CN110739546A - 一种渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，包括两个辐射体、渐变型巴伦、金属底板、两个支撑座和若干根支撑杆；采用轴对称天线形式，两个辐射体水平面对称辐射体，由锥台和若干圆柱组成，通过渐变型巴伦馈电，利用辐射体直径渐变式结构调节驻波。本发明天线阻抗带宽为1.25GHz~10GHz。工作频段范围内驻波比基本小于2.2，不圆度低频部分小于3dB，高频部分小于6dB，增益典型值为3dBi，在工作频带内具有良好阻抗带宽和辐射方向图，适用于无人机侦察等民防领域。

Description

一种渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线
技术领域
本发明属于通信天线，具体涉及一种渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线。
背景技术
偶极子天线是在无线电通信中，使用最早、应用最广泛的一类天线。它由一对对称放置的导体构成，这种天线在远处产生的辐射场是轴对称的，理论分析表明，细长偶极子天线内的电流分布具有驻波的形式，驻波的波长正好是天线产生或接收的电磁波的波长。为扩展天线带宽，一般有以下几种方法：(1)天线末端接匹配负载，其上的电流为行波分布，输入阻抗就等于传输线的特性阻抗，不随频率改变；(2)突出角度而不是长度，天线的结构只与角度有关，因而其辐射特性和阻抗特性都与频率无关；(3)粗导体，增加谐振式天线如振子天线的线径，可增加其阻抗带宽，因而可增加其频带宽度；(4)自补结构，通过平移或旋转手段精确覆盖它的互补结构的结构，输入阻抗为Zin＝η/2，与频率无关。
目前，宽带偶极子天线主要加粗直径来提高天线带宽。如专利文献1(CN103000987A)公开的一种高增益宽带全向天线，通过同轴线直接馈电，采用粗导体和匹配台实现宽带匹配，利用反射板提高增益，其偶极子直径d1＝0.1λ0，反射板直径在1～4λ0，增益可以达到6dBi，在频率为2.5GHz、2.6GHz、2.7GHz时，波束指向稳定，有较大增益和波束指向稳定等优点。不圆度在工作频段内典型值为6dB。但对于宽带全向天线，其工作带宽已经不足以支撑应用要求，且其不圆度较差，纵向尺寸过大，不太适合车载或机载安装环境。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，克服了常规宽带全向天线频带窄、尺寸大以及不圆度差等问题。
本发明所采用的技术方案是：一种渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，包括渐变型巴伦、圆形金属底板、第一辐射体、第二辐射体、第一支撑座、第二支撑座和若干根支撑杆，第一支撑座平行设置于第二支撑座的正上方，第一辐射体设置于第二辐射体的正上方，第一辐射体的顶面固定在第一支撑座底面，第二辐射体固定在第二支撑座的顶面，若干根支撑杆穿过第一辐射体和第二辐射体边缘将第一支撑座、第一辐射体、第二辐射体、第二支撑座进行支撑固定。第一辐射体和第二辐射体作为偶极子，均为中空结构，顶端和底端均无端盖，渐变型巴伦设置在第二辐射体内，渐变型巴伦的外导体与第二辐射体固连，内导体向上伸出与第一辐射体固连，圆形金属底板固定在第二支撑座的底面。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
(1)频带宽，阻抗带宽为1.25G-10G，超过3个倍频程。
(2)纵向尺寸小，最大外径尺寸约为0.3λmax，同时高度约为0.7λmax。
(3)不圆度小，低频部分小于3dB，高频部分小于6dB。
附图说明
图1本发明的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线结构三维图。
图2为本发明的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线结构剖视图。
图3为本发明的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线驻波图。
图4为本发明的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线E面方向图。
图5为本发明的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线H面方向图。
图中，1-第一辐射体，2-渐变型巴伦，3-支撑杆，4-第一支撑座，5-圆形金属底板，6-第二辐射体，7-第二支撑座。
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的描述：
结合图1和图2，一种渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，包括渐变型巴伦2、圆形金属底板5、第一辐射体1、第二辐射体6、第一支撑座4、第二支撑座7和若干根支撑杆3，第一支撑座4平行设置于第二支撑座7的正上方，第一辐射体1设置于第二辐射体6的正上方，第一辐射体1的顶面固定在第一支撑座4底面，第二辐射体6固定在第二支撑座7的顶面，若干根支撑杆3穿过第一辐射体1和第二辐射体6边缘将第一支撑座4、第一辐射体1、第二辐射体6、第二支撑座7进行支撑固定。第一辐射体1和第二辐射体6作为偶极子，均为中空结构，顶端和底端均无端盖，渐变型巴伦2设置在第二辐射体6内，渐变型巴伦2的外导体与第二辐射体6固连，内导体向上伸出与第一辐射体1固连，圆形金属底板5固定在第二支撑座7的底面。
在渐变型巴伦2的外导体端部设有斜向切口，斜向切口的张角按特定规律变化，以改变各点的特性阻抗，实现宽频带内平衡馈电，宽带匹配，通过第一辐射体1和第二辐射体6进行辐射。
所述渐变型巴伦2的渐变线长度L方程为：
Figure BDA0002231786670000031
特性阻抗方程为：
Figure BDA0002231786670000032
式中λmax为最大波长，Z1、Z2均为特性阻抗，Гm为允许最大反射系数，εr为相对介电常数，b为渐变型巴伦外半径尺寸，a分别为渐变型巴伦内半径尺寸。
第一辐射体1和第二辐射体6结构相同，以第一辐射体1为例，做结构说明。
第一辐射体1由两个结构相同的子辐射体关于水平面对称组成，所述子辐射体包括锥台和若干圆柱，若干圆柱自一端向另一端横截面积依次减小，横截面积最小的圆柱与锥台中直径大的面相连，支撑杆3穿过直径最大的圆柱边缘。
所述第一辐射体1和第二辐射体6的壁厚均为2mm，高度为0.3λmax～0.4λmax。
第一辐射体1和第二辐射体6中横截面积最大的圆柱的直径为0.25λmax～0.35λmax，λmax为工作波长的最大波长，棱角处统一做1mm倒角。
圆形金属底板5的直径L2为0.25λmax～0.35λmax、厚度为3mm。
支撑杆3、第一支撑座4和第二支撑座7均采用绝缘材料。
实施例1
第一辐射体1由两个结构相同的子辐射体关于水平面对称组成，所述子辐射体包括锥台和两个圆柱，
天线辐射体是由两个锥形壳体和三个圆柱形壳体构成，其中各直径尺寸成天线辐射的核心，另外渐变型巴伦实现馈电阻抗匹配，辐射体成轴对称结构。天线最大外径L2为0.3λmax，圆形金属底板厚度为3mm、直径0.3λmax。天线的工作频率与高度、最大直径密切相关，匹配与馈电巴伦的开口张角相关，严格控制其张角就能形成很好的宽带匹配。
如图3所示为电压驻波比仿真曲线图，可以看出电压驻波比小于2.25的工作频带为1.25～10GHz，说明本发明具有良好的阻抗带宽特性。
如图4所示为天线典型E面方向图，最大波束指向在theta＝95°处，波束稍微下倾，适合安装于机载车载环境，波束具有良好的辐射特性。
如图5所示为天线典型H面方向图，其增益为最低为1.5dB，最高为3.5dB，不圆度在3dB以内。

Claims (10)

1.一种渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，包括
第一支撑座(4)和第二支撑座(7)，第一支撑座(4)平行设置于第二支撑座(7)的正上方，
若干根支撑杆(3)，连接第一支撑座(4)和第二支撑座(7)，共同形成支撑结构；
其特征在于：还包括
第一辐射体(1)和第二辐射体(6)，第一辐射体(1)设置于第二辐射体(6)的正上方，第一辐射体(1)的顶面固定在第一支撑座(4)底面，第二辐射体(6)固定在第二支撑座(7)的顶面，若干根支撑杆(3)穿过第一辐射体(1)和第二辐射体(6)边缘将第一支撑座(4)、第一辐射体(1)、第二辐射体(6)、第二支撑座(7)进行支撑固定；
渐变型巴伦(2)，设置在第二辐射体(6)内，渐变型巴伦(2)的外导体与第二辐射体(6)固连，内导体向上伸出与第一辐射体(1)固连；
圆形金属底板(5)，固定在第二支撑座(7)的底面。
2.根据权利要求1所述的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，其特征在于：第一辐射体(1)和第二辐射体(6)作为偶极子，均为中空结构，顶端和底端均无端盖。
3.根据权利要求1所述的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，其特征在于：在渐变型巴伦(2)的外导体端部设有斜向切口，斜向切口的张角按特定规律变化，以改变各点的特性阻抗，实现宽频带内平衡馈电，宽带匹配，通过第一辐射体(1)和第二辐射体(6)进行辐射。
4.根据权利要求1或3所述的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，其特征在于：
所述渐变型巴伦(2)的渐变线长度L方程为：
Figure FDA0002231786660000011
特性阻抗方程为：
Figure FDA0002231786660000012
式中λmax为最大波长，Z1、Z2均为特性阻抗，Гm为允许最大反射系数，εr为相对介电常数，b为渐变型巴伦外半径尺寸，a分别为渐变型巴伦内半径尺寸。
5.根据权利要求1或2所述的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，其特征在于：第一辐射体(1)和第二辐射体(6)结构相同。
6.根据权利要求1、2或5所述的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，其特征在于：第一辐射体(1)由两个结构相同的子辐射体关于水平面对称组成，所述子辐射体包括锥台和若干圆柱，若干圆柱自一端向另一端横截面积依次减小，横截面积最小的圆柱与锥台中直径大的面相连，支撑杆(3)穿过直径最大的圆柱边缘。
7.根据权利要求1、2或5所述的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，其特征在于：所述第一辐射体(1)和第二辐射体(6)的壁厚均为2mm，高度为0.3λmax～0.4λmax。
8.根据权利要求1、2或5所述的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，其特征在于：第一辐射体(1)和第二辐射体(6)中横截面积最大的圆柱的直径为0.25λmax～0.35λmax，λmax为工作波长的最大波长，棱角处统一做1mm倒角。
9.根据权利要求1所述的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，其特征在于：圆形金属底板(5)的直径L2为0.25λmax～0.35λmax、厚度为3mm。
10.根据权利要求1所述的渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线，其特征在于：支撑杆(3)、第一支撑座(4)和第二支撑座(7)均采用绝缘材料。
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