CN212874751U - 一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，包括基板和设置在基板上的金属引向器结构件，所述基板的顶面和底面分别设置有导电层，基板的顶面导电层设置有镂空波导口，基板上均匀设置有多个金属化孔，所述金属引向器结构件上设置有空气波导传输结构口，空气波导传输结构口设置在镂空波导口的上方，空气波导传输结构口的顶部设置有辐射扩张结构口，基板内嵌设有带线探针。本实用新型射频信号由波导传输结构实现传输，与传统微带天线形式相比，整个结构不存在射频信号互联盲孔，基板中介质填充波导仅由一种贯穿整个基板的金属化孔构成，在制作工艺中不与其他类型金属化孔产生交叠，易于加工实现。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元。
背景技术
天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场与磁场。按电磁场在空间的分布特性，可分为近区，中间区，远区。设R为空间一点距导体的距离，在R﹤﹤λ/2π时的区域称近区，在该区内的电磁场与导体中电流,电压有紧密的联系。在R﹥﹥λ/2π的区域称为远区，在该区域内电磁场能离开导体向空间传播，它的变化相对于导体上的电流电压就要滞后一段时间，此时传播出去的电磁波已不与导线上的电流、电压有直接的联系了，这区域的电磁场称为辐射场。
对应现有的普通AIP天线阵列，其多功能母板不仅集成天线辐射阵列，同时还集成波束合成网络、数字模拟控制信号的馈电网络等电路，整个基板叠层关系复杂，高低频信号在板中不同层多次垂直互穿，很容易出现多种互联金属化孔交叠而无法在PCB工艺中层压实现的问题。
为此，本实用新型提供一种可以大大降低了电路的实现复杂度的具有阻抗匹配功能的天线辐射单元。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，射频信号由波导传输结构实现传输，与传统微带天线形式相比，整个结构不存在射频信号互联盲孔，基板中介质填充波导仅由一种贯穿整个基板的金属化孔构成，在制作工艺中不与其他类型金属化孔产生交叠，易于加工实现；在普通AIP天线阵列中，多功能母板不仅集成天线辐射阵列，同时还集成波束合成网络、数字模拟控制信号的馈电网络等电路，整个基板叠层关系复杂，高低频信号在板中不同层多次垂直互穿，很容易出现多种互联金属化孔交叠而无法在PCB工艺中层压实现的问题，本实用新型提出的天线辐射结构大大降低了电路的实现复杂度，有利于整个母板电路的实现。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，包括基板和设置在基板上的金属引向器结构件，所述基板的顶面和底面分别设置有导电层，基板的顶面导电层设置有镂空波导口，基板上均匀设置有多个金属化孔，所述金属化孔自上而下贯穿基板设置，设置在基板内的金属化孔构成介质填充波导，且金属化孔均匀环绕镂空波导口设置，所述金属引向器结构件上设置有空气波导传输结构口，空气波导传输结构口设置在镂空波导口的上方，空气波导传输结构口的顶部设置有辐射扩张结构口，基板内嵌设有带线探针，所述带线探针从介质填充波导宽边伸入，并延伸至镂空波导口下方。
进一步地，设置在基板顶面和底面的导电层分别接地。在实际工作过程中，射频信号通过带线探针馈入基板中，通过由金属化孔栅阵列构成的介质填充波导，带线探针从介质填充波导的宽边伸入波导内，构成带线探针-介质填充波导的过渡结构，通过过渡结构的短路面由基板底面的导电层构成，射频信号过渡至介质填充波导后向上传输，并通过镂空波导口传输至金属引向器结构件的空气波导传输结构口，考虑到波导阻抗和自由空间波阻抗的匹配问题，在射频信号辐射至自由空间之前，由辐射扩张结构口进行阻抗匹配，进而完成基板内射频信号向自由空间的过渡和辐射。
进一步地，所述导电层的材质为铜。
进一步地，所述基板为多层PCB基板，所述带线探针设置在基板层之间。通过将基板设置为多层PCB基板结构，并将带线探针设置在基板层之间，让基板内所有电路均由多层基板加工过程中一体化集成实现，能与AIP架构下有源表贴芯片的集成能良好兼容。
进一步地，所述金属化孔呈栅阵列设置。通过将金属化孔呈栅阵列设置，与嵌设在基板内的带线探针配合，由金属化孔栅阵列构成的介质填充波导，带线探针从介质填充波导宽边伸入波导内，进而构成带线探针-介质填充波导的过渡结构，通过过渡结构的短路面由基板底面的导电层构成，射频信号经由带线探针传输至基板内后，再过渡至介质填充波导后向上传输至金属引向器结构件的空气波导传输结构口。
进一步地，所述基板内的带线探针和金属化孔配合构成带线探针-介质填充波导过渡结构，过渡结构的短路面由基板底面的导电层构成。
进一步地，所述基板和金属引向器结构件可拆卸连接。
进一步地，所述金属引向器结构件通过螺装方式与基板紧固压接在一起。
进一步地，所述金属引向器结构件覆盖所有金属化孔。
进一步地，所述辐射扩张结构口的尺寸分别大于空气波导传输结构口的尺寸。通过辐射扩张结构口对由空气波导传输结构口向自由空间的辐射信号进行阻抗匹配，进而有效解决波导阻抗和自由空间波阻抗的匹配问题。优选地，所述镂辐射扩张结构口和空气波导传输结构口构成台阶通槽结构。
进一步地，所述镂空波导口的尺寸与空气波导传输结构口的尺寸相同。
进一步地，所述镂空波导口、镂辐射扩张结构口、空气波导传输结构口分别为矩形结构。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型天线辐射单元由两部分构成：多层PCB基板和金属引向器结构件，多层PCB基板内所有电路均由多层基板加工过程中一体化集成实现，能与AIP架构下有源表贴芯片的集成能良好兼容；
(2)本实用新型天线辐射单元中金属引向器结构件既作为整个天线阵面的结构支撑，又作为实现基板有源器件分区屏蔽的盖板功能，即在金属引向器结构件上出来设置台阶通槽来实现引向辐射功能，再通过设除屏蔽腔，也就能实现屏蔽盖板功能；
(3)本实用新型天线辐射单元中射频信号由波导传输结构实现传输，与传统微带天线形式相比，整个结构不存在射频信号互联盲孔，基板中介质填充波导仅由一种贯穿整个基板的金属化孔构成，在制作工艺中不与其他类型金属化孔产生交叠，易于加工实现；在普通AIP天线阵列中，多功能母板不仅集成天线辐射阵列，同时还集成波束合成网络、数字模拟控制信号的馈电网络等电路，整个基板叠层关系复杂，高低频信号在板中不同层多次垂直互穿，很容易出现多种互联金属化孔交叠而无法在PCB工艺中层压实现的问题，本实用新型提出的天线辐射结构大大降低了电路的实现复杂度，有利于整个母板电路的实现。
附图说明
图1为本实用新型天线辐射单元的结构示意图；
图2为本实用新型天线辐射单元的剖视图；
图3为本实用新型基板的俯视图；
图中，1、基板；101、导电层；102、镂空波导口；103、金属化孔；104、带线探针；2、金属引向器结构件；201、空气波导传输结构口；202、辐射扩张结构口。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图1～3所示，一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，包括基板1和设置在基板1上的金属引向器结构件2，所述基板1的顶面和底面分别设置有导电层101，基板1的顶面导电层101设置有镂空波导口102，基板1上均匀设置有多个金属化孔103，所述金属化孔103自上而下贯穿基板1设置，且金属化孔103均匀环绕镂空波导口102设置，设置在基板1内的金属化孔103构成介质填充波导，所述金属引向器结构件2上设置有空气波导传输结构口201，空气波导传输结构口201设置在镂空波导口102的上方，空气波导传输结构口201的顶部设置有辐射扩张结构口202，基板1内嵌设有带线探针104，所述带线探针104从介质填充波导宽边伸入，并延伸至镂空波导口102下方。
具体地，设置在基板1顶面和底面的导电层101分别接地。在实际工作过程中，射频信号通过带线探针104馈入基板1中，通过由金属化孔103栅阵列构成的介质填充波导，带线探针104从介质填充波导的宽边伸入介质填充波导内，构成带线探针104-介质填充波导的过渡结构，过渡结构的短路面由基板1底面的导电层101构成，射频信号过渡至介质填充波导后向上传输，并通过镂空波导口102传输至金属引向器结构件2的空气波导传输结构口201，考虑到波导阻抗和自由空间波阻抗的匹配问题，在射频信号辐射至自由空间之前，由辐射扩张结构口202进行阻抗匹配，进而完成基板1内射频信号向自由空间的过渡和辐射。
具体地，所述导电层101的材质为铜。
具体地，所述基板1为多层PCB基板，所述带线探针104设置在基板层之间。通过将基板1设置为多层PCB基板结构，并将带线探针104设置在基板层之间，让基板1内所有电路均由多层基板加工过程中一体化集成实现，能与AIP架构下有源表贴芯片的集成能良好兼容。
具体地，所述金属化孔103呈栅阵列设置。通过将金属化孔103呈栅阵列设置，与嵌设在基板1内的带线探针104配合，由金属化孔103栅阵列构成的介质填充波导，带线探针104从介质填充波导的宽边伸入介质填充波导内，进而构成带线探针104-介质填充波导的过渡结构，过渡结构的短路面由基板1底面的导电层101构成，射频信号经由带线探针104传输至基板1内后，过渡至介质填充波导后向上传输至金属引向器结构件2的空气波导传输结构口201。
具体地，所述基板1内的带线探针104和金属化孔103配合构成带线探针-介质填充波导过渡结构，过渡结构的短路面由基板1底面的导电层101构成。
具体地，所述基板1和金属引向器结构件2可拆卸连接。
具体地，所述金属引向器结构件2通过螺装方式与基板1紧固压接在一起。
具体地，所述金属引向器结构件2覆盖所有金属化孔103。优选地，所述金属化孔103的顶部穿过基板1的顶面导电层101，金属化孔103的底部穿过基板1的底面导电层101。
具体地，所述辐射扩张结构口202的尺寸分别大于空气波导传输结构口201的尺寸。通过辐射扩张结构口202对由空气波导传输结构口201向自由空间传输的辐射信号进行阻抗匹配，进而有效解决波导阻抗和自由空间波阻抗的匹配问题。优选地，所述镂辐射扩张结构口202和空气波导传输结构口201构成台阶通槽结构。
具体地，所述镂空波导口102的尺寸与空气波导传输结构口201的尺寸相同。
具体地，所述镂空波导口102、镂辐射扩张结构口202、空气波导传输结构口201分别为矩形结构。
使用时，将金属引向器结构件2通过螺装方式与基板1紧固压接在一起，通过带线探针104馈入射频信号，射频信号通过带线探针104馈入基板1中，通过由金属化孔103栅阵列构成的介质填充波导，射频信号通过带线探针104从介质填充波导的宽边进入介质填充波导内，由于带线探针104与介质填充波导配合，进而构成带线探针-介质填充波导的过渡结构，过渡结构的短路面由基板1底面的导电层101构成，射频信号经由带线探针104传输至介质填充波导内后，再通过介质填充波导后向上传输至金属引向器结构件2的空气波导传输结构口201，考虑到波导阻抗和自由空间波阻抗的匹配问题，在射频信号辐射至自由空间之前，由辐射扩张结构口202进行阻抗匹配，进而完成基板1内射频信号向自由空间的过渡和辐射。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，其特征在于，包括基板和设置在基板上的金属引向器结构件，所述基板的顶面和底面分别设置有导电层，基板的顶面导电层设置有镂空波导口，基板上均匀设置有多个金属化孔，所述金属化孔自上而下贯穿基板设置，且金属化孔均匀环绕镂空波导口设置，设置在基板内的金属化孔构成介质填充波导，所述金属引向器结构件上设置有空气波导传输结构口，空气波导传输结构口设置在镂空波导口的上方，空气波导传输结构口的顶部设置有辐射扩张结构口，基板内嵌设有带线探针，所述带线探针从介质填充波导宽边伸入，并延伸至镂空波导口下方。
2.根据权利要求1所述的一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，其特征在于，设置在基板顶面和底面的导电层分别接地。
3.根据权利要求1所述的一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，其特征在于，所述导电层的材质为铜。
4.根据权利要求1所述的一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，其特征在于，所述金属化孔呈阵列设置。
5.根据权利要求1所述的一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，其特征在于，所述基板内的带线探针和金属化孔配合构成带线探针-介质填充波导过渡结构，过渡结构的短路面由基板底面的导电层构成。
6.根据权利要求1所述的一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，其特征在于，所述基板和金属引向器结构件可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，其特征在于，所述金属引向器结构件通过螺装方式与基板紧固压接在一起。
8.根据权利要求1所述的一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，其特征在于，所述金属引向器结构件覆盖所有金属化孔。
9.根据权利要求1所述的一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，其特征在于，所述辐射扩张结构口的尺寸分别大于空气波导传输结构口的尺寸。
10.根据权利要求1所述的一种具有阻抗匹配功能的天线辐射单元，其特征在于，所述镂空波导口的尺寸与空气波导传输结构口的尺寸相同。
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| CN114628891A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-06-14 | 南京邮电大学 | 内嵌馈电线极化平面多层异质介质集成天线 |
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2020
- 2020-07-17 CN CN202021439048.XU patent/CN212874751U/zh active Active
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| CN114628891B (zh) * | 2022-02-28 | 2023-12-08 | 南京邮电大学 | 内嵌馈电线极化平面多层异质介质集成天线 |
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