探头天线及其探头的制作方法

1.本技术涉及天线通讯技术领域，特别是涉及一种探头天线及其探头。


背景技术：

2.随着航空航天和5g通信技术的迅猛发展，对雷达及通信系统的性能要求也越来越高。天线是雷达、通信等无线电系统的关键部件之一，它的性能直接关系到整个无线电系统的性能。探头是天线测试系统的重要部件，它的性能的直接决定了天线测试系统的测试精度和测试效率，但是现有的探头存在天线性能较差的问题。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种高性能的探头天线及其探头。
4.第一方面，本技术提供了一种探头天线，所述探头天线包括相互正交设置的两个辐射单元，所述辐射单元包括基板、位于所述基板两侧的两个辐射面以及设置于所述基板内部的馈电线，所述辐射面包括第一导电区域、第二导电区域以及位于所述第一导电区域和第二导电区域之间的非导电区域，所述非导电区域的宽度沿第一方向逐渐增加，所述馈电线包括耦合馈电线段，所述耦合馈电线段位于所述非导电区域的下方。
5.在其中一个实施例中，所述两个辐射单元均包括机械加工缝隙，所述两个辐射单元包括第一辐射单元和第二辐射单元，所述第一辐射单元的机械加工缝隙靠近所述第一辐射单元的第一端，所述第二辐射单元的机械加工缝隙靠近所述第二辐射单元的第二端，所述第一端和所述第二端彼此相对，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元通过各自的机械加工缝隙相互卡接。
6.在其中一个实施例中，所述辐射单元包括第一过孔，所述辐射单元的两个辐射面通过所述第一过孔电连接。
7.在其中一个实施例中，所述探头天线还包括两个连接器，所述两个连接器分别与所述两个辐射单元中的所述馈电线连接。
8.在其中一个实施例中，所述辐射单元还包括目标电路，所述馈电线还包括第一馈电线段和第二馈电线段；
9.所述第一馈电线段的一端与所述连接器连接，所述第一馈电线段的另一端与所述目标电路的一端电连接；
10.所述目标电路的另一端与所述第二馈电线段的一端电连接，所述第二馈电线段的另一端与所述耦合馈电线段的一端连接。
11.在其中一个实施例中，所述馈电线还包括馈电线末端结构，所述馈电线末端结构与所述耦合馈电线段的另一端连接；
12.所述馈电线末端结构为双弧线形状。
13.在其中一个实施例中，所述辐射单元还包括第二过孔和第三过孔；
14.所述第一馈电线段的另一端通过所述第二过孔与所述目标电路的一端电连接；
15.所述目标电路的另一端与所述第二馈电线段的一端通过所述第三过孔电连接。
16.在其中一个实施例中，所述目标电路包括电阻、电感和电容；
17.所述电阻的第一端与所述电感的第一端电连接，所述电阻的第二端分别与所述电感的第二端、所述电容的第一端电连接。
18.在其中一个实施例中，所述耦合馈电线段呈曲线状，且所述两个辐射单元中的耦合馈电线段的弯曲方向相反。
19.第二方面，本技术还提供了一种探头，所述探头包括如上述任一实施例提供的探头天线。
20.上述探头天线及其探头，探头天线包括相互正交设置的两个辐射单元，辐射单元包括基板、位于基板两侧的两个辐射面以及设置于基板内部的馈电线，辐射面包括第一导电区域、第二导电区域以及位于第一导电区域和第二导电区域之间的非导电区域，非导电区域的宽度沿第一方向逐渐增加，馈电线包括耦合馈电线段，耦合馈电线段位于非导电区域的下方。本技术中由于两个辐射单元一致，解决了探头天线同一极化方向图不对称的问题，且两个辐射单元正交设置，解决了两个辐射单元主极化的方向图一致性差的问题，以及减弱了交叉极化对主极化的影响。进一步地，馈电线设置在基板内部，基板两侧的两个辐射面包括第一导电区域和第二导电区域，使得电信号在一个封闭的空间传输，不会造成电信号的泄露，提高了探头天线的隔离度，从而提高了整个探头天线的性能。
附图说明
21.图1为一个实施例中探头天线的第一结构示意图；
22.图2为一个实施例中辐射单元的第一平面示意图；
23.图3为一个实施例中辐射单元的第二平面示意图；
24.图4为一个实施例中辐射单元的第三平面示意图；
25.图5为一个实施例中探头天线的第二结构示意图；
26.图6为一个实施例中辐射单元的第四平面示意图；
27.图7为一个实施例中目标电路的结构框图；
28.图8为一个实施例中辐射单元的第五平面示意图；
29.图9为一个实施例中辐射单元的第六平面示意图；
30.图10为一个实施例中探头天线的隔离度示意图；
31.图11为一个实施例中探头天线的驻波比示意图；
32.图12为一个实施例中探头天线得辐射方向示意图。
33.附图标记说明：
34.100、探头天线；
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10、辐射单元；
35.102、辐射面；
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103、馈电线；
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1021、第一导电区域；
36.1022、第二导电区域；
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1023、非导电区域；
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1031、耦合馈电线段；
37.104、机械加工缝隙；
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105、第一辐射单元；
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106、第二辐射单元；
38.107、第一过孔；
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20、连接器；
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108、目标电路；
39.1032、第一馈电线段；
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1033、第二馈电线段；
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1034、馈电线末端结构；
40.109、第二过孔；
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110、第三过孔；
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1081、电阻；
41.1082、电感；
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1083、电容。
具体实施方式
42.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。
43.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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的限制。
44.在本技术中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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，“多个”的含义是至少两个，例如，两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
45.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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。
46.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
48.图1为一个实施例中探头天线的第一结构示意图，如图1所示，探头天线100包括相互正交设置的两个辐射单元10，辐射单元10包括基板、位于基板两侧的两个辐射面以及设置于基板内部的馈电线103，辐射面包括第一导电区域1021、第二导电区域1022以及位于第一导电区域1021和第二导电区域1022之间的非导电区域1023，非导电区域1023的宽度沿第一方向逐渐增加，馈电线103包括耦合馈电线段，耦合馈电线段位于非导电区域1023的下方。
49.在本实施例中，如图1所示，探头天线100包括相互正交设置的两个辐射单元10，每个辐射单元10都是将两个基板采用通用的加工方式压合为一个整体，压合后的基板的两个外侧分别为两个辐射面，基板的内部设置馈电线103。在辐射面上通过印制金属线路的方式
形成第一导电区域1021和第二导电区域1022，第一导电区域1021和第二导电区域1022呈“兔耳”状，在两个辐射面之间填充非导电的介质作为支撑，每个辐射单元10的两个辐射面上的导电区域(即各辐射单元10的一个辐射面上的第一导电区域1021和另一个辐射面上的第一导电区域1021，或者，一个辐射面上的第二导电区域1022和另一个辐射面上的第二导电区域1022)以及设置于基板内部的馈电线103构成带状线传输网络，电信号在基板内部的馈电线103进行传输时，可以保证得电信号在一个封闭的空间传输，不会造成电信号的泄露，提高双极化探头天线100两个端口之间的隔离度。
50.其中，天线隔离度是指一个天线发射的信号与另一个天线所接收的信号功率的比值，当天线隔离度越大时，可以避免天线之间的干扰。
51.在本实施例中，辐射面上的第一导电区域1021和第二导电区域1022之间包括非导电区域1023，非导电区域1023的宽度沿第一方向逐渐增加，从图1中示例可知，非导电区域1023的宽度从下至上逐渐增加。馈电线103包括耦合馈电线段，耦合馈电线段位于非导电区域1023的下方，电信号的波长在与非导电区域1023的宽度相当时就会在与对应缝隙宽度处会产生谐振，激发电磁场形成电磁波辐射出去。由于电信号的波长在与非导电区域1023的宽度相当时就会在与对应缝隙宽度处会产生谐振，非导电区域1023的宽度越窄时，对应的电信号波长也越短，激发电磁场形成的电磁波的频率越高，在第一方向上宽度最大处，激发电磁场形成的电磁波的频率最低。非导电区域1023的宽度的变化范围越大，激发电磁场形成的电磁波的频率范围越大，覆盖频段更宽，达到探头天线100超宽频的目的。
52.在本实施例中，两个辐射单元10正交设置，可以提高两个辐射单元10各自的主极化方向图的一致性，降低交叉极化的电平，减弱了交叉极化对主极化的影响。
53.在本实施例中，两个辐射单元10是一样的，即辐射单元10的形状、第一导电区域1021、第二导电区域1022、第一导电区域1021和第二导电区域1022之间非导电区域1023的宽度一致、以及设置在基板内部的馈电线103全部相同，可以改变探头天线100同一极化方向图不对称的问题。
54.可选的，基板可以为高频介质印制电路pcb板，辐射单元10就是将两个pcb板加工压合在一起，在两个pcb板之间设置馈电线103。
55.本技术实施例中，探头天线包括相互正交设置的两个辐射单元，辐射单元包括基板、位于基板两侧的两个辐射面以及设置于基板内部的馈电线，辐射面包括第一导电区域、第二导电区域以及位于第一导电区域和第二导电区域之间的非导电区域，非导电区域的宽度沿第一方向逐渐增加，馈电线包括耦合馈电线段，耦合馈电线段位于非导电区域的下方。本技术中由于两个辐射单元一致，解决了探头天线同一极化方向图不对称的问题，且两个辐射单元正交设置，解决了两个辐射单元主极化的方向图一致性差的问题，以及减弱了交叉极化对主极化的影响。进一步地，馈电线设置在基板内部，基板两侧的两个辐射面包括第一导电区域和第二导电区域，使得电信号在一个封闭的空间传输，不会造成电信号的泄露，提高了探头天线的隔离度，从而提高了整个探头天线的性能。
56.图2为一个实施例中辐射单元的第一平面示意图，图3为一个实施例中辐射单元的第二平面示意图，第一平面示意图是以第一辐射单元的辐射面的示意图为例的，第二平面示意图是以第二辐射单元的辐射面的示意图为例的。如图2和图3所示，两个辐射单元均包括机械加工缝隙104，两个辐射单元包括第一辐射单元105和第二辐射单元106，第一辐射单
元105的机械加工缝隙104靠近第一辐射单元105的第一端，第二辐射单元106的机械加工缝隙104靠近第二辐射单元106的第二端，第一端和第二端彼此相对，第一辐射单元105和第二辐射单元106通过各自的机械加工缝隙104相互卡接。
57.在本实施例中，两个辐射单元是相互正交卡合在一起，需要在两个辐射单元结合的地方开缝，所以两个辐射单元均包括机械加工缝隙104。
58.在本实施例中，两个辐射单元包括第一辐射单元105和第二辐射单元106，如图2所示，第一辐射单元105的机械加工缝隙104靠近第一辐射单元105的第一端，从第一辐射单元105的最上端开设至圆环形状的上方，且机械加工缝隙104位于第二方向的正中间。如图3所示，第二辐射单元106的机械加工缝隙104靠近第二辐射单元106的第二端，从第二辐射单元的最下端开设至圆环形状的上方，第一辐射单元105的机械加工缝隙104的最下端(机械加工缝隙104加工截止的点)刚好与第二辐射单元106的机械加工缝隙104的最上端(机械加工缝隙104加工截止的点)重合，同样的，第二辐射单元106的机械加工缝隙104也位于第二方向的正中间，保证了两个辐射单元可以完全正交设置。
59.图4为一个实施例中辐射单元的第三平面示意图，第三平面示意图是以辐射单元的辐射面102的示意图为例的。如图4所示，辐射单元包括第一过孔107，辐射单元的两个辐射面102通过第一过孔107电连接。
60.在本实施例中，第一过孔107为金属过孔，将辐射单元的两个辐射面102导通，主要是将两个辐射面102上的导电区域通过第一过孔107电连接，辐射面102上的导电区域起“地”的作用。
61.图5为一个实施例中探头天线的第二结构示意图，如图5所示，探头天线100还包括两个连接器20，两个连接器20分别与两个辐射单元中的馈电线103连接，用于向连接的馈电线103输入信号或者接收连接的馈电线103输出的信号。
62.在本实施例中，如图5所示，探头天线100的两个连接器20分别与两个辐射单元中的馈电线103连接，当连接器20作为馈电线103输入接口时，探头天线100通过连接器20与外部的设备本体连接后，来自于设备本体的电信号流经馈电线103到达辐射面的第一导电区域和第二导电区域，将电信号以耦合的方式传输到第一导电区域和第二导电区域之间的非导电区域，激发电磁场形成电磁波沿着第一方向辐射出去。当连接器20作为馈电线103输出接口时，通过辐射面第一导电区域和第二导电区域接收电磁波能量，再将电磁波能量转换为电信号，传递给设备本体。
63.图6为一个实施例中辐射单元的第四三平面示意图，第四平面示意图是以第一辐射单元的辐射面102示意图为例的，如图6所示，辐射单元还包括目标电路108，馈电线还包括第一馈电线段1032和第二馈电线段1033；第一馈电线段1032的一端与连接器20连接，第一馈电线段1032的另一端与目标电路108的一端电连接；目标电路108的另一端与第二馈电线段1033的一端电连接，第二馈电线段的另一端与耦合馈电线段1031的一端连接。
64.在本实施例中，辐射单元还包括目标电路108，目标电路108设置在辐射面的第一导电区域，馈电线设置于基板内部，包括第一馈电线段1032和第二馈电线段1033，连接器20与第一馈电线段1032电连接，通过连接器20将外部设备本体的电信号传输至第一馈电线段1032，第一馈电线段1032的另一端与目标电路108的一端电连接，在通过第一馈电线1032段传输至目标电路108。目标电路108的另一端与第二馈电线段1033的一端电连接，第二馈电
线段1033的另一端与耦合馈电线段1031的一端连接，目标电路108的电信号最后通过第二馈电线段1033传输至耦合馈电线段1031。可选的，第一馈电线段1032的另一端与目标电路108的一端电连接，以及目标电路108的另一端与第二馈电线段1033的一端电连接可以通过金属过孔连接，也可以在加工基板的时候，在基板上设置两个导电部件，导电部件一端伸入基板内侧，两个导电部件的第一端分别第一馈电线段1032和第二馈电线段1033连接，两个导电部件的另一端分别连接目标电路108的两端。
65.在本实施例中，目标电路108的作用是为了降低探头天线的驻波比，探头天线的驻波比越大，会将更多的功率反射回去，辐射到空中的功率就更少，因此，利用目标电路108来改变探头天线的驻波比。
66.具体地，辐射单元还包括第二过孔109和第三过孔110；第一馈电线段1032的另一端通过第二过孔109与目标电路108的一端电连接；目标电路108的另一端与第二馈电线段1033的一端通过第三过孔110电连接。
67.其中，第二过孔109、第三过孔110同样也是金属过孔。
68.在本实施例中，由于目标电路108设置在辐射面102的导电区域，第一馈电线段1032的另一端与目标电路108的一端电连接时，主要通过第二过孔109电连接，利用第二过孔109将第一馈电线段1032与目标电路108导通，目标电路108的另一端与第二馈电线段1033电连接时，通过第三过孔110电连接，利用第三过孔110将第二馈电线段1033与目标电路108导通。
69.具体地，如图7所示，目标电路108包括电阻1081、电感1082和电容1083；电阻1081的第一端与电感1082的第一端电连接，电阻1081的第二端分别与电感1082的第二端、电容1083的第一端电连接。
70.在本实施例中，如图7所示，目标电路108包括电阻1081、电感1082和电容1083，电阻1081和电感1082之间并联，并联之后与电容1083串联。
71.图8为一个实施例中辐射单元的第五平面示意图，第五平面示意图是以第一辐射单元的辐射面102的示意图为例的，如图8所示，馈电线还包括馈电线末端结构1034，馈电线末端结构1034与耦合馈电线段1031的另一端连接；馈电线末端结构1034为双弧线形状。
72.在本实施例中，馈电线末端结构1034与耦合馈电线段1031的另一端连接，流经耦合馈电线段1031的电信号以耦合的方式传输到辐射面102的非导电区域，当信号波长在与辐射面102的非导电区域宽度相当时会产生谐振，激发电磁场形成电磁波辐射出去，但是由于部分电信号没有完全耦合，会通过耦合馈电线段1031继续传输至馈电线末端结构1034，再经过馈电线末端结构1034重新回到耦合馈电线段1031，再将部分电信号以耦合的方式传输到辐射面102的非导电区域，从而激发电磁场形成电磁波辐射出去。
73.在本实施例中，馈电线末端结构1034由传统的扇形改为双弧线形状，可以提高探头天线的隔离度，本技术中，隔离度可以达到50db以上。
74.图9为一个实施例中辐射单元的第六平面示意图，第六平面示意图是以第二辐射单元的辐射面102示意图为例的，结合上述图8所示，耦合馈电线段1031呈曲线状，且两个辐射单元中的耦合馈电线段1031的弯曲方向相反。
75.在本实施例中，为了避免第一辐射单元和第二辐射单元的耦合馈电线段1031的交叉，将耦合馈电线段1031设置为曲线状。两个辐射单元中的耦合馈电线段1031的弯曲方向
相反，如图8、图9所示，第一辐射单元的耦合馈电线段1031向下弯曲，第二辐射单元的耦合馈电线段1031向上弯曲。
76.本技术实施例还提供了一种探头，包括上述任一实施例提供的探头天线。
77.在本实施例中，将本技术提供的天线应用在探头中，对探头天线的性能进行测试。图10为一个实施例中探头天线的隔离度示意图，如图10所示，分别为不同频率下，探头天线端口的隔离度。图11为一个实施例中探头天线的驻波比示意图，如图11所示，表示了在不同频率下，驻波比的大小。图12为一个实施例中探头天线得辐射方向示意图，如图12所示，图12中上方的曲线为探头天线的主极化方向的示意图，图12中下方的曲线为探头天线的交叉极化方向的示意图。由上述图10、图11和图12可知，探头天线的辐射方向图变化平滑，没有突变；在辐射方向图满足要求的情况下天线的频段可覆盖范围为0.6ghz-6ghz，在频段0.6ghz-6ghz范围内的探头天线的驻波比＜2.6；双极化的两个输入端口隔离度＞50db，交叉极化比＞15db。
78.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。
79.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，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。