和一组螺旋天线阵，即宽频带天线由两组天线阵构成。在具体使用中，两个天线阵的使用已经达到了300mhz—6ghz频段的信号覆盖。
71.由技术方案可知，将一层宽频带天线变为两层或多层设置，不同层之间使用不同型号的辐射片22，可以减小宽频带天线的尺寸，还可以保持部分频段重叠，使得重叠部分频段的信号得到更好的精度。通过调整天线阵的组数以及不同的尺寸可以改变天线频段的覆盖范围以及探测精度，从而满足宽频带与高精度的要求。天线阵的整合方式灵活多变，可通过不同天线阵的组合得到所需的整合频段，根据频段的是否重合辅以不同算法得到更好的探测结果，整体轻便，实用性强；前述算法为成熟的现有技术，在此不再赘述。
72.另外，在宽频带天线的上表面，即在顶部的天线阵上，设有预留孔5，可根据需求安装wifi天线6、gps差分天线或者其它天线等。
73.上述设置将天线部分集成到同一空间方位上，实现射频前端与天线的相对隔离。
74.在其中一个实施例中，还包括：吸波棉7；吸波棉7设在所述壳体21与支架1之间，且贴在支架1上表面的外壁上，以用于减少干扰。
75.整个天线阵处于电磁封闭的情况下，通过在各天线阵之间的连接处铺设吸波棉7等材料，可以减少不必要的反射，减少干扰。还可以在螺旋天线阵除辐射片外的裸露表面涂敷金属材料。
76.在其中一个实施例中，还包括：底板8；支架1的底部通过法兰9设在底板8上，以使宽频带天线形成封闭的结构。具体的，底板8可以选择金属底板或涂敷金属涂层。
77.在底板8的周向还设置有附耳10，可以使宽频带天线更好的集成到其它的模块中，便于安装的同时保持天线的独立性。
78.在一个实施例中，还包括：吊装结构11。天线的中部为空心状态，吊装结构11设置在中空部分，方便对其他零部件(如：射频前端部件)进行安装，使得与处理后端实现相对隔离，也可通过该吊装结构11对输出射频线的走向进行整理。
79.在本实施例中，各结构之间相对独立，当元器件需要进行维护、更换时更为简便。
80.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
81.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。