一种超宽带小型化天线的制作方法

1.本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种超宽带小型化天线。


背景技术：

2.随着信息化通信系统的迅猛发展，对超宽带小型化天线提出了更高要求，主要应用于卫星通信、遥感探测、弹载通信、电子对抗等领域。近年来，现代军事、电子对抗、多类型制导武器系统的迅速迭代，通信系统的功能趋向多样化、集成化和小型化，这就需要天线性能具备超宽带、小型化、高增益等。基于复杂多变的战场环境和通信系统发展，常需通过扩频、跳频通信等技术对抗电子干扰，故传统的多副窄带天线已不再适用，急需研究具有超宽带、小型化、高增益、易共形等特性的天线。因此，开展小型化、超宽带、高增益、低交叉极化、方向图稳定、端射辐射等特点的天线研究，对通信系统的发展具有非常重要的意义，同时应具备重量轻、剖面低、易共形等优势。


技术实现要素：

3.本发明克服了现有技术的不足，提供了一种超宽带小型化天线。
4.为达上述目的，本发明采用的技术方案为：本发明第一方面提供了一种超宽带小型化天线，所述天线包括：若干个集总元件，所述集总元件至少用于吸收低频段散射、绕射以及寄生的多余电流，以及至少用于延长天线电长度、改善低频段天线增益；若干辐射贴片，通过在所述辐射贴片开设有若干槽位，并在所述槽位的两侧上对所述集总元件进行加载；馈电结构，所述馈电结构用于进行阻抗变换以调节匹配，且所述馈电结构的馈电端口采用欧姆连接器进行馈电；天线基体，用于固定辐射贴片以及所述馈电结构。
5.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述天线基体采用高介电常数介质基板所制成，且所述天线基体进行削角处理，所述天线基体采用宽度尺寸为0.197，高度尺寸为0.162，为最低工作频率时的自由空间波长。
6.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述集总元件沿着槽位的开口方向进行曲线加权，且每个所述槽位上均至少设置两个集总元件。
7.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，安装在所述槽位上的两个集总元件安装于所述槽位上的左右两侧。
8.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述辐射贴片至少设置两组，且所述辐射贴片进行对称设置，使得所述辐射贴片分别设置在所述天线基体的左侧以及右侧。
9.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，其中在两组所述辐射贴片的槽位内外两侧上均安装有至少一个集总元件，且外侧的集总元件用于吸收低频段散射、绕射、寄生的多余电流，内侧的集总元件用于改善低频段天线增益，以获取更大的波束宽度。
10.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述馈电结构采用微带线转槽线结构的巴伦进行阻抗变换以及调节匹配，且所述微带线的末端为扇形结构，巴伦由水平等宽微带线以及垂直渐变微带线所组成。
11.本发明第二方面提供了一种超宽带小型化天线的控制方法，所述控制方法应用于任一项所述的一种超宽带小型化天线，所述控制方法包括以下步骤：获取目标区域中的天线数目以及目标基站中的天线数目，并根据目标区域中的天线数目以及目标基站中的天线数目构建信道传输路径模型图；获取当前目标区域中各个天线的地理位置信息，并根据所述地理位置信息以及信道传输路径模型图获取当前目标区域中各个天线的传输路线模型图；通过大数据获取当前目标区域的环境因子数据，根据所述环境因子数据以及传输路线模型图得到评估结果；根据所述评估结果对当前目标区域的天线数据进行调整，得到调整结果，并将所述调整结果传输至远程控制终端。
12.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，通过大数据获取当前目标区域的环境因子数据，根据所述环境因子数据以及传输路线模型图得到评估结果，具体包括以下步骤：构建数据库，并通过大数据网络获取各个区域在各个环境因子数据之下通信系统的信道相关性，将所述各个地区通信系统的信道相关性输入至所述数据库中，生成信道相关性数据库；通过大数据网络获取当前目标区域的环境因子数据，将所述当前目标区域的环境因子数据输入到所述信道相关性数据库中进行环境因子数据匹配，得到一个或者多个匹配度；获取所述匹配度大于预设匹配度的环境因子数据，并根据所述匹配度大于预设匹配度的环境因子数据得到该环境因子数据对应的信道相关性；若所述信道相关性小于预设信道相关性，则将所述信道相关性标记为待补充数据传输节点，否则将所述信道相关性标记为正常数据传输节点。
13.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，获取当前目标区域中各个天线的地理位置信息，并根据所述地理位置信息以及信道传输路径模型图获取当前目标区域中各个天线的传输路线模型图，具体包括以下步骤：获取当前目标区域中各个天线的地理位置信息以及目标基站的地理位置信息；根据所述当前目标区域中各个天线的地理位置信息以及目标基站的地理位置信息生成第一传输路线模型图；基于所述信道传输路径模型图的构建基础对所述的第一传输路线模型图进行一一构建，得到当前目标区域中各个天线的传输路线模型图。
14.本发明具备的有益效果在于：本发明专利描述的是一种基于幅度加权及赋型的小型化、超宽带vivaldi天线，在保证电性能的前提下在指定尺寸范围内进行小型化设计，通过集总元件幅度加权实现了小型化设计的同时也获取了更大的天线波束宽度，有效改善了天线方向图的高频裂瓣。天线工作带宽5倍频程，在波束覆盖范围内可实现：方位向
±
80度、俯仰
±
50度波束内增益优于-5dbi，天线电压驻波比优于2.0:1的指标。而且本发明通过根据当前目标区域的环境因子信息得到当前区域的信道相关性，根据信道相关性对当前的当
前目标区域的天线数据进行调整，增加了数据传输的有效性并降低数据传输，适合多种应用场景使用。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
16.图1中的1-1代表集总元件；2-1代表辐射贴片；r1代表谐振腔半径；h1代表天线宽度；h2代表天线高度；图2中r2表扇形结构半径；h3代表水平等宽微带线长度；h4代表垂直渐变微带线长度；h5代表水平等宽微带线宽度；h6代表垂直渐变微带线宽度；图3为实施例1天线驻波仿真结果；图4为实施例1天线在频点波束覆盖范围及增益仿真结果；图5为实施例1天线在频点波束覆盖范围及增益仿真结果；图6为实施例1天线在频点波束覆盖范围及增益仿真结果；图7为实施例1天线在频点波束覆盖范围及增益仿真结果；图8为实施例1天线在频点波束覆盖范围及增益仿真结果。
具体实施方式
17.为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
18.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
19.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
20.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中
给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
21.实施例1：本发明第一方面提供了一种超宽带小型化天线，所述天线包括：若干个集总元件，所述集总元件至少用于吸收低频段散射、绕射以及寄生的多余电流，以及至少用于延长天线电长度、改善低频段天线增益；若干辐射贴片2-1，通过在所述辐射贴片2-1开设有若干槽位，并在所述槽位的两侧上对所述集总元件进行加载；馈电结构，所述馈电结构用于进行阻抗变换以调节匹配，且所述馈电结构的馈电端口采用欧姆连接器进行馈电；天线基体，用于固定辐射贴片2-1以及所述馈电结构。
22.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述天线基体采用高介电常数介质基板所制成，且所述天线基体进行削角处理，所述天线基体采用宽度尺寸为0.197，高度尺寸为0.162，为最低工作频率时的自由空间波长。
23.在本实施例中，如图1所示，天线基体采用高介电常数介质基板，介质基板尺寸的宽度尺寸h1为0.197，高度尺寸h2为0.162，是最低工作频率时的自由空间波长，由于高度限制，故进行了削角处理，在辐射贴片2-1上经优化对开槽位置进行集总元件加载，左右对称加载六组共十二个集总元件，集总元件沿槽线开口方向曲线加权，外侧加载集总元件可吸收低频段散射、绕射、寄生等多余电流；内侧集总元件加权可延长天线电长度，改善低频段天线增益；内外侧联合集总元件幅度加权可减小天线尺寸、改善驻波、使天线表面电流流向稳定、获取更大波束宽度等。
24.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述集总元件沿着槽位的开口方向进行曲线加权，且每个所述槽位上均至少设置两个集总元件。
25.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，安装在所述槽位上的两个集总元件安装于所述槽位上的左右两侧。
26.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述辐射贴片2-1至少设置两组，且所述辐射贴片2-1进行对称设置，使得所述辐射贴片2-1分别设置在所述天线基体的左侧以及右侧。
27.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，其中在两组所述辐射贴片2-1的槽位内外两侧上均安装有至少一个集总元件，且外侧的集总元件用于吸收低频段散射、绕射、寄生的多余电流，内侧的集总元件用于改善低频段天线增益，以获取更大的波束宽度。其中在本实施例中在两组所述辐射贴片2-1的槽位内外两侧上均安装有至少一个集总元件，而在其余实施例中，槽位内外两侧上安装的集总元件可以是一个亦可以是多个，仅在本实施中限定为一个。
28.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述馈电结构采用微带线转槽线结构的巴伦进行阻抗变换以及调节匹配，且所述微带线的末端为扇形结构，巴伦由水平等宽微带线以及垂直渐变微带线所组成。
29.在本实施例中，如图2所示，馈电结构采用微带线转槽线结构的巴伦进行阻抗变换
以调节匹配，馈电端口采用50欧姆连接器进行馈电，微带线末端为扇形结构，巴伦由水平等宽微带线和垂直渐变微带线组成；其中，水平等宽微带线长度设置为h3、水平等宽微带线宽度设置为h5、垂直渐变微带线长度为h4、垂直渐变微带线宽度为h6、扇形结构半径r2以及谐振腔半径r1的尺寸设置均为常规技术手段，在此申请中并不限制其尺寸，本领域的技术人员可根据实际情况进行适应性调整以适合本天线。一般认为，vivaldi天线的孔径宽度和天线长度应满足：；，这样天线才能以行波辐射机制工作。天线现经高介电常数介质基板和集总元件进行幅度加权后尺寸仅为0.197*0.162，在保证了天线性能的前提的同时实现了小型化设计，满足超宽带需求。
30.从图3可以看出，天线电压驻波比优于2.0:1；从图4至图8可以看出，天线波束覆盖范围在方位向
±
80度，俯仰
±
50度波束内增益优于-5dbi；可见，通过集总元件幅度加权实现了小型化设计的同时也获取了更大的天线波束宽度，有效改善了天线方向图的高频裂瓣。天线工作带宽5倍频程，在波束覆盖范围内可实现：方位向
±
80度、俯仰
±
50度波束内增益优于-5dbi，天线电压驻波比优于2.0:1的指标。
31.本方案实施例1结构模型图如图1和图2所示。
32.实施例2：本发明第二方面提供了一种超宽带小型化天线的控制方法，所述控制方法应用于任一项所述的一种超宽带小型化天线，所述控制方法包括以下步骤：s102:获取目标区域中的天线数目以及目标基站中的天线数目，并根据目标区域中的天线数目以及目标基站中的天线数目构建信道传输路径模型图；s104:获取当前目标区域中各个天线的地理位置信息，并根据所述地理位置信息以及信道传输路径模型图获取当前目标区域中各个天线的传输路线模型图；s106:通过大数据获取当前目标区域的环境因子数据，根据所述环境因子数据以及传输路线模型图得到评估结果；s108:根据所述评估结果对当前目标区域的天线数据进行调整，得到调整结果，并将所述调整结果传输至远程控制终端。
33.需要说明的是，在本实施例中，用户在使用天线的过程中，假设以基站为发送端为例，用户为接收端，在基站天线数目一定的情况之下，通过改变目标区域的天线数目来改变信道传输路径模型图，通过本方法可以应用在一些特殊的场景中，如在偏远地区的勘探、偏远地区的监测井的数据传输等，通过改变目标区域的天线数目来使得mimo系统发生改变，使得增加在该类特殊场景中的传输数据的成功概率，使得通过本方法能够持续地维持一定的通讯功能。所述传输路线模型图相当于通信系统中的mimo系统，其中根据所述评估结果对当前目标区域的天线数据进行调整，得到调整结果，意义为增加目标区域的天线数目来增强天线的数据传输效果，从而来实现目标地区与基站的数据传输的有效性，例如监测井与基站之间的数据传输，由于监测井需要长期的进行传输数据，由于环境因子数据的影响，容易导致传输数据的有效性未知，通过本方法能够快速地计算出偏远地区在监测井中需要安装天线的个数，并对预设安装天线的个数进行修正。
34.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，通过大数据获取当前目标区域的环境因子数据，根据所述环境因子数据以及传输路线模型图得到评估结果，具体包括以下步骤：
s202:构建数据库，并通过大数据网络获取各个区域在各个环境因子数据之下通信系统的信道相关性，将所述各个地区通信系统的信道相关性输入至所述数据库中，生成信道相关性数据库；s204:通过大数据网络获取当前目标区域的环境因子数据，将所述当前目标区域的环境因子数据输入到所述信道相关性数据库中进行环境因子数据匹配，得到一个或者多个匹配度；s206:获取所述匹配度大于预设匹配度的环境因子数据，并根据所述匹配度大于预设匹配度的环境因子数据得到该环境因子数据对应的信道相关性；s208:若所述信道相关性小于预设信道相关性，则将所述信道相关性标记为待补充数据传输节点，否则将所述信道相关性标记为正常数据传输节点。
35.需要说明的是，所述环境因子数据可以是地形因素、天气因素等，通过当前的环境因子数据与数据库中存储的各个地区的环境因子数据进行对比，当匹配度大于预设匹配度之时，说明在该地区的环境因子数据高度相似，进而再获取该地域的信道相关性，由于mimo系统需要在多径丰富的环境中才能有效工作，多个发射天线的空间位置 (彼此之间的相对位置和在周围环境中的位置)，可能在不同mimo信道之间产生很高的衰落相关性（信道相关性），由于信道相关性越大，mimo技术能获得的增益越小。通过本方法能够从数据库中快速寻找出与目标地区的环境因子接近的信道相关性，从而对目标地区（如监测井）的天线数目，进而改变基站与目标地区的天线数据之间的形成mimo系统，从而加快监测井在数据传输中的传输速度。待补充数据传输节点以及正常数据传输节点均为评估结果。
36.进一步地，本发明的一个较佳实施例中，获取当前目标区域中各个天线的地理位置信息，并根据所述地理位置信息以及信道传输路径模型图获取当前目标区域中各个天线的传输路线模型图，具体包括以下步骤：获取当前目标区域中各个天线的地理位置信息以及目标基站的地理位置信息；根据所述当前目标区域中各个天线的地理位置信息以及目标基站的地理位置信息生成第一传输路线模型图；基于所述信道传输路径模型图的构建基础对所述的第一传输路线模型图进行一一构建，得到当前目标区域中各个天线的传输路线模型图。
37.需要说明的是，所述信道传输路径模型图为构建基准，如基站的天线数目为3，目标地区的天线数目为3，即信道传输路径模型图就会形成3x3mimo系统，以此类推。从而根据该项构建基准来构建当前目标区域中各个天线的传输路线模型图。
38.此外，本方法还可以包括以下步骤：获取目标地区的逻辑传输习惯数据信息，根据所述逻辑传输习惯数据得到目标传播时延数据信息；判断所述目标传播时延数据信息是否大于预设时延数据信息；若所述目标传播时延数据信息大于预设时延数据信息，将所述预设时延数据信息输入到所述数据库中进行匹配；获取匹配度大于预设匹配度信息的信道相关性，并获取频数最多的信道相关性的地区作为最终输出结果，并根据所述输出结果得到目标地区需要增加或者减少的天线数目。
39.需要说明的是，本实施例采用监测井的案例，信道相关性是影响数据传输速率的一个重要因素。如在监测井的过程中，由于逻辑传输习惯数据信息的关系，如需要在5分钟内完成一次传输数据、需要在10分钟内完成一次传输数据，即在监测井在传输数据时不需要太高的要求，目标传播时延数据信息为传播数据的时延，如上述例子中的5分钟或者10分钟，数据库中存在各种环境因子之下的mimo系统的信道相关性，选取频数最多的信道相关性的地区作为最终输出结果，并根据所述输出结果得到目标地区需要增加或者减少的天线数目，从而来根据目标地区的逻辑传输习惯数据信息来提出需要增加或者减少的天线数目，以进行改善监测过程中的通信系统，以调整数据传输的速度，从而使得数据传输更加合理，以避免监测井在监测过程中天线的布局量冗余以及避免监测井在监测的过程出现数据传输效率低下的技术问题。
40.此外，本方法还可以包括以下步骤：获取当前目标区域的天线布局节点网络，并根据所述天线布局节点网络获取每个天线布局节点的ip地址信息；获取每个天线布局节点的ip地址信息对应天线的通讯讯号，判断远程天线控制终端能够接收到通讯讯号；若能接收到通讯讯号，则获取在预设时间内的通讯讯号的时序性间隔次数，判断所述次数是否大于预设次数；若所述次数大于预设次数，则获取当前天线布局节点的地理位置信息，并通过预设方式将所述当前天线布局节点的地理位置信息传输至远程天线控制终端。
41.需要说明的是，当远程天线控制终端不能够接收到部分天线通讯讯号时，说明传输的过程中出现了故障状态或者传输的过程中受到了其他影响，如故障状态的影响、地理位置的影响时，进一步地，通过判断通讯过程中的信号时序性间隔次数是否大于预设次数，当通讯过程中的信号时序性间隔次数大于预设次数，说明此位置的天线系统存在一定的传输障碍或者存在故障现象，通过告知工作人员当前天线布局节点的地理位置信息，以使得工作人员对其进行快速维修或者更换位置，以使得数据传输保持有效性，提高了数据传输的成功率。
42.综上所述，本发明专利描述的是一种基于幅度加权及赋型的小型化、超宽带vivaldi天线，在保证电性能的前提下在指定尺寸范围内进行小型化设计，通过集总元件幅度加权实现了小型化设计的同时也获取了更大的天线波束宽度，有效改善了天线方向图的高频裂瓣。天线工作带宽5倍频程，在波束覆盖范围内可实现：方位向
±
80度、俯仰
±
50度波束内增益优于-5dbi，天线电压驻波比优于2.0:1的指标。
43.本发明通过根据当前目标区域的环境因子信息得到当前区域的信道相关性，根据信道相关性对当前的当前目标区域的天线数据进行调整，增加了数据传输的有效性并降低数据传输，适合多种应用场景使用。通过本发明能够从数据库中快速寻找出与目标地区的环境因子接近的信道相关性，从而对目标地区（如监测井）的天线数目，进而改变基站与目标地区的天线数据之间的形成mimo系统，从而加快监测井在数据传输中的传输速度。
44.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员
可以理解的其他实施方式。
45.以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术。