CN110137693B - 一种新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型紧馈型容性加载的宽带双极化蝶形振子，包括：蝶形振子、刚性同轴线、接地圆柱、微带馈电板、底板以及寄生金属片；刚性同轴线和接地圆柱的底部均固定设置在底板上；两对蝶形振子呈十字形交叉状固定安装在刚性同轴线和接地圆柱的顶部，微带馈电板设置在蝶形振子的上方；微带馈电板由两层PCB板压制而成，每层PCB板上印刷一条馈电金属带；刚性同轴线的外壁接地，其内的同轴内探针的一端与一条馈电金属带的一端连接，该条馈电金属带的另一端与该刚性同轴线相对的接地圆柱上的金属振子臂电连接，内探针的另一端连接到底板下面的SMA接头；寄生金属片设置在所述微带馈电板的上方。本申请解决了紧馈型宽带双极化蝶形振子限制带宽的问题。

Description

一种新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子
技术领域
本发明涉及宽带双极化蝶形振子领域，尤其是涉及一种新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子。
背景技术
当前，通用设备的研制和发展可以极大降低研发成本提高产业效率并促进跨学科跨领域的技术融合发展。蝶形振子天线具有广泛的应用价值，适应于通信、雷达、射电天文等诸多领域。然而宽带双极化蝶形振子有一个限制带宽的关键因素，较低的距地高度H在高频时会产生良好的辐射性能，但是反射系数会下降；约为低频波长1/4的距地高度H具有较好的反射系数，但是高频方向图在θ＝0°时出现裂瓣和增益的下降。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，以解决现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，包括：两对十字形交叉的蝶形振子、两根介质填充的刚性同轴线、两根接地圆柱、微带馈电板、底板以及寄生金属片；其中，
两根所述刚性同轴线和两根所述接地圆柱的底部均固定设置在所述底板上，并且在底板上形成两行两列的方形结构，两根刚性同轴线相邻设置；两对所述蝶形振子呈十字形交叉状固定安装在两根刚性同轴线和两根接地圆柱的顶部，所述微带馈电板设置在两对十字形交叉的蝶形振子的上方；所述微带馈电板由两层PCB板压制而成，每层PCB板上印刷一条馈电金属带，两条所述馈电金属带正交；所述刚性同轴线的外壁接地，其内的同轴内探针的一端与一条所述馈电金属带的一端连接，该条馈电金属带的另一端与该刚性同轴线相对的接地圆柱上的金属振子臂电连接，内探针的另一端连接到所述底板下面的SMA接头；
所述寄生金属片设置在所述微带馈电板的上方。
作为一种进一步的技术方案，所述微带馈电板由两层介电常数为2.2，厚度为0.127mm的罗杰斯5880PCB板压制而成。
作为一种进一步的技术方案，所述馈电金属带由铜制成。
作为一种进一步的技术方案，所述刚性同轴线为50欧姆的同轴线。
作为一种进一步的技术方案，所述同轴内探针的直径为0.51mm。
作为一种进一步的技术方案，所述底板为方形底板。
作为一种进一步的技术方案，所述蝶形振子与所述底板的距离为λ/4；其中λ为频段低端对应的波长。
作为一种进一步的技术方案，所述微带馈电板的上方设置有绝缘支架，所述寄生金属片设置在所述绝缘支架的顶部。
作为一种进一步的技术方案，所述微带馈电板的上方设置有绝缘泡沫层，所述寄生金属片设置在所述绝缘泡沫层的顶部。
作为一种进一步的技术方案，所述寄生金属片与所述微带馈电板之间的距离为：0.2～0.3个高频对应的波长。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
为了在不牺牲阻抗带宽的情况下改善辐射特性，本申请在紧馈型宽带双极化蝶形振子天线单元的上方引入了寄生金属片的电容性负载，构成了新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子结构。本申请利用该方法实现宽带性能的机理是采用蝶形天线、八木天线和叠层贴片天线进行最佳组合。叠层贴片可以增加贴片天线的带宽，将其应用于紧馈型双极化蝶形振子天线，类似于八木天线的工作原理。低频时，辐射主要来自蝶形振子天线单元，小于半波长的寄生金属片作为阻抗匹配的容性负载。在高频时，寄生金属片为辐射单元，紧馈型蝶形振子为馈电结构。因此，无论是在较低频率还是在高频率下，天线单元几乎以恒定的波束辐射。在中间的带宽范围内，由地面反射器、紧馈型双极化蝶形振子和作为导向器的容性负载寄生金属片的几何结构构成了八木天线结构，保持了整个波束形状的恒定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子的立体图；
图2为本发明实施例提供的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子的俯视图；
图3为本发明实施例提供的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子的S参数仿真结果曲线图；
图4为本发明实施例提供的当寄生金属片置于紧馈型宽带双极化蝶形振子上方7mm时，在4GHz、6GHz和8GHz的E-、D-和H平面中仿真得到的远场辐射方向图；
图标：1-蝶形振子；2-刚性同轴线；3-接地圆柱；4-微带馈电板；5-底板；6-馈电金属带；7-金属振子臂；8-寄生金属片。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
结合图1-2所示，本实施例提供一种新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，包括：两对十字形交叉的蝶形振子1、两根介质填充的刚性同轴线2、两根接地圆柱3、微带馈电板4、底板5以及寄生金属片8；其中，
两根所述刚性同轴线2和两根所述接地圆柱3的底部均固定设置在所述底板5上，并且在底板5上形成两行两列的方形结构，两根刚性同轴线2相邻设置；两对所述蝶形振子1呈十字形交叉状固定安装在两根刚性同轴线2和两根接地圆柱3的顶部，所述微带馈电板4设置在两对十字形交叉的蝶形振子1的上方；所述微带馈电板4由两层PCB板压制而成，每层PCB板上印刷一条馈电金属带6(两个正交极化的馈电金属带宽度分别为B1和B2)，两条所述馈电金属带6正交；所述刚性同轴线2的外壁接地，其内的同轴内探针的一端与一条所述馈电金属带6的一端连接，该条馈电金属带6的另一端与该刚性同轴线相对的接地圆柱上的金属振子臂7电连接，内探针的另一端连接到所述底板下面的SMA接头；
所述寄生金属片8设置在所述微带馈电板4的上方。
本申请中，与两个极化同轴馈电结构正对的是两个接地圆柱，接地圆柱与同轴馈电结构共同构成折叠型巴伦，实现了平衡馈电到不平衡馈电的转换；同时接地圆柱的引入改善了结构的对称性，可以抑制由同轴外壁产生的辐射。此外，同轴馈电结构和接地圆柱均可以起到支撑蝶形金属臂的作用。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述微带馈电板4由两层介电常数为2.2，厚度为0.127mm的罗杰斯5880PCB板压制而成。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述馈电金属带6由铜制成。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述刚性同轴线2为50欧姆的同轴线。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述同轴内探针的直径为0.51mm。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述底板5为方形底板。采用方形的底板作为蝶形振子的反射器，可以抑制方向图的后瓣，产生定向辐射。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述蝶形振子1与所述底板5的距离为λ/4；其中λ为频段低端对应的波长。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述微带馈电板4的上方设置有绝缘支架，所述寄生金属片8设置在所述绝缘支架的顶部。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述微带馈电板的上方设置有绝缘泡沫层，所述寄生金属片设置在所述绝缘泡沫层的顶部。
需要说明的是，绝缘支架的形状不限，其只要起到支撑作用即可，支架的底部固定在微带馈电板4或蝶形振子臂上，顶部固定所述寄生金属片8。同样地，绝缘泡沫层也是起到支撑作用，其形状为圆形，方形或者其他多边形均可，可通过绝缘螺钉与金属底板固定连接。
在该实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述寄生金属片与所述微带馈电板之间的距离为：0.2～0.3个高频对应的波长。
结合图3所示，本申请的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子的在4.0～8.0GHz范围内反射因子小于-15dB，正交偏振之间的耦合系数低于-25dB。
结合图4所示，(a)-(c)显示了当电容性负载置于紧馈型宽带双极化蝶形振子上方7mm时，在4、6和8GHz的E-、D-和H平面中仿真得到的远场辐射方向图。根据图4(c)所示，容性负载有效地消除了高频8GHz远场方向图在θ＝0°上的凹陷，将紧馈型宽带双极化蝶形振子增益提高了3.2dB。
表1
3-dB波束宽度
表2
增益和交叉极化水平
表1和表2给出了宽带双极化蝶形振子和新型容性加载紧馈电双极化蝶形振子的性能比较。可以看到新型容性加载紧馈电双极化蝶形振子在整个频带上方向图波束宽度更加稳定，特别是在7-8GHz的高频范围内。相比于宽带双极化蝶形振子，新型容性加载紧馈电双极化蝶形振子具有更加对称的方向图和更低的交叉极化水平。
综上，为了在不牺牲阻抗带宽的情况下改善辐射特性，本申请在紧馈型宽带双极化蝶形振子天线单元的上方引入了寄生金属片的电容性负载，构成了新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子结构。本申请利用该方法实现宽带性能的机理是采用蝶形天线、八木天线和叠层贴片天线进行最佳组合。叠层贴片可以增加贴片天线的带宽，将其应用于紧馈型双极化蝶形振子天线，类似于八木天线的工作原理。低频时，辐射主要来自蝶形振子天线单元，小于半波长的寄生金属片作为阻抗匹配的容性负载。在高频时，寄生金属片为辐射单元，紧馈型蝶形振子为馈电结构。因此，无论是在较低频率还是在高频率下，天线单元几乎以恒定的波束辐射。在中间的带宽范围内，由地面反射器、紧馈型双极化蝶形振子和作为导向器的容性负载寄生金属片的几何结构构成了八木天线结构，保持了整个波束形状的恒定性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，其特征在于，包括：两对十字形交叉的蝶形振子、两根介质填充的刚性同轴线、两根接地圆柱、微带馈电板、底板以及寄生金属片；其中，
两根所述刚性同轴线和两根所述接地圆柱的底部均固定设置在所述底板上，并且在底板上形成两行两列的方形结构，两根刚性同轴线相邻设置；两对所述蝶形振子呈十字形交叉状固定安装在两根刚性同轴线和两根接地圆柱的顶部，所述微带馈电板设置在两对十字形交叉的蝶形振子的上方；所述微带馈电板由两层PCB板压制而成，每层PCB板上印刷一条馈电金属带，两条所述馈电金属带正交；所述刚性同轴线的外壁接地，其内的同轴内探针的一端与一条所述馈电金属带的一端连接，该条馈电金属带的另一端与该刚性同轴线相对的接地圆柱上的金属振子臂电连接，内探针的另一端连接到所述底板下面的SMA接头；所述寄生金属片设置在所述微带馈电板的上方；
所述微带馈电板由两层介电常数为2.2，厚度为0.127mm的罗杰斯5880 PCB板压制而成；
所述馈电金属带由铜制成。
2.根据权利要求1所述的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，其特征在于，所述刚性同轴线为50欧姆的同轴线。
3.根据权利要求1所述的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，其特征在于，所述同轴内探针的直径为0.51mm。
4.根据权利要求1所述的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，其特征在于，所述底板为方形底板。
5.根据权利要求1所述的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，其特征在于，所述蝶形振子与所述底板的距离为λ/4；其中λ为频段低端对应的波长。
6.根据权利要求1所述的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，其特征在于，所述微带馈电板的上方设置有绝缘支架，所述寄生金属片设置在所述绝缘支架的顶部。
7.根据权利要求1所述的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，其特征在于，所述微带馈电板的上方设置有绝缘泡沫层，所述寄生金属片设置在所述绝缘泡沫层的顶部。
8.根据权利要求1所述的新型容性加载宽带紧馈电双极化蝶形振子，其特征在于，所述寄生金属片与所述蝶形振子之间的距离为：0.2～0.3个高频对应的波长。
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