CN113851849A - 一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线 - Google Patents

一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，该天线同时具备宽频带、高增益和小型化的特性，并且能够抑制水平波瓣宽度。一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，包括两个集合线，所述集合线底部安装反射板，每个所述集合线均设置有若干个偶极子，所述集合线形成有张角倾斜壁，其张角倾斜壁的角度为2°，每个所述偶极子的尺寸由集合线底端至顶端逐个递减，所述偶极子两边为矩形状中间为两个经一阶科赫分形得到得科赫曲线组成的等边三角形结构。

Description

一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线。
背景技术
现代通信技术的发展，需要越来越多的天线拥有宽频带和高增益的特性，而对数周期天线则是一种十分适合现代通信系统应用的天线，对数周期天线是一种非频变天线，其阻抗特性和方向图能在一定范围的频率内保持稳定不变，具有带宽宽、增益高、辐射特性好、制作简单便宜和副瓣低等优点，成为通信系统中的热门研究之一。
但是在设计对数周期天线时，其工作频率与它的偶极子长度和偶极子间距有一定的关系，因此当他在实现宽频带的同时也会使其尺寸过大，在通信系统中天线的尺寸过大会十分限制天线的使用场景，无法充分发挥天线的性能，因此如何小型化对数周期天线是目前对数周期天线设计中的一个难题。
对数周期天线由于其在向着x轴上的有效面积小导致天线水平波瓣宽度大，在增益一定的情况下，水平波瓣宽度越大其垂直波瓣宽度越小，这样对天线的辐射覆盖面积有所影响。一般对对数周期天线进行小型化的时候，其天线的性能指标会同时受到很大的影响，在进行小型化的同时，其带宽宽度会受到一定影响而下降；天线的尺寸下降了，其增益同时也会受到一定的影响。目前在进行小型化的同时能够保持良好的辐射特性是一个比较困难的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，该天线同时具备宽频带、高增益和小型化的特性，并且能够抑制水平波瓣宽度。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，包括两个集合线，所述集合线底部安装反射板，每个所述集合线均设置有若干个偶极子，所述集合线形成有张角倾斜壁，其张角倾斜壁的角度为2°，每个所述偶极子的尺寸由集合线底端至顶端逐个递减，所述偶极子两边为矩形状中间为两个经一阶科赫分形得到得科赫曲线组成的等边三角形结构。
进一步地，所述集合线呈上窄下宽的梯形结构。
进一步地，所述反射板为由两个相同的半圆组成的集合线连接部和集合线连接部左右的侧板组成。
进一步地，最长的所述偶极子长度为183mm，其波长为0.395λ。
进一步地，两个所述集合线在反射板上形成投影重合。
进一步地，所述偶极子设置有20组，相邻的偶极子基于所述集合线朝相反的方向设置。
进一步地，所述对数周期天线为金属材料制成。
进一步地，所述金属材料为铝。
进一步地，所述集合线与偶极子为一体成型结构。
本发明的有益效果在于：将偶极子进行一阶科赫分形折叠，实现有效长度不变，横向长度减小的方法来实现小型化，在集合线底部增设反射板可以在增强天线前后比的同时也比一般的反射板的空间利用率高，减少材料使用，并且实现一款能同时覆盖0.65-5.5GHz频段的应用于室内的定向对数周期天线，该天线能够同时具备宽频带、高增益和小型化的特性，并且能够抑制水平波瓣宽度。
附图说明
图1为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线的立体图；
图2为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线中单个集合线的示意图；
图3为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线中反射板的示意图；
图4为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线中偶极子科赫曲线结构的示意图；
图5为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线有有梯形线性渐变集合线1和无梯形线性渐变集合线S11参数的曲线图；
图6为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线增益的曲线图；
图7为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线有反射板和无反射板前后比的曲线图；
图8为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线在0.7GHz的辐射方向图；
图9为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线在1.9GHz的辐射方向图；
图10为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线在2.9GHz的辐射方向图；
图11为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线在4GHz的辐射方向图；
图中标号为：1-集合线、11-张角倾斜壁、2-反射板、21-连接部、22-侧板、3-偶极子、31-等边三角形结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
参考图1-图4所示，一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，包括两个集合线1，集合线1底部安装反射板2，两个集合线1在反射板2上形成投影重合且面积大于一般的对数周期天线，每个集合线1均设置有若干个偶极子3，集合线1与偶极子3为一体成型结构，集合线1形成有张角倾斜壁11，其张角倾斜壁11的角度为2°，每个偶极子3的尺寸由集合线1底端至顶端逐个递减，偶极子3两边为矩形状中间为两个经一阶科赫分形得到得科赫曲线组成的等边三角形结构31，为了让天线的水平波瓣宽度适当减少，则要让天线在向x轴面上的有效面积增大，而让集合线有张角倾斜壁可以增加天线在向x轴面上的有效面积。由于对数周期天线的长度比较长，因此其张角不宜过大，将集合线1的中张角大小设置为2°，因为引入了张角导致天线偶极子3之间的间距不再是以前的等间距，是天线从上向下间距越来越大的状态，因此集合线1呈上窄下宽的梯形结构，集合线1宽度呈现线性渐变可以更好的耦合一对对数周期天线的偶极子3，弥补了之前由于张角导致的阻抗匹配的影响，让天线的阻抗匹配与最开始的保持不变而且其辐射特性能够得到改善。
可以有效提高天线在该平面上的面积，通过科赫分形是能够对偶极子3进行规律性的折叠，将每个偶极子3中部的经过一阶科赫分形进行折叠得到的等边三角形结构31，让偶极子3的横向长度缩减而且有效长度不变来小型化天线，一阶科赫分形是沿着与天线方向垂直的平面进行分形，增加了偶极子3向x轴上的有效面积，一阶科赫分形同时也可以让天线在进行小型化的同时一定程度上保持其原有的辐射特性。
在实施例中，反射板2为由两个相同的半圆组成的集合线1连接部21和集合线1连接部21左右的侧板22组成。具体的，通过设置特殊的反射板2，通过将两个集合线1固定于集合线1连接部21上，可以让天线的能量更好的集中，提高天线的前后比。
为了更好的进行小型化，在实施例中，可将最长的偶极子3长度为183mm，其余的偶极子3沿着集合线1向上逐个递减，其最长的偶极子3波长为0.395λ。
在实施例中，偶极子3设置有20组，相邻的偶极子3基于集合线1朝相反的方向设置，通过将相邻的偶极子3基于集合线1朝相反的方向设置，能够保持其对称性。
在实施例中，对数周期天线为金属材料制成；金属材料为铝。利用铝质材料制成的对数周期天线更便于原材料的购买进行生产。
利用仿真软件对上述实施例宽频高增益小型化对数周期天线的S11参数曲线图、增益、前后比及方向图进行了仿真，下面结合仿真对本发明的应用效果作详细的描述。
图5为宽频高增益小型化对数周期天线有梯形线性渐变集合线1和无梯形线性渐变集合线S11参数的曲线图，从图中可以很明显的看到集合线1有梯形线性渐变的情况下天线的S11参数比较好，在0.65GHz-5.5GHz频段之间小于-10dB，大部分频带小于-14dB，阻抗匹配良好。
图6为宽频高增益小型化对数周期天线增益的曲线图，从图中可看出，其增益在带宽内大于7.5dBi，最大增益值为9.45dBi，平均的增益在8.5dBi以上，增益较好。
图7为本发明所提供的宽频高增益小型化对数周期天线有反射板2和无反射板2前后比的曲线图，从图中可以看出来，有反射板2可以很大的提高天线的前后比。
下面为实施例所提供的宽频高增益小型化对数周期天线的仿真方向图：
图8为宽频高增益小型化对数周期天线在0.7GHz的辐射方向图；
图9为宽频高增益小型化对数周期天线在1.9GHz的辐射方向图；
图10为宽频高增益小型化对数周期天线在2.9GHz的辐射方向图；
图11为宽频高增益小型化对数周期天线在4GHz的辐射方向图。
通过图8-图11可以得知天线的波瓣宽度，天线的水平波瓣宽度也相比一般的对数周期天线得到很好的改善。
综上所述，通过上述实施例，将偶极子3进行一阶科赫分形折叠，实现有效长度不变，横向长度减小的方法来实现小型化，在集合线1底部增设反射板2可以在增强天线前后比的同时也比一般的反射板2的空间利用率高，减少材料使用，并且实现一款能同时覆盖0.65-5.5GHz频段的应用于室内的定向对数周期天线，该天线能够同时具备宽频带、高增益和小型化的特性，并且能够抑制水平波瓣宽度。
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (9)

1.一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，包括两个集合线（1），其特征在于，所述集合线（1）底部安装反射板（2），每个所述集合线（1）均设置有若干个偶极子（3），所述集合线（1）形成有张角倾斜壁（11），其张角倾斜壁（11）的角度为2°，每个所述偶极子（3）的尺寸由集合线（1）底端至顶端逐个递减，所述偶极子（3）两边为矩形状中间为两个经一阶科赫分形得到得科赫曲线组成的等边三角形结构（31）。
2.根据权利要求1所述的一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，其特征在于，所述集合线（1）呈上窄下宽的梯形结构。
3.根据权利要求1所述的一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，其特征在于，所述反射板（2）为由两个相同的半圆组成的集合线（1）连接部（21）和集合线（1）连接部（21）左右的侧板（22）组成。
4.根据权利要求1所述的一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，其特征在于，最长的所述偶极子（3）长度为183mm，其波长为0.395λ。
5.根据权利要求1所述的一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，其特征在于，两个所述集合线（1）在反射板（2）上形成投影重合。
6.根据权利要求1所述的一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，其特征在于，所述偶极子（3）设置有20组，相邻的偶极子（3）基于所述集合线（1）朝相反的方向设置。
7.根据权利要求1所述的一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，其特征在于，所述对数周期天线为金属材料制成。
8.根据权利要求7所述的一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，其特征在于，所述金属材料为铝。
9.根据权利要求1所述的一种降低水平波瓣宽度的宽频高增益小型化对数周期天线，其特征在于，所述集合线（1）与偶极子（3）为一体成型结构。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115117611A (zh) * 2022-05-09 2022-09-27 天津大学 一种加载弯折线的旁瓣可控的高增益高次模式压缩偶极子天线和其设计方法

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