CN107623178A - 具有离散单极单元的八木天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有离散单极单元的八木天线，属于印刷天线领域。具有离散单极单元的八木天线由10个单极子作为引向器，一个单极子作为反射器，一个有源单极折合振子。每个单极子均具有独立的地板，有源单极折合振子采用同轴线进行馈电。本发明的八木天线具有在2.400‑2.483GHz的频率范围内的反射系数低于‑10dB和增益超过了10dBi的特性。该天线可以用于干扰无人机的设备中。
Description
技术领域
本发明涉及一种印刷天线领域，尤其涉及一种具有离散单极单元的八木天线。
背景技术
印刷型的天线由于具有低剖面和轻量化的特点，在射频天线领域中获得了广泛的关注与应用。印刷八木天线由于具有结构简单，馈电方便的特点，自从被提出，就得到了广泛的关注，研究者们提出了一系列的印刷八木天线的设计方案。但是，这些方案均具有极化方向的尺寸大和增益较低等特点。引入地板能够利用镜像效应使得振子天线的极化方向尺寸减小一半，因此地板在天线小型化领域中得到了广泛的应用，八木天线引入地板亦可使得尺寸减小，但是由于有限大地板的截断效应，使得天线的增益有所下降，与理论值相差较大。
发明内容
基于上述问题，本发明现提供一种高增益小型的具有离散单极单元的八木天线。
本发明公开了一种具有离散单极单元的八木天线，包括：
印刷有多个单级子和一有源单极折合振子的第一介质板；
印刷有与所述单级子一一对应的矩形地板，及印刷有与所述有源单极折合振子对应的矩形地板的第二介质板；
所述第一介质板与所述第二介质板正交放置，所述第一介质板垂直放置于所述第二介质板的长度方向的中心对称线位置；
所述多个单级子包括11个单级子，其中，10个单级子作为引向器，所述10个单级子沿所述第一介质板的长度方向等距离排列，1个单级子作为反射器印刷于所述第一介质板的一端，所述有源单极折合振子位于所述10个单级子与所述反射器之间；
所述矩形地板沿所述第二介质板的长度方向等距离排列设置，所述单级子与对应的矩形地板通过焊锡焊接固定于第二介质板的长度方向的中心对称线位置，所述有源单极折合振子与对应的矩形地板通过焊锡焊接固定于第二介质板的长度方向的中心对称线位置。
优选的，所述第一介质板和所述第二介质板均采用FR-4环氧板。
优选的，所述第一介质板长574mm，宽29.5mm，厚1mm。
优选的，所述第二介质板长574mm，宽60mm，厚1mm。
优选的，所述有源单极折合振子与带有法兰的SMA型同轴接头连接进行馈电。
优选的，与所述10个单级子一一对应的矩形地板的长为33.6mm，宽为40mm；
与所述有源单极折合振子对应的矩形地板的长为36.38mm，宽为40mm；
与所述反射器对应的矩形地板的长为25.42mm，宽为40mm；
相邻两个矩形地板之间的间距均为8mm。
优选的，所述10个单级子中相邻的两个单级子之间的距离为41.1mm；
所述有源单极折合振子的宽为7mm，所述有源单极折合振子与所述反射器之间的距离为32.6mm，所述有源单极折合振子与相邻的所述引向器之间的距离为41.1mm。
上述技术方案的有益效果：
本技术方案中，具有离散单极单元的八木天线的每个单级子和有源单极折合振子均采用独立的矩形地板，降低了一整块地板产生的电流耦合效应，因此使得储存的电磁能得到充分释放，增加了天线的增益。
附图说明
图1为本发明所述的具有离散单极单元的八木天线的第一介质板的结构示意图；
图2为图1中A区域的放大图；
图3为本发明所述的具有离散单极单元的八木天线的第二介质板的结构示意图；
图4为本发明所述的具有离散单极单元的八木天线的整体结构示意图；
图5为对具有离散单极单元的八木天线进行建模仿真的反射系数曲线图；
图6为对具有离散单极单元的八木天线进行建模仿真的增益曲线图；
图7为对具有离散单极单元的八木天线进行建模仿真的方向图；
图8为对具有离散单极单元的八木天线进行测试的反射系数曲线图；
图9为对具有离散单极单元的八木天线进行测试的增益曲线图；
图10为对具有离散单极单元的八木天线进行测试的方向图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1-图4所示，本发明提供的一种具有离散单极单元的八木天线，包括：
印刷有多个单级子和一有源单极折合振子5的第一介质板1；
印刷有与单级子一一对应的矩形地板3，及印刷有与有源单极折合振子5对应的矩形地板3的第二介质板2；
第一介质板1与第二介质板2正交放置，第一介质板1垂直放置于第二介质板2的长度方向的中心对称线C位置；
多个单级子包括11个单级子，其中，10个单级子作为引向器4，10个单级子沿第一介质板1的长度方向等距离排列，1个单级子作为反射器6印刷于第一介质板1的一端，有源单极折合振子5位于10个单级子与反射器6之间；
矩形地板3沿第二介质板2的长度方向等距离排列设置，单级子与对应的矩形地板3通过焊锡焊接固定于第二介质板2的长度方向的中心对称线位置，有源单极折合振子5与对应的矩形地板3通过焊锡焊接固定于第二介质板2的长度方向的中心对称线位置。
进一步地，第一介质板1和第二介质板2均采用FR-4环氧板。第一介质板1长L1为574mm，W1为宽29.5mm，厚1mm。第二介质板2长574mm，宽W2为60mm，厚1mm。
在本实施例中，具有离散单极单元的八木天线的每个单级子和有源单极折合振子5均采用独立的矩形地板，降低了一整块地板产生的电流耦合效应，因此使得储存的电磁能得到充分释放，增加了天线的增益。具有离散单极单元的八木天线的单级子和有源单极折合振子5均采用印刷电路板的技术实现，具有轻量化和极化方向尺寸小以及高增益的特点。
在优选的实施例中，有源单极折合振子5与带有法兰的SMA型同轴接头馈电端口B连接进行馈电。
在优选的实施例中，与10个单级子一一对应的矩形地板3的长为L5为33.6mm，宽W3为40mm；
与有源单极折合振子5对应的矩形地板3的长L7为36.38mm，宽为40mm；
与反射器6对应的矩形地板3的长L8为25.42mm，宽为40mm；
相邻两个矩形地板3之间的间距均L6为8mm。
在优选的实施例中，10个单级子中相邻的两个单级子之间的距离为41.1mm；
有源单极折合振子5的宽L4为7mm，有源单极折合振子5与反射器6之间的距离L2为32.6mm，有源单极折合振子5与相邻的引向器4之间的距离L3为41.1mm。
在CST Microwave Studio软件中对本发明的具有离散单极单元的八木天线进行建模仿真，得到的反射系数、增益和方向图的结果如图5-图7所示。可以看出，天线在2.365-2.509GHz的频率范围内的反射系数|S11|＜-10dB，具有从33.5°变化至43.3°的较窄的半功率波瓣宽度以及10.2-11dBi的带内增益。
具有离散单极单元的八木天线之所以有如此高的增益，是由于矩形地板3为独立形式的结果。对比仿真了采用一块地板的单极八木天线，比较的对象为反射系数、增益和方向图，对比天线的上述参数也列于图5-图7中。可以看出，采用独立地板的单极八木天线的增益和采用整块地板的天线相比有了3dB的显著提高。
采用了独立矩形地板3的八木天线的矩形地板上的表面电流较小，而引向器4上的电流较大；而采用了一块地板的八木天线的情况正好相反。地板上的表面电流过大说明了寄生振子之间的储能较多，辐射较少，因而品质因数较高，带宽也较窄。减小地板上的表面电流，增加振子上的电流，则会增加有效辐射，因此最终天线的带宽较宽，增益提高。
在微波暗室内采用了AgilentN5227A型矢量网络分析仪作为主要仪器进行了测试。测试的项目包括：反射系数、方向图和增益，测试结果列于图8-图10中，并与图5-图7的仿真结果进行了对比。可以看出，仿真和实测的数据吻合得很好，证明了仿真思路的正确性。本发明的具有离散单极单元的八木天线获得了较宽的工作频带、较小的尺寸及很高的增益。天线工作在ISM频带，八木天线具有在2.400-2.483GHz的频率范围内的反射系数低于-10dB和增益超过了10dBi的特性，可以用于干扰无人机的设备中。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种具有离散单极单元的八木天线，其特征在于，包括：
印刷有多个单级子和一有源单极折合振子的第一介质板；
印刷有与所述单级子一一对应的矩形地板，及印刷有与所述有源单极折合振子对应的矩形地板的第二介质板；
所述第一介质板与所述第二介质板正交放置，所述第一介质板垂直放置于所述第二介质板的长度方向的中心对称线位置；
所述多个单级子包括11个单级子，其中，10个单级子作为引向器，所述10个单级子沿所述第一介质板的长度方向等距离排列，1个单级子作为反射器印刷于所述第一介质板的一端，所述有源单极折合振子位于所述10个单级子与所述反射器之间；
所述矩形地板沿所述第二介质板的长度方向等距离排列设置，所述单级子与对应的矩形地板通过焊锡焊接固定于第二介质板的长度方向的中心对称线位置，所述有源单极折合振子与对应的矩形地板通过焊锡焊接固定于第二介质板的长度方向的中心对称线位置。
2.根据权利要求1所述的具有离散单极单元的八木天线，其特征在于，所述第一介质板和所述第二介质板均采用FR-4环氧板。
3.根据权利要求1所述的具有离散单极单元的八木天线，其特征在于，所述第一介质板长574mm，宽29.5mm，厚1mm。
4.根据权利要求1所述的具有离散单极单元的八木天线，其特征在于，所述第二介质板长574mm，宽60mm，厚1mm。
5.根据权利要求1所述的具有离散单极单元的八木天线，其特征在于，所述有源单极折合振子与带有法兰的SMA型同轴接头连接进行馈电。
6.根据权利要求1所述的具有离散单极单元的八木天线，其特征在于，与所述10个单级子一一对应的矩形地板的长为33.6mm，宽为40mm；
与所述有源单极折合振子对应的矩形地板的长为36.38mm，宽为40mm；
与所述反射器对应的矩形地板的长为25.42mm，宽为40mm；
相邻两个矩形地板之间的间距均为8mm。
7.根据权利要求1所述的具有离散单极单元的八木天线，其特征在于，所述10个单级子中相邻的两个单级子之间的距离为41.1mm；
所述有源单极折合振子的宽为7mm，所述有源单极折合振子与所述反射器之间的距离为32.6mm，所述有源单极折合振子与相邻的所述引向器之间的距离为41.1mm。
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