一种双端短路的球面全向共形天线

1.本发明属于天线技术领域，特别是一种双端短路的球面全向共形天线。


背景技术：

2.球面共形天线或辐射系统是一种比较新颖的共形天线设计，其在生物医学、遥测和通信平台中实现了许多应用。该设计空间反映了球面天线在保持共形集成到局部曲面上时必须满足的各种平台相关约束。当整个体积或表面无法容纳天线场、电源、能量收集机制时，满足多功能性要求的球面共形天线也就面临着许多的设计挑战。
3.球面共形天线的平面对应物是平面倒f天线(pifa)。由于pifa只有一个单谐振模式，所以它通常具有尺寸大和阻抗带宽窄的缺点。球面共形天线同样面临着带宽比较窄、尺寸比较大等问题。有多种技术可以实现天线带宽的拓展，包括在辐射贴片附近引入寄生贴片元件、调整短路带的参数或改良馈电方案。其中改良馈电方案，可以使用容性耦合馈电、l探头馈电等，补偿探针过长产生的较大电感；也可以适当的增加短路带，产生第二个模式的谐振频率，与原始模式一起，使天线带宽显著拓宽。
4.由上可知，现有技术虽然实现了共形在球型结构上的天线设计，但上述文章及现有公开的文章专利中均未提及如何在球面共形天线中拓宽带宽的结构设计。因此设计一种双端短路的球面全向共形天线，以满足球面共形天线宽带的设计要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种双端短路的球面全向共形天线。
6.实现本发明目的的技术解决方案为：一种双端短路的球面全向共形天线，包括金属辐射片、第一短路带、金属接地平面、第二短路带、金属贴片、半球型硬质泡沫、同轴馈电线和输入端口，所述半球型硬质泡沫作为基底；所述金属辐射片为投影面为椭圆形切去两端弧段样式的曲面，其两端分别通过第一短路带、第二短路带连接金属接地平面，金属辐射片罩于半球型硬质泡沫截面上侧，形成空心腔体，金属辐射片表面、第一短路带、第二短路带以及半球型硬质泡沫表面共形为一个球体；所述金属贴片、金属接地平面从上至下设置在所述空心腔体中，且两者之间存在间隙，其中金属接地平面由半球型硬质泡沫截面支撑，金属贴片与贯穿半球型硬质泡沫和金属接地平面的同轴馈电线连接，同轴馈电线的另一端连接输入端口。
7.进一步地，所述金属贴片、金属接地平面均为圆形，且r0＞r1＞r2，r0、r1、r2分别为半球型硬质泡沫截面、金属接地平面、金属贴片的半径。
8.进一步地，所述椭圆形切去两端弧段，其中左半部分切去的弧段的弧度为θ
s1
＝18.5
°
，右半部分切去的弧段的弧度为θ
s2
＝25.5
°
。
9.本发明与现有技术相比，其显著优点为：
10.1)本发明提供的双端短路的球面全向共形天线解决了球面全向共形天线宽带设
计问题，通过增加多条短路带，引入带内谐振点形成第二个谐振模式，与第一个谐振模式一起，使得天线的输入阻抗和射频电路的输出阻抗实现更好地匹配，达到拓展带宽的目的。
11.2)本发明双端短路的球面全向共形天线改变馈电方式，采用电容耦合馈电，进一步增加带宽。
12.3)本发明双端短路的球面全向共形天线具有新颖的结构和较宽的工作带宽，同时具有全向辐射性、易加工集成、制造成本低的特点。
13.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
14.图1为本发明双端短路的球面全向共形天线的三维结构示意图。
15.图2为本发明双端短路的球面全向共形天线的正视图。
16.图3为本发明双端短路的球面全向共形天线的侧视图。
17.图4为本发明双端短路的球面全向共形天线的俯视图。
18.图5为本发明提供的一种天线回波损耗仿真图。
19.图6为本发明提供的一种天线辐射的方向图。
具体实施方式
20.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。
21.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示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。
22.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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。另外，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，也不在本发明要求的保护范围之内。
23.在一个实施例中，结合图1至图4，提供了一种双端短路的球面全向共形天线，包括金属辐射片1、第一短路带2、金属接地平面3、第二短路带4、金属贴片5、半球型硬质泡沫6、同轴馈电线7和输入端口8；所述金属辐射片1为投影面为椭圆形切去两端弧段样式的曲面，其两端分别通过第一短路带2、第二短路带4连接金属接地平面3，金属辐射片1罩于半球型硬质泡沫6截面上侧，形成空心腔体，金属辐射片1表面、第一短路带2、第二短路带4以及半球型硬质泡沫6表面共形为一个球体；所述金属贴片5、金属接地平面3从上至下设置在所述空心腔体中，且两者之间存在间隙，其中金属接地平面3由半球型硬质泡沫6截面支撑并充当其基质，金属贴片5与贯穿半球型硬质泡沫6和金属接地平面3的同轴馈电线7连接，同轴馈电线7的另一端连接输入端口8。金属贴片5与同轴馈电线7为焊接或具体成型。
24.这里，选取硬质泡沫腔体作为天线的基底是因为泡沫腔体的成本低廉、可塑性比
较高，另一方面泡沫腔体内部可以适当掏空，为其他有源设备的安放提供物理空间。球型泡沫腔体的壁厚不做限定，壁厚参数不影响天线的性能。
25.这里，通过增加多条短路带，引入带内谐振点形成双模，使得天线的输入阻抗和射频电路的输出阻抗实现良好地匹配，从而达到拓展带宽的要求。金属贴片焊接在同轴馈电线的探针上，从而改变天线的馈电方式，即利用电容耦合馈电，实现带宽的进一步拓展。
26.进一步优选地，所述金属贴片5、金属接地平面3均为圆形，且r0＞r1＞r2，r0、r1、r2分别为半球型硬质泡沫6截面、金属接地平面3、金属贴片5的半径。
27.进一步优选地，所述椭圆形切去两端弧段，其中左半部分切去的弧段的弧度为θ
s1
＝18.5
°
，右半部分切去的弧段的弧度为θ
s2
＝25.5
°
。
28.进一步优选地，所述第一短路带2长宽对应的弧度分别为θ
s2
＝25.5
°
、第二短路带4长宽对应的弧度分别为θ
s1
＝18.5
°
、
29.进一步优选地，所述金属贴片5的半径为r2＝45mm，其距离金属接地平面3的高度为h1＝31mm。
30.进一步优选地，所述金属接地平面3的半径为r1＝81mm，其距离半球型硬质泡沫6的球心的高度为h2＝41mm。
31.进一步优选地，所述半球型硬质泡沫6的半径为r0＝103mm。
32.对本发明进行进一步验证说明。
33.将本发明双端短路的球面全向共形天线在电磁仿真软件中建模仿真，图5是本实例中双端短路的球面全向共形天线的回波损耗的仿真图。从图5中可以看出，在特高频uhf频段内，s11小于-10db的范围为400mhz-480mhz，即天线在此频率带宽内工作性能良好。图6为双端短路的球面全向共形天线的辐射方向图，可以看出，在水平方向图上表现为360
°
都均匀辐射，最大增益大约稳定在2.4dbi。
34.综上所述，本发明的双端短路的球面全向共形天线解决了球面全向共形天线宽带设计问题，利用电容耦合馈电的方式扩展了带宽，并且通过增加多条短路带，引入带内谐振点形成第二个谐振模式，与第一个谐振模式一起，使得天线的输入阻抗和射频电路的输出阻抗实现更好地匹配，达到带宽进一步拓展的目的。这种双端短路的球面全向共形天线设计，其具有结构新颖、全向辐射性、易加工集成、制造成本低等特点。
35.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。