CN115173053A - 一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线 - Google Patents

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CN115173053A CN202210943849.7A CN202210943849A CN115173053A CN 115173053 A CN115173053 A CN 115173053A CN 202210943849 A CN202210943849 A CN 202210943849A CN 115173053 A CN115173053 A CN 115173053A
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Abstract

本发明提供一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，属于无线能量收集和天线技术领域，由两个天线单元关于金属板14对称组合而成。每个天线单元分为四层矩形介质结构，从上到下依次包括高介电常数的顶层介质块、低介电常数的中间上层介质板、低介电常数的中间下层介质板以及低介电常数的底层介质板，各层之间通过胶粘合或在通过绝缘螺丝固定。本发明采用两个天线单元即可实现近似全空间覆盖，在宽覆盖范围的基础上，不仅实现了宽频带性能，并且具有高的前后比。总体来说，本发明可以在3.4‑3.6GHz频带内收集环境中各个方向的能量，并且具有低剖面和小尺寸，有利于和整流电路进行集成用于WEH系统，从而为物联网数以万计的传感器进行无线供电。

Description

一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线
技术领域
本发明属于无线能量收集和天线技术领域，涉及一种近似全空间覆盖的电磁偶极子天线。
背景技术
整流天线是无线能量收集(WEH)系统的核心器件，整流天线的目标是接收尽可能多的射频能量，并将其传递给整流器，整流器将射频能量转化成直流，供给无线节点使用。对于WEH场景，由于入射波方向未知，天线单元通常为全向，然而，全向的天线只能在一个完整的平面(如XY平面)收集不同方向的能量，而在另一个平面(如XZ平面)天线的辐射角度是有限的，所以，全空间覆盖的天线更适用于WEH系统，因其可以在两个平面上(如XY平面和XZ平面)收集任意方向入射的射频能量，故极大地提高了能量的利用率。现有全空间覆盖天线的研究中，由于每个天线单元的覆盖范围有限，所以需要利用更多的单元数量，如6个、8个甚至是12个一起形成全空间覆盖辐射，这样往往导致复杂的天线结构和较大的天线尺寸，不利于后续其他电路结构进行级联和进一步的实际应用。由此可见，利用较少的天线数量，设计结构紧凑并且实现近似全空间辐射覆盖的天线是具有重要应用价值的。
为实现利用较少天线数量实现近似全空间的辐射覆盖，势必需要天线具有宽的半功率波束宽度。电磁偶极子天线利用电偶极子和磁偶极子方向图的叠加原理，可产生宽的辐射波束。当理想的电偶极子和磁偶极子同时激励并且相位差为90度时，可产生近似全空间覆盖的辐射，但是其工作带宽较窄，且增益通常较小(<0dbi)。当理想的电偶极子和磁偶极子同时激励并且相位差为180度时，可获得半功率波束宽度达到130度左右的单向辐射方向图，但如果将电磁偶极子天线两个平面(如XY平面和XZ平面)的半功率波束宽度扩展到180度左右，一方面，两个侧向辐射且辐射方向相反的天线单元组合即可实现近似全空间的覆盖，用于WEH场景，从而尽可能地收集空间中更多的射频能量。另一方面，单个天线在一些应用中其性能优于具有天顶辐射模式的天线，如办公室和家庭WiFi路由器，天线通常放置在远离房间中心的地方，如墙边等。
为实现电磁偶极子天线的低剖面和紧凑型设计，近年来，介质谐振器(DR)天线(DRA)因其结构紧凑、效率高、带宽较宽、设计灵活、辐射模式多样化等优点而得到了广泛的研究。然而，目前大多数的DRA或者设计为电偶极子天线实现全向辐射模式，或者作为磁偶极子天线实现天顶辐射模式，而侧向的辐射是比较少见的。而现有的侧向辐射DRA，其辐射波束一般只有120度左右，很难实现近似全空间辐射覆盖。因此，基于电磁偶极子工作原理，设计侧向辐射的低剖面且宽半功率波束宽度的DRA，是实现紧凑结构的近似全空间辐射覆盖DRA的关键，且该技术能够满足多种应用场景，极具市场潜力。
发明内容
本发明的目的在于用少的天线单元数量实现全空间的覆盖，提出一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子介质谐振器天线，能够收集空间各个方向的射频能量，适用于WEH系统。天线特点如下：两个天线单元关于隔离金属板轴对称放置，两个端口隔离良好，使用时各自分别馈电，其辐射方向图形状相同，只是方向不同，从而实现近似全空间辐射覆盖。下面以天线单元结构进行说明，给出的结果也为其中一个端口馈电的仿真结果，另外一个端口馈电的效果与其相同，只是辐射方向不同。通过将天线介质设计为矩形块，改变了Z方向电偶极子的辐射方向图，使其在Y方向的增益大于X方向，再与Y方向的磁偶极子进行结合，形成X方向的单边辐射，有效扩展了半功率波束宽度。天线设计在中心频率为3.5GHz，结果表明，XY平面的半功率波束宽度～220°，XZ平面的半功率波束宽度～165°，天线具有高的前后比，在3.5GHz，前后比～24.3dB。天线的阻抗带宽可覆盖3.14-3.88GHz(～21.1％)，具有宽波束和高前后比的带宽为3.4-3.6GHz(5.7％)，天线增益～1.47dbi，此外，天线的剖面高度～0.13λ0(λ0表示中心频率对应的波长)。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，由2个天线单元关于金属板14对称组合而成。所述的每个天线单元分为四层矩形介质结构，从上到下依次包括高介电常数的顶层介质块1(第一层)、低介电常数的中间上层介质板4(第二层)、低介电常数的中间下层介质板6(第三层)、以及低介电常数的底层介质板9(第四层)，各层之间可以用胶粘合或者在介质周围打孔用绝缘螺丝(可以为塑料材质)固定。以天线单元的中心为原点，以各层矩形介质的矩形短边方向为X轴，矩形长边方向为Y轴，介质高度的方向为Z轴建立空间直角坐标系。
所述的第一层为高介电常数的顶层介质块1。所述顶层介质块1上设有贯穿的用于插入金属探针3的空气通孔2，即空气通孔2与顶层介质块1等高，空气通孔2的圆心位置位于X轴但不与坐标轴原点重合。
所述的第二层为低介电常数的中间上层介质板4。所述中间上层介质板4作为低介电常数的介质谐振器放在作为高介电常数介质谐振器的顶层介质块1的下层，组成多个介质谐振器的结构(多段DR结构)，可以获得更宽的阻抗带宽。带有圆形中心的十字形金属贴片5位于中间上层介质板4的下表面中心位置，即十字形金属贴片5位于第二层和第三层之间。
所述的第三层为低介电常数的中间下层介质板6。所述中间下层介质板6上与金属贴片5中心圆形的圆心对应位置处设有贯穿的短金属化通孔7，短金属化通孔7的圆心位于中间下层介质板6的矩形中心，所述短金属化通孔7与带有圆形中心的十字形金属贴片5的圆形中心相连。
所述的中间上层介质板4、中间下层介质板6上与顶层介质块1的空气通孔2对应位置处设有贯穿介质板的空气通孔8，介质板的空气通孔8与顶层介质块的空气通孔2的圆心位置对齐，并贯穿中间上层介质板4和中间下层介质板6。所述金属探针3穿过介质板的空气通孔8并插入到介质块的空气通孔2中。
所述的第四层为低介电常数的底层介质板9。所述底层介质板9的上表面中部位置设有矩形的金属微带10，金属微带10的两端分别连接金属探针3和短金属化通孔7，所述金属微带10的中心到金属探针3的圆心和到短金属化通孔7的圆心的距离相同。所述底层介质板9上与金属微带10中心对应位置处设有通孔，底层介质板9的下表面设有金属地板11，金属地板11与金属微带10中心对应位置处也设有通孔。SMA连接器12的内芯穿过金属地板11后插入底层介质板9并连接到金属微带10的中心，能量从SMA连接器12馈入并通过金属微带10同时同相激励金属探针3和短金属化通孔7连接的带有圆形中心的十字形金属贴片5。所述金属地板11上的孔的直径大于SMA连接器12的内芯直径，避免短路，所述SMA连接器12的法兰盘贴在金属地板11上。
四个长金属化通孔13的一端与带有圆形中心的十字形金属贴片5的十字末端连接并向下垂直贯穿所述中间下层介质板6和所述底层介质板9，另一端连接金属地板11。
两个天线单元关于金属板14呈轴对称组成一个二元阵，所述金属板14放置在各层矩形介质远离金属探针3的长边一侧。除顶层介质块1外，两个单元的其余各层介质都连接成为一个整体。所述金属板14一端连接金属地板11，另外一边穿过底层介质板9、中间下层介质板6和中间上层介质板4，并与顶层介质块1的上表面等高，相应的，在底层介质板9、中间下层介质板6和中间上层介质板4上为插入金属板14留出空气腔15。所述金属板14具有隔离的作用。
位于第二层介质下表面中心处的带有圆形中心的十字形金属贴片5作为Z方向的电偶极子，分别在XY和XZ平面上具有“O”(圆)和“∞”的远场图案。四层介质均设计为矩形块，而不是圆柱或正方体，其Y方向的长度大于X方向的长度，此时，电偶极子在XY面的辐射略微朝Y方向倾斜(椭圆模式)，而不是全向(圆模式)，即XY和XZ平面上具有“0”(椭圆)和“∞”的远场图案。接着，位于X轴正半轴上的，依次穿过第三层介质、第二层介质并在第一层介质中具有一定高度的金属探针3作为Y方向的磁偶极子，分别在XY和XZ平面上具有“∞”和“O”的远场图案。根据电磁偶极子结合的理论可知，Z方向的电偶极子和Y方向的磁偶极子相结合可以形成X方向的侧向辐射。由于电偶极子Y方向的增益大于X方向的增益，使结合之后从X方向到Y方向增益随角度的变化下降缓慢，从而扩展了半功率波束宽度，扩展角度的多少与矩形的边长有关。
进一步的，根据需要，可以在矩形的介质层中加工出缝隙、凹槽，用于进一步改善匹配和隔离，同时不会影响天线的宽波束。
进一步的，本申请通过将各层介质变为矩形，使电偶极子的辐射不对称，从而与磁偶极子结合展宽了波束。
进一步的，所述的中间下层介质板6可以去掉，替换为空气间隔，此时，第二层和第四层可以采用塑料定距螺丝固定位置，且此时所述短金属化通孔7和长金属化通孔13替换为金属柱结构。
进一步的，所述的金属探针3不限于圆柱形金属探针，可以进行变形，如采用上端为T形的金属柱，上端具有圆盘的金属柱等，也不限于金属探针，可以使用金属带条进行馈电。
进一步的，所述的顶层介质块1选用介电常数不小于5。
进一步的，所述的中间上层介质板4选用介电常数不大于10。
进一步的，所述的中间下层介质板6选用介电常数不大于10。
进一步的，所述的底层介质板9选用介电常数不大于10。
进一步的，所述顶层介质块1的介电常数应该大于所述中间上层介质板4、中间下层介质板6和底层介质板9的介电常数。
本发明提供的近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线能够收集空间中各个方向的射频能量，且具有比较宽的阻抗带宽3.16-3.91GHz(21.4％)，其中，具有宽波束和高前后比的带宽为3.4-3.6GHz(5.7％)，能够覆盖中国电信(3.4GHz-3.5GHz)和中国联通(3.5GHz-3.6GHz)的5G试验频段，在此频段天线两个端口的隔离小于-16dB。值得一提的是，一个单元结构中，采用带有圆形中心的十字形金属贴片5作为电偶极子而没有采用除金属探针3外第二个金属探针的原因是，金属贴片5可以避免在顶层介质块1上打孔，同时也避免了两个金属探针之间耦合过大的问题(在一个单元中，结构5其实也可以使用金属探针，就是和结构3一样，但是位置不同，但如果结构5也为金属探针，则会和结构3耦合比较严重，存在单元中两个金属探针耦合过大的问题)。此外，此设计也可以将中间下层介质板6改为空气间隔，此时，所述短金属化通孔7和长金属化通孔13应改为金属柱，通过调整空气间隔、中间上层介质板4以及顶层介质块1的尺寸可以得到与现在类似的结果，同时还可以降低成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用两个天线单元即可实现近似全空间覆盖，在宽覆盖范围的基础上，不仅实现了宽频带性能，并且具有高的前后比。总体来说，本发明所提出的近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子介质谐振器天线可以在3.4-3.6GHz频带内收集环境中各个方向的能量，并且具有低剖面和小尺寸，有利于和整流电路进行集成用于WEH系统，从而为物联网数以万计的传感器进行无线供电。
附图说明
图1是本发明提出的近似全空间覆盖的电磁偶极子天线的整体结构的剖视示意图；
图2(a)是本发明中顶层高介电常数介质块的剖视示意图；
图2(b)是本发明中第二层低介电常数介质板的剖视示意图；
图2(c)是本发明中第三层低介电常数介质板的剖视示意图；
图2(d)是本发明中底层低介电常数介质板的剖视示意图；
图2(e)是本发明中底层低介电常数介质板下层结构的仰视示意图；
图3是本发明实施例1激励一个端口时仿真的S参数曲线图；
图4(a)是本发明实施例1中激励一个端口时频率为3.4GHz时xy-(左图)和xz-平面(右图)的辐射方向图；
图4(b)是本发明实施例1中激励一个端口时频率为3.5GHz时xy-(左图)和xz-(右图)平面的辐射方向图；
图4(c)是本发明实施例1中激励一个端口时频率为3.6GHz时xy-(左图)和xz-(右图)平面的辐射方向图；
图5为本发明实施例2的结构图。
图中：1顶层介质块；2介质块的空气通孔；3金属探针；4中间上层介质板；5带有圆形中心的十字形金属贴片；6中间下层介质板/空气间隔；7短金属化通孔/短金属柱；8介质板的空气通孔；9底层介质板；10金属微带；11金属地板；12SMA连接器；13长金属化通孔/长金属柱；14金属板；15空气腔。
具体实施方式
下面结合说明书附图和技术方案，对本发明的具体实施方案作详细说明。
实施例1
参见图1电磁偶极子天线组成的二元阵的整体结构剖视图，天线整体由高介电常数的顶层介质块1、低介电常数的中间上层介质板4、低介电常数的中间下层介质板6、以及低介电常数的底层介质板9组成。两个天线单元关于金属板14呈轴对称，除顶层介质块外，两个单元的其余各层介质都连接成为一个整体，单元中心距离为0.29λ0。金属板14一端连接到金属地板11，另外一边穿过底层介质板9、中间下层介质板6和中间上层介质板4，并与顶层介质块1的上表面等高，相应的，在底层介质板9，中间下层介质板6和中间上层介质板4上为插入金属板14留出空气腔15。金属探针3一端接触到金属微带10，另一端穿过介质板的空气通孔8并插入到介质块的空气通孔2中一段长度。优选地，金属板13的长为30mm，宽为11.259mm，厚度为1mm，金属探针3半径0.4mm，其插入到介质块1中的长度为4.8mm，金属探针3的圆心位于顶层介质块1长边的中间位置，距离远离14的短边5.9mm处。
参见图2(a)顶层的高介电常数的介质结构，顶层介质块1上设有贯穿的用于插入金属探针3的空气通孔2。优选地，顶层介质块1的介电常数为10.2，长为37mm,宽为21mm，厚度为6.5mm。空气通孔2半径0.5mm，空气通孔2的圆心位于顶层介质块1长边的中间位置，距离其短边5.9mm处，空气通孔2的半径略大于金属探针3的半径，原因是考虑到实际加工，若二者半径相同，会对结果产生一定影响。
参见图2(b)为中间上层的低介电常数的介质板4，两个单元的中间上层介质板4连成整体。带有圆形中心的十字形金属贴片5位于中间上层介质板4的下表面中心位置。优选地，介质板4选用介电常数为3的材料，长为49mm、宽为48mm、厚度为0.762mm。带有圆形中心的十字形金属贴片5圆形中心的半径为2mm，四个矩形臂长为5mm，厚度0.02mm。
参考图2(c)为中间下层的低介电常数的介质板6，两个单元的中间下层介质板6连成整体。中间下层介质板6上与金属贴片5中心圆形的圆心对应位置处设有贯穿的短金属化通孔7，短金属化通孔7的圆心位于中间下层介质板6的矩形中心，短金属化通孔7与带有圆形中心的十字形金属贴片5的圆形中心相连。优选地，介质板6选用介电常数为3的材料，长为49mm、宽为48mm、厚度为3.175mm。短金属化通孔7半径为0.5mm。
参考图1、图2(b)和图2(c)。中间上层介质板4、中间下层介质板6上与顶层介质块1的空气通孔2对应位置处设有贯穿介质板的空气通孔8，介质板的空气通孔8与顶层介质块的空气通孔2的圆心位置对齐，并贯穿中间上层介质板4和中间下层介质板6。金属探针3穿过介质板的空气通孔8并插入到介质块的空气通孔2中。介质板的空气通孔8半径0.4mm。
参考图2(d)为底层低介电常数的介质板9，两个单元的底层介质板9连成整体。底层介质板9的上表面中部位置设有矩形的金属微带10，结合图1和图2(c)，金属微带10的两端分别连接到金属探针3和短金属化通孔7，金属微带10的中心到金属探针3的圆心和到短金属化通孔7的圆心的距离相同。底层介质板9上与金属微带10中心对应位置处设有通孔。结合图2(e)，底层介质板9的下表面设有金属地板11，金属地板11与金属微带10中心对应位置处也设有通孔。SMA连接器12的内芯穿过金属地板11后插入底层介质板9并连接到金属微带10的中心，能量从SMA连接器12馈入并通过金属微带10同时同相激励金属探针3和短金属化通孔7连接的带有圆形中心的十字形金属贴片5。金属地板11上的孔的直径大于SMA连接器12的内芯直径，避免短路，SMA连接器12的法兰盘贴在金属地板11上。优选地，介质板9选用介电常数为3的材料，长为49mm、宽为48mm、厚度为0.762mm。金属微带10长为7.2mm，宽为2.2mm，厚度为0.02mm。金属地板11长为49mm、宽为48mm、厚度为0.02mm。SMA连接器12的内芯半径为0.635mm。
参考图1、图2(b)、图2(c)、图2(d)和图2(e)，每个单元有四个长金属化通孔13，长金属化通孔13的一端与带有圆形中心的十字形金属贴片5的十字末端连接并向下垂直贯穿中间下层介质板6和底层介质板9，另一端连接金属地板11。优选地，长金属化通孔的半径为0.4mm。
参考图3为本发明提出的电磁偶极子天线激励一个端口时仿真的S参数曲线图，从图可看出此天线在3.2GHz和3.72GHz两个频点处产生谐振，分别是磁偶极子和电偶极子的模式，两个模式结合提高了阻抗带宽，为3.14-3.88GHz(21.1％)。同时，在电偶极子和磁偶极子结合的中间频段(3.4-3.6GHz)，方向图的结合效果最好，具有非常宽的半功率波束宽度和非常高的前后比，同时，两个端口的隔离小于-16dB。
参考图4(a)-(c)为天线激励一个端口时在3.4GHz、3.5GHz和3.6GHz处的辐射方向图，从图可以看出，在各频率点均可实现+X方向的侧向辐射，且方向图稳定，XZ面稍有不对称是地平面影响了磁偶极子的辐射导致的。在3.4GHz、3.5GHz和3.6GHz，增益分别为2.13dBi、1.47dBi和0.86dBi，XY平面的半功率波束宽度分别为188°、220°和244°，XZ平面的半功率波束宽度分别为160°、165°和172°，前后比分别为20.9dB、24.3dB和15.9dB，即在频率范围内，前后比均大于15dB。由上述结果可知，当两个天线单元分别独立工作时，可以近似实现全空间覆盖。XY平面被完全覆盖，XZ平面覆盖角度～262°，方向为上侧、左侧及右侧空间，在Z轴正方向左右各～34度共～68度的空间是两个天线单元辐射范围的交叉区域，此范围内的射频能量可以被两个天线单元同时收集。在频率范围内，地板下侧有～98°没有被覆盖的区域。而在实际应用中，当整流天线与电子设备集成或者放置在某个平台上时，天线的辐射通常会被遮挡一部分，而这部分辐射是浪费的，如果天线的辐射能够集中在没有被遮挡的空间，这样可以实现在WEH场景中使用时扩大有效天线面积。所以，此天线的地板侧可以集成其他电子设备或用于放置，而更多的收集空间上侧、左侧和右侧的能量。
实施例2
本实施例中，去掉实施例1中的中间下层介质板6，调整为空气间隔(空气间隔的Z向尺寸为3.6mm)，所述短金属化通孔7和长金属化通孔13替换为金属柱。参考图5，可以在介质周围打孔，用塑料定距螺丝固定中间上层介质板4和底层介质板9的相对位置，并在二者中间留下3.6mm的空气间隔，同理，顶层介质块1和中间上层介质板4的相对位置也可以通过塑料螺丝固定。实例2的其他结构与实施例1相同，但各层尺寸根据需要进行调整。为了证明介质材料的一般性成立原则，本实例选用了和实例1中不同的介质材料，这也需要进一步调整尺寸，调整的尺寸如下：
中间上层介质板4的介电常数为3.66，尺寸为49mm×49mm×1.016mm。顶层介质块1的介电常数为16.9，尺寸为21mm×36mm×5.8mm。底层介质板9的介电常数为2.94，尺寸为49mm×49mm×0.762mm。实施例2中，使用了内芯半径为0.435mm的SMA连接器，实例1是0.635mm。SMA是可以根据具体型号按照尺寸仿真，内芯半径对天线性存在一定影响，但可通过调整其他参数优化。
本发明的创新点分析如下：本发明的关键点在于扩展了电磁偶极子天线单元的半功率波束宽度，仅用两个单元便实现了近似全空间的覆盖，在3.4-3.6GHz频率范围内都可以保持很宽的半功率波束宽度和非常高的前后比，从而非常适用于WEH系统。此外，天线具有低剖面(剖面高度为0.13λ0)和小尺寸(两个单元的地板尺寸为0.56λ0*0.57λ0)。保护点：
(1)所发明的天线通过使电偶极子的辐射朝Y方向倾斜，使Y方向的增益大于X方向，从而在电磁偶极子结合之后，X方向到Y方向的增益随角度的变化下降缓慢，扩展了半功率波束宽度。但不限于改变电偶极子的辐射，也可以改变磁偶极子的辐射。也不限于方向图的倾斜方向和结合方向，电偶极子或磁偶极子可以朝预期的方向倾斜和辐射。
(2)所发明天线的金属板作为隔离使用，但不限于金属板，可采用金属柱等。
(3)所发明天线的中间下层结构不限于低介电常数的介质板，也可以是空气间隙，只要将设计中的金属通孔替换为金属柱即可。
(4)所发明的天线既可作为二元阵应用，也可以单独应用。如办公室和家庭WiFi路由器，天线放置在墙的旁边。在这种情况下，具有侧向辐射模式的单向天线优于具有天顶辐射模式的单向天线。不限于能量收集，由于天线具有宽的半功率波束宽度、低背辐射、对称的辐射模式以及工作频带上的稳定增益，其适用于多种无线通信系统。
(5)天线设计以3.4-3.6GHz中国电信和中国联通的5G试验频段为例，但不仅限于该频段，该设计技术可拓展到任意频段。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，以天线单元的中心为原点，以各层矩形介质的矩形短边方向为X轴，矩形长边方向为Y轴，介质高度的方向为Z轴建立空间直角坐标系；其特征在于，所述的天线由2个天线单元关于金属板(14)对称组合而成；所述的每个天线单元分为四层矩形介质结构，从上到下依次包括高介电常数的顶层介质块(1)、低介电常数的中间上层介质板(4)、低介电常数的中间下层介质板(6)、以及低介电常数的底层介质板(9)，各层之间通过粘合或者绝缘螺丝固定；所述的各层介质变为矩形，使电偶极子的辐射不对称，从而与磁偶极子结合展宽波束；
第一层为高介电常数的顶层介质块(1)，其上设有贯穿的用于插入金属探针(3)的空气通孔(2)，空气通孔(2)的圆心位置位于X轴但不与坐标轴原点重合；
第二层为低介电常数的中间上层介质板(4)，作为低介电常数的介质谐振器，与顶层介质块(1)组成多个介质谐振器的结构；带有圆形中心的十字形金属贴片(5)位于中间上层介质板(4)的下表面中心位置，即十字形金属贴片(5)位于第二层和第三层之间；
第三层为低介电常数的中间下层介质板(6)，其上设有贯穿的短金属化通孔(7)，短金属化通孔(7)的圆心位于中间下层介质板(6)的矩形中心，且短金属化通孔(7)与十字形金属贴片(5)的圆形中心相连；
所述的中间上层介质板(4)、中间下层介质板(6)上与顶层介质块(1)的空气通孔(2)对应位置处设有贯穿介质板的空气通孔(8)，介质板的空气通孔(8)与空气通孔(2)的圆心位置对齐，并贯穿中间上层介质板(4)和中间下层介质板(6)；所述金属探针(3)穿过介质板的空气通孔(8)并插入到空气通孔(2)中；
第四层为低介电常数的底层介质板(9)，其上表面中部位置设有矩形的金属微带(10)，金属微带(10)的两端分别连接金属探针(3)和短金属化通孔(7)，所述金属微带(10)的中心到金属探针(3)圆心和到短金属化通孔(7)圆心的距离相同；所述底层介质板(9)上与金属微带(10)中心对应位置处设有通孔，底层介质板(9)的下表面设有金属地板(11)，金属地板(11)与金属微带(10)中心对应位置处也设有通孔；SMA连接器(12)的内芯穿过金属地板(11)后插入底层介质板(9)并连接到金属微带(10)的中心，能量从SMA连接器(12)馈入并通过金属微带(10)同时同相激励金属探针(3)和短金属化通孔(7)连接的带有圆形中心的十字形金属贴片(5)；所述金属地板(11)孔的直径大于SMA连接器(12)的内芯直径；
四个长金属化通孔(13)的一端与十字形金属贴片(5)的十字末端连接并向下垂直贯穿中间下层介质板(6)和底层介质板(9)，另一端连接金属地板(11)；
两个天线单元关于金属板(14)呈轴对称组成一个二元阵；所述金属板(14)具有隔离作用，其放置在各层矩形介质远离金属探针(3)的长边一侧；除顶层介质块(1)外，两个单元的其余各层介质都连接成为一个整体；所述金属板(14)一端连接金属地板(11)，另外一边穿过底层介质板(9)、中间下层介质板(6)和中间上层介质板(4)，并与顶层介质块(1)的上表面等高，相应的，在底层介质板(9)、中间下层介质板(6)和中间上层介质板(4)上预留用于插入金属板(14)的空气腔(15)；
位于第二层介质下表面中心处的十字形金属贴片(5)作为Z方向的电偶极子，分别在XY和XZ平面上具有“O”和“∞”的远场图案；金属探针(3)作为Y方向的磁偶极子，分别在XY和XZ平面上具有“∞”和“O”的远场图案；Z方向的电偶极子和Y方向的磁偶极子相结合形成X方向的侧向辐射。
2.根据权利要求1所述的一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，根据需要，可以在矩形的介质层中加工出缝隙、凹槽，用于进一步改善匹配和隔离，同时不会影响天线的宽波束。
3.根据权利要求1所述的一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述的中间下层介质板(6)可以替换为空气间隔，同时，所述短金属化通孔(7)和长金属化通孔(13)均替换为金属柱结构，第二层和第四层采用绝缘螺丝固定。
4.根据权利要求1所述的一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述的金属探针(3)不限于圆柱形金属探针，可以对其进行变形，或者替换为金属带条进行馈电。
5.根据权利要求1所述的一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述顶层介质块(1)的介电常数均大于所述中间上层介质板(4)、中间下层介质板(6)、底层介质板(9)的介电常数。
6.根据权利要求5所述的一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述的顶层介质块(1)选用介电常数不小于5。
7.根据权利要求5所述的一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述的中间上层介质板(4)选用介电常数不大于10。
8.根据权利要求5所述的一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述的中间下层介质板(6)选用介电常数不大于10。
9.根据权利要求5所述的一种近似全空间覆盖的低剖面电磁偶极子天线，其特征在于，所述的底层介质板(9)选用介电常数不大于10。
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