CN107634317A - 一种高增益全向辐射的磁偶极子天线 - Google Patents

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冯小旭
梁志禧
龙云亮
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Abstract

本发明提供一种高增益全向辐射的磁偶极子天线,由腔体和两个馈电点构成;所述腔体为长方体,其中长方体的高小于天线工作频率的0.1个波长,长宽比大于4;所述长方体中由高和宽构成的一个侧面是开放,其余的7个面为金属面,馈电点的接地端和信号端分别连接所述腔体的上下两个面;两个馈电点关于垂直于腔体长边的中心轴对称;馈电点和垂直于腔体长边的中心轴的距离为长边的六分之一。本发明可以实现较大的辐射水平增益,且其水平面辐射增益可以达到10dBi以上,远大于传统电偶极子天线的水平面辐射增益。

Description

一种高增益全向辐射的磁偶极子天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域,具体是一种高增益全向辐射的磁偶极子天线。
背景技术
天线是无线电系统中不可缺少的重要组成部分,用于发射接收电磁波。在当前的大多通信系统中,一般干线通信采用有线传输,为方便使用,在用户端采用无线传输方式。目前,人们的应用需求对无线通信网络的传输速度提出了更高的要求,如果传输的信号功率达不到要求,便会导致信噪比下降,影响传输速率,所以我们需要天线有更高的增益以增大传输距离,同时为了节省发射功率,降低功耗,也需要天线有更高的增益。以往的室内路由器天线增益较低一般只能达到5dBi,存在穿墙能力弱,功耗大的缺点,当存在隔墙时会产生较高的误码率,严重影响通信的传输速率。
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,提供一种高增益全向辐射的磁偶极子天线。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种高增益全向辐射的磁偶极子天线,由腔体和两个馈电点构成;所述腔体为长方体,其中长方体的高小于天线工作频率的0.1个波长,长宽比大于4;
所述长方体中由高和宽构成的一个侧面是开放,其余的7个面为金属面,馈电点的接地端和信号端分别连接所述腔体的上下两个面;
两个馈电点关于垂直于腔体长边的中心轴对称;馈电点和垂直于腔体长边的中心轴的距离为长边的六分之一。
所述馈电点的位置能够沿着垂直于腔体长边的中心轴方向调整从而改善阻抗匹配,即馈电点在上表面的短边方向上处于适当的位置使得在天线工作频率附近阻抗匹配。
本天线能够通过馈电点向腔体馈电,腔体内部形成电场,腔体的开放面存在电场泄漏,这种腔体的电场泄露可以等效为磁偶极子天线的辐射。
优选的,所述腔体内填充固态、液态或者气态介质。
优选的,所述金属面的材料为铜;
与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
传统的电偶极子天线随着长度的增加,会出现反向电流,抵消水平面的辐射,导致辐射水平面的增益难以提高,本申请采用腔体构造磁偶极子天线,可以实现较大的辐射水平增益,因为当腔体谐振在第一谐振模式的时候,它的等效辐射磁流相位相同,有利于辐射增益不断提高。另外,本申请采用两个同相的馈电点对天线进行馈电,当馈电点的位置与垂直长边的中心轴距离为长边的六分之一时,能够抑制第二谐振模式的反相磁流对辐射的影响。这种新型天线的水平面辐射增益可以达到10dBi以上,远大于传统电偶极子天线的水平面辐射增益。
附图说明
图1为磁偶极子天线三维结构图。
图2为磁偶极子天线俯视图。
图3 为磁偶极子天线在工作频带附近的回波损耗。
图4为磁偶极子天线E面辐射方向图。
图5为磁偶极子天线的H面辐射方向图。
图6为磁偶极子天线的三维辐射方向图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;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
请参阅图1,一种高增益全向辐射的磁偶极子天线,包括一腔体和两个馈电点,该腔体呈长方体结构,采用铜材质。所述腔体上下表面、前后侧面及右侧为金属面,左侧面(即长方体的高和长组成的面)是开放的。具体尺寸,请参阅图2,腔体长度为L=600mm,宽度为W=29mm,腔体高度为H=3mm;腔体有两个馈电点,两个馈电点关于垂直于长边的中心轴对称(该长边是指腔体上表面的长边),馈电点与短边的距离为1/3L,即距离为100mm(该短边是指腔体上表面的短边),馈电点与开放面的距离为P=14mm;馈电点接地端和信号端分别连接金属腔体的上下两个表面。此型磁偶极子天线的辐射可以看作两个长度为300mm的磁单极子天线辐射的叠加,其中馈电点位于磁单极子天线三分之一处可以通过改变电场分布抑制部分高阶模,从而提高水平方向增益。
图1、2中,1-1为腔体的上金属表面、1-2为腔体的下金属表面、1-3为腔体的右金属侧面、1-4为腔体的前金属侧面、1-5为腔体的后金属侧面、1-6为腔体的左侧开放面;2-1为第一馈电点、2-2为第二馈电点。
根据微带天线的空腔模型理论,计算得到天线第一谐振模式频率为2.4GHz左右。参阅图3,本天线优化后谐振主模频率为2.44GHz。天线方向图请参阅图4和图5,可以看出天线水平方向上有最大增益,增益为10.37dBi;图5为天线的水平面方向图,天线的水平面方向图大致呈圆形,说明天线具有水平全向辐射特性。图6为天线的三维辐射方向图,也可看出此天线具有水平全向辐射特性,主瓣两侧有两个旁瓣。此型磁偶极子天线,结构简单,调节腔体长度及宽度可改变工作频点;实施简单,生产成本低廉,适用于要求天线高增益全向性的无线通信设备。
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 (4)

1.一种高增益全向辐射的磁偶极子天线,其特征在于:由腔体和两个馈电点构成;所述腔体为长方体,其中长方体的高小于天线工作频率的0.1个波长,长宽比大于4;
所述长方体中由高和宽构成的一个侧面是开放,其余的7个面为金属面,馈电点的接地端和信号端分别连接所述腔体的上下两个面;
两个馈电点关于垂直于腔体长边的中心轴对称;馈电点和垂直于腔体长边的中心轴的距离为长边的六分之一。
2.根据权利要求1中所述的一种高增益全向辐射的磁偶极子天线,其特征在于:所述腔体内填充固态、液态或者气态介质。
3.根据权利要求1或2中所述的一种高增益全向辐射的磁偶极子天线,其特征在于:所述馈电点的位置能够沿着垂直于腔体长边的中心轴方向调整从而改善阻抗匹配。
4.根据权利要求1中所述的一种高增益全向辐射的磁偶极子天线,其特征在于:所述金属面的材料为铜。
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