CN105186120B - 一种磁偶极子的八木天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁偶极子的八木天线，包括印刷在介质板上的四个并排且平行的金属贴片辐射单元，依次为反射耦合单元，激励单元，第一引向耦合单元，第二引向耦合单元，相邻金属贴片辐射单元留有间隔；激励单元包括上、下矩形金属贴片和短路钉组；上、下矩形金属贴片分别位于介质板的上、下表面，且短路钉组将上、下矩形金属贴片连通；反射耦合单元、第一引向耦合单元和第二引向耦合单元分别包括第一、二矩形金属贴片和第三短路钉组，第一、二矩形金属贴片分别位于介质板的上、下表面，且第三短路钉组将第一、二矩形金属贴片连通。本发明利用磁偶极子辐射单元构造八木天线阵，具有低剖面、频带宽、指向性好的特性。

Description

一种磁偶极子的八木天线

技术领域

本发明涉及天线设计领域，更具体地，涉及一种磁偶极子的八木天线。

背景技术

现有的电偶极子八木天线阵列实现与天线所在平面平行的极化特性，如果要提供垂直极化，天线需要与地板垂直，占用很大的天线高度，严重的影响天线的美观性以及隐蔽。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种磁偶极子的八木天线。本天线利用磁偶极子辐射单元构造八木天线，具有低剖面、频带宽、指向性好的特性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种磁偶极子的八木天线，其特征在于：包括印刷在介质板上的四个并排且平行的金属贴片辐射单元，依次为反射耦合单元，激励单元，第一引向耦合单元，第二引向耦合单元，相邻金属贴片辐射单元留有间隔；

所述激励单元包括上、下矩形金属贴片和短路钉组；上、下矩形金属贴片分别位于介质板的上、下表面，且短路钉组将上、下矩形金属贴片连通；

所述反射耦合单元、第一引向耦合单元和第二引向耦合单元分别包括第一、二矩形金属贴片和第三短路钉组，第一、二矩形金属贴片分别位于介质板的上、下表面，且第三短路钉组将第一、二矩形金属贴片连通。

上述相邻金属贴片辐射单元留有的间隔是根据天线的定向辐射效果而定。上述介质板是长方体结构，介电常数为2.55的印刷电路板。引向耦合单元的作用是引导天线的辐射方向，并且增大天线在该方向上的增益。理论上，引向耦合单元越多，八木天线的辐射指向性越明显，增益也将越大。反射耦合单元的功能是将后向的能量向前方反射。

更进一步的，所述激励单元中的短路钉组包括第一、二短路钉组，其中第一短路钉组由多个短路钉呈直线排列，且该直线排列的第一短路钉组与并排且平行的各金属贴片辐射单元平行；

所述第二短路钉组由多个短路钉呈直线排列，该短路钉组与第一短路钉组垂直，形成一个T字形结构。

上下两个矩形金属贴片之间的与第一短路钉组平行的两个缝隙形成磁偶极子，并产生不同的谐振频率，扩展带宽。

更进一步的，所述上、下矩形金属贴片的形状相同且位置上下对称；所述第一、二矩形金属贴片的形状相同且位置上下对称。

更进一步的，所述第三短路钉组与激励单元中的第一短路钉组平行。

更进一步的，所述激励单元通过一个同轴接头馈电，其中同轴接头的中心馈针与上矩形金属贴片相连，同轴接头的外导体与下矩形金属贴片相连。

在实际制作过程中，上述四个金属贴片辐射单元，其中的矩形金属贴片尺寸大小，是根据不同单元实现的功能和磁偶极子八木天线的性能及匹配要求确定。

本发明与现有技术相比，有以下有益效果：磁偶极子天线是利用两个金属贴片之间的缝隙，形成磁流，产生和电偶极子辐射分布相同但是极化正交的辐射特性。本发明利用磁偶极子辐射单元构造八木天线，具有低剖面、频带宽、指向性好的特性。最重要的，是天线能够实现与天线所在平面垂直的极化特性。当天线要提供垂直极化特性时，天线处于平放状态，具有非常低的应用高度，能够提高天线的美观性和隐蔽性。本发明通过对磁偶极子天线与八木天线各自的优势融合，改善了天线的有效带宽，实现了低剖面的平面结构的指向性垂直极化辐射，并在一定程度上提高了天线的增益。

附图说明

图1为本发明在一个实施实例中的平面俯视示意图。

图2为本发明在一个实施实例中的正面立体结构示意图。

图3为本发明在一个实施实例中的一个金属贴片辐射单元的正面立体结构示意图。

图4为本发明在一个实施实例中的回波损耗示意图。

图5为本发明在一个实施实例中的天线辐射增益方向图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例

如图1、2所示，一种磁偶极子的八木天线包括四个相似的金属贴片辐射单元，具体包括一个激励单元和三个耦合单元；分别为反射耦合单元101，激励单元102，第一引向耦合单元103，第二引向耦合单元104。

四个金属贴片辐射单元印刷在3mm厚度的介质板201上，各金属贴片辐射单元平行设置在介质板上且相邻金属贴片辐射单元留有间隔，其排序依次为反射耦合单元101，激励单元102，第一引向耦合单元103，第二引向耦合单元104。

上述激励单元102包含上、下矩形金属贴片202和203，第一、二短路钉组204和205。其中，上、下金属贴片202和203为矩形贴片，大小、形状相同，位于介质板201的两面，位置上下对称。

第一短路钉组204由按直线排列的多个的短路钉组成，且第一短路钉组204与各金属贴片辐射单元平行方向垂直。第一短路钉组204将上、下矩形金属贴片202与203上下连通。两个金属贴片202和203之间的与短路钉组204平行的两个缝隙形成磁偶极子，并产生不同的谐振频率，扩展带宽。

第二短路钉组205，为按直线排列的多个短路钉组成，排列方式与第一短路钉组204垂直，形成一个T字形结构。

如图2所示，各耦合单元分别包括第一、二矩形金属贴片207、208以及第三短路钉组209。第一、二矩形金属贴片207与208大小、形状相同，位于介质板201的上下两面，位置上下对称。

第三短路钉组209为按直线排列的多个的短路钉组成，且与第一短路钉组204平行。第三短路钉组209将第一、二矩形金属贴片207与208上下连通。通过调节第一、二短路钉组204、205的相对位置，改善了天线阻抗匹配与增强了天线辐射的指向性。第二短路钉组205抑制了天线的后向辐射。

四个金属贴片辐射单元平行放置，且与第一短路钉组204平行。调节反射耦合单元101与激励单元102的间距以及反射耦合单元中的矩形金属贴片尺寸大小，将后向能量向引向耦合单元方向反射。而激励单元102与两个引向耦合单元的距离影响了天线的在引向单元方向的增益大小。其中反射单元101、第一引向耦合单元103与激励单元102间距分别约为11.5mm和17.5mm，两个引向单元间距约为9mm。

激励单元101通过一个同轴接头206馈电，其中同轴接头206的中心馈针与上金属贴片202相连，同轴接头的外导体与下金属贴片203相连。

图4为天线的回波损耗示意图，由图可知，天线的中心频率约为5.13GHZ。小于-10dB的频率范围约为4.94GHZ~5.18GHZ。

图5为天线辐射增益方向图，利用八木天线的端射作用，天线所在平面形成定向辐射的特性，此外，利用磁偶极子与电单极子正交的辐射特性，天线在所在平面上形成垂直极化辐射，垂直极化方向上的增益比水平极化方向上的增益大于20dB，使得天线能实现良好的垂直极化且具有好的指向性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种磁偶极子的八木天线，其特征在于：包括印刷在介质板上的四个并排且平行的金属贴片辐射单元，依次为反射耦合单元，激励单元，第一引向耦合单元，第二引向耦合单元，相邻金属贴片辐射单元留有间隔；

所述激励单元包括上、下矩形金属贴片和短路钉组；上、下矩形金属贴片分别位于介质板的上、下表面，且短路钉组将上、下矩形金属贴片连通；

所述反射耦合单元、第一引向耦合单元和第二引向耦合单元分别包括第一、二矩形金属贴片和第三短路钉组，第一、二矩形金属贴片分别位于介质板的上、下表面，且第三短路钉组将第一、二矩形金属贴片连通；

所述激励单元中的短路钉组包括第一、二短路钉组，其中第一短路钉组由多个短路钉呈直线排列，且该直线排列的第一短路钉组与并排且平行的各金属贴片辐射单元平行；

所述第二短路钉组由多个短路钉呈直线排列，该短路钉组与第一短路钉组垂直，形成一个T字形结构。

2.根据权利要求1所述的磁偶极子的八木天线，其特征在于：所述上、下矩形金属贴片的形状相同且位置上下对称。

3.根据权利要求1所述的磁偶极子的八木天线，其特征在于：所述第一、二矩形金属贴片的形状相同且位置上下对称。

4.根据权利要求3所述的磁偶极子的八木天线，其特征在于：所述第三短路钉组与激励单元中的第一短路钉组平行。

5.根据权利要求1所述的磁偶极子的八木天线，其特征在于：所述激励单元通过一个同轴接头馈电，其中同轴接头的中心馈针与上矩形金属贴片相连，同轴接头的外导体与下矩形金属贴片相连。