CN113764870A - 一种双极化磁电偶极子天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双极化磁电偶极子天线，包括金属的反射板，以及设置在反射板上均正交极化的一对电偶极子、一对磁偶极子、一对馈电巴伦和非金属支撑结构，每个电偶极子包括两个对称且平行于反射板的电辐射臂，每个磁偶极子包括两个相同且垂直于反射板的磁辐射臂，且一个电辐射臂对应一个磁辐射臂，每个磁辐射臂包括间隙设置的上金属板和下金属板，以及电连接在上金属板和下金属板之间的若干串联或并联的RLC器件，上金属板与对应的电辐射臂的末端短路连接，下金属板与反射板短路连接。该双极化磁电偶极子天线具有宽带化、小型化等优点。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别涉及一种双极化磁电偶极子天线。
背景技术
移动通信系统都存在着不同程度的多路径效应，由于多路径效应是通信信号失真的主要原因之一，因此克服信号传输的多路径效应是提升通信系统性能的重要指标。其中，极化分集技术便是克服信号传输多路径效应的有效方法。双极化天线因其能够在同一个频带内接收和发射不同极化方向的电磁波，如垂直极化和水平极化，或者是左旋圆极化和右旋圆极化，实现了频率复用，大大提升了通信系统的容量。此外，双极化天线还可以有效解决多天线干扰、单天线工作频段窄等问题，在短程的无线通信中表现出很好的性能。
在军事国防领域，如在反辐射导弹导引头和雷达预警接收机等系统中，往往要求应用在其中的天线不仅能够接收与其自身极化方式相匹配的信号，还能以不同灵敏度接收其它类型的极化信号；另外，由于目标物体的工作频带以及位置往往不能够确定，所以要求天线同时具有更宽的工作频带以及较宽的波束宽度。并且，由于整个系统的空间有限，同时也要求天线满足小型化的要求。
双极化磁电偶极子天线因其具备宽带、定向性好、低交叉极化、低后瓣辐射等优点，有良好的应用前景，传统的双极化磁电偶极子天线在多频段系统中，由于不同工作频段的天线通常间距较近，导致存在强烈的相互耦合，从而使得双极化磁电偶极子天线整体性能恶化。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种双极化磁电偶极子天线，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开一种双极化磁电偶极子天线，包括金属的反射板，以及设置在所述反射板上均正交极化的一对电偶极子、一对磁偶极子、一对馈电巴伦和非金属支撑结构，每个所述电偶极子包括两个对称且平行于所述反射板的电辐射臂，每个所述磁偶极子包括两个相同且垂直于所述反射板的磁辐射臂，且一个电辐射臂对应一个磁辐射臂，每个所述磁辐射臂包括间隙设置的上金属板和下金属板，以及电连接在所述上金属板和所述下金属板之间的若干串联或并联的RLC器件，所述上金属板与对应的所述电辐射臂的末端短路连接，所述下金属板与所述反射板短路连接。
进一步地，每个所述电辐射臂的宽度两边均向所述反射板的方向弯折预设角度。
进一步地，每个所述磁辐射臂还包括印制板；
所述印制板设置在所述上金属板和所述下金属板之间，所述RLC器件设置在所述印制板上。
进一步地，所述印制板上印刷有上金属带和下金属带，所述上金属带与所述上金属板短路连接，所述下金属带与所述下金属板短路连接，若干串联或并联的所述RLC器件电连接在所述上金属带和所述上金属带之间。
进一步地，每个所述RLC器件为贴片电阻和贴片电容的并联。
进一步地，各所述电辐射臂相互之间的间隙不大于第一预设距离。
进一步地，所述上金属板和对应的所述电辐射臂一体化压铸成型。
进一步地，所述一对馈点巴伦对称设置，一个馈点巴伦对应一个电偶极子，且每个馈电巴伦包括同轴电缆、馈电片和短路柱；
所述同轴电缆的一端穿过所述反射板用于连接外部的射频插座，所述同轴电缆的另一端的电缆外皮与对应的电偶极子的一个电辐射臂短路连接，所述同轴电缆的另一端的电缆内芯通过所述馈电片与对应的电偶极子的另一个电辐射臂短路连接，所述短路柱的两端分别与所述反射板和对应的电偶极子的另一个电辐射臂短路连接。
进一步地，所述非金属支撑结构包括定位环；
所述定位环放置在各所述电辐射臂的上表面并分别与各所述电辐射臂固定连接，使各所述电辐射臂间的相对位置保持固定。
进一步地，所述非金属支撑结构还包括若干支撑柱和支撑条；
所述支撑柱设置在所述电辐射臂和所述反射板之间，用于所述电辐射臂的支撑定位，且使所述电辐射臂与所述反射板的距离保持在第二预设距离；所述支撑条垂直方向设置在所述磁辐射臂的两侧，用于所述磁辐射臂的支撑定位。
本发明的优点及有益效果是：
本发明的双极化磁电偶极子天线中，通过在每个磁辐射臂上加载若干串联或并联的RLC器件的方式，实现了双极化磁电偶极子天线的宽带匹配，有效减少了天线的尺寸，使该天线具有宽带化、小型化等优点。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明的一个实施例中双极化磁电偶极子天线的立体结构图；
图2为本发明的一个实施例中一个电偶极子、一个磁偶极子和一个馈电巴伦连接的立体结构图；
图3为本发明的一个实施例中印制板的立体结构图；
图4为本发明的一个实施例中双极化磁电偶极子天线的电压驻波比曲线图；
图5为本发明的一个实施例中双极化磁电偶极子天线的增益曲线图；
图6为本发明的一个实施例中双极化磁电偶极子天线垂直极化和水平极化在350MHz处的方位面方向图；
图7为本发明的一个实施例中双极化磁电偶极子天线直极化和水平极化在1000MHz处的方位面方向图；
图8为本发明的一个实施例中双极化磁电偶极子天线直极化和水平极化在1600MHz处的方位面方向图。
图中：1、反射板；2、电辐射臂；3、上金属板；4、下金属板；5、RLC器件；6、印制板；7、上金属带；8、下金属带；9、同轴电缆；10、馈电片；11、短路柱；12、射频插座；13、定位环；14、支撑柱；15、支撑条。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例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。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
本发明一个实施例中公开一种双极化磁电偶极子天线，如图1所示，包括金属的反射板1，以及设置在反射板1上均正交极化的一对电偶极子、一对磁偶极子、一对馈电巴伦和非金属支撑结构，即一对电偶极子和一对磁偶极子正交设置。馈电巴伦用于电偶极子和磁偶极子的馈电，非金属支撑结构用于将电偶极子和磁偶极子支撑固定在反射板1上。
具体地，如图1～图2所示，每个电偶极子包括两个对称且平行于反射板1的电辐射臂2，该两个电辐射臂2间隙设置，每个磁偶极子包括两个相同且垂直于反射板1的磁辐射臂，且一个电辐射臂对应一个磁辐射臂，每个磁辐射臂包括间隙设置的上金属板3和下金属板4，以及电连接在上金属板3和下金属板4之间的若干串联或并联的RLC器件5，上金属板3与对应的电辐射臂2的末端短路连接，下金属板4与反射板1短路连接，例如可以通过螺钉/螺栓或焊接方式连接。其中，RLC器件5的设置数量和连接方式可根据需要进行调整。
综上，本实施例的双极化磁电偶极子天线中，通过在每个磁辐射臂上加载若干串联或并联的RLC器件的方式，实现了双极化磁电偶极子天线的宽带匹配，有效减少了天线的尺寸，具有宽带化、小型化等优点。
在一个实施例中，如图1～图2所示，每个电辐射臂2的宽度两边均向反射板1的方向弯折预设角度。弯折预设角度优选为45°，弯折高度优选为15mm。电辐射臂2的宽度两边均向反射板1方向弯折的设置，可以有效拓展天线带宽，同时还展宽了双极化磁电偶极子天线垂直极化和水平极化方向图的半功率波束宽度。
在一个实施例中，如图2～图3所示，每个磁辐射臂还包括印制板6；印制板6用于支撑固定RLC器件5。
印制板6设置在上金属板3和下金属板4之间，并通过螺钉或螺栓分别与上金属板3和下金属板4固定连接，RLC器件5印制在印制板6上。印制板6优选使用介电常数εr＝2.65，正切损耗tanδ＝0.0009的F4BM265板材，且其基材厚度为1mm。
进一步地，为了便于RLC器件与上金属板3和下金属板4的电连接，印制板6上印刷有上金属带7和下金属带8，上金属带7和下金属带8之间的优选距离为1mm。上金属带7与上金属板3短路连接，下金属带8与下金属板4短路连接，若干串联或并联的RLC器件5电连接在上金属带7和下金属带8之间，进而实现RLC器件5与上金属板3和下金属板4的电连接。
在一个具体实施例中，每个RLC器件5为贴片电阻和贴片电容的并联，RLC器件5中使用贴片电阻和贴片电容，可有效减小双极化磁电偶极子天线的体积，并且提高其精密度。贴片电阻的电阻值优选为200Ω，贴片电容的电容值优选为0.75pF。
在一个实施例中，各电辐射臂2相互之间的间隙不大于第一预设距离，例如第一预设距离为1mm，各电辐射臂2相互之间的间隙在0～1mm的距离范围内，可使天线的水平极化端口和垂直极化端口具有较好的一致性。
在一个实施例中，上金属板3和对应的电辐射臂2一体化压铸成型，一体化压铸成型的设置可使天线结构更为简单紧凑，使天线更为小型化和轻型化。
在一个实施例中，一对馈点巴伦对称设置，一个馈点巴伦对应一个电偶极子，如图1～图2所示，每个馈电巴伦包括同轴电缆9、馈电片10和短路柱11。
同轴电缆9的一端穿过反射板1用于连接外部的射频插座12，同轴电缆9的另一端的电缆外皮与对应的电偶极子的一个电辐射臂2短路连接，同轴电缆9的另一端的电缆内芯通过馈电片10与对应的电偶极子的另一个电辐射臂2短路连接，短路柱11的两端分别与反射板1和对应的电偶极子的另一个电辐射臂2短路连接，通过上述馈电巴伦的具体结构设置可以实现对电偶极子和磁偶极子的平衡馈电。
在一个实施例中，如图1所示，非金属支撑结构包括定位环13。其中，定位环13优选为圆环。
定位环13放置在各电辐射臂2的上表面并分别与各电辐射臂2固定连接，使各电辐射臂2间的相对位置保持固定，定位环13和电辐射臂2之间具体可通过螺钉或螺栓实现固定。
在一个实施例中，如图1所示，非金属支撑结构还包括若干支撑柱14和支撑条15。
具体地，支撑柱14设置在电辐射臂2和反射板1之间，用于电辐射臂2的支撑定位，且使电辐射臂2与反射板1的距离保持在第二预设距离。当然，支撑柱14也可以替换成支撑板等同样起到支撑作用的结构，亦在本申请的保护范围之内；支撑条15垂直方向通过螺钉或螺栓固定在磁辐射臂的两侧，用于磁辐射臂的支撑定位，使其结构更为牢固。其中，电辐射臂2与反射板1的距离优选为保持在60mm，该距离为在保证天线的性能不受影响下的最小距离，进一步实现了天线的小型化。
双极化磁电偶极子天线的外形尺寸优选为160mm×160mm×65mm。
对本发明的双极化磁电偶极子天线进行电压驻波比测试，通过图4可以看出，该天线在工作频段350MHz～1600MHz范围内的电压驻波比≤3.5，且水平极化端口和垂直极化端口驻波比有比较好的一致性。
对本发明的双极化磁电偶极子天线进行天线增益测试，如图5所示，实线代表双极化磁电偶极子天线水平极化增益曲线，虚线代表双极化磁电偶极子天线垂直极化增益曲线，从图中可以看出，双极化磁电偶极子天线水平极化和垂直极化增益≥-10dBi@350MHz～500MHz，≥-2dBi@500MHz～1250MHz，≥3dBi@1250MHz～1600MHz，其具有较高的增益，且水平极化端口和垂直极化端口增益一致性良好。
图6～图8为本发明的双极化磁电偶极子天线垂直极化和水平极化分别在350MHz、1000MHz和1600MHz处的方位面方向图。图6～图8中，实线代表实施例双极化磁电偶极子天线水平极化方位面方向图，虚线代表实施例双极化磁电偶极子天线垂直极化方位面方向图，从图中可以看出该天线在宽频带内，方向图并未开裂，表示天线具有宽带化。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种双极化磁电偶极子天线，包括金属的反射板，以及设置在所述反射板上均正交极化的一对电偶极子、一对磁偶极子、一对馈电巴伦和非金属支撑结构，每个所述电偶极子包括两个对称且平行于所述反射板的电辐射臂，每个所述磁偶极子包括两个相同且垂直于所述反射板的磁辐射臂，且一个电辐射臂对应一个磁辐射臂，其特征在于，每个所述磁辐射臂包括间隙设置的上金属板和下金属板，以及电连接在所述上金属板和所述下金属板之间的若干串联或并联的RLC器件，所述上金属板与对应的所述电辐射臂的末端短路连接，所述下金属板与所述反射板短路连接。
2.根据权利要求1所述的双极化磁电偶极子天线，其特征在于，每个所述电辐射臂的宽度两边均向所述反射板的方向弯折预设角度。
3.根据权利要求1所述的双极化磁电偶极子天线，其特征在于，每个所述磁辐射臂还包括印制板；
所述印制板设置在所述上金属板和所述下金属板之间，所述RLC器件设置在所述印制板上。
4.根据权利要求3所述的双极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述印制板上印刷有上金属带和下金属带，所述上金属带与所述上金属板短路连接，所述下金属带与所述下金属板短路连接，若干串联或并联的所述RLC器件电连接在所述上金属带和所述上金属带之间。
5.根据权利要求1所述的双极化磁电偶极子天线，其特征在于，每个所述RLC器件为贴片电阻和贴片电容的并联。
6.根据权利要求1所述的双极化磁电偶极子天线，其特征在于，各所述电辐射臂相互之间的间隙不大于第一预设距离。
7.根据权利要求1所述的双极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述上金属板和对应的所述电辐射臂一体化压铸成型。
8.根据权利要求1所述的双极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述一对馈点巴伦对称设置，一个馈点巴伦对应一个电偶极子，且每个馈电巴伦包括同轴电缆、馈电片和短路柱；
所述同轴电缆的一端穿过所述反射板用于连接外部的射频插座，所述同轴电缆的另一端的电缆外皮与对应的电偶极子的一个电辐射臂短路连接，所述同轴电缆的另一端的电缆内芯通过所述馈电片与对应的电偶极子的另一个电辐射臂短路连接，所述短路柱的两端分别与所述反射板和对应的电偶极子的另一个电辐射臂短路连接。
9.根据权利要求1所述的双极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述非金属支撑结构包括定位环；
所述定位环放置在各所述电辐射臂的上表面并分别与各所述电辐射臂固定连接，使各所述电辐射臂间的相对位置保持固定。
10.根据权利要求9所述的双极化磁电偶极子天线，其特征在于，所述非金属支撑结构还包括若干支撑柱和支撑条；
所述支撑柱设置在所述电辐射臂和所述反射板之间，用于所述电辐射臂的支撑定位，且使所述电辐射臂与所述反射板的距离保持在第二预设距离；所述支撑条垂直方向设置在所述磁辐射臂的两侧，用于所述磁辐射臂的支撑定位。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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