一种双频段机载共口径天线

本发明涉及天线，尤其涉及一种双频段机载共口径天线。

背景技术：

1、随着电子工业的迅猛发展，目前对集成多种功能的电子设备的需求在不断地增加，且设计难度也在逐渐增大。无人机作为这些重要电子设备之一，不管是在民用还是军用领域均在快速地发展。在民用领域，无人机已经被用于航空摄影、搜救、精准农业、空中管道输电线路监测测绘、野生动物监测、监视、灾难人员、医疗用品的管理和交付等。在军事领域，为了实现保密通信，消除干扰，广泛应用多频段、多功能电台和宽带跳频电台。由于跳频速率越来越高，跳频范围也越来越广，原有的窄带天线已无法满足要求。

2、机载天线可以看作飞机结构的重要组成部分，但飞机的几何形状与大小对机载天线的电性能有较大的影响。机载天线类型的选取，常常以机身的大小来决定。目前，无人机天线的主流选择是刀片式天线、线型单极子、印刷单极子、偶极子、环形缝隙天线等。相比之下，印刷单极子/偶极子可以直接无缝地连接到无人机的机体上，而刀型天线或线型单极子机载天线则需要天线罩来保护。传统的机载天线通常利用一种天线或两种天线来实现。如现有技术提出一种双频带全向圆极化机载天线。该天线能产生双频带圆极化及圆极化特性。该天线利用左右手传输线实现小型化。该天线相对于本设计的不足之处主要为：1.该天线由单一的天线实现双频带特性，无法像mimo天线系统一样提高信息的传输速率和带宽利用率。2.该天线的超材料结构(左右手传输线)主要用来实现小型化，而本设计的超材料用来增加天线单元间的隔离。3.该天线为圆极化天线，而本设计要求垂直极化天线。以及一种双频共口径圆极化天线，由1个uhf频段天线与4个s频段天线构成。该天线结构复杂，整个天线由4层微带天线、6层介质基板层叠组成。该共口径天线在uhf频带内的-10db带宽为52.6％，在s频段的带宽为16.3％。该天线相对于本设计的不足之处主要为：1.该天线虽然具有双频段和共口径特性，但两种天线均为微带贴片类型，不是全向辐射天线，当通信时在某些方向存在信号盲区。2.该天线辐射工作频段为非5g频段，不能与快速发展的5g技术相融合。3.天线由6层基板层叠组成，结构较复杂，加工精度不可控，容易影响性能。

3、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种双频段机载共口径天线，解决了现有天线存在的不足。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种双频段机载共口径天线，它包括设置在系统地上的第一介质基板和第二介质基板，在所述第一介质基板和第二介质基板上布设有5g频段的矩形单极子天线，在所述第一介质基板的正面布设有s频段的u型单极子天线和开口环超材料结构；

3、在第一介质基板的背面布设有与系统地垂直相连的缺陷地，在缺陷地中心开设有一圆形槽，在圆形槽上加载有一蛋形金属片，u型单极子天线位于蛋形金属片的正下方且在圆形槽的范围内，通过圆形槽和蛋形金属片使缺陷地改善u型单极子天线的阻抗匹配性能；在系统地的背面设置有多个馈电接头，通过馈电接头内的同轴电缆与u型单极子天线和矩形单极子天线连接进行馈电。

4、所述矩形单极子天线包括第一矩形单极子天线、第二矩形单极子天线、第三矩形单极子天线和第四矩形单极子天线；

5、所述第一矩形单极子天线和第二矩形单极子天线布设在第一介质基板背面上端的左右两侧；

6、所述第三矩形单极子天线和第四矩形单极子天线布设在第二介质基板正面的左右两侧。

7、所述开口环超材料结构包括互补的第一开口环和第二开口环，所述第一开口环和第二开口环布设在所述第一介质基板正面的上端，且位于所述第一矩形单极子天线和第二矩形单极子天线之间，以改善第一矩形单极子天线和第二矩形单极子天线之间的隔离度。

8、所述还包括设置在第二介质基板背面的金属条，通过金属条紧密连接第二介质基板和系统地。

9、所述第一介质基板的长度大于第二介质基板的长度，第一介质基板的高度小于第二介质基板的高度，使得布设在第一介质基板上的第一矩形单极子天线和第二矩形单极子天线与布设在第二介质基板上的第三矩形单极子天线和第四矩形单极子天线之间形成非线型的梯形布局，以提高四个矩形单极性天线之间的隔离效果。

10、所述u型单极子天线位于所述第三矩形单极子天线和第四矩形单极子天线之间，以提高第三矩形单极子天线和第四矩形单极子天线之间的隔离效果。

11、本发明具有以下优点：

12、1、将非线性布局的5g mimo天线和机载s频段天线进行多天线融合，进一步改善了天线系统的通信性能，实现了航空器飞行数据与地面的实时传输和快速响应，实现了5g专网在航空器上的应用。

13、2、整体布局呈梯形分布，并利用超材料去耦技术，这样整个系统中天线单元间的隔离度明显改善，从而能改善天线系统的通信性能，同时兼顾了天线系统的紧凑性。

14、3、s频段单极子天线，虽位于5g mimo天线单元之中，仍具有较好的全向辐射特性，相比单个天线，5g mimo天线具有提升信道容量，对抗多径衰弱等特性。

15、4、双频带天线，包含s频段和5g频段。s频段天线与5g频段mimo天线单元间的隔离度不低于25db，单极子天线单元间自身的隔离度不低于15db。

技术特征：

1.一种双频段机载共口径天线，其特征在于：它包括设置在系统地(g1)上的第一介质基板(s1)和第二介质基板(s2)，在所述第一介质基板(s1)和第二介质基板(s2)上布设有5g频段的矩形单极子天线，在所述第一介质基板(s1)的正面布设有s频段的u型单极子天线(a1)和开口环超材料结构；

2.根据权利要求1所述的一种双频段机载共口径天线，其特征在于：所述矩形单极子天线包括第一矩形单极子天线(a2)、第二矩形单极子天线(a3)、第三矩形单极子天线(a4)和第四矩形单极子天线(a5)；

3.根据权利要求2所述的一种双频段机载共口径天线，其特征在于：所述开口环超材料结构包括互补的第一开口环(r1)和第二开口环(r2)，所述第一开口环(r1)和第二开口环(r2)布设在所述第一介质基板(s1)正面的上端，且位于所述第一矩形单极子天线(a2)和第二矩形单极子天线(a3)之间，以改善第一矩形单极子天线(a2)和第二矩形单极子天线(a3)之间的隔离度。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种双频段机载共口径天线，其特征在于：所述还包括设置在第二介质基板(s2)背面的金属条(g2)，通过金属条(g2)紧密连接第二介质基板(s2)和系统地(g1)。

5.根据权利要求4所述的一种双频段机载共口径天线，其特征在于：所述第一介质基板(s1)的长度大于第二介质基板(s2)的长度，第一介质基板(s1)的高度小于第二介质基板(s2)的高度，使得布设在第一介质基板(s1)上的第一矩形单极子天线(a2)和第二矩形单极子天线(a3)与布设在第二介质基板(s2)上的第三矩形单极子天线(a4)和第四矩形单极子天线(a5)之间形成非线型的梯形布局，以提高四个矩形单极性天线之间的隔离效果。

6.根据权利要求4所述的一种双频段机载共口径天线，其特征在于：所述u型单极子天线(a1)位于所述第三矩形单极子天线(a4)和第四矩形单极子天线(a5)之间，以提高第三矩形单极子天线(a4)和第四矩形单极子天线(a5)之间的隔离效果。

技术总结
本发明涉及一种双频段机载共口径天线，它包括设置在系统地上的第一介质基板和第二介质基板，在所述第一介质基板和第二介质基板上布设有5G频段的矩形单极子天线，在所述第一介质基板的正面布设有S频段的U型单极子天线和开口环超材料结构；在第一介质基板的背面布设有与系统地垂直相连的缺陷地，在缺陷地中心开设有一圆形槽，在圆形槽上加载有一蛋形金属片；在系统地的背面设置有多个馈电接头，通过馈电接头内的同轴电缆与U型单极子天线和矩形单极子天线连接进行馈电。本发明中天线的整体布局呈梯形分布，并利用超材料去耦技术，这样整个系统中天线单元间的隔离度明显改善，从而能改善天线系统的通信性能，同时兼顾了天线系统的紧凑性。

技术研发人员：张袁,赵延文,蔡强明,吴川,张超
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13