CN114361771A - 基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线 - Google Patents

基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线 Download PDF

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黄志祥
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Abstract

本发明提供了一种涉及天线技术领域的基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木‑宇田天线，包括有源振子、反射振子、引向振子以及馈电点，馈电点位于有源振子的中心，反射振子和引向振子分为位于有源振子两侧，有源振子、反射振子以及引向振子两两相交形成夹角γ，有源振子、反射振子以及引向振子分别位于不同平面上；馈电后的有源振子向周边辐射电磁波，反射振子将电磁波反射，引向振子引导辐射电磁波和反射后的电磁波运输至一个方向。本发明实现圆极化的方式不同于传统补偿相位，而是通过耦合方式实现圆极化，极化方法成本低，较易实现；可以通过简单的振子角度调整，即可实现天线的高增益、定向、圆极化等优良性能。

Description

基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展，天线的性能也随着时代的前进而不断改良。其中圆极化天线因为圆极化波具有抑制多经衰落，不受电离层中的法拉第旋转效应的影响，而被人们广泛关注，并且深入研究，广泛适用于军用、民用等多种场合。八木-宇田天线是天线历史上被运用十分广泛的经典设计，其结构简单、纵向尺寸小、增益高、副瓣电平较低、定向优良等优势使它经久不衰。许多国内外学者在此天线的基础上进行圆极化波产生的尝试，扩大其应用范围，但大多是比如通过补偿相位等方式实现极化，较为麻烦，不够简便。
经现有技术专利文献检索发现，中国发明专利公开号为CN104701636A，公开了一种用于移动通讯的小型化八木-宇田天线阵列，属于无线通信技术领域，工作频段可以调整，频段内的方向图定向性好；抗干扰效果好，性能稳定，信号容量大。包括一个受激偶极子单元、一个反射器寄生偶极子单元、一个引向器寄生偶极子单元、一个串联馈电结构，所述的串联馈电结构的一侧与受激偶极子单元、反射器寄生偶极子单元连接在一起、另一侧和引向器寄生偶极子单元连接在一起。因此，该文献与本发明所介绍的方法是属于不同的发明构思。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线。
根据本发明提供的一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，包括有源振子、反射振子、引向振子以及馈电点，馈电点位于有源振子的中心，反射振子和引向振子分为位于有源振子两侧，有源振子、反射振子以及引向振子两两相交形成夹角γ，有源振子、反射振子以及引向振子分别位于不同平面上；
通过馈电点馈电后的有源振子向周边辐射电磁波，反射振子将电磁波反射，引向振子引导辐射电磁波和反射后的电磁波运输至一个方向。
一些实施例中，夹角γ的范围为0°＜γ＜180°。
一些实施例中，有源振子和反射振子在XOZ面方向上夹角γ为55°。
一些实施例中，有源振子和引向振子在XOZ面方向上夹角γ为45°。
一些实施例中，有源振子、反射振子以及引向振子的半径波长长度为0.002-0.01倍。
一些实施例中，有源振子和反射振子在ZOY面方向上间距为12.0mm。
一些实施例中，有源振子和引向振子在ZOY面方向上间距为13.5mm。
一些实施例中，有源振子的长度为75.0mm。
一些实施例中，反射振子的长度为82.5mm。
一些实施例中，引向振子的长度为67.5mm。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明实现圆极化的方式不同于传统补偿相位，而是通过耦合方式实现圆极化，极化方法成本低，较易实现。
2、本发明可以通过简单的振子角度调整，即可实现天线的高增益、定向、圆极化等优良性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线的立体图；
图2为本发明提供的一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线侧视(xoz)结构示意图；
图3为本发明提供的一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线侧视 (zoy)结构示意图；
图4为本发明提供的一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线的S11 参数示意图；
图5为本发明提供的一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线在2.05GHz时zoy面的方向图。
图6为本发明提供的一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线在2.05GHz时yox面的方向图。
图7为本发明提供的一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线的轴比带宽示意图。
图中示出：
1-有源振子，2-反射振子，3-引向振子，4-馈电点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本发明提供的一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，如图 1-7所示，包括有源振子1、反射振子2、引向振子3以及馈电点4，馈电点4位于有源振子1的中心，反射振子2和引向振子3分为位于有源振子1两侧，有源振子1、反射振子2以及引向振子3两两相交形成夹角γ，有源振子1、反射振子2以及引向振子3 分别位于不同平面上。更为具体的，反射振子2与有源振子1保持一定间距并形成一定的轴向角度，位于有源振子一侧，两振子各自所在平面互相平行。引向振子3与有源振子1保持一定间距并形成一定的轴向角度，两振子各自所在平面互相平行。有源振子1的中心馈电点4处正常馈电，作为天线辐射体；反射振子2反射由有源振子辐射过来的电磁波；引向振子3引导辐射、反射过来的电磁波并进行耦合，因相位差构成极化，定向传播，并提高增益。
具体地，设空间直角坐标系o-xyz包括：原点o、x轴、y轴、z轴；
圆极化八木-宇田天线平行于空间直角坐标系xoz面；
三种振子皆相互保持一定间距且有一定轴向角度，其中振子尺寸、轴向角度大小、间距为：有源振子1的长度为75.0mm、反射振子2的长度为82.5mm、引向振子3的长度为67.5mm；
有源振子1和反射振子2在如图2的XOZ面方向上夹角γ为55°、有源振子1和引向振子3在如图2的XOZ面方向上夹角γ为45°；
有源振子1和反射振子2在如图3的ZOY面方向上间距为12.0mm、有源振子1和引向振子3在如图3的ZOY面方向上间距为13.5mm。
工作原理：通过馈电点4对有源振子1进行馈电，有源振子1开始向周边辐射电磁波，电磁波传播至一侧的反射振子2后，因为反射振子2为金属导体，很大程度上将电磁波原路反射回去，待反射和辐射电磁波经过引向振子3后，因相互的轴向角度不同而造成相位差，从而构成极化条件，耦合后形成圆极化波，因引向振子3同为无源振子，引导电磁波向某一方向传播，并提高馈源增益、展宽馈源带宽.
经测试，其增益、极化效果较佳，如图4所示为天线的S11参数，图5为天线在2.05GHz时zoy面的方向图，图6为天线在2.05GHz时yox面的方向图，图7为天线的轴比带宽示意图。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，其特征在于，包括有源振子(1)、反射振子(2)、引向振子(3)以及馈电点(4)，所述馈电点(4)位于所述有源振子(1)的中心，所述反射振子(2)和所述引向振子(3)分为位于所述有源振子(1)两侧，所述有源振子(1)、所述反射振子(2)以及所述引向振子(3)两两相交形成夹角γ，所述有源振子(1)、所述反射振子(2)以及所述引向振子(3)分别位于不同平面上；
通过所述馈电点(4)馈电后的所述有源振子(1)向周边辐射电磁波，所述反射振子(2)将所述电磁波反射，所述引向振子(3)引导辐射电磁波和反射后的电磁波运输至一个方向。
2.根据权利要求1所述的基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，其特征在于，夹角γ的范围为0°＜γ＜180°。
3.根据权利要求2所述的基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，其特征在于，所述有源振子(1)和反射振子(2)在XOZ面方向上夹角γ为55°。
4.根据权利要求2所述的基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，其特征在于，所述有源振子(1)和引向振子(3)在XOZ面方向上夹角γ为45°。
5.根据权利要求1所述的基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，其特征在于，所述有源振子(1)、所述反射振子(2)以及所述引向振子(3)的半径波长长度为0.002-0.01倍。
6.根据权利要求1所述的基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，其特征在于，所述有源振子(1)和反射振子(2)在ZOY面方向上间距为12.0mm。
7.根据权利要求1所述的基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，其特征在于，所述有源振子(1)和引向振子(3)在ZOY面方向上间距为13.5mm。
8.根据权利要求1所述的基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，其特征在于，所述有源振子(1)的长度为75.0mm。
9.根据权利要求1所述的基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，其特征在于，所述反射振子(2)的长度为82.5mm。
10.根据权利要求1所述的基于振子轴向旋转结构的圆极化三元八木-宇田天线，其特征在于，所述引向振子(3)的长度为67.5mm。
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