CN111463556A - 一种宽波束磁电偶极子天线 - Google Patents

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李清亮
崔玉国
闫玉波
李辉
吕立斌
丁建
王西乾
马广林
董慧
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Abstract

本发明涉及天线领域,是指一种宽波束磁电偶极子天线，其目的在于解决现有技术中波束的E面、H面辐射宽度不一致的问题。本发明包括通过微带转接头连接的馈电结构、辐射振子和金属地，所述辐射振子包括电偶极子和一对磁偶极子，其特征在于：所述电偶极子为总长为L1+L2、宽为W1的复合面，磁偶极子为连接电偶极子，反射腔的长为L2，宽为H1的矩形面。本发明通过设置复合弯曲面电偶极子天线使天线H面的的半功率波束宽度得到展宽；通过设置具有金属反射台的金属地使天线在E面的更大角度范围内获得更好的辐射性能；增加天线的波束辐射宽度，提高波束在E面、H面辐射宽度的一致性。

Description

一种宽波束磁电偶极子天线
技术领域
本发明涉及天线领域，特别是指一种宽波束磁电偶极子天线。
背景技术
天线的波束宽度，指的是天线波束在最大辐射方向两侧，增益下降3dB的夹角。在无线通信等诸多应用中，在保持良好定向辐射特性和适当增益条件下，希望天线具有尽可能宽的波束，从而无线通信信号能够覆盖大的空间范围。例如，在卫星导航的领域，终端接收天线往往要求具有近似于半球的宽波束。对相控阵天线，天线单元的波束宽度对相控阵天线的波束扫描范围有重要影响，宽波束天线单元可扩大相控阵天线的波束扫描范围。在车辆雷达系统中，车载天线需要足够的波束宽度以检测较大视野范围的目标，避免碰撞事故的发生。
香港城市大学的陆贵文教授在2006年提出了一款新型的电磁偶极子天线。该类天线具有宽频带、良好定向辐射特性、易实现正交双极化或圆极化、低交叉极化等优点；YANS,KANG K,LIANG C H.A wideband circularly polarized magnetoelectric dipoleantenna[J].IEEE antennas&Wireless propagation letters,2017,PP(99):1-1.提出了一种磁电偶极子天线，该天线拥有较宽的工作频带和良好的定向辐射特性，可以应用于卫星通信和飞行器通信等应用场景中；但是其E面和H面的方向图不对称，同一个工作频点仅能实现某一面的宽波束。目前，很多类似结构的单馈磁电偶极子天线大多有同样的问题，因此E面、H面辐射一致的宽波束磁电偶极子天线设计亟待解决。
亟待出现一种在保持宽工作频带和良好定向辐射特性条件下，通过对天线的结构改进和优化，扩展磁电偶极子天线的波束宽度。
发明内容
本发明提出一种宽波束磁电偶极子天线，解决了现有技术中波束的E面、H面辐射宽度不一致的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种宽波束磁电偶极子天线，包括通过微带转接头连接的馈电结构、辐射振子和金属地，所述辐射振子包括电偶极子和一对磁偶极子，所述电偶极子为总长为L1+L2、宽为W1的复合面，磁偶极子为连接电偶极子，反射腔的长为L2，宽为H1的矩形面；所述磁偶极子与金属地垂直设置。
优选地，所述金属地为对角切口的矩形腔；所述矩形腔长为L、宽为W、高为H1+H2。
进一步地，所述矩形腔内有两个相对设置于窄边的金属反射台，所述金属反射台的反射面为等腰梯形，所述等腰梯形与矩形腔壁相连的边长为L4，与矩形腔底面相连的边长为L3。
优选地，所述金属反射台的腰与矩形腔窄边沿夹角为91.9°。
本发明公开的一种宽波束磁电偶极子天线，通过设置复合弯曲面电偶极子天线使天线H面的的半功率波束宽度得到展宽；通过设置具有金属反射台的金属地使天线在E面的更大角度范围内获得更好的辐射性能；增加天线的波束辐射宽度，提高波束在E面、H面辐射宽度的一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明的结构示意图；
图2：随电偶极子长度变化的天线E面和H面的方向图；
图3:斜坡金属台设置后和前E面和H面的方向图；
其中：1、电偶极子；2、磁偶极子；3、金属反射台；4、矩形腔；5、馈电结构。
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。
本发明公开的一种宽波束磁电偶极子天线，包括通过微带转接头连接的馈电结构5、辐射振子和金属地，所述辐射振子包括电偶极子1和一对磁偶极子2，所述电偶极子1为总长为L1+L2、宽为W1的复合面，磁偶极子2为连接电偶极子1，反射腔的长为L2，宽为H1的矩形面；所述磁偶极子与金属地垂直设置。其中微带转接头可以为50ΩSMA同轴转接头。
优选地，所述金属地为对角切口的矩形腔；所述矩形腔长为L、宽为W、高为H1+H2。
进一步地，所述矩形腔4内有两个相对设置于窄边的金属反射台3，所述金属反射台3的反射面为等腰梯形，所述等腰梯形与矩形腔4壁相连的边长为L4，与矩形腔4底面相连的边长为L3。优选地，所述金属反射台3的腰与矩形腔4窄边沿夹角为91.9°。
本发明利用电磁理论的迭加原理，将天线的方向图进行分析，使得天线方向图在轴向以外的方向进行迭加，而在轴向的方向上增益压低，把方位面的波束压向更宽的范围。通过弯曲形磁振子辐射面和一个开放式金属反射台3，分别对该磁电偶极子1天线的轴向外的方向图进行迭加，从而实现天线的波束赋形，展宽了波束宽度。
如图1本发明的结构示意图所示，本发明的尺寸大小为104mm×104mm×19.5mm，金属腔长为L＝104mm，宽为W＝104mm，高为H1+H2＝19.5mm，腔体厚度为H2＝2.8mm。具体参数如表一：
Figure BDA0002411459090000041
表1天线相关参数(单位：mm)
通过对电偶极子1结构参数L1、L2、W1和金属反射台3的结构参数L3、L4、a、H1进行扫参分析；其中电偶极子1的长度L1是影响H面半功率波束宽度的最主要参数；金属反射台3结构是印象E面半功率波束宽度展宽的主要参数；
如图2随电偶极子1长度变化的天线E面和H面的方向图所示，天线在5.2GHz频点处，调整电偶极子12长度L1，随着L1增大，电偶极子1辐射片上的电流分布面积也随之增大，天线H面的主辐射方向减弱，主辐射方向四周的辐射增强，天线H面的半功率波束宽度得到展宽，当L1增大到27.2mm时，H面的半功率波束宽度达到102°，但E面的半功率波束宽度为53°左右，几乎不变。
在不影响H面半功率波束宽度的同时，在腔体内增加两个L3＝58.3mm、L4＝67.6mm、H1＝16.7mm、与金属反射台3宽边上边沿夹角为91.9°的斜坡金属台，其中电偶极子1的长度L1取27.2mm。
金属腔对反射电磁波的反射距离起到渐变补偿的作用，正向辐射电磁波和金属腔反射的反向辐射电磁波在辐射面上同相叠加，使得天线在E面的更大角度范围内获得更好的辐射性能。
如图3金属反射台3设置后和前E面和H面的方向图所示，天线在5.2GHz频点处，增加金属反射台3后天线的面方向图得到非常显著的改善，E面的半功率波束宽度达到103°，H面的HPWB为102°左右，几乎不变。
通过调节电偶极子1长度L1和增加金属反射台3后，该天线的E面和H面均实现赋形宽波束，E面和H面半功率波束宽度分别达到102.8°、114.5°。
本发明公开的一种宽波束磁电偶极子天线，通过设置复合弯曲面电偶极子1天线使天线H面的的半功率波束宽度得到展宽；通过设置具有金属反射台3的金属地使天线在E面的更大角度范围内获得更好的辐射性能；增加天线的波束辐射宽度，提高波束在E面、H面辐射宽度的一致性。
当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种宽波束磁电偶极子天线，包括通过微带转接头连接的馈电结构、辐射振子和金属地，所述辐射振子包括电偶极子和一对磁偶极子，其特征在于：所述电偶极子为总长为L1+L2、宽为W1的复合面，磁偶极子为连接电偶极子，反射腔的长为L2，宽为H1的矩形面；所述磁偶极子与金属地垂直设置。
2.根据权利要求1所述的一种宽波束磁电偶极子天线，其特征在于：所述金属地为对角切口的矩形腔；所述矩形腔长为L、宽为W、高为H1+H2。
3.根据权利要求2所述的一种宽波束磁电偶极子天线，其特征在于：所述矩形腔内有两个相对设置于窄边的金属反射台，所述金属反射台的反射面为等腰梯形，所述等腰梯形与矩形腔壁相连的边长为L4，与矩形腔底面相连的边长为L3。
4.根据权利要求3所述的一种宽波束磁电偶极子天线，其特征在于：所述金属反射台的腰与矩形腔窄边沿夹角为91.9°。
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