CN112821078B - 一种宽频带小型化对数周期天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽频带小型化对数周期天线，其特征在于：包括对称对称偶极子振子与集合线；对称对称偶极子振子包括多对加载top‑hat的对称对称偶极子振子与多对直对称对称偶极子振子，集合线的数量为两条，任一对称对称偶极子振子与多对直对称对称偶极子振子分别与两条集合线垂直相连，两条集合线的一端通过连接线进行相连；本发明提供了一种宽频带小型化对数周期天线，本发明提供的天线在保持辐射特征不变的情况下，通过加载top‑hat对尺寸进行优化，横向尺寸缩减到了0.4λ(最低频率对应波长)以内，有效缩减了天线尺寸；覆盖频率达6.7个倍频程，增大了天线的应用空间。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是一种宽频带小型化对数周期天线。
背景技术
对数周期天线由于频率独立性的特点，是一种宽频带天线。它可用来作为超宽带无线通信系统的发射或者接收天线，也可以用来提升超宽带无线通信系统的抗干扰性、保密性、传输速率、定位精度等性能。对数周期天线的最长辐射振子长度是由最低工作频率所对应的半波长决定的，故传统的对数周期天线的横向尺寸较大，不利于工程实际应用。故需要解决对数周期天线的尺寸大的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种宽频带小型化对数周期天线。
本发明的技术方案为：一种宽频带小型化对数周期天线，包括对称对称偶极子振子与集合线；
所述对称对称偶极子振子包括多对加载top-hat的对称对称偶极子振子与多对直对称对称偶极子振子，所述集合线的数量为两条，任一所述对称对称偶极子振子与多对直对称对称偶极子振子分别与两条集合线垂直相连，两条所述集合线的一端通过连接线进行相连。
优选地，所述加载top-hat的对称对称偶极子振子的数量为9对，任一一对所述加载top-hat的对称对称偶极子振子分别与不同的集合线相连，所述直对称对称偶极子振子的数量为21对，任一一对所述直对称对称偶极子振子分别与不同的集合线相连，相邻的并且位于同一侧的所述加载top-hat的对称对称偶极子振子之间、所述加载top-hat的对称对称偶极子振子与直对称对称偶极子振子之间、所述直对称对称偶极子振子之间呈交叉排列。
优选地，所述加载top-hat的对称对称偶极子振子包括直振子部分与top-hat部分，所述直振子部分为圆柱形，所述top-hat部分呈U字形，所述直振子部分一端设有top-hat部分，另一端与集合线相连，所述直对称对称偶极子振子为圆柱形。
优选地，所述加载top-hat的对称对称偶极子振子的数量由长到短依次排列，所述直对称对称偶极子振子排列于加载top-hat的对称对称偶极子振子最短的后方并且由长到短依次排列。
优选地，所述加载top-hat的对称对称偶极子振子从长到短依次编号1号-9号；
1号所述加载top-hat的对称对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为130mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为72mm，宽度为72mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为5mm，宽度为75mm，厚度为1mm；
2号所述加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为130mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为40mm，宽度为40mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为45mm，宽度为40mm，厚度为1mm；
3号所述加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为120mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为33mm，宽度为33mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为40mm，宽度为33mm，厚度为1mm；
4号所述加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为90mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为35mm，宽度为35mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为40mm，宽度为35mm，厚度为1mm；
5号所述加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为90mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为30mm，宽度为30mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为25mm，宽度为30mm，厚度为1mm；
6号所述加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为80mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为30mm，宽度为30mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为18mm，宽度为30mm，厚度为1mm；
7号所述加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为80mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为25mm，宽度为25mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为20mm，宽度为25mm，厚度为1mm；
8号所述所述加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为70mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为23mm，宽度为23mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为20mm，宽度为23mm，厚度为1mm；
9号所述加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为70mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为20mm，宽度为20mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为15mm，宽度为20mm，厚度为1mm。
优选地，所述直对称对称偶极子振子从长到短依次编号10号-30号；所述直对称对称偶极子振子的单个的振子从长到短长度依次为130mm、114.4mm、100.7mm、88.6mm、78mm、68.6mm、60.4mm、53.1mm、46.8mm、41.1mm、36.2mm、31.9mm、28mm、24.7mm、21.7mm、19.1mm、16.8mm、14.8mm、13mm、11.5mm、10.1mm，所述直对称对称偶极子振子从长到短直径依次为：7mm、6.2mm、5.4mm、4.8mm、4.2mm、3.8mm、3.2mm、2.8mm、2.6mm、2.2mm、2mm、1.8mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm。
优选地，1号-30号所述对称对称偶极子振子的振子的中心间距依次为90mm、79.2mm、80mm、70.4mm、62mm、54.5mm、48mm、42.2mm、37.2mm、32.7mm、28.8mm、25.3mm、22.3mm、19.6mm、17.3mm、15.2mm、13.4mm、11.8mm、10.3mm、9.1mm、8mm、7.1mm、6.2mm、5.5mm、4.8mm、4.2mm、3.7mm、3.3mm、2.9mm。
优选地，所述集合线为长方体。
优选地，所述集合线的宽度为8mm，长度为825mm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明与现有技术相比，本发明提供的天线在保持辐射特征不变的情况下，通过加载top-hat对尺寸进行优化，横向尺寸缩减到了0.4λ(最低频率对应波长)以内，有效缩减了天线尺寸；覆盖频率达6.7个倍频程，增大了天线的应用空间。
附图说明
图1为本发明的整体立体结构示意图；
图2为图1中A区放大结构示意图；
图3为图1中B区放大结构示意图；
图4为本发明的主视图结构示意图；
图5为本发明的俯视图结构示意图；
图6为本发明的实施例中实验数据反射系数与频率的关系的仿真结果；
图7本发明的实施例中实验数据增益与频率的关系的仿真结果；
图8是本发明的实施例中实验数据工作频率为500M时，E面与H面的辐射特性；
图9本发明的实施例中实验数据工作频率为1000M时，E面与H面的辐射特性；
图10本发明的实施例中实验数据工作频率为2000M时，E面与H面的辐射特性；
图11本发明的实施例中实验数据工作频率为3000M时，E面与H面的辐射特性。
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。
本发明的描述中，需要理解的是，术语中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”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，仅是为了方便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，本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。
请参阅图1至图5所示，本发明提供如下技术方案：为了有效缩减天线的横向尺寸，采用加载top-hat的方案，可以使横向尺寸在0.4λ(最低频率对应波长)，一种宽频带小型化对数周期天线，包括对称对称偶极子振子1与集合线2；
对称对称偶极子振子1包括多对加载top-hat的对称对称偶极子振子11与多对直对称对称偶极子振子12，集合线2的数量为两条，任一对称对称偶极子振子1与多对直对称对称偶极子振子12分别与两条集合线2垂直相连，两条集合线2的一端通过连接线3进行相连。
本发明其中一个实施例为，加载top-hat的对称对称偶极子振子11的数量为9对，任一一对加载top-hat的对称对称偶极子振子11分别与不同的集合线2相连，直对称对称偶极子振子12的数量为21对，任一一对直对称对称偶极子振子12分别与不同的集合线2相连，相邻的并且位于同一侧的加载top-hat的对称对称偶极子振子11之间、加载top-hat的对称对称偶极子振子11与直对称对称偶极子振子12之间、直对称对称偶极子振子12之间呈交叉排列。
本发明其中一个实施例为，加载top-hat的对称对称偶极子振子11包括直振子部分111与top-hat部分112，直振子部分111为圆柱形，top-hat部分112呈U字形，直振子部分111一端设有top-hat部分112，另一端与集合线2相连，直对称对称偶极子振子12为圆柱形。
本发明其中一个实施例为，加载top-hat的对称对称偶极子振子11的数量由长到短依次排列，直对称对称偶极子振子12排列于加载top-hat的对称对称偶极子振子11最短的后方并且由长到短依次排列。
本发明其中一个实施例为，加载top-hat的对称对称偶极子振子11从长到短依次编号1号-9号；
1号加载top-hat的对称对称偶极子振子11，单个的直振子部分111长度为130mm，直径为8mm，top-hat部分112中，与集合线2平行部分的长度为72mm，宽度为72mm，厚度为1mm，与集合线2垂直部分的长度为5mm，宽度为75mm，厚度为1mm；
2号加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分111长度为130mm，直径为8mm，top-hat部分112中，与集合线2平行部分的长度为40mm，宽度为40mm，厚度为1mm，与集合线2垂直部分的长度为45mm，宽度为40mm，厚度为1mm；
3号加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分111长度为120mm，直径为8mm，top-hat部分112中，与集合线2平行部分的长度为33mm，宽度为33mm，厚度为1mm，与集合线2垂直部分的长度为40mm，宽度为33mm，厚度为1mm；
4号加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分111长度为90mm，直径为8mm，top-hat部分112中，与集合线2平行部分的长度为35mm，宽度为35mm，厚度为1mm，与集合线2垂直部分的长度为40mm，宽度为35mm，厚度为1mm；
5号加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分111长度为90mm，直径为8mm，top-hat部分112中，与集合线2平行部分的长度为30mm，宽度为30mm，厚度为1mm，与集合线2垂直部分的长度为25mm，宽度为30mm，厚度为1mm；
6号加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分111长度为80mm，直径为8mm，top-hat部分112中，与集合线2平行部分的长度为30mm，宽度为30mm，厚度为1mm，与集合线2垂直部分的长度为18mm，宽度为30mm，厚度为1mm；
7号加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分111长度为80mm，直径为8mm，top-hat部分112中，与集合线2平行部分的长度为25mm，宽度为25mm，厚度为1mm，与集合线2垂直部分的长度为20mm，宽度为25mm，厚度为1mm；
8号加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分111长度为70mm，直径为8mm，top-hat部分112中，与集合线2平行部分的长度为23mm，宽度为23mm，厚度为1mm，与集合线2垂直部分的长度为20mm，宽度为23mm，厚度为1mm；
9号加载top-hat对称偶极子振子，单个的直振子部分111长度为70mm，直径为8mm，top-hat部分112中，与集合线2平行部分的长度为20mm，宽度为20mm，厚度为1mm，与集合线2垂直部分的长度为15mm，宽度为20mm，厚度为1mm。
本发明其中一个实施例为，直对称对称偶极子振子12从长到短依次编号10号-30号；直对称对称偶极子振子12的单个的振子从长到短长度依次为130mm、114.4mm、100.7mm、88.6mm、78mm、68.6mm、60.4mm、53.1mm、46.8mm、41.1mm、36.2mm、31.9mm、28mm、24.7mm、21.7mm、19.1mm、16.8mm、14.8mm、13mm、11.5mm、10.1mm，直对称对称偶极子振子12从长到短直径依次为：7mm、6.2mm、5.4mm、4.8mm、4.2mm、3.8mm、3.2mm、2.8mm、2.6mm、2.2mm、2mm、1.8mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm。
本发明其中一个实施例为，振子的中心线定义为该振子在集合线2长度方向上的对称轴，任意两个振子的间距定义为两个振子的对称轴在集合线2长度方向上的距离；1号-30号对称对称偶极子振子1的振子的中心间距依次为90mm、79.2mm、80mm、70.4mm、62mm、54.5mm、48mm、42.2mm、37.2mm、32.7mm、28.8mm、25.3mm、22.3mm、19.6mm、17.3mm、15.2mm、13.4mm、11.8mm、10.3mm、9.1mm、8mm、7.1mm、6.2mm、5.5mm、4.8mm、4.2mm、3.7mm、3.3mm、2.9mm。
本发明其中一个实施例为，集合线2为长方体。
本发明其中一个实施例为，集合线2的宽度为8mm，长度为825mm。
本发明实验过程：对本发明的对数周期天线的特性进行仿真。反射系数低于-10dB，则认为匹配较好。如附图6所示，在频率450M-3000M范围内均满足S11低于-10dB。附图7给出了天线在频率450M-3000M范围内的增益曲线，由图中可以看出，增益范围为6.31-8.8dBi。附图8至附图11分别给出了频率为500M、1000M、2000M、3000M时的E面和H面方向图，从图中可以看出，本发明的小型化对数周期天线在有效缩减天线尺寸的同时仍能保持超宽带、高增益的特性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种宽频带小型化对数周期天线，其特征在于：包括对称对称偶极子振子与集合线；
所述对称对称偶极子振子包括多对加载top-hat的对称对称偶极子振子与多对直对称对称偶极子振子，所述集合线的数量为两条，所述集合线为长方体，任一所述对称对称偶极子振子与多对直对称对称偶极子振子分别与两条集合线垂直相连，两条所述集合线的一端通过连接线进行相连，所述加载top-hat的对称对称偶极子振子包括直振子部分与top-hat部分，所述直振子部分为圆柱形，所述top-hat部分呈U字形，所述直振子部分一端设有top-hat部分，另一端与集合线相连，所述直对称对称偶极子振子为圆柱形。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带小型化对数周期天线，其特征在于：所述加载top-hat的对称对称偶极子振子的数量为9对，任一一对所述加载top-hat的对称对称偶极子振子分别与不同的集合线相连，所述直对称对称偶极子振子的数量为21对，任一一对所述直对称对称偶极子振子分别与不同的集合线相连，相邻的并且位于同一侧的所述加载top-hat的对称对称偶极子振子之间、所述加载top-hat的对称对称偶极子振子与直对称对称偶极子振子之间、所述直对称对称偶极子振子之间呈交叉排列。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽频带小型化对数周期天线，其特征在于：所述加载top-hat的对称对称偶极子振子的数量由长到短依次排列，所述直对称对称偶极子振子排列于加载top-hat的对称对称偶极子振子最短的后方并且由长到短依次排列。
4.根据权利要求3所述的一种宽频带小型化对数周期天线，其特征在于：所述加载top-hat的对称对称偶极子振子从长到短依次编号1号-9号；
1号所述加载top-hat的对称对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为130mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为72mm，宽度为72mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为5mm，宽度为75mm，厚度为1mm；
2号所述加载top-hat的对称对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为130mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为40mm，宽度为40mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为45mm，宽度为40mm，厚度为1mm；
3号所述加载top-hat的对称对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为120mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为33mm，宽度为33mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为40mm，宽度为33mm，厚度为1mm；
4号所述加载top-hat的对称对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为90mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为35mm，宽度为35mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为40mm，宽度为35mm，厚度为1mm；
5号所述加载top-hat的对称对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为90mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为30mm，宽度为30mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为25mm，宽度为30mm，厚度为1mm；
6号所述加载top-hat的对称对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为80mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为30mm，宽度为30mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为18mm，宽度为30mm，厚度为1mm；
7号所述加载top-hat的对称对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为80mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为25mm，宽度为25mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为20mm，宽度为25mm，厚度为1mm；
8号所述加载top-hat的对称对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为70mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为23mm，宽度为23mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为20mm，宽度为23mm，厚度为1mm；
9号所述加载top-hat的对称对称偶极子振子，单个的直振子部分长度为70mm，直径为8mm，top-hat部分中，与集合线平行部分的长度为20mm，宽度为20mm，厚度为1mm，与集合线垂直部分的长度为15mm，宽度为20mm，厚度为1mm。
5.根据权利要求4所述的一种宽频带小型化对数周期天线，其特征在于：所述直对称对称偶极子振子从长到短依次编号10号-30号；所述直对称对称偶极子振子的单个的振子从长到短长度依次为130mm、114.4mm、100.7mm、88.6mm、78mm、68.6mm、60.4mm、53.1mm、46.8mm、41.1mm、36.2mm、31.9mm、28mm、24.7mm、21.7mm、19.1mm、16.8mm、14.8mm、13mm、11.5mm、10.1mm，所述直对称对称偶极子振子从长到短直径依次为：7mm、6.2mm、5.4mm、4.8mm、4.2mm、3.8mm、3.2mm、2.8mm、2.6mm、2.2mm、2mm、1.8mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm、1mm。
6.根据权利要求5所述的一种宽频带小型化对数周期天线，其特征在于：1号-30号所述对称对称偶极子振子的振子的中心间距依次为90mm、79.2mm、80mm、70.4mm、62mm、54.5mm、48mm、42.2mm、37.2mm、32.7mm、28.8mm、25.3mm、22.3mm、19.6mm、17.3mm、15.2mm、13.4mm、11.8mm、10.3mm、9.1mm、8mm、7.1mm、6.2mm、5.5mm、4.8mm、4.2mm、3.7mm、3.3mm、2.9mm。
7.根据权利要求1、5或6任一权利要求所述的一种宽频带小型化对数周期天线，其特征在于：所述集合线的宽度为8mm，长度为825mm。
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