CN115117611B - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了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，包括一个在介质基板上加工而成的具体设计；介质基板的上表面印刷有偶极子左臂；介质基板的下表面印刷有偶极子右臂：偶极子左臂的右端部与同轴馈电探针的顶端相连；偶极子右臂的左端部与同轴馈电探针的底端相连；偶极子左臂和偶极子右臂上，分别设置有n个弯折压缩结构，n为大于1的自然数；高增益高次模式压缩偶极子天线处于2n‑1次谐振模式；n个弯折压缩结构的压缩系数，符合预设压缩系数设计规律。本发明设计科学，天线工作在高次谐振模式下，通过弯折偶极子天线结构，能够对天线高次谐振模式下的电流分布进行调控，得到可控的旁瓣水平以及实现天线的高增益。
Description
技术领域
本发明涉及偶极子天线技术领域，特别是涉及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。
背景技术
偶极子天线(Dipole antenna或doublet)是在无线电通信中，使用最早、结构最简单、应用最广泛的一类天线。它由一对对称放置的导体构成，导体相互靠近的两端分别与馈电线相连。用作发射天线时，电信号从天线中心馈入导体；用作接收天线时，也在天线中心从导体中获取接收信号。
目前，偶极子天线凭借结构简单且性能优良，在无线通信领域受到广泛的使用。增益是天线性能的重要指标，代表了天线向既定方向辐射信号的能力。为了提高偶极子天线的增益，需要使用到偶极子的高次谐振模式，提高增益的同时，也引入了旁瓣。
天线的辐射方向图描述了天线将信号向空间各个方向辐射的情况。天线辐射方向图的主瓣，一般代表了信号传输目标覆盖区域，而旁瓣代表了无效的能量辐射，越高的旁瓣水平，也就意味着越多的信号传输到非目标区域。向非目标区域辐射信号，一方面意味着能量的浪费；另一方面，对于涉密通信还增大了信息泄露的风险。因此，抑制天线辐射方向图的旁瓣水平，有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供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。
为此，本发明提供了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，包括介质基板；
介质基板的上表面左边，设置有偶极子左臂；
介质基板的下表面右边，设置有偶极子右臂：
偶极子左臂的右端部，依次通过第一天线上表面匹配过渡段、第二天线上表面匹配过渡段和第三天线上表面匹配过渡段，与同轴馈电探针的顶端相连接；
偶极子右臂的左端部，依次通过第一天线下表面匹配过渡段、第二天线下表面匹配过渡段和第三天线下表面匹配过渡段，与同轴馈电探针8的底端相连接；
偶极子左臂和偶极子右臂上，分别设置有n个弯折压缩结构，n为大于 1的自然数；
所述高增益高次模式压缩偶极子天线，处于2n-1次谐振模式；
其中，n个弯折压缩结构的压缩系数，符合预设压缩系数设计规律。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了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，其设计科学，天线工作在高次谐振模式下，通过弯折偶极子天线结构，改变电流分布，能够对天线高次谐振模式下的电流分布进行调控，得到可控的旁瓣水平(即实现给定旁瓣水平)以及实现天线的高增益，具有重大的实践意义。
附图说明
图1是高次谐振模式压缩偶极子的结构概念图；
图2是五次谐振模式非均匀压缩偶极子，在-15dB旁瓣设计下压缩系数 K2、K3随基压缩系数K1的变化曲线示意图；
图3是五次谐振模式非均匀压缩偶极子的方向系数及辐射电阻，随基压缩系数K1的变化曲线示意图；
图4是本发明提供的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，一种实施例的上表面结构图(即俯视图)，此时天线是-15dB 旁瓣五次模式压缩偶极子天线；
图5是本发明提供的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，一种实施例的下表面结构图(即仰视图)，此时天线是-15dB 旁瓣五次模式压缩偶极子天线；
图6是本发明提供的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，一种实施例的-15dB旁瓣五次模式偶极子天线设计的S11和增益的仿真及测试结果对比示意图；
图7本发明提供的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，一种实施例的-15dB旁瓣五次模式偶极子天线设计归一化方向图的计算结果仿真结果以及测试结果对比示意图；
图8是2n-1次谐振模式偶极子天线的辐射方向图示意图，通过该示意图对综合模型公式(3)进行说明；
图9是使用弯折线结构进行压缩系数K＝2时得到的半波长电流分布与理想压缩情形的对比示意图，用于揭示两者的不同(要对压缩系数确定的结构进行微调)和相似性(可以使用弯折线结构进行可控压缩)；
图中，1为介质基板，2为第一上表面弯折压缩结构，3为第一上表面弯折压缩结构，4为第三上表面弯折压缩结构；
5为第一天线上表面匹配过渡段，6为第二天线上表面匹配过渡段，7 为第三天线上表面匹配过渡段；
8为同轴馈电探针，9为第一下表面弯折压缩结构，10为第一下表面弯折压缩结构，11为第三下表面弯折压缩结构；
12为第一天线下表面匹配过渡段，13为第二天线下表面匹配过渡段， 14为第三天线下表面匹配过渡段；
100为偶极子左臂，200为偶极子右臂。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1至图9，本发明提供了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，其是通过弯折天线结构调节偶极子在高次谐振模式的电流分布，来控制天线的辐射方向图旁瓣水平，同时可实现高增益的高次模式偶极子天线。
参见图4、图5，本发明提供的高增益高次模式压缩偶极子天线，包括介质基板1；
介质基板1的上表面左边，设置有(具体通过印刷的方式)偶极子左臂 100；
介质基板1的下表面右边，设置有(具体通过印刷的方式)偶极子右臂 200：
偶极子左臂100的右端部，依次通过第一天线上表面匹配过渡段5、第二天线上表面匹配过渡段6和第三天线上表面匹配过渡段7，与同轴馈电探针8的顶端相连接；
偶极子右臂200的左端部，依次通过第一天线下表面匹配过渡段12、第二天线下表面匹配过渡段13和第三天线下表面匹配过渡段14，与同轴馈电探针8的底端相连接；
偶极子左臂100和偶极子右臂200上，分别设置有n个弯折压缩结构， n为大于1的自然数；
所述高增益高次模式压缩偶极子天线，处于2n-1次(高次)谐振模式；
其中，n个弯折压缩结构的压缩系数，符合预设压缩系数设计规律。
在本发明中，具体实现上，偶极子左臂100与第一天线上表面匹配过渡段5垂直相交；
偶极子右臂200与第一天线下表面匹配过渡段12垂直相交。
在本发明中，具体实现上，介质基板1的压缩系数为1.1。
实施例
以五次谐振模式为例，参见图4、图5所示，当n等于3时，所述高增益高次模式压缩偶极子天线处于五次谐振模式；
此时，偶极子左臂100上，从左往右设置有第一上表面弯折压缩结构2、第一上表面弯折压缩结构3和第三上表面弯折压缩结构4这三个弯折压缩结构；
偶极子右臂200上，从右往左设置有第一下表面弯折压缩结构9、第一下表面弯折压缩结构10和第三下表面弯折压缩结构11这三个弯折压缩结构；
第一上表面弯折压缩结构2、第一上表面弯折压缩结构3和第三上表面弯折压缩结构4的压缩系数，分别为K1、K2和K3；
第一下表面弯折压缩结构9、第一下表面弯折压缩结构10和第三下表面弯折压缩结构11的压缩系数，分别为K1、K2和K3；
具体实现上，K1＝1.74，K2＝1.8，K3＝1.1(即等于介质基板1的压缩系数)。
需要说明的是，对于本发明，偶极子左右两臂的压缩弯折结构，是根据压缩系数组合K1＝1.74，K2＝1.8，K3＝1.1对电流路径进行了不同程度的弯折，其中K3＝1.10对应的电流分布由介质基板的加载来完成压缩。
在本发明中，介质基板1，用于作为基板，以支持天线结构的印刷，所用的材料为Ruilong RP220，具有低的相对介电常数(2.2)和损耗正切角 (0.0009)，能够为压缩工作提供压缩系数1.1的物理支持；
在本发明中，对于第一上表面弯折压缩结构2，弯折的电流路径通过缩短半波长电流的横向长度实现压缩系数K1；
对于第一上表面弯折压缩结构3，用于实现压缩系数K2；
对于第三上表面弯折压缩结构4，用于实现压缩系数K3；
对于第一天线上表面匹配过渡段5、第二天线上表面匹配过渡段6以及第三天线上表面匹配过渡段7，由于带弯折线压缩的偶极子天线在中心位置的等效阻抗为10Ω，完成馈电50Ω阻抗匹配，采用两段式结构完成，整个匹配结构(包括同轴馈电探针8在内)的特征阻抗依次为10Ω、65Ω、146.5 Ω以及50Ω；
在本发明中，除介质基板1之外，各组成部件所用的材料，均为铜。
为了更加清楚地理解本发明，下面说明本发明的技术原理。
首先，需要说明的是，偶极子天线的远区电场，可以用下面的公式(1) 表示(具体可以参见文献：C.A.Balanis,Antenna Theory:Analysis and Design, 3rd ed.Hoboken,NJ,USA:Wiley,2005)。
取出公式(1)中关于方位角θ的部分，即得到偶极子天线的辐射方向图函数。图1是高次(2n-1次)谐振模式压缩偶极子的概念示意图，引入压缩系数Ki来描述天线各组分部分对电流的压缩情况。在压缩情形下，该高次(2n-1次)谐振模式偶极子天线的辐射方向图的函数，被描述为下面的公式(2)。
需要说明的是，公式(1)为尺寸总长为2L的高次模式压缩偶极子天线的远区电场分布公式，描述了天线在远区辐射的场分布情况。
在公式(1)中，Im为馈入电流信号的幅值，π为圆周率3.1415926，e 为自然常数2.71828，λ0是真空中的波长，r为天线中心到点的距离，β0是真空中的波数，具体数值为2π/λ0，βd是偶极子上电流传播的波数，具体数值为Ki×2π/λ0，Ki为该半波段电流的压缩系数。
；
需要说明的是，公式(2)为2n-1次模式压缩偶极子的方向图函数，本质是对远区电场分布公式中与方位角θ相关的因子的提取，描述了天线在空间各个方向上的辐射能力。不同于公式(1)的积分形式，公式(2) 是解析推导的结果，计算更迅速且结果更准确。
对于高次谐振模式偶极子天线，其工作在几次谐振模式，就存在对应的几个旁瓣，因而，对于图1所示2n-1次谐振模式偶极子，理论上存在n-1对旁瓣θi。
每一个旁瓣顶点对应的方向图函数导数为0，因而，对于本发明，如果给定高次谐振模式偶极子天线的每个旁瓣的相对水平SLLi，可以建立一个含有2n-1个未知数、2n-2个关系式的方程组，即得到一个关于某个压缩函数 (如K1)的设计模型，如下面的公式(3)，该压缩系数K1成为基压缩系数。
无论基压缩系数如何选取，依据该设计模型得到的高次谐振模式偶极子天线的辐射旁瓣都满足给定SLLi要求。基压缩系数，依据不同选值对应的设计的方向系数和辐射电阻来进一步确定，继而所有的压缩系数(K1，K2，… Kn)满足以下的公式(3)，当n个弯折压缩结构的压缩系数满足下面的公式 (3)，即符合预设压缩系数设计规律。
需要说明的是，旁瓣相对电平(Side-lobe level，SLL)，其定义为天线辐射方向图中最大旁瓣水平与主瓣水平的做比的相对值，SLL越小，说明辐射能量向该旁瓣方向上辐射的少。通常，天线辐射方向图的主瓣方向即我们的信号发射目标朝向，因而，旁瓣相对电平越小意味着辐射到非目标区域的能量损耗小。
SLLi(the ith Side Lobe’s Level)，是第i个旁瓣的相对水平。该数值衡量方向图中，从主瓣向两边数，第i个旁瓣相对与主瓣的辐射水平。本专利中提到的方向图综合模型是基于每个旁瓣的相对水平建立的，如公式(3) 中的SLLi所示，在给定目标旁瓣的情形下代入该数值，可以对公式(3)左侧的方程组进行求解。
在本发明中，关于压缩系数(Compression coefficient)，需要说明的是，电磁波在真空中的传播速度为3*10^8m/s，即大家所熟知的光速。而在介质中，电磁波的传播速度会小于3*10^8m/s。在偶极子上，电流信号的传递是根据电场的建立形成的，电场的建立速度即电磁波的传播速度。“压缩系数”描述了光速在介质中传播速度下降的比例，根据c＝λf，保持信号的频率f不变，传播速度c的下降比例全部体现在波长λ中，在偶极子天线上即表现为电流分布的波长缩短的比例。
压缩系数K最初定义为压缩波段的波数βd与不压缩(真空)波段的波数β0的比值，即K＝βd/β0，其中，βd＝2π/λd是偶极子(dipole)上电磁波相位和空间的转换关系，βd＝2π/λ0是真空中电磁波相位和空间的转换关系。进一步代入得到压缩系数K的关系式K＝λ0/λd，直观表现为固定频率下压缩区段内的波长除非压缩内的波长。
需要说明的是，本发明所提出的方向图综合方案，是建立在给定旁瓣的相对水平上的，即SLLi作为本发明的综合目标是已知的。对于图1所示的 2n-1次模式偶极子，对应有n-1对旁瓣(SLLi)，每个旁瓣对应角度为θi，作为旁瓣，该角度应该满足：①SLLi＝f(θi)/f(π/2)，②f’(θi)＝0，如公式(3)左侧方程组所示。每对(主瓣两侧左右各一，对称)旁瓣满足①②两个关系方程，n-1对旁瓣对应存在2n-2个关系方程，但是，除了n-1个未知量θi外，还有n个未知量压缩系数K1,K2,K3,…,Kn，即方程组含有2n-1个未知量，但是仅有2n-2个关系式，此时还缺少一个已知量，故将K1设定为一个已知量，使得方程组有解，所以得到右侧的关于K1的解系。代入K1值，即能够得到其他所有压缩系数值。
在本发明中，准确来讲，并非旁瓣去满足给定SLLi的要求，而是给定每个了SLLi后，根据公式(3)模型解得的压缩系数K1,K2,……,Kn配置出的2n-1 次模式压缩偶极子的方向图的旁瓣会满足每个给定的SLLi要求。
在公式(3)中，参见图8所示，SLLi：是高次(2n-1次)谐振模式偶极子天线的辐射方向图示意图中，从主瓣向两侧数第i对旁瓣的相对水平。根据目标方向图给定，已知变量。
θ：参见图1，指观测点方向与z轴夹角。除了θ之外，应该还存在角φ，指观测点方向在xOy平面投影与x轴的夹角。由于偶极子天线是全向天线，各phi截面方向图是基本一致的，故不必提出。
θi：从主瓣向两侧数第i对旁瓣中心所在角度。未知变量。
K1,K2,…,Kn:n个压缩系数配置值。未知变量。
f(θ,K1,K2,…,Kn):即f(θ)，方向图函数，代入θ角0-180°，即可绘制出图8所示的方向图。
f’(θ,K1,K2,…,Kn):即f’(θ)，方向图函数导数，可以获知主瓣和旁瓣中心的导数为0。
Gi(K1)：由于公式(3)方程组左侧方程组的关系方程比未知量少一，故得到右侧的压缩系数关于K1的解系。
对于本发明，以实施例的五次谐振模式为例，设计一款旁瓣为-15dB的五次谐振模式的偶极子天线。五次谐振模式对应存在3个压缩系数K1、K2、 K3以及两对旁瓣。因而建立含有5个未知数、4个关系式的方程组，得到 K2与K3关于K1的函数，如公式(4)。图2所示为K2、K3关于K1的曲线，图3为基压缩系数对应的完整设计的方向系数和辐射电阻表现。基压缩系数K1增大时，增益会逐渐减小，辐射电阻会迅速减小，辐射电阻过小意味着辐射效率低。另外，在决定基压缩系数的最终选取时，不能仅考虑方向系数和辐射电阻的表现，还需要考虑实际实现时压缩系数是大于1。
当n等于3时，所述高增益高次模式压缩偶极子天线处于五次谐振模式，压缩系数K1、K2和K3，满足以下的公式(4)；即第一上表面弯折压缩结构 2、第一上表面弯折压缩结构3和第三上表面弯折压缩结构4的压缩系数K1、 K2和K3以及第一下表面弯折压缩结构9、第一下表面弯折压缩结构10和第三下表面弯折压缩结构11的压缩系数K1、K2和K3，满足以下的公式(4)；
需要说明的是，公式(4)是公式(3)中2n-1＝5的情形，是本发明所提出的具体设计的五次模式非均匀压缩偶机子的综合模型。公式(4)中的各参数含义，参见上述公式(3)的相关表述。
基于本发明的技术方案，综上所述，为了获得一个旁瓣-15dB、方向系数尽量高的五次模式压缩偶极子天线，选定压缩系数组合为：K1＝1.74、 K2＝1.8、K3＝1.10。图4和图5为依据该压缩系数组合所完成的五次模式压缩偶极子设计，通过弯折压缩结构，实现半波长电流分布的压缩。值得注意的是，在本发明中，介质基板1本身提供有1.1的压缩系数。
对于本发明，在通过弯折偶极子天线结构(具体控制弯折压缩机构的数量以及对应的压缩系数)后，对天线五次模式的电流分布进行调控，可以得到可控的旁瓣水平，如根据弯折实现压缩系数的选择，可以使五次模式偶极子天线选定-15dB的旁瓣水平，并且达到6.5dBi的增益。
需要说明的是，压缩系数是受介质基板影响偶极子上电流分布相对于真空中同频率电信号传播分布的“压缩”程度。在本发明中，电流分布是以半波长为单位进行压缩调控的。压缩系数和压缩后的波长满足下述关系：
在公式(5)中，Ki，Li参见图1所示。
需要说明的是，在本发明中，通过弯折偶极子天线结构(具体控制弯折压缩机构的数量以及对应的压缩系数)进行压缩的结果，是将偶极子上电流的横向排布进行压缩。如图9所示为一个半波长的电流分布，一个半波长内的电流是同向的，采用弯折线结构改变偶极子天线上的电流路径，弯折到纵向的电流即被“压缩掉”(弯折部分电流每一段完整的电流流向上下交替，反向电流的辐射相互抵消)，余下横向电流分布继续参与辐射。实际压缩与理论所涉及的压缩存在一定出入，但大体上是一致的，故可以使用该弯折线方案根据压缩系数K来完成每个半波段电流分布的压缩设计。
在本发明中，具体实现上，由于电流在直线段上的流径和在弯折线(主要指拐角)部分的流径并非1:1的关系，因而在弯折结构偶极子的设计时，本发明是采用先根据每个压缩系数计算出每个半波段对应的长度，根据该长度建立大体模型，然后根据电流分布调节弯折线的长度。
弯折线的形状构造和参数并未与压缩系数一一对应。由于压缩系数的不同，对于天线的线宽有不同的要求，而不同的线宽下导体弯折角结构处的电流分布调整路径也是不相同的。不同压缩系数和弯折长度由于拐角处的影响，并非简单的线性关系，加之弯折区域可能存在的耦合，在不同频点设计下有不同表现，使得定量研究压缩系数和弯折线的形状构造成为一件困难的事情。因而，只能定性的描述出，压缩系数越大，弯折线的弯折长度越长，且弯折后的电流流径总长度会更大。
需要额外说明的是，由于馈电结构的影响(焊接SMA同轴馈电结构，可以看到图4和图5的馈电结构并不一致)，导致上下两面偶极子两臂的电流分布也会有微小差别，两臂的电流分布也有区别。综合各种非理想因素，使得压缩系数和弯折线结构构造两者间的定量研究越发困难。
在本发明中，具体实现上，如上所述，由于拐角电流和耦合影响，使得弯折前后的电流流径总长并非1:1的对应关系，在调解三段半波长的结构参数时，三者的结构尺寸是在仿真软件中根据电流分布扫参最终确定的。
图6是作为最佳实施方案的五次模式压缩偶极子天线的仿真和测试的 |S11|及增益对比图，可以看到：天线的谐振中心频率在3.25GHz左右，作为全向天线，最高增益达到了6.5dBi。
图7是最佳实施方案的五次模式压缩偶极子天线的归一化方向图的理论计算、仿真结果和测试结果的对比图，可以看到：最佳设计方案的旁瓣相对电平在-13.5dB以下，有效的抑制了五次模式偶极子的旁瓣辐射水平。
为了获得本发明提供的一种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，本发明还提供了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的设计方法，所述高增益高次模式压缩偶极子天线包括偶极子左臂和偶极子右臂；
偶极子左臂和偶极子右臂上分别设置有n个弯折压缩结构，n为大于1 的自然数；
n个弯折压缩结构的压缩系数(K1，K2，…Kn)，需要满足以下的公式(3)：
需要说明的是，本发明所提出的方向图综合方案，是建立在给定旁瓣的相对水平上的，即SLLi作为本发明的综合目标是已知的。对于图1所示的 2n-1次模式偶极子，对应有n-1对旁瓣(SLLi)，每个旁瓣对应角度为θi，作为旁瓣，该角度应该满足：①SLLi＝f(θi)/f(π/2)，②f’(θi)＝0，如公式(3)左侧方程组所示。每对(主瓣两侧左右各一，对称)旁瓣满足①②两个关系方程， n-1对旁瓣对应存在2n-2个关系方程，但是，除了n-1个未知量θi外，还有n个未知量压缩系数K1,K2,K3,…,Kn，即方程组含有2n-1个未知量，但是仅有 2n-2个关系式，此时还缺少一个已知量，故将K1设定为一个已知量，使得方程组有解，所以得到右侧的关于K1的解系。代入K1值，即能够得到其他所有压缩系数值。
参见图8所示，SLLi：是从主瓣向两侧数第i对旁瓣的相对水平。根据目标方向图给定，已知变量。
θ：参见图1，指观测点方向与z轴夹角。除了θ之外，应该还存在角指观测点方向在xOy平面投影与x轴的夹角。由于偶极子天线是全向天线，各phi截面方向图是基本一致的，故不必提出。
θi：从主瓣向两侧数第i对旁瓣中心所在角度。未知变量。
K1,K2,……,Kn:n个压缩系数配置值。未知变量。
f(θ,K1,K2,…,Kn):即f(θ)，方向图函数，代入θ角0-180°即可绘制出图 8所示的方向图。
f’(θ,K1,K2,…,Kn):即f’(θ)，方向图函数导数，可以获知主瓣和旁瓣中心的导数为0。
Gi(K1)：由于公式(3)方程组左侧方程组的关系方程比未知量少一，故得到右侧的压缩系数关于K1的解系。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的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，其设计科学，天线工作在高次谐振模式下，通过弯折偶极子天线结构，改变电流分布，能够对天线高次谐振模式下的电流分布进行调控，得到可控的旁瓣水平(即实现给定旁瓣水平)以及实现天线的高增益，具有重大的实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一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，其特征在于，包括介质基板(1)；
介质基板(1)的上表面左边，设置有偶极子左臂(100)；
介质基板(1)的下表面右边，设置有偶极子右臂(200)：
偶极子左臂(100)的右端部，依次通过第一天线上表面匹配过渡段(5)、第二天线上表面匹配过渡段(6)和第三天线上表面匹配过渡段(7)，与同轴馈电探针(8)的顶端相连接；
偶极子右臂(200)的左端部，依次通过第一天线下表面匹配过渡段(12)、第二天线下表面匹配过渡段(13)和第三天线下表面匹配过渡段(14)，与同轴馈电探针(8)的底端相连接；
偶极子左臂(100)和偶极子右臂(200)上，分别设置有n个弯折压缩结构，n为大于1的自然数；
所述高增益高次模式压缩偶极子天线，处于2n-1次谐振模式；
其中，n个弯折压缩结构的压缩系数，符合预设压缩系数设计规律；
当n个弯折压缩结构的压缩系数满足下面的公式(3)，即符合预设压缩系数设计规律；
在公式(3)中，SLLi为综合目标；
2n-1次模式偶极子，对应有n-1对旁瓣(SLLi)，每个旁瓣对应角度为θi，作为旁瓣，该角度应该满足：①SLLi＝f(θi)/f(π/2)，②f’(θi)＝0；
每对旁瓣满足①②两个关系方程，n-1对旁瓣对应存在2n-2个关系方程；
在公式(3)中，SLLi：是高次(2n-1次)谐振模式偶极子天线的辐射方向图示意图中，从主瓣向两侧数第i对旁瓣的相对水平，根据目标方向图给定，是已知变量；
θ：指观测点方向与z轴夹角；
θi：从主瓣向两侧数第i对旁瓣中心所在角度；
K1,K2,…,Kn:n个压缩系数配置值；
f(θ,K1,K2,…,Kn):即f(θ)，是方向图函数；
f’(θ,K1,K2,…,Kn):即f’(θ)，是方向图函数导数；
Gi(K1)：是压缩系数关于K1的解系。
2.如权利要求1所述的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，其特征在于，偶极子左臂(100)与第一天线上表面匹配过渡段(5)垂直相交；
偶极子右臂(200)与第一天线下表面匹配过渡段(12)垂直相交。
3.如权利要求1所述的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，其特征在于，当n等于3时，所述高增益高次模式压缩偶极子天线处于五次谐振模式；
此时，偶极子左臂(100)上，从左往右设置有第一上表面弯折压缩结构(2)、第一上表面弯折压缩结构(3)和第三上表面弯折压缩结构(4)这三个弯折压缩结构；
偶极子右臂(200)上，从右往左设置有第一下表面弯折压缩结构(9)、第一下表面弯折压缩结构(10)和第三下表面弯折压缩结构(11)这三个弯折压缩结构；
第一上表面弯折压缩结构(2)、第一上表面弯折压缩结构(3)和第三上表面弯折压缩结构(4)的压缩系数，分别为K1、K2和K3；
第一下表面弯折压缩结构(9)、第一下表面弯折压缩结构(10)和第三下表面弯折压缩结构(11)的压缩系数，分别为K1、K2和K3。
4.如权利要求3所述的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法，其特征在于，当所述高增益高次模式压缩偶极子天线处于五次谐振模式时，K1＝1.74，K2＝1.8，K3＝1.1；
K3等于介质基板1的压缩系数。
5.如权利要求3所述的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，其特征在于，当n等于3时，所述高增益高次模式压缩偶极子天线处于五次谐振模式，压缩系数K1、K2和K3，满足以下的公式(4)：
6.一种如权利要求1至5任一项所述的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的设计方法，其特征在于，所述高增益高次模式压缩偶极子天线包括偶极子左臂和偶极子右臂；
偶极子左臂和偶极子右臂上分别设置有n个弯折压缩结构，n为大于1的自然数；
n个弯折压缩结构的压缩系数(K1，K2，…Kn)，需要满足以下的公式(3)：
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