CN107611587B

CN107611587B - 一种低剖面超宽带高增益定向天线及其制备方法

Info

Publication number: CN107611587B
Application number: CN201710886520.0A
Authority: CN
Inventors: 李道铁; 吴中林; 刘木林
Original assignee: Tongyu Communication Inc
Current assignee: Tongyu Communication Inc
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2023-08-08
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: CN107611587A

Abstract

本发明提供一种低剖面超宽带高增益定向天线及其制备方法。该天线包括振子，所述振子包括对称的上、下两臂。所述振子为网格状振子，每一振子臂包括两个左右对称的网格状菱形框；所述上下两臂的四个网格状菱形框的各自一个顶点连接在一起而形成振子中心，各网格状菱形框自振子中心朝外张开而互不相连。本发明的天线的带宽可展宽至逾75.86%，剖面高度降低达25%，增益提高达2~3dBi，可满足微基站天线超宽带、定向性和低剖面的要求；也是一种非常适合未来5G蜂窝移动通信的小型化低剖面超宽带高增益定向Small cell天线。

Description

一种低剖面超宽带高增益定向天线及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种移动通信微基站天线设备与技术，特别是涉及一种低剖面超宽带高增益定向天线及其制备方法。

背景技术

随着宏蜂窝部署区域扩大、密度增加，国土范围内已基本实现无线信号连续广域覆盖。然而，受限于安装位置、覆盖范围以及系统容量，宏蜂窝难以满足高数据传输、精确和深度覆盖要求，而且尺寸大、选址难、成本高。相比之下，微基站具有尺寸小、剖面低、易安装、隐蔽性强、低成本等优势，适合用户密集场景的局域高速数据业务。这类基站天线普遍具备较高增益（8-12dBi）、宽波束（水平波宽65^o、90^o或以上）、MIMO化等特点，以覆盖较大区域、服务较多用户，从而获得良好覆盖效果和较佳经济性。由于低剖面、平面化的要求，常规交叉振子方案距地板约四分之一波长的特性，使其不适合尤其是低频微基站。目前，微基站主要有微带贴片、PIFA（Planar Inverted-F）、顶部加载单极子等天线类型。微带贴片天线，剖面高度低（常小于0.1倍波长），但带宽很窄、增益偏低，拓展带宽必将以剖面增高为代价；PIFA天线，系微带贴片天线的变种，但尺寸缩减近一半，增益降低近3dBi，交叉极化恶化；顶部加载单极子天线，带宽较宽，增益较低，且方向图为全向而非定向。

为了满足日益增长的流量需求，5G在现有频段基础上规划了新的频谱资源，如3.5G频段。如此以来，现有LTE频段1710-2700MHz将往高频方向扩展至3800MHz频段，相对带宽将达到75.86%，较原来展宽31%。如此大的带宽，即使常规宽带振子也难以实现，更不用说上述三种带宽指标并不突出的方案了。再加上定向辐射和低剖面这两个要求，现几乎没有任何可行的设计方案。各类常见的超宽带天线，如胖块振子天线、平面自补天线、平面螺旋天线等，当距离金属板远小于0.25倍波长时，宽带特性将显著变差，增益也将减小。另外，近年人们发明了一种叫EBG的电磁带隙结构，可使天线离地板距离显著减小，但它具有典型的谐振特性，同样会使带宽大大减小。

发明内容

本发明解决的主要技术问题在于：提供一种低剖面超宽带高增益定向天线，以解决现有天线无法满足宽频带、定向辐射、低剖面的特性。

本发明进一步解决的技术问题在于：提供一种低剖面超宽带高增益定向天线的制备方法，以解决现有技术的方法无法获得一种同时能满足宽频带、定向辐射、低剖面特性的天线的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种低剖面超宽带高增益定向天线，包括振子，所述振子包括对称的上、下两臂。所述振子为网格状振子，每一振子臂包括两个左右对称的网格状菱形框；所述上下两臂的四个网格状菱形框的各自一个顶点连接在一起而形成振子中心，各网格状菱形框自振子中心朝外张开而互不相连。

进一步地，所述振子为网格状蝙蝠翼振子；所述每一网格状菱形框包括一个作为外部框体的菱形导体框以及在菱形导体框内设置的相互交错的导体栅格；所述菱形导体框与内部的导体栅格为一体结构；所述导体栅格是由导体条交织成网格形状。

进一步地，各菱形导体框的对角线位于±45^o方向；所述导体栅格在菱形导体框内沿±45^o方向设置；导体栅格的网格形状为方形、三角形、多边形中的一种或几中的混合型。

进一步地，每一臂的两个网格状菱形框共面，整个振子上下、左右均对称，每个网格状菱形框的边长为(0.3~0.4)×λ _L，其中λ _L为最低频率波长；所述网格状菱形框的顶点形成有倒角。

进一步地，网格状振子背部加载有导体背脊；网格状振子的背部还加载有导体短桩；在所述振子后方设置反射板；所述网格状振子加载有短路导体柱，所述短路导体柱将振子短路连接至所述反射板；所述反射板为金属板；所述上、下两臂的四个网格状菱形框排列形成振子四边形，与振子中心位于同一对角线上的角点形成振子四边形的四个角点；所述网格状振子用50Ω同轴电缆馈电，电缆内外导体分别连接振子两臂位于振子中心的端点。

进一步地，所述导体背脊设置于振子网格状菱形框内侧边缘的背部；所述导体背脊为梯形，自振子中心由内往外，宽度逐渐减小；所述导体短桩自振子的角点竖直向下地朝反射板延伸；所述反射板的截面为倒梯形，形成一个凹龛将振子下部半包围起来；所述短路导体柱位于网格状菱形框的网格交点处，且延伸至反射板的底部内侧。

进一步地，所述导体背脊厚度不变，所述导体背脊的底边与网格状菱形框内侧边缘对齐；所述导体短桩自振子四边形的四个角点竖直向下地朝反射板延伸；短路导体柱对称分布于振子两臂的左右部分，总数至少4个；所述振子四边形的四个角点形成倒角。

进一步地，所述导体背脊加载于振子四个网格状菱形框与振子中心连接的8个边长的背部；所述反射板的底部位于网格状振子背面距离(0.10~0.15)×λ _L处，其中λ _L为最低频率波长，顺着振子方向放置，其两侧边缘朝上张开成倒梯形，且顶部位置高于振子平面或与振子平面齐平；导体短桩朝下延伸 (0.02~0.10)×λ _L的长度。

本发明进一步提供一种制备低剖面超宽带高增益定向天线的方法，包括以下步骤：

步骤一，建立空间XOY直角坐标系；

步骤二，构造网格状振子：在XOY平面第一象限，先构造一个菱形导体框，并在导体框内设置一组相互交错的导体栅格；以Y轴为对称轴进行镜像复制，左右两部分仅在相邻导体框的底部相连，顶部则朝外张开而互不相连，构成偶极子的上臂；再以X轴为对称轴进行镜像复制，构成网格状振子的上下两臂，并在两臂中心位置处馈电；

步骤三，振子加载导体背脊和导电短桩：在步骤二的网格状振子背部，分别加载一条梯形导体背脊，并在振子的角点加载一节竖直朝下的导体短桩；

步骤四，背置倒梯形地板：在步骤三的振子后方，顺着振子方向设置一个截面为倒梯形的金属板，用作天线地板或反射板，形成一个凹龛将振子下部半包围起来，两侧边缘外倾且高于振子平面或与振子平面齐平；

步骤五，振子加载短路柱：在步骤三振子内部网格的导体条交叉处，设置一组金属柱，将振子短路到步骤四的倒梯形地板；

步骤六，同轴电缆馈电：在步骤五的网格状振子两臂中心的馈电点，连接一根50Ω同轴电缆，电缆内外导体分别连接振子两臂位于振子中心的端点。

进一步地，制造网格状振子的导体采用钣金、冲压、压铸、3D打印、LDS工艺加工中的一种，其中钣金、冲压、压铸、或3D打印工艺进一步包括电镀处理。

本发明取得的有益效果：

本发明通将振子外形设计成独特的菱形，在振子内部构造交错的网格状；网格振子对称双臂的每一臂，由两个左右对称、底部相连、顶部张开的网格状菱形框构成，从而将天线的带宽展宽至逾75.86%，剖面高度降低达25%，增益提高达2~3dBi，可满足微基站天线超宽带、定向性和低剖面的要求。也是一种非常适合未来5G蜂窝移动通信的小型化低剖面超宽带高增益定向Small cell天线。

另外，本发明的制备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，是适合小型化、超宽带、低剖面、高增益微基站的优选方案，而且对于超宽带、双极化、高增益振子阵列的设计和改进也是适用和有效的。

更进一步地，本发明的天线具有以下电性能：

一、超宽带宽，完全覆盖1.71-3.80GHz频段，带宽超过75.68%（VSWR≤2.29）；

二、较高增益，带内增益为9.83~11.77dBi，波动范围小于2dBi，具有较好的平坦性；

三、一致定向性，带内最大辐射始终指向正前方，主瓣没有凹陷，也无旁瓣；

四、高交叉极化，带内的交叉极化比XPD优于-45dB；

五、高前后比，前向辐射特性好，带内FTBR大于23dB；

六、高效率，带内效率大于85%，最高接近100%；

七、小型化和低剖面，长宽和剖面高度可分别小于0.32⋅λ _L和0.11⋅λ _L；

八、馈电简单，可直接用50电缆馈电。

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明实施例天线模型所采用的直角坐标系定义的示意图。

图2是本发明一种实施方式的方形网格宽带振子天线俯视图。

图3是本发明一种实施方式的三角形、方形混合网格宽带振子天线俯视图。

图4是本发明一种实施方式的三角网宽带振子天线俯视图。

图5是本发明一种实施方式的方形网宽带振子中心边缘和对角点加载导体的俯视图。

图6是本发明一种实施方式的宽带振子中心边缘和对角点加载导体条的正视图。

图7是本发明实施方式宽带振子中心边缘和对角点加载导体条后一臂的侧视图。

图8是本发明实施方式的超宽带低剖面定向天线的俯视图。

图9本发明实施方式的是超宽带低剖面定向天线的正视图。

图10是本发明实施例的超宽带低剖面定向天线的轴侧立体图。

图11是本发明实施例的宽带低剖面定向天线的输入阻抗Z _in频率特性曲线。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；其中，实线表示实部R _in，虚线表示虚部X _in。

图12表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线的电压驻波VSWR特性曲线；其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是电压驻波比VSWR。

图13表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线的增益G vs. 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，单位为dBi。

图14表示本发明实施例超宽带低剖面定向天线的E/H面的半功率波束宽度HPBWvs. 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）；实线为H面（水平面），虚线为E面（竖直面）。

图15表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线的前后比FTBR vs. f变化特性；其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是前后比FTBR，单位为dB。

图16表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线在f ₁=1.71GHz的增益方向图；其中，实线为H面（水平面），虚线为E面（竖直面）；光滑线为主极化，点线为交叉极化。

图17表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线在f ₂=2.50GHz的增益方向图；其中，实线为H面（水平面），虚线为E面（竖直面）；光滑线为主极化，点线为交叉极化。

图18表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线在f ₃=3.40GHz的增益方向图；其中，实线为H面（水平面），虚线为E面（竖直面）；光滑线为主极化，点线为交叉极化。

图19表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线在f ₄=3.80GHz的增益方向图；其中，实线为H面（水平面），虚线为E面（竖直面）；光滑线为主极化，点线为交叉极化。

图20表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线的交叉极化比XPD vs. 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，单位为dB。

图21表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线的效率η _A vs. f变化特性；其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是辐射效率。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。本发明所提供的附图及下述实施例的描述并非将发明限制在这些实施例中，而是提供给本领域普通技术人员来制造和使用本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的各实施例及实施例中的特征可以相互结合。

本发明实施例提供一种低剖面超宽带高增益定向天线及其制备方法，所述定向天线适用于5G蜂窝移动通信，是一种超宽带、小型化、低剖面、定向性、高增益、高XPD、高前后比、高效率、低成本、易生产的微基站天线。

本发明的实施例通过对振子的深度改进，将内部导体条设置为交错的栅格状或网格状，并在振子中心边缘和四角点位置加载导体条，然后背置一梯形地板（反射板），并将振子多点短路到地。本发明的天线获得了一致朝前的定向辐射；带宽展宽至逾75.86%，剖面高度降低25%，增益提高1~2dBi，效率大于85%，可以满足微基站天线超宽带、定向性和低剖面的要求。

根据本发明的实施例，制备低剖面超宽带高增益定向天线的方法，是通过以下步骤实现的。

步骤一，建立空间直角坐标系，见图1。

步骤二，构造网格状蝙蝠翼振子。

在XOY平面第一象限，先构造一个对角线位于±45^o方向的菱形导体框203，并在导体框内沿±45^o方向设置一组相互交错的导体栅格201。然后，将外部框体与内部网格合并为一体而形成网格状菱形框200，并以Y轴为对称轴进行镜像复制形成第二网格状菱形框200，左右两部分仅在相邻导体框的底部相连，顶部则朝外张开而互不相连，构成偶极子的上臂。接着，再以X轴为对称轴进行镜像复制获得下方两网格状菱形框200。上方一对网格状菱形框200以及下方的一对网格状菱形框200分别构成网格状蝙蝠翼偶极子的上下两臂，并在两臂中心位置即振子中心202处馈电。菱形框内部的网格形状可为方形、三角形或两者混合型，如图2~5所示。可以理解，网格形状也可以是方形、三角形、正多边形或者它们的混合型，也可以是其它多边形或其它合适形状。

整个振子上下、左右均对称，边长约为(0.3~0.4)×λ _L（λ _L为最低频率波长），整体形成振子四边形，进一步地对振子四边形的四个角点204（如图2）进行倒角处理。

进一步地，网格状蝙蝠翼振子为具有一定厚度的导体，采用钣金、冲压、压铸、3D打印、或LDS工艺中任一种工艺加工制造。更进一步地，采用前4种工艺还进行电镀处理。

步骤三，振子加背脊和短桩。在步骤二的网格状蝙蝠翼振子背部，菱形框中间的8条边上，分别加载一条梯形导体背脊300，并在四个角点204加载一节竖直朝下的导体短桩301，如图2~7所示。

在上述实施例中，网格状蝙蝠翼振子的导体背脊和短桩，分别位于振子菱形框内侧边缘的背部、振子的四个角点204；导体背脊由内往外，宽度逐渐减小，厚度不变；竖直短桩，朝下延伸约(0.02~0.10)×λ _L（λ _L为最低频率波长）。

步骤四，背置倒梯形地板。在步骤三的蝙蝠翼振子后方距离H _p处，顺着振子方向设置一个截面为倒梯形的金属板500，用作天线地板或反射板；梯形上底宽度W _P，长度为L _P，形成一个凹龛将振子下部半包围起来，两侧边缘外倾且稍高于振子平面，如图8~10所示。

作为一种实施例，倒梯形地板位于网格状蝙蝠翼振子背面距离(0.10~0.15)×λ _L处（λ _L为最低频率波长），顺着振子方向放置，其两侧边缘朝上张开成倒梯形，且顶部位置至少与振子平齐。

步骤五，振子加载短路导体柱。在步骤三蝙蝠翼振子内部网格的±45^o方向导体条交叉处，设置一组金属柱400，将振子短路到步骤四的倒梯形地板，如图8~10所示。

作为一种实施方式，短路导体柱位于蝙蝠翼振子的网格交点处，朝下延伸至倒梯形地板底部内侧，对称分布于振子两臂的左右部分，总数至少4个。

步骤六，同轴电缆馈电。在步骤五的网格状蝙蝠翼振子两臂中心的馈电点202，连接一根50Ω同轴电缆，电缆内外导体分别连接振子两臂位于振子中心的端点，见图2~5、图8所示。

进一步参照图2-10，通过上述方法获得的本发明低剖面超宽带高增益定向天线，包括网格状振子(或偶极子)，具体地为网格状蝙蝠翼振子，包括上下两臂。每一振子臂由两个对称且共面的网格状菱形框200组成，振子下臂的一对网格状菱形框200与上臂的一对网格状菱形框200相互对称，四个网格状菱形框200各自一个顶点连接在一起形成振子中心202作为馈电中心。各网格状菱形框200自振子中心202朝外张开而互不相连。整个振子上下、左右均对称。因此，整个振子的四个网格状菱形框200构成四边形结构，每个菱形中与振子中心202位于对角线的另一角点，分别形成振子四边形的四个角点204。

所述网格状菱形框200的顶点经倒角处理形成倒角结构。较佳地，是对整个振子四边形的四个角点204进行倒角处理形成倒角，从而在每个网格状菱形框200的与振子中心202对角线的另一个顶点形成倒边。

作为一种实施方式，所述振子的网格状菱形框200的对角线位于±45^o方向，上臂的左右两网格状菱形框200之间相对于Y轴镜像对称，而下臂与上臂相对于X轴镜像对称。

作为一种实施方式，所述菱形框200的边长a约为(0.3~0.4)×λ _L，其中λ _L为最低频率波长。

网格状菱形框200包括作为外部框体的菱形导体框203以及在菱形导体框203内设置的相互交错的导体栅格201。菱形导体框203与内部网格201为一体结构。相互交错的导体栅格201是由导体条交织成网格状，导体条边缘与菱形导体框203连接为一体。

作为一种实施方式，导体栅格201在导体框200内沿±45^o方向设置，由±45^o方向的导体条构成，相应地，网格状蝙蝠翼振子由菱形导体框203、±45^o方向的导体条构成。

参照图2-5，菱形框内部的网格201的形状可是方形、三角形、正多边形或者它们的混合型，也可使用其它合适形状，如其它多边形等。

本发明实施例的低剖面超宽带高增益定向天线中，进一步地，网格状蝙蝠翼振子上加载导体背脊300。具体地，在网格状蝙蝠翼振子的背部、振子菱形框200内侧边缘对应的导体的内侧上加载的所述导体背脊300。更具体地，各菱形框200在振子中心202相交的8条边a的背面上各加载一条导体背脊300。所述导体背脊300为梯形。导体背脊300自振子中心202由内往外、宽度逐渐减小地延伸。导体背脊300的厚度不变。所述梯形导体背脊300的底边与所述菱形框200的对应边相适配，例如，底边与菱形导体框203的边a背面重叠。

本发明实施例的低剖面超宽带高增益定向天线中，进一步地，网格状蝙蝠翼振子上加载导体短桩301。具体地，在网格状蝙蝠翼振子的背部，自振子四边形的四个角点204朝下延伸形成竖直短桩。所述竖直短桩301，朝下延伸约(0.02~0.10)×λ_L（λ_L为最低频率波长）。

本发明实施例的低剖面超宽带高增益定向天线进一步包括天线地板或反射板500，反射板500为金属板500，其截面为倒梯形状，两侧边缘朝上张开成倒梯形，且顶部位置至少与振子平齐或稍高于振子平面。反射板500位于蝙蝠翼振子后方距离H _p处，顺着振子方向设置，梯形上底宽度W _P大于下底宽度，长度为L _P，形成一个凹龛将振子下部半包围起来，两侧边缘外倾且稍高于振子平面。所述倒梯形反射板500位于网格状蝙蝠翼振子背面距离(0.10~0.15)×λ _L处（λ _L为最低频率波长）。

本发明实施例的低剖面超宽带高增益定向天线，其蝙蝠翼振子上进一步加载短路导体柱400，从而将振子短路连接至反射板500。短路导体柱400位于蝙蝠翼振子的网格交点处，朝下延伸至倒梯形反射板500底部内侧。作为一种实施方式，短路导体柱400对称分布于振子两臂的左右部分，总数至少4个。

本发明实施例的低剖面超宽带高增益定向天线，其网格状蝙蝠翼振子用50Ω同轴电缆馈电，电缆内外导体分别连接振子两臂位于振子中心的端点。

本发明实施例的低剖面超宽带高增益定向天线，具有以下结构特点：

1）将蝙蝠翼振子外形设计成独特的菱形，且对顶点进行切角；

2）将蝙蝠翼振子内部设置±45^o方向交错的网格状；

3）网格状蝙蝠翼振子对称双臂的每一臂，由两个左右对称、底部相连、顶部张开的网格状菱形框构成；

4）网格状蝙蝠翼振子背部加载导体背脊和短桩；

5）网格状蝙蝠翼振子加载短路到地的导体柱；

6）网格状蝙蝠翼振子背部设置倒梯形地板。

图11-21所示为本发明的超宽带低剖面定向天线电性能的测试结果。其中，图11表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线的输入阻抗Z _in频率特性曲线。由图11可知，在1.71~3.80GHz频段，实部和虚部变化范围分别为：+42..5~+85.6Ω、-12.27~-+45.75Ω，具有显著的超宽带阻抗特性，设可直接用50Ω电缆匹配。图12表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线的电压驻波VSWR特性曲线；由图12可知，在1.71~3.80GHz频段，VSWR≤2.29的绝对带宽超过2.09GHz（BW≥75.86%）。图13表示增益G vs. f变化特性，由图13可知，天线在1.71~3.80GHz频带内（BW=2.09GHz，≥75.86%），增益为9.83~11.77dBi，带内增益波动小于2dBi，一致性很理想。图14表示E/H面的半功率波束宽度HPBW vs. f变化特性；由图14可知，在1.71~3.80GHz频带内（BW=2.09GHz，≥75.86%），E面/H面半功率波宽范围分别为：HPBW=25.2~64.6^o/48.6~81.7；E/H面波宽分别随频率增大和减小，且低频段前者小于后者，高频段则刚好相反。图15表示前后比FTBR vs. f变化特性；由图15可知，天线在1.71~3.80GHz频带内（BW=2.09GHz，≥75.86%），前后比FTBR为22~30.7dB，前向辐射特性很好。图16表示在f ₁=1.71GHz的增益方向图，由图16可知，E面半功率波宽HPBW=53.2^o、H面半功率波宽HPBW=64.6^o；增益G=9.83dBi，前后比FTBR=22dB；主瓣内交叉极化XPD<-45dB，极化纯度很好。图17表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线在f ₂=2.50GHz的增益方向图；由图17可知，E面半功率波宽HPBW=47^o、H面半功率波宽HPBW=51^o；增益G=11.38dBi，前后比FTBR=28.9dB；主瓣内交叉极化XPD<-52.5dB，极化纯度很好。图18表示在f ₃=3.40GHz的增益方向图；由图18知，E面半功率波宽HPBW=72.83^o、H面半功率波宽HPBW=29.78^o；增益G=11.47dBi，前后比FTBR=26.4dB；主瓣内交叉极化XPD<-50.8dB，极化纯度很好。图19表示在f ₄=3.80GHz的增益方向图；由图19可知，E面半功率波宽HPBW=79.95^o、H面半功率波宽HPBW=25.22^o；增益G=10.38dBi，前后比FTBR=25.4dB；主瓣内交叉极化XPD<-44.6dB，极化纯度很好。图20表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线的交叉极化比XPD vs. f变化特性；由图20可知，天线在1.71~3.80GHz频带内（BW=2.09GHz，≥75.86%），交叉极化比XPD<-45dB，整个带内的极化纯度很好。图21表示本发明实施例的超宽带低剖面定向天线的效率η _A vs. f变化特性；由图21可知，天线在1.71~3.80GHz频带内（BW=2.09GHz，≥75.86%），效率η _A大于85%，最高接近理想100%。

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

1.一种低剖面超宽带高增益定向天线，包括振子，所述振子包括对称的上、下两振子臂，其特征在于：所述振子为网格状振子，每一振子臂包括左右对称的两个网格状菱形框；所述上、下两振子臂的共四个网格状菱形框的各自一个顶点连接在一起而形成振子中心，各网格状菱形框自振子中心朝外张开而互不相连，每一所述网格状菱形框包括一个作为外部框体的菱形导体框以及在菱形导体框内设置的相互交错的导体栅格；所述菱形导体框与内部的导体栅格为一体结构。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于：所述振子为网格状蝙蝠翼振子；所述导体栅格是由导体条交织成网格形状。

3.如权利要求2所述的天线，其特征在于：各菱形导体框的对角线位于±45^o方向；所述导体栅格在菱形导体框内沿±45^o方向设置；导体栅格的网格形状为方形、三角形、多边形中的一种或几种的混合型。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于：每一振子臂的两个网格状菱形框共面，整个振子上下、左右均对称，每个网格状菱形框的边长为(0.3~0.4)×λ_L，其中λ_L为最低频率波长；所述网格状菱形框的顶点形成有倒角。

5.如权利要求1~4中任一项所述的天线，其特征在于：网格状振子背部加载有导体背脊；网格状振子的背部还加载有导体短桩；在所述振子后方设置反射板；所述网格状振子加载有短路导体柱，所述短路导体柱将振子短路连接至所述反射板；所述反射板为金属板；所述上、下两振子臂的共四个网格状菱形框排列形成振子四边形，与振子中心位于同一对角线上的角点形成振子四边形的四个角点；所述网格状振子用50Ω同轴电缆馈电，电缆内外导体分别连接两振子臂位于振子中心的端点。

6.如权利要求5所述的天线，其特征在于：所述导体背脊设置于振子网格状菱形框内侧边缘的背部；所述导体背脊为梯形，自振子中心由内往外，宽度逐渐减小；所述导体短桩自振子的角点竖直向下地朝反射板延伸；所述反射板的截面为倒梯形，形成一个凹龛将振子下部半包围起来；所述短路导体柱位于网格状菱形框的网格交点处，且延伸至反射板的底部内侧。

7.如权利要求5所述的天线，其特征在于：所述导体背脊厚度不变，所述导体背脊的底边与网格状菱形框内侧边缘对齐；所述导体短桩自振子四边形的四个角点竖直向下地朝反射板延伸；短路导体柱对称分布于两振子臂的左右部分，总数至少4个；所述振子四边形的四个角点形成倒角。

8.如权利要求5所述的天线，其特征在于：所述导体背脊加载于振子四个网格状菱形框与振子中心连接的8个边长的背部；所述反射板的底部位于网格状振子背面距离(0.10~0.15)×λ_L处，其中λ_L为最低频率波长，顺着振子方向放置，其两侧边缘朝上张开成倒梯形，且顶部位置高于振子平面或与振子平面齐平；导体短桩朝下延伸(0.02~0.10)×λ_L的长度。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的低剖面超宽带高增益定向天线的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，建立空间XOY直角坐标系；

10.如权利要求9所述的一种低剖面超宽带高增益定向天线的制备方法，其特征在于：制造网格状振子的导体采用钣金、冲压、压铸、3D打印、LDS工艺加工中的一种，其中钣金、冲压、压铸、或3D打印工艺进一步包括电镀处理。