CN109768378B - 宽带高增益双极化八木天线 - Google Patents

Abstract

宽带高增益双极化八木天线，设有天线罩，在天线罩内设有天线轴向杆、反射板、双极化反射器、双极化折合振子激励单元和双极化引向器，反射板、双极化反射器、双极化折合振子激励单元和双极化引向器依次安装在天线轴向杆上；双极化引向器安装的位置为前端，反射板安装的位置为后端；双极化引向器包括两个正交设置并呈前后排列的引向器；双极化反射器包括两个正交设置并呈前后排列的反射器，双极化折合振子激励单元由两个相互垂直并不接触的折合振子激励单元组成，两个折合振子激励单元完全相同，其由折合振子馈源、微带功分板和两个微带连接板组成；该天线具有宽带宽、高增益、窄波束、高前后比、双极化、高隔离、高效率、低成本和易生产等优点。

Description

宽带高增益双极化八木天线

技术领域

本发明涉及移动通信定向天线设备与技术，具体说的是宽带高增益双极化八木天线。

背景技术

宇田-八木天线（Yagi-Uda Antennas）是日本学者宇田新太郎和八木秀次于1926年共同发明的。它是由偶极子天线演变而来的一种端射阵列天线。由于具有定向性、风阻小、重量轻、易加工、成本低等优势，在近一个世纪中已被广泛应用于雷达、电视信号接收、无线电测向、点对点通信、航空管制等领域。八木天线作为一种经典线天线已被载入教科书。然而，常规八木天线，带宽通常仅10%~15%，增益12~13Bi，且通常为单极化。增益提升仅靠增加引向器数量改善效果有限，故通常将多支组阵以获得更高增益，然而设计难度、尺寸、重量、风载和成本均会增加。在移动通信中，八木天线多被用于数据定向传输或信号定向覆盖，如定点通信、信号中继、隧道或巷道覆盖等。然而，带宽窄、增益低、单极化的劣势使其不适合大容量和超远距离传输场景。目前，移动通信定向数据回传，常采用超高增益（G=35~45dBi）、超低旁瓣（-SLL<-20dB）和超高前后比（>70dB）的小焦径比抛物面天线。由于方向性与口径尺寸相关，低频时抛物面天线的口径非常大（通常30-80个波长），故常见于较高的微波、毫米波频段，如C-band（4~8GHz）及以上频段，如E-band（75~110GHz）。另外，高频工作时，在相对带宽不变的情况下，抛物面天线的绝对带宽可很容易达到数GHz，几乎与光纤相当，再加其双极化设计，其通信容量非常大大，故业界有“用抛物面天线替代光纤”的说法。然而，在较低的微波频段，如GSM/LTE/5.8G频段，八木天线的优势将凸显出来，甚至成为不可替代的最佳天线方案。在这一需求背景下，扩展带宽、提高增益、实现双极化，对于八木天线来说十分必要，而且也是切实可行的。

展宽带宽，通常采用U形折合振子管、管内塞入同轴电缆变换段；提高增益则需要增加引向器数量，并优化它们的直径、长度和间距。另外，在馈源振子和反射板之间增加一根导体反射器，以改善前后比、提高增益。至于双极化，技术上实现则困难很多。双极化工作时，需要将两支八木天线纵向共轴排列，横向则相互正交、轴向前后错开放置，两者的U形馈源管与引向器则各自异面正交；它们的引向器、反射器、馈源振子将各自独立，而反射板、支撑杆则共用。由于引向器、U形馈源管和反射器的位置不同，两八木天线的性能存在明显差异，如驻波、带宽、增益、波宽、前后比等相差大，这会显著地影响天线的整体使用效果。为了解决这一问题，申请号201020568073.8一种双极化八木天线装置公开的是将两U形馈源管变成U形薄片并共面正交放置，它们的馈电臂在同一平面上，且都采用双馈点馈电。然后，各自用一分二的微带功分器对双馈点馈电。这种方案存在的问题是：馈电电路板设置在馈源振子正前方，对朝前辐射的信号形成遮挡，影响匹配和带宽，以衣影响增益和方向性，而减小线路板尺寸又会使两路微带功分器的布线彼此紧靠，造成两端口隔离度变差。当频率较低如1GHz以下时，电路板尺寸相对于波长较小，且两U形馈源管物理间距较远，并不会对性能造成显著差异，却使隔离度显著改善、加工和装配更容易。相反，在频率较高时如在5G通信的3.5GHz频段，为保证两支八木的性能一致性，两U形馈源管物理间距需要设置很小，以至于加工装配困难、无法批量生产。这一根本矛盾，是造成八木天线高频时难以实现双极化的根本原因。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种宽带高增益双极化八木天线，该天线具有宽带宽、高增益、窄波束、高前后比、双极化、高隔离、高效率、低成本和易生产等优点。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：宽带高增益双极化八木天线，设有天线罩，在天线罩内设有天线轴向杆、反射板、双极化反射器、双极化折合振子激励单元和双极化引向器，反射板、双极化反射器、双极化折合振子激励单元和双极化引向器依次安装在天线轴向杆上；双极化引向器安装的位置为前端，反射板安装的位置为后端；

所述的双极化引向器包括两个正交设置并呈前后排列的引向器；两极化的引向器均由至少一根对称设置在天线轴向杆两侧并处于同一平面的金属圆棒组成，从天线轴向杆的后端至前端金属圆棒的长度依次变短或阶梯式变短；

所述的双极化反射器包括两个正交设置并呈前后排列的反射器，两极化的反射器的长度长于引向器的长度以及双极化折合振子激励单元的长度；两极化的反射器的长度小于反射板的长度；

所述的双极化折合振子激励单元由两个相互垂直并不接触的折合振子激励单元组成，两个折合振子激励单元完全相同，其由折合振子馈源、微带功分板和两个微带连接板组成；

折合振子馈源两臂构成的平面与引向器平面垂直，折合振子馈源对称的套在天线轴向杆上，使折合振子馈源的一臂紧靠天线轴向杆的一侧设置，折合振子馈源的另一臂与天线轴向杆不接触，与天线轴向杆紧靠的折合振子馈源的一臂偏两侧位置有一对对称设置的馈电间隙，与天线轴向杆不接触的折合振子馈源的另一臂与天线轴向杆之间设有微带功分板，微带功分板的宽度方向与折合振子馈源的宽度方向一致，微带功分板的地平面与天线轴向杆相贴，微带功分板的微带线面与折合振子馈源不接触，两个微带连接板的一端分别与两个馈电间隙连接，两个微带连接板的另一端分别与微带功分板的两个等幅反相输出端连接。

天线轴向杆为方管形或圆管形。

该天线还包括与微带功分板的输入端连接的馈电电缆以及与馈电电缆末端连接的同轴接头。

同轴接头为SMA接头、N头、BNC接头、4.3/10接头或TNC接头中的任意一种，同轴接头固定在反射板上或不固定而设置在反射板外侧。

天线轴向杆上设有用于固定微带功分板的凹槽。

折合振子馈源为片状导体，其厚度为T ₀ ，两端为半圆弧段、中间则为直导体段，两臂完全对称，折合振子馈源直线长度L ₀ 为（0.60~0.80）×λ _g ，两臂构成的平面与引向器平面垂直。

微带功分板为长条形板状结构，为一分二的等功分器，包括一个输入端和两个等幅反相输出端，输入端朝向反射板方向设置，两反相功分支路的馈线长度差为0.45-0.55λ _g ，λ _g 为导波波长。

天线罩为顶部封闭、底部开口、厚度均匀的薄壳结构，开口端固定在反射板上，天线罩的外形为圆柱形、圆锥形、棱柱形或棱锥形，天线罩的加工材质为PVC、PC、PE、ABS、UABS或玻璃钢。

本发明有益效果是：1）将折合振子馈源由U形管状变成片状，且与引向器平面正交放置，折合振子馈源的一臂紧贴天线轴向杆一侧，且该臂中心两侧对称设置一对馈电缝隙，以便进行两点馈电，而另一臂位于天线轴向杆另一侧的外侧，与天线轴向杆不接触；2）采用微带馈电板馈电，而非常规将同轴电缆塞入U形管内的馈电方式；微带馈电板包括一个微带功分器和两个相同的微带转接板，前者设置在折合振子馈源的中间并与之平行，其地平面紧靠天线轴向杆，后者则将前者与折合振子馈源的双馈电点相连；3）采用两路极化的引向器、折合振子馈源、反射器、微带功分板和微带转接板，均相互独立并在纵向彼此分开；4）优化引向器、反射器的数量、长度和间距，以便使两极化均获得最高增益；5）优化微带功分板和微带转接板的设计，使得天线驻波最小、带宽最大、增益最高；6）优化两个折合振子馈源间的纵向距离，在保证了两极化的性能一致性、良好隔离度的同时，使天线具有良好的可生产性，实现了已有常规方案难以实现的：一、双极化八木天线可用于3.5G以上频段，并适合批量生产；二、良好的阻抗匹配的超宽带宽，驻波比VSWR≤1.50（3.0~4.0GHz，BW>28.57%），完全覆盖了5G通信的3.5G频段（3.3~3.8GHz）；三、高增益、窄波束，H/V极化增益分别为G=15.5~17.7dBi、13.8~16.8dBi，E/H面波宽为：21.2^o~26.5^o、20.0^o~26.2°、21.3^o~26.25^o、20.75^o~25.25°；四、高隔离度，|S₂₁|优于-20dB；五、高前后比FTBR，低旁瓣，FTBR大于18dB，SLL低于-9dB；六、高效率，两极化效率均大于94%；七、两极化间的良好一致性，两极化的各项性能指标都很好，除增益外其他指标差异均较小。另外，天线尺寸较小，结构紧凑，直径D和长度L分别为：1.0⋅λ _L 、5.0⋅λ _L (λ _L 为最低频率波长)，适合于隧道、巷道、矿洞等狭长区域的信号定向覆盖或传输。另外，该发明还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、加工方便、低成本等特点，是宽带高增益双极化八木天线的理想设计方案，而且对于普通单极化八木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示意图。

图2为本发明的折合振子馈源模型的正视图。

图3为本发明的折合振子馈源模型的左视图。

图4为本发明的折合振子馈源模型的正视图。

图5为本发明的微带功分器模型的正视图。

图6为本发明的微带连接板模型的侧视图。

图7为本发明的无折合振子激励单元的H极化八木天线模型的正视图。

图8为本发明的无折合振子激励单元的V极化八木天线模型的正视图。

图9为本发明有折合振子激励单元的H极化八木天线模型的右视图。

图10为H/V双极化八木天线模型的折合振子馈源附近的局部正视图。

图11为H/V双极化八木天线模型的整体正视图。

图12为H/V双极化八木天线完整模型的正视图。

图13为H/V双极化八木天线的输入阻抗Z _in 特性。

图14为H/V双极化八木天线的端口反射系数|S₁₁|/|S₂₂|。

图15为H/V双极化八木天线的驻波比VSWR曲线。

图16为H/V双极化八木天线的端口隔离度|S₂₁|。

图17为H/V双极化八木天线的增益G vs. f变化特性。

图18为H/V双极化八木天线的E/H面半功率波宽HPBW vs. f变化特性。

图19为H/V双极化八木天线的前后比FTBR vs. f变化特性。

图20为H/V双极化八木天线的效率η_A vs. f变化特性。

图21为H/V双极化八木天线的H极化在f ₁ =3.3GHz增益方向图。

图22为H/V双极化八木天线的V极化在f ₁ =3.3GHz增益方向图。

图23为H/V双极化八木天线的H极化在f ₂ =3.55GHz增益方向图。

图24为H/V双极化八木天线的V极化在f ₂ =3.55GHz增益方向图。

图25为H/V双极化八木天线的H极化在f ₃ =3.80GHz增益方向图。

图26为H/V双极化八木天线的V极化在f ₃ =3.80GHz增益方向图。

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专利的较佳实施例，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本发明。

宽带高增益双极化八木天线，用于3.5G以上频段，H/V极化增益分别为G=13.76~17.76dBi、14.0~17.0dBi，E/H面波宽为：21.2^o~26.5^o、20.0^o~26.2°、21.3^o~26.25^o、20.75^o~25.25°；高交叉极化比XPD和隔离度，XPD大于21dB，隔离度优于-20dB；五、高前后比FTBR，低旁瓣SLL，FTBR大于20dB，SLL低于-10.5dB；六、高效率，两极化效率均大于90%，天线设有天线罩，在天线罩内设有天线轴向杆、反射板、双极化反射器、双极化折合振子激励单元和双极化引向器，反射板、双极化反射器、双极化折合振子激励单元和双极化引向器按轴向方向依次安装在天线轴向杆上，双极化引向器安装的位置为前端，反射板安装的位置为后端。

宽带高增益双极化八木天线，其极化方式常见为H/V双极化、±45°双极化，或者其他任意正交双线极化，两极化共用反射板、天线轴向杆和天线罩，天线轴向杆为金属支撑杆。反射器、引向器、折合振子激励单元以及馈电电缆则完全独立，两极化的各对相同组件，如反射器、引向器，均彼此分隔开来以保证良好的隔离度。

反射板可以为方形板、圆形板、正多边形板等，安装在反射器的后方，用于提高前后比。

双极化反射器包括两个正交设置并呈前后排列的反射器，两极化的反射器的长度长于引向器的长度以及双极化折合振子激励单元的长度，即长于引向器的最长一根金属圆棒的长度。两极化的反射器的长度小于反射板的长度（直径、尺寸）。

双极化引向器包括两个正交设置并呈前后排列的引向器；两极化的引向器均由至少一根对称设置在天线轴向杆两侧并处于同一平面的金属圆棒组成，从天线轴向杆的后端至前端金属圆棒的长度依次变短或阶梯式变短；金属圆棒的长度依次变短是指，从第一根金属圆棒至最后一根金属圆棒，前端的金属圆棒比后端相临的后一根金属圆棒要短，金属圆棒的长度阶梯式变短是指从第一根金属圆棒至最后一根金属圆棒，相临的几根金属圆棒为一组，每组内的金属圆棒长度相同，位于前端的一组金属圆棒比后端相临的组内金属圆棒要短。

双极化折合振子激励单元由两个相互垂直并不接触的折合振子激励单元组成，两个折合振子激励单元完全相同，其由折合振子馈源、微带功分板和两个微带连接板组成，折合振子馈源两臂构成的平面与引向器平面垂直，折合振子馈源上下对称套在天线轴向杆上，使折合振子馈源的一臂紧靠（贴紧）天线轴向杆的一侧设置，折合振子馈源的另一臂与天线轴向杆不接触（位于天线轴向杆外侧），与天线轴向杆紧靠的折合振子馈源的一臂偏两侧位置有一对对称设置的馈电间隙，与天线轴向杆不接触的折合振子馈源的另一臂与天线轴向杆之间设有微带功分板，微带功分板的宽度方向与折合振子馈源的宽度方向一致，微带功分板的地平面与天线轴向杆相贴，微带功分板的微带线面与折合振子馈源不接触，两个微带连接板的一端分别与两个馈电间隙连接，两个微带连接板的另一端分别与微带功分板的两个等幅反相输出端连接。微带连接板与微带功分板、折合振子馈源的连接采用焊接形式。

天线轴向杆为方管形或圆管形。最优选择方管形天线轴向杆方便折合振子馈源与微带功分板贴合，为了防止折合振子激励单元上下在天线轴向杆上移动，天线轴向杆上设用于卡设微带功分板的凹槽。

该天线还包括与微带功分板的输入端连接的馈电电缆以及与馈电电缆末端连接的同轴接头。同轴接头为SMA接头、N头、BNC接头、4.3/10接头或TNC接头中的任意一种，同轴接头固定在反射板上或不固定而设置在反射板外侧，连接有同轴接头的同轴电缆直接伸出反射板外侧，不再固定。

折合振子馈源为片状导体，其厚度为T ₀ ，两端为半圆弧段、中间则为直导体段，两臂完全对称，折合振子馈源直线长度L ₀ 为（0.60~0.80）×λ _g ，两臂平面与引向器平面垂直。两臂平面与引向器平面垂直；折合振子馈源一臂紧靠轴向支撑杆一侧，该臂两侧有一对对称的馈电间隙即双馈电点，另一臂则位于天线轴向杆另一侧的外侧；另一个极化的折合振子馈源，与第一个极化的完全相同，但横向旋转了90°且位于轴向靠后位置，与第一个折合振子馈源相互垂直但不相交，以保证两极化间的良好隔离度。

微带功分板为长条形板状结构，为一分二的等功分器，由变换段和功分段组成，包括一个输入端和两个等幅反相输出端，输出端位于一侧位置，利用折合振子馈源与天线轴线杆之间的空间，长度与宽度方向与折合振子馈源的长度与宽度方向一致，不影响匹配和带宽，输出端所在的变换段朝向反射板设置，便于同同轴电缆连接同时不影响相近的折合振子激励单元的安装，两个功分支路的馈线长度差为0.45-0.55λ _g ，λ _g 为导波波长。理论上两者的馈线长度差约为0.5×λ _g （λ _g 为导波波长）。若考虑到介质板厚度、介电常数的话，实际则为（0.30~0.45）×λ _g ；微带功分板紧靠天线轴向杆一侧，在紧贴微带功分板的天线轴向杆表面处朝内凹陷进去，以便微带功分板嵌入其中，微带功分板的地平面紧贴于天线轴向杆。微带转接板的一端与微带功分板相连，另一端则与折合振子馈源的双馈点间隙的两侧导体相连。

天线罩为顶部（前端）封闭、底部（后端）开口、厚度均匀的薄壳结构，天线罩的开口端固定在反射板上，天线罩的外形为圆柱形、圆锥形、棱柱形或棱锥形，天线罩的加工材质为PVC、PC、PE、ABS、UABS或玻璃钢。

宽带高增益双极化八木天线设计方法具体包括以下步骤：

步骤一、建立空间直角坐标系，见图1。

步骤二、构造H极化八木。在XOY平面（水平面），沿X轴方向放置一根方柱形或圆柱形金属杆001。然后，在金属杆两侧表面钻一排圆孔，将20根金属圆棒010~029从左往右依次放入圆孔，它们的长度逐渐变短，用作H极化方向的引向器。其中，第一根圆棒左边那根圆棒长度最长，为反射器002，并在其后方放置一块方形或圆形金属板003，用作反射板，以提高前后比。最后，在金属杆001的上表面或下表面开凹槽101，以便嵌入微带功分板。所有引向器的金属圆棒都位于水平面（XOY），故天线为H极化，如图7所示。

步骤三、构造V极化八木。按照步骤二的方法，在XOZ平面（竖直面），沿X轴方向放置一根方柱形或圆柱形金属杆001。然后，在金属杆上、下表面钻一排圆孔，将20根金属圆棒020~039从左往右依次放入圆孔，它们的长度逐渐变短，用作V极化方向的引向器。其中，第一根圆棒左边那根圆棒长度最长，为反射器004，并在其后方放置一块方形或圆形金属板003，用作反射板，以提高前后比。最后，在金属杆001的左侧或右侧表面开凹槽102，以便嵌入微带功分板。所有引向振子都位于竖直面（XOZ），故天线为V极化，如图8所示。

步骤四、构造H/V双极化八木。将步骤二、三的两支八木共轴、完全重合放置，此时垂直/水平排列的两组引向器相互正交。为了加工、装配方便，两组引向器应避免相交，故将步骤三的所有V极化引向器一起往左移动一段相同的距离，如图11所示。另外，由于天线轴向杆和反射板可共用，故将H/V极化任意一路的金属杆和反射板去掉，如图11所示。

步骤五、设计折合振子馈源。分别在步骤二、三的H/V极化八木的反射器和第一引向器之间，与之平行设置一个折合振子馈源200，如图2、图3、图4、图10所示，折合振子馈源平面与引向器平面垂直，折合振子馈源的一臂201紧靠天线轴向杆001一侧，该臂两侧中间位置有一对对称的馈电间隙202即双馈电点，另一臂203则位于天线轴向杆另一侧的外侧，与天线轴向杆不接触，折合振子馈源两端为半圆弧段204、中间则为直线段，如图2所示。折合振子馈源的厚度为T ₀ 、长度为L ₀ 、宽度为W ₀ ，如图3所示。

步骤六、设计微带功分板。如图9、图10所示，在步骤五的片状折合振子馈源200的两臂中间，顺着振子臂方向设置一块微带功分板600，即微带功分板600的长度小于折合振子馈源围成的长度，微带功分板由变换段601和功分段602组成，变换段601的起始端为输入端603，功分段602末端为两个等幅反相输出端604、605，输入端603连接50Ω同轴电缆，介质板600和它的地平面607上开有过孔606，过孔606在地平面607上扩大为开孔 608，如图5所示。

步骤七，设置微带转接板。在步骤六的微带功分板两输出端处，各设置一块微带转接板700，微带转接板的信号线701与地平面702，将微带功分板600两输出端604、605分别与片状折合振子馈源200的两馈电点连接。

步骤八，附加天线罩。在步骤一至七设计的天线外部添置一个圆柱形天线罩800，将天线完全罩住，天线罩底端801开口、顶端802则封闭，起到防水、防潮、防尘等作用，从而保护天线内部各部件。两个微带功分板的输入端分别连接馈电电缆900，馈电电缆900的末端为同轴接头901，同轴接头901固定于反射板003的外表面，最终制得的天线如图12所示。

图13为H/V双极化八木天线的输入阻抗Z _in 特性。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H极化，虚线表示V极化；光滑线表示实部R _in ，加点线表示虚部X _in 。由图知，在3.2~3.9GHz频段，H/V极化实虚部的变化范围分别为：+33.5~+67.5Ω、-15.5~+15.5Ω和+40~+86Ω、-25~+19Ω，具有良好的宽带阻抗特性。

图14为H/V双极化八木天线的端口反射系数|S₁₁|/|S₂₂|。其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是反射系数|S₁₁|/|S₂₂|，单位是dB。由图知，在3.2~3.9GHz频段（BW=700MHz，19.72%），H/V极化的端口反射系数分别为|S₁₁|<-12dB、|S₂₂|<-11.5dB。

图15为H/V双极化八木天线的驻波比VSWR曲线。其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是VSWR；实线表示H极化，虚线表示V极化。由图知，交叉振子单元在3.2~3.9GHz频段（BW=700MHz, 19.72%），实现了良好的阻抗匹配，驻波比VSWR≤1.75（3.3~3.8GHz, VSWR≤1.5），最低达1.08，相对带宽为19.72%。

图16为H/V双极化八木天线的端口隔离度|S₂₁|。其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是H/V极化的端口隔离度|S₂₁|，单位是dB。由图知，在3.2~3.9GHz频段（BW=700MHz, 19.72%），H/V极化端口的隔离度|S₂₁|<-17.5dB（3.3~3.8GHz, |S₂₁|<-20dB），比较理想。

图17为H/V双极化八木天线的增益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；实线表示H极化，虚线表示V极化。由图知，在3.2~3.9GHz频段（BW=700MHz, 19.72%），H/V极化的增益分别为G=15.5~17.7dBi、G=13.8~16.8dBi，两极化的高频增益最大有约3.5dBi左右差异，低频段则差异不大，充分说明双极化八木的性能一致性是非常困难的设计目标。

图18为H/V双极化八木天线的E/H面半功率波宽HPBW vs. f变化特性。其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是半功率波宽，单位为deg；实线表示H极化，虚线表示V极化；光滑线表示E面，加点线表示H面。由图知，在3.2~3.9GHz频段（BW=700MHz, 19.72%），H/V极化的E/H面波宽分别为21.2^o~26.5^o/20.0^o~26.2°、21.3^o~26.25^o/20.75^o~25.25°，两极化的（E 面）波宽最大相差0.8°，说明它们的波宽一致性很好。

图19为H/V双极化八木天线的前后比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）是增益，单位为dB；实线表示H极化，虚线表示V极化。由图知，在3.2~3.9GHz频段（BW=700MHz, 19.72%），H/V极化的前后比FTBR分别为18~32dB、19dB~37dB，两极化的前后比差异不大，说明它们的一致性很好。

图20为H/V双极化八木天线的效率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）是增益，单位为dB；实线表示H极化，虚线表示V极化。由图知，在3.2~3.9GHz频段（BW=700MHz, 19.72%），H/V极化的η_A均大于94%，说明它们的效率很高、一致性也很好。

图21为H/V双极化八木天线的H极化在f ₁ =3.3GHz增益方向图。其中，实线为E面（XOY平面），虚线为H面（XOZ平面），两个面波束较窄且几乎重合，旁瓣电平SLL较高（约-10dB），前后比大于27.5dB。

图22为H/V双极化八木天线的V极化在f ₁ =3.3GHz增益方向图。其中，实线为E面（XOZ平面），虚线为H面（XOY平面），两个面波束较窄且几乎重合，旁瓣电平SLL较高（约-10dB），前后比大于32dB。

图23为H/V双极化八木天线的H极化在f ₂ =3.55GHz增益方向图。其中，实线为E面（XOY平面），虚线为H面（XOZ平面），两个面波束较窄且几乎重合，旁瓣电平SLL较低（约-13dB），前后比大于27dB。

图24为H/V双极化八木天线的V极化在f ₂ =3.55GHz增益方向图。其中，实线为E面（XOZ平面），虚线为H面（XOY平面），两个面波束较窄且几乎重合，旁瓣电平SLL较低（约-12.5dB），前后比大于28dB。

图25为H/V双极化八木天线的H极化在f ₃ =3.80GHz增益方向图。其中，实线为E面（XOY平面），虚线为H面（XOZ平面），两个面波束较窄且几乎重合，旁瓣电平SLL较高（约-10dB），前后比大于25dB。

图26为H/V双极化八木天线的V极化在f ₃ =3.80GHz增益方向图。其中，实线为E面（XOZ平面），虚线为H面（XOY平面），两个面波束较窄且几乎重合，E 面旁瓣电平SLL较高（约-9dB），前后比大于24dB。

Claims (8)

1.宽带高增益双极化八木天线，其特征在于：设有天线罩，在天线罩内设有天线轴向杆、反射板、双极化反射器、双极化折合振子激励单元和双极化引向器，反射板、双极化反射器、双极化折合振子激励单元和双极化引向器依次安装在天线轴向杆上；双极化引向器安装的位置为前端，反射板安装的位置为后端；

所述的双极化引向器包括两个正交设置并呈前后排列的引向器；两极化的引向器均由至少一根对称设置在天线轴向杆两侧并处于同一平面的金属圆棒组成，从天线轴向杆的后端至前端金属圆棒的长度依次变短或阶梯式变短；

所述的双极化反射器包括两个正交设置并呈前后排列的反射器，两极化的反射器的长度长于引向器的长度以及双极化折合振子激励单元的长度，两极化的反射器的长度小于反射板的长度；

所述的双极化折合振子激励单元由两个相互垂直并不接触的折合振子激励单元组成，两个折合振子激励单元完全相同，其由折合振子馈源、微带功分板和两个微带连接板组成；

折合振子馈源两臂构成的平面与引向器平面垂直，折合振子馈源对称的套在天线轴向杆上，使折合振子馈源的一臂紧靠天线轴向杆的一侧设置，折合振子馈源的另一臂与天线轴向杆不接触，与天线轴向杆紧靠的折合振子馈源的一臂偏两侧的位置有一对对称设置的馈电间隙，与天线轴向杆不接触的折合振子馈源的另一臂与天线轴向杆之间设有微带功分板，微带功分板的宽度方向与折合振子馈源的宽度方向一致，微带功分板的地平面与天线轴向杆相贴，微带功分板的微带线面与折合振子馈源不接触，两个微带连接板的一端分别与两个馈电间隙连接，两个微带连接板的另一端分别与微带功分板的两个等幅反相输出端连接。

2.如权利要求1所述的宽带高增益双极化八木天线，其特征在于：所述的天线轴向杆为方管形或圆管形。

3.如权利要求1所述的宽带高增益双极化八木天线，其特征在于：该天线还包括与微带功分板的输入端连接的馈电电缆以及与馈电电缆末端连接的同轴接头。

4.如权利要求3所述的宽带高增益双极化八木天线，其特征在于：所述的同轴接头为SMA接头、N头、BNC接头、4.3/10接头或TNC接头中的任意一种，同轴接头固定在反射板上或不固定而设置在反射板外侧。

5.如权利要求1所述的宽带高增益双极化八木天线，其特征在于：所述的天线轴向杆上设有用于固定微带功分板的凹槽。

6.如权利要求1所述的宽带高增益双极化八木天线，其特征在于：所述的折合振子馈源为片状导体，其厚度为T ₀ ，两端为半圆弧段、中间则为直导体段，两臂完全对称，折合振子馈源直线长度L ₀ 为（0.60~0.80）×λ _g ，λ _g 为导波波长，两臂构成的平面与引向器平面垂直。

7.如权利要求1所述的宽带高增益双极化八木天线，其特征在于：所述的微带功分板为长条形板状结构，为一分二的等功分器，包括一个输入端和两个等幅反相输出端，输入端朝向反射板方向设置，两反相功分支路的馈线长度差为0.45-0.55λ _g ，λ _g 为导波波长。

8.如权利要求1所述的宽带高增益双极化八木天线，其特征在于：所述的天线罩为顶部封闭、底部开口、厚度均匀的薄壳结构，开口端固定在反射板上，天线罩的外形为圆柱形、圆锥形、棱柱形或棱锥形，天线罩的加工材质为PVC、PC、PE、ABS、UABS或玻璃钢。