CN106450774A - 超宽带高增益八木天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超宽带高增益八木天线，其包括宽带折合振子激励单元、一分二微带功分器、第一引向单元、反射板；该宽带折合振子激励单元为采用导体片弯折成的矩形框结构；该矩形框的一侧长边中间断开形成馈电间隙，在馈电间隙处该导体片两端高度逐渐变小，形成锥销结构；该一分二微带功分器的输入端远离宽带折合振子激励单元，两输出端则通过金属柱分别连接该宽带折合振子激励单元的馈电间隙的两端；该第一引向单元为半波振子，其设置在宽带折合振子激励单元高度方向一侧，并与宽带折合振子激励单元平行；所述反射板设置在宽带折合振子激励单元高度方向另一侧，也与宽带折合振子激励单元平行；所述超宽带高增益八木天线的宽带折合振子激励单元采用双馈电点方案，以实现高增益，且选用折合振子，以获得较宽带宽和良好匹配。

Description

超宽带高增益八木天线

【技术领域】

本发明涉及一种无线通信天线设备与技术，特别是涉及超宽带高增益八木天线及其技术。

【背景技术】

长期以来，高增益天线一直是无线通信尤其是点对点定向通信的关键设备和技术瓶颈，因此始终是天线研究领域的重要课题。迄今为止，人们所发明的高增益天线种类繁多，常用或典型的高增益天线包括：抛物反射面天线(Parabolic Reflectors)、宇田-八木天线(Yagi-Uda Antennas)、电磁喇叭天线(EM Horn Antennas)、透镜天线(LensAntennas)、轴向模螺旋天线(Axial-mode Helix Antennas)、Fabry-Perot腔体天线、以及常规阵列天线(Array Antennas)。各种高增益天线都有各自适用的场景，比如抛物面天线具有很高的增益(>35dBi)，适合于微波、毫米波链路通信，但尺寸大、风载大；常规阵列天线，增益可在很大范围内灵活设计(通常在10～25dBi)，但馈电网络设计复杂、损耗大、成本高；轴向模螺旋为宽带圆极化天线，直径与波长成正比，不适合低频和线极化通信；透镜天线适合高频应用，且加工复杂、成本高；同样，Fabry-Perot腔体天线也适合于高频，但增益难以突破15dBi、且带宽较窄；电磁喇叭天线带宽宽、效率高，但体积大、重量重，不适合低频应用。

综上所述，各类高增益口径面天线增益与口径面积成正比，这种特性决定了其不适合低频应用。相比之下，八木天线具有窄波束、线极化、高效率、重量轻、风载小、结构简单、低成本等诸多优势，是一种适合低频高增益通信的理想天线类型。因此，自20世纪40年代发明以来，已广泛应用于短波、雷达、无线电测向、电子对抗、移动通信等领域。然而，单支八木天线的增益很难超过14dBi，即使增加更多引向振子也无法有效提升增益。若将多支八木天线组阵，则可显著提升增益，比如八木雷达天线。然而，这需要设计复杂的馈电网络，尺寸和成本都将大大增加。另外，八木天线的带宽较窄，阻抗带宽和增益带宽通常低于18％和15％。因此，改善增益和增加带宽是八木天线性能提升的两个重要方向，这将使这种经典天线的应用领域进一步拓展，焕发出崭新的光彩。

【发明内容】

本发明旨在为点对点定向通信提供一种超宽带、高增益、高前后比、低旁瓣、高交叉极化比、高效率，以及小型化、低风载、低成本的超宽带高增益八木天线，并为双极化八木天线和八木阵列天线的优化设计和性能改进提供有益的参考方法。

为实现本发明目的，提供以下技术方案：

本发明提供一种超宽带高增益八木天线，其包括宽带折合振子激励单元、一分二微带功分器、第一引向单元、反射板。该宽带折合振子激励单元为采用导体片弯折而成的矩形框结构，该矩形框结构的一侧长边中部断开形成馈电间隙，在馈电间隙处该导体片两端高度逐渐变小，形成锥销结构；该一分二微带功分器的输入端远离宽带折合振子激励单元，两输出端则通过金属柱分别连接该宽带折合振子激励单元的馈电间隙的两端；该第一引向单元为半波振子，其设置在宽带折合振子激励单元高度方向一侧，并与宽带折合振子激励单元平行；所述反射板设置在宽带折合振子激励单元高度方向另一侧，也与宽带折合振子激励单元平行。所述超宽带高增益八木天线的宽带折合振子激励单元采用双馈电点方案，以实现高增益，且选用折合振子，以获得较宽带宽和良好匹配。

优选的，该超宽带高增益八木天线进一步包括在第一引向单元外侧依次放置的第二至第N(N≥2)个引向单元；所述引向单元之间平行设置，相邻引向单元间距约四分之一波长左右。

优选的，该第一引向单元设置在宽带折合振子激励单元高度方向一侧距离其中心约四分之一波长处。

优选的，该反射板设置在宽带折合振子激励单元高度方向另一侧距离其中心约四分之一波长处，反射长宽均大于宽带折合振子激励单元。

优选的，该宽带折合振子激励单元的矩形框结构的宽长比为0.25～0.45。

优选的，在矩形框宽边中部对称加载一对短桩，短桩垂直于宽边朝外突出。

优选的，该一分二微带功分器的两支路各节线宽相等、长度则相差约半个导波波长，两支路均设计成多节四分之一波长阻抗变换器。

优选的，其进一步包括保护腔体，该一分二微带功分器设置在保护腔体内，该保护腔体为封闭盒状结构，在保护腔体在前侧壁设有侧壁孔，在后端壁设有端壁孔；该一分二微带功分器的信号层和地层与保护腔体两侧内壁平行，且信号层与腔体内壁相隔一定的距离，天线中的馈电电缆(50Ω馈电电缆)自保护腔体后端壁孔伸入保护腔体内部后，与一分二微带功分器的微带馈线的输入端连接；该宽带折合振子激励单元馈电端从保护腔体前侧壁孔伸入内部，并通过金属柱与一分二微带功分器输出端连接，馈电金属柱距功分器输出端末端有一定的距离。

优选的，其进一步包括水平设置的支撑横杆，该支撑横杆为金属杆；该宽带折合振子激励单元、第一引向单元、第二至第N个引向单元、保护腔体、反射板垂直固定于该支撑横杆；该保护腔体部分地嵌入到支撑横杆中，并且在反射板上开一矩形孔，该保护腔体尾端从矩形孔中穿过；天线增益越高，引向单元数量越多。

优选的，该一分二微带功分器的较长的支路馈线进行几何弯折，两支路的末端开路、相互对称且彼此隔离。

优选的，保护腔体前侧壁孔尺寸大于宽带折合振子激励单元的馈电端高度和宽度，以保证振子不短路。

优选的，引向单元比宽带折合振子激励单元短，反射板尺寸比宽带折合振子激励单元大。

优选的，相邻两引向单元后一个长度不大于前一个引向单元，即第N引向单元长度小于或等于第N-1个引向单元。

优选地，所述超宽带高增益八木天线的一分二微带功分器，较长的支路馈线进行几何弯折以缩减尺寸。

优选地，所述超超宽带高增益八木天线的宽带折合振子激励单元、引向单元、反射板、保护腔体和支撑杆的制作材料选用金属良导体，如紫铜(纯铜)、合金铜(如黄铜)、纯铝等。

优选地，所述超超宽带高增益八木天线的一分二微带功分器采用PCB印制工艺加工，基板材料选用FR4，Taconic、Rogers和Arlon等常见介质板材。

本发明超宽带高增益八木天线的设计方法包括以下步骤：

步骤一，建立空间直角坐标系；

步骤二，构造宽带折合振子激励单元：在YOZ平面，顺着Z轴方向画一个长矩形，Y轴为宽度方向，长度大于宽度，宽长比为0.25～0.45，左侧或右侧长边中心断开形成间隙。然后，长矩形沿X轴方向拉伸成一定高度的矩形框，再将其沿宽度方向加厚成导体薄片，然后让矩形框的高度在靠近馈电间隙处逐渐锥销，形成馈电间隙。最后，在矩形框宽边中心对称加载一对短桩；

步骤三，构造一分二微带功分器：在XOZ平面，顺着步骤二的矩形框高度方向，构造一个一分二微带功分器。一分二微带功分器的输入端远离宽带折合振子激励单元，两输出端则通过金属柱分别连接宽带折合振子激励单元的长边中心馈电间隙的两端；两支路各节线宽相等、长度则相差约半个导波波长，从而保证两输出端信号等幅反相(相位相差180°)，以实现天线的高增益；

步骤四，构造保护腔体：为使天线能适应恶劣工作环境，将功分板放置在一个封闭金属腔体内部保护起来。同时，分别在腔体后端及前端两侧开孔，以便馈电电缆和折合振子的馈电端穿入；

步骤五，放置第一引向单元：在宽带折合振子激励单元高度方向一侧距离其中心约四分之一波长处，放置一个与宽带折合振子激励单元平行、长度略短的常规半波振子作为引向单元；

步骤六，放置反射板：在步骤五的宽带折合振子激励单元高度方向另一侧，距离其中心约四分之一波长处，放置一块长宽均大于宽带折合振子激励单元的反射板；

步骤七，放置剩余引向单元：在第一引向单元外侧依次放置第二至第N(N≥2)个引向单元，它们均与第一引向单元及宽带折合振子激励单元平行，相邻引向单元间距约四分之一波长左右；

步骤八，添置支撑横杆：沿X轴方向(水平方向)放置一根支撑横杆，本实施例中该支撑横杆为金属杆，将上述步骤中的宽带折合振子激励单元、第一引向单元、第二至第N个引向单元、保护腔体、反射板垂直固定于支撑横杆，使得天线在结构上形成一个整体；

步骤九，固定保护腔体：为了更好优化天线结构，支撑横杆上设置矩形槽，将保护腔体部分地嵌入到支撑横杆矩形槽中，并且在反射板上开一矩形孔，以便保护腔体尾端能从中穿过；

步骤十，连接馈电电缆：将50Ω同轴电缆自保护腔体尾端孔伸入保护腔体内部后，与一分二微带功分器的微带馈线的输入端连接。

本发明的积极进步效果在于，通过采取下列措施：1)设计超宽带高增益折合振子激励单元，即为矩形框选择合适的长宽比值，一侧长边的中间间隙处高度进行锥销，宽边中心加载竖直短桩；2)设计一分二微带功分器，两支路设计成多节四分之一波长阻抗变换器，且它们的馈线长度相差半个导波波长，微带馈线弯折处适当切角；3)为微带功分器设计金属保护腔体；4)优化各引向器长度及间距；5)优化反射板的形状、尺寸及位置，获得了较常规方案显著的性能提升：一、阻抗带宽大大展宽，高达27.5％，实现了超宽带工作(≥25％)，而常规方案的带宽通常小于18％；二、带内增益显著提高，高达17dBi，较常规方案提升了3dBi，且3dBi增益带宽增加了近一倍；三、更优的前后比，带内前后比大于14.6dB；四、更低的旁瓣电平，带内旁瓣电平优于-10dB；五、较高的效率，带内效率大于85％；六、更紧凑和合理的结构设计，保护腔体使得可靠性大大改善。

本发明的超宽带高增益八木天线，在1.70-2.243GHz频带内实现了：1、超宽阻抗带宽(VSWR≤2.0,BW＝27.5％)；2、显著的增益提升，带内增益高于13.80dBi，最高达到17.01dBi，仅低频较窄频带内增益稍低，高频段则均高于15dBi，3dBi增益带宽为27.04％，几乎与阻抗带宽27.5％相当；3、理想的波束形状，带内E/H-面半功率波束宽度相等，变化范围为HPBW＝22°～35°；4、较好的前后比，带内FTBR大于14.6dB，最高达到38dB；5、较低的旁瓣电平，带内E面归一化SLL小于-10dB，最低达到-21dB；6、较高的效率，带内效率大于85％；7、低风载和高可靠性，适合室外定向通信；8、结构简单，低成本，适合批量生产。

综上所述，本发明摒弃了单靠施加众多引向单元实现高增益的常规思路，独特地采用双馈折合振子馈源、设置较多引向单元和合适的反射板，通过提高激励单元的增益和带宽以实现整支八木天线增益和带宽改善。具体实施方式如下：一、设计宽带增益改善激励单元，半波折合振子馈源采用等幅反相的一分二功分器两点馈电；二、设置引向器，在激励单元前方依次放置N个与折合振子平行的引向单元，并适当选择单元长度和彼此间距；三、放置反射板，在激励单元正后方约四分之一波长处，放置一尺寸大于半波长的方形或圆形反射板。采用上述措施，本发明实现了八木天线在1.70-2.243GHz频段(LTE+WCDMA+UMTS)良好的阻抗匹配(VSWR≤2.0，BW＝27.5％)、高增益(G＝13.80-17.01dBi)、高前后比(FTBR≥14.6dB)、低旁瓣(SLL≤-10dB)、高交叉极化比(XPD≥35dB)、较高效率(η_A≥85％)，以及低风载和高可靠性，是一种适合远距离点对点通信的理想天线方案。另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、实现简单、低成本、适合批量生产等特点，是取代常规八木天线的优选方案，而且对于双极化八木天线和八木阵列天线的设计和改进也是适用和有效的。

【附图说明】

图1为天线模型所采用的直角坐标系定义的示意图；

图2～5为本发明超宽带高增益八木天线的宽带折合振子激励单元模型的构建过程图，其中图2表示缺口矩形构建，图3表示缺口矩形拉伸为矩形框，图4表示缺口矩形框加厚并将缺口处锥销，图5表示在缺口切角矩形框的宽边中间加载一对竖直短桩；

图6为本发明超宽带高增益八木天线的一分二微带功分器的正视图；

图7为本发明超宽带高增益八木天线的一分二微带功分器的侧视图；

图8为本发明超宽带高增益八木天线的功分器保护腔体的正视图；

图9为本发明超宽带高增益八木天线的功分器保护腔体的仰视图；

图10为本发明超宽带高增益八木天线的功分器保护腔体的右视图；

图11为本发明超宽带高增益八木天线的的功分器置于保护腔体内部的模型图；

图12为本发明超宽带高增益八木天线的的宽带折合振子激励单元与一分二微带功分器及保护腔体的装配右视图；

图13为本发明超宽带高增益八木天线的的宽带折合振子激励单元与一分二微带功分器及保护腔体的装配正视图；

图14为本发明超宽带高增益八木天线的的宽带折合振子激励单元与一分二微带功分器及保护腔体的装配俯视图；

图15为本发明超宽带高增益八木天线的宽带折合振子激励单元与一分二微带功分器及保护腔体的装配立体图；

图16为本发明超宽带高增益八木天线的带第一引向单元部分模型正视图；

图17为本发明超宽带高增益八木天线的带第一引向单元部分模型俯视图；

图18为本发明超宽带高增益八木天线的带第一引向单元部分模型侧视图；

图19为本发明超宽带高增益八木天线的带第一引向单元和反射板的部分模型正视图；

图20为本发明超宽带高增益八木天线的带第一引向单元和反射板的部分模型右视图；

图21为本发明超宽带高增益八木天线的带N个引向单元和反射板的部分模型正视图；

图22为本发明超宽带高增益八木天线的带N个引向单元和反射板的部分模型俯视图；

图23为本发明超宽带高增益八木天线的各部件的整体装配图；

图24为本发明超宽带高增益八木天线的完整几何模型正视图；

图25为本发明超宽带高增益八木天线的完整几何模型俯视图；

图26为本发明超宽带高增益八木天线的完整几何模型右视图；

图27为超宽带高增益八木天线的输入阻抗Z_in曲线；

图28为超宽带高增益八木天线的反射系数|S₁₁|曲线；

图29为超宽带高增益八木天线的驻波比VSWR曲线；

图30～34为超宽带高增益八木天线各频点的E-面(竖直面)和H-面(水平面)的增益方向图；图30、31、32、33、34分别表示f₁＝1.70GHz、f₂＝1.88GHz、f₃＝1.92GHz、f₄＝2.06GHz和f₅＝2.243GHz；

图35为超宽带高增益八木天线各频点的E-面(竖直面)和H-面(水平面)半功率波束宽度HBPW随频率f变化特性；

图36为超宽带高增益八木天线的增益G随频率f变化特性；

图37为超宽带高增益八木天线的前后向比FTBR随频率f变化特性；

图38超宽带高增益八木天线的E-面交叉极化比XPD随频率f变化特性；

图39超宽带高增益八木天线的E-面归一化旁瓣电平SLL随频率f变化特性；

图40为超宽带高增益八木天线的的效率η_A随频率f变化曲线。

本文附图是用来对本发明的进一步阐述和理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施例一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制或限定。

【具体实施方式】

下面结合附图给出发明的较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。这里，将给出相应附图对本发明进行详细说明。需要特别说明的是，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用于限制或限定本发明。

本发明旨在为点对点定向通信提供一种超宽带、高增益、高前后比、低旁瓣、高交叉极化比、高效率，以及小型化、低风载、低成本的八木天线，并为双极化八木天线和八木阵列天线的优化设计和性能改进提供有益的参考方法。

请参阅图1～26，本发明超宽带高增益八木天线实施例的设计方法包括以下步骤：

步骤一，建立空间直角坐标系，见图1；

步骤二，构造宽带折合振子激励单元1：在YOZ平面，顺着Z轴方向画一个长矩形，Y轴为宽度方向，长度大于宽度，宽长比为0.25～0.45，左侧或右侧长边中心断开形成间隙；然后，长矩形沿X轴方向拉伸成一定高度的矩形框，再将其沿宽度方向加厚成导体薄片，然后让矩形框的高度在靠近馈电间隙处逐渐锥销，形成馈电间隙11，如图4所示；最后，在矩形框宽边中心对称加载一对短桩12，见图5加载短桩12的示意图；

步骤三，构造一分二微带功分器2：在XOZ平面，顺着步骤二的矩形框高度方向，构造一个等幅反相的一分二微带功分器2，一分二微带功分器的输入端23远离宽带折合振子激励单元1，两输出端则通过金属柱25分别连接宽带折合振子激励单元1的长边中心馈电间隙11的两端；两支路各节线宽相等、长度则相差约半个导波波长，从而保证两输出端信号等幅反相(相位相差180°)，以实现天线的高增益，见图6、7；

步骤四，构造保护腔体3：为使天线能适应恶劣工作环境，将功分板放置在一个封闭金属腔体内部保护起来。同时，分别在腔体后端及前端两侧开孔，以便馈电电缆和折合振子的馈电端穿入，见图8、9、图11；

步骤五，放置第一引向单元40：在宽带折合振子激励单元高度方向一侧距离其中心约四分之一波长处，放置一个与宽带折合振子激励单元平行、长度略短的常规半波振子，作为第一个引向单元，见图16、17、18；

步骤六，放置反射板5：在步骤五的宽带折合振子激励单元高度方向另一侧，距离其中心约四分之一波长处，放置一块长宽均大于宽带折合振子激励单元的反射板5，见图19、20；

步骤七，放置剩余引向单元：在第一引向单元外侧依次放置第二至第N(N≥2)个引向单元41、42……4N，它们均与第一引向单元及宽带折合振子激励单元平行，相邻引向单元间距约四分之一波长左右，请参阅图21、22；

步骤八，添置支撑横杆6：沿X轴方向(水平方向)放置一根支撑横杆6，本实施例中该支撑横杆为金属杆，将上述步骤中的宽带折合振子激励单元1、第一引向单元40、第二至第N个引向单元41、42……4N、保护腔体3、反射板5垂直固定于支撑横杆6，使得天线在结构上形成一个整体，请参阅图23；

步骤九，固定保护腔体：为了更好优化天线结构，支撑横杆6上设置矩形槽610，将保护腔体部分地嵌入到支撑横杆6中，并且在反射板5上开一矩形孔52，以便保护腔体尾端能从中穿过，请参阅图23、24、25、26；

步骤十，连接馈电电缆7：将50Ω同轴电缆自保护腔体尾端孔伸入保护腔体3内部后，与一分二微带功分器2的微带馈线的输入端23连接，请参阅图24。

建模所得的超宽带高增益八木天线实施例，其包括宽带折合振子激励单元1、一分二微带功分器2、第一引向单元40、第二至第N(N≥2)个引向单元41、42……4N、反射板5、保护腔体3和支撑横杆6；该宽带折合振子激励单元1为采用导体片所做成的矩形框结构，该矩形框结构的一侧长边中间断开形成馈电间隙11，在馈电间隙11处该导体片两端高度逐渐变小，形成锥销结构；该一分二微带功分器2的输入端23远离宽带折合振子激励单元1，两输出端22则通过金属柱25分别连接该宽带折合振子激励单元1的馈电间隙11的两端；该第一引向单元为半波振子，其设置在宽带折合振子激励单元1高度方向一侧，并与宽带折合振子激励单元1平行；所述反射板5设置在宽带折合振子激励单元1高度方向另一侧，并与宽带折合振子激励单元1平行，该反射板5四角设有切角结构51；在宽带折合振子激励单元1矩形框宽边中段对称加载一对短桩12，短桩12垂直于宽边朝外突出。所述超宽带高增益八木天线的宽带折合振子激励单元1采用双馈电点方案，以实现高增益，且选用折合振子，以获得较宽带宽和良好匹配。该宽带折合振子激励单元1的矩形框结构的宽长比为0.25～0.45。引向单元比宽带折合振子激励单元短，反射板尺寸比宽带折合振子激励单元大。

该第二至第N(N≥2)个引向单元依次设置在第一引向单元外侧依，增益越高，引向单元数量越多；所述引向单元相互平行放置，相邻引向单元间距约四分之一波长左右；该第一引向单元设置在宽带折合振子激励单元高度方向一侧距离其中心约四分之一波长处；该反射板设置在宽带折合振子激励单元1高度方向另一侧距离其中心约四分之一波长处，反射长宽均大于宽带折合振子激励单元。相邻两引向单元后一个长度不大于前一个引向单元，即第N个引向单元长度小于或等于第(N-1)个引向单元。

该一分二微带功分器2的两支路各节线宽相等、长度则相差约半个导波波长，两支路均设计成多节四分之一波长阻抗变换器，较长的支路馈线进行几何弯折以缩减尺寸。

该一分二微带功分器2设置在保护腔体3内，该保护腔体3为封闭盒状结构，在保护腔体在前侧壁33设有侧壁孔34，在后端壁设有端壁孔36；该一分二微带功分器的信号层和地层与保护腔体两侧内壁平行，且信号层与腔体内壁相隔一定的距离；天线的馈电电缆(50Ω馈电电缆)自保护腔体后端壁孔36伸入保护腔体3内部后，与一分二微带功分器2的微带馈线的输入端23连接；该宽带折合振子激励单元馈电端从保护腔体前侧壁孔伸入内部，并通过金属柱25与一分二微带功分器输出端22连接，馈电金属柱距功分器输出端末端有一定距离；该一分二微带功分器2较长的支路馈线26进行几何弯折，两支路的输出端末端24开路、相互对称且彼此分隔。保护腔体侧壁孔34尺寸大于宽带折合振子激励单元1的馈电端高度和宽度，以保证振子不短路。

该宽带折合振子激励单元1、第一引向单元、第二至第N个引向单元、保护腔体、反射板垂直固定于水平设置的支撑横杆6，该支撑横杆为金属杆，该支撑横杆6上设置有第一至第N+1固定孔60、61、62……6N，以固定第一引向单元40、第二至第N(N≥2)个引向单元41、42……4N，该支撑横杆6上还设置有矩形槽610，该保护腔体3部分地嵌入到支撑横杆矩形槽610中，并且在反射板上开一矩形孔52，以便该保护腔体3尾端从矩形孔52中穿过。

所述超超宽带高增益八木天线的宽带折合振子激励单元、引向单元、反射板、保护腔体和支撑杆的制作材料选用金属良导体，如紫铜(纯铜)、合金铜(如黄铜)、纯铝等。所述超宽带高增益八木天线的一分二微带功分器采用PCB印制工艺加工，基板材料选用FR4，Taconic、Rogers和Arlon等常见介质板材。

图27为超宽带高增益八木天线的输入阻抗Z_in曲线；其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是阻抗Z_in，单位为Ω；实线表示实部R_in，虚线表示虚部X_in。由图知，在1.70-2.2GHz频带内，实部和虚部变化范围分别为：+25～+50Ω和-15～+15Ω，具有明显的宽带阻抗特性。

图28为超宽带高增益八木天线的反射系数|S₁₁|曲线；其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是S₁₁的幅度|S₁₁|，单位为dB。由图知，天线实现了超宽带阻抗匹配(1.70-2.243GHz,，543MHz，BW＝27.5％，|S₁₁|≤-10dB)。

图29为超宽带高增益八木天线的驻波比VSWR曲线；其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是VSWR。由图知，天线实现了超宽带阻抗匹配(1.70-2.243GHz,，543MHz，BW＝27.5％，VSWR≤2.0)。

图30～34为超宽带高增益八木天线各频点的E-面(竖直面)和H-面(水平面)的增益方向图；图30、31、32、33、34分别表示f₁＝1.70GHz、f₂＝1.88GHz、f₃＝1.92GHz、f₄＝2.06GHz和f₅＝2.243GHz。其中，实线表示E-面，虚线表示H-面。由图知，带内各频点波束均较窄，且E-面和H-面方向图几乎重合。

图35为超宽带高增益八木天线各频点的E-面(竖直面)和H-面(水平面)半功率波束宽度HBPW随频率f变化特性；其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是波束宽度，单位是度(deg)。由图知，带内半功率波宽HPBW＝22°～35°，且E/H-面半功率波束宽度完全一样。

图36为超宽带高增益八木天线的的最大增益随频率f变化特性；其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是增益，单位是dBi。由图知，带内增益变化范围为G＝13.80-17.01dBi，3dB增益带宽为27.04％(1.711-2.24GHz,G＝14-17dBi)。

图37为超宽带高增益八木天线的前后向比FTBR随频率f变化特性；其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是FTBR，单位是dB。由图知，整个阻抗带宽内FTBR≥14.6dB，绝大部分频段FTBR≥17.5dB，说明天线具有良好的前向辐射能力。

图38超宽带高增益八木天线的E-面交叉极化比XPD随频率f变化特性；其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是XPD，单位是dB。由图知，整个阻抗带宽内XPD≥34dB，大部分频段XPD≥40dB，说明天线具有极高的线极化纯度。

图39超宽带高增益八木天线的E-面归一化旁瓣电平SLL随频率f变化特性；其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是归一化SLL，单位是dB；实线表示上旁瓣，虚线表示下旁瓣。由图知，整个阻抗带宽内E面归一化SLL≤-10dB，大部分频段SLL≤-12dB，最低达到-21dB，说明天线在E面具有较低的旁瓣电平。

图40为超宽带高增益八木天线的的效率η_A随频率f变化曲线；其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是效率。由图知，整个带内，天线效率η_A≥85％(最高达98.5％)，具有较高效率。

表I为超宽带高增益八木天线的主要辐射特性。由表1知，整个频带内增益高于13.80dBi，最高达到17.01dBi，仅低频较窄频带内增益稍低，高频段则均高于15dBi，3dBi增益带宽为27.04％，几乎与阻抗带宽27.5％相当；带内E/H-面半功率波束宽度相等，变化范围为HPBW＝22°～35°；带内前后比FTBR大于14.6dB，最高达到38dB；带内E面归一化旁瓣电平小于-10dB，最低达到-21dB。

表I.超宽带高增益八木天线的主要辐射特性

以上仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制或限定本发明。对于本领域的研究或技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明所声明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超宽带高增益八木天线，其特征在于，其包括宽带折合振子激励单元、一分二微带功分器、第一引向单元、反射板，该宽带折合振子激励单元为采用导体片所做成的矩形框结构；该矩形框结构的一侧长边中间断开形成馈电间隙，在馈电间隙处该导体片两端高度逐渐变小，形成锥销结构；该一分二微带功分器的输入端远离宽带折合振子激励单元，两输出端则通过金属柱分别连接该宽带折合振子激励单元的馈电间隙的两端；该第一引向单元为半波振子，其设置在宽带折合振子激励单元高度方向一侧，并与宽带折合振子激励单元平行；所述反射板设置在宽带折合振子激励单元高度方向另一侧，也与宽带折合振子激励单元平行。

2.如权利要求1所述的超宽带高增益八木天线，其特征在于，该第一引向单元设置在宽带折合振子激励单元高度方向一侧距离其中心四分之一波长处；该反射板设置在宽带折合振子激励单元高度方向另一侧距离其中心四分之一波长处，反射板长宽均大于宽带折合振子激励单元，该第一引向单元比宽带折合振子激励单元短。

3.如权利要求2所述的超宽带高增益八木天线，其特征在于，其进一步包括在第一引向单元外侧依次放置的第二至第N个引向单元，其中N≥2；所述引向单元之间相互平行放置，相邻引向单元间距约四分之一波长，相邻两引向单元后一个长度小于或等于前一个引向单元。

4.如权利要求3所述的超宽带高增益八木天线，其特征在于，在矩形框宽边中段对称加载一对短桩。

5.如权利要求1所述的超宽带高增益八木天线，其特征在于，该宽带折合振子激励单元的矩形框结构的宽长比为0.25～0.45。

6.如权利要求1所述的超宽带高增益八木天线，其特征在于，该一分二微带功分器的两支路各节线宽相等、长度则相差半个导波波长，且两者均设计成多节四分之一波长阻抗变换器。

7.如权利要求1所述的超宽带高增益八木天线，其特征在于，其进一步包括保护腔体，该一分二微带功分器设置在保护腔体内，该保护腔体为封闭盒状结构，在保护腔体在侧壁设有侧壁孔，在端壁设有端壁孔。

8.如权利要求7所述的超宽带高增益八木天线，其特征在于，该一分二微带功分器的信号层和地层与保护腔体两侧内壁平行，且信号层与腔体内壁相隔一定的距离，天线的馈电电缆自保护腔体端壁孔伸入保护腔体内部后，与一分二微带功分器的微带馈线的输入端连接；该宽带折合振子激励单元馈电端从保护腔体侧壁孔伸入内部，并通过金属柱与一分二微带功分器输出端连接，保护腔体侧壁孔尺寸大于宽带折合振子激励单元的馈电端高度和宽度。

9.如权利要求1～8任一项所述的超宽带高增益八木天线，其特征在于，其进一步包括水平设置的支撑横杆，该支撑横杆为金属杆；该宽带折合振子激励单元、第一引向单元、第二至第N个引向单元、保护腔体、反射板垂直固定于该支撑横杆；该支撑横杆上设置矩形槽，该保护腔体部分地嵌入到支撑横杆矩形槽中，并且在反射板上开一矩形孔，该保护腔体尾端从矩形孔中穿过。

10.如权利要求1～8任一项所述的超宽带高增益八木天线，其特征在于，该一分二微带功分器的较长的支路馈线进行几何弯折，两支路的末端开路、相互对称且彼此隔离。