CN211789539U - 高增益双极化对数周期天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高增益双极化对数周期天线。包括四根集合线组成的天线主体，集合线上紧贴设置的馈电同轴线以及集合线上的若干交替等间距平行设置的多个天线振子以及设置在天线主体一端的透镜，同时馈电同轴线穿过集合线上的通孔连接至集合线相对的另一集合线。上述结构，通过双极化实现了天线垂直、水平方向上均有不错增益的特点，同时对称的结构又保障了天线辐射的对称性，还可调整集合线长度与天线振子数量实现高增益，透镜能够将天线的非均匀的球面波进行补偿修正，得到均匀的球面波，从而对天线波形的相位补偿，提高天线的整体增益，各集合线及天线元件可分块拆装实现，便于制造安装。

Description

高增益双极化对数周期天线

技术领域

本发明涉及天线设备与技术领域，特别是涉及一种高增益双极化对数周期天线。

背景技术

对数周期天线是一种常见的天线，因其周期性的工作结构而具有宽频带和线计划的特性，在短波通信、微波通信领域得到广泛的应用，但单极化天线只能实现一个方向的极化，在收发不同方向的信号时，易发生极化损失，不利于天线的实际应用。

发明内容

基于此，有必要针对单极化对数周期天线极化信号损失大，增益不高的问题，提供一种高增益双极化对数周期天线。

一种高增益双极化对数周期天线，包括：

天线主体，包括围绕一空间轴线依次设置的四根相同的集合线即第一集合线、第二集合线、第三集合线、第四集合线，所述第一集合线与所述第三集合线相对设置，所述第二集合线与所述第四集合线相对设置，所述第一集合线的中点与所述第三集合线的中点之间的连线垂直于所述第二集合线中点与所述第四集合线中点之间的连线，且垂足在所述空间轴线上，所述第一集合线、第二集合线、第三集合线、第四集合线均包括第一端和第二端；所述第一集合线上设置有若干个天线振子，所述天线振子从所述第一集合线的第一端向第二端的方向依次等间距地交替设置在所述第一集合线相对于所述空间轴线方向的两侧，且越靠近所述第一集合线的第二端的天线振子长度越短，所述第一集合线上的所有天线振子相互平行且处于同一平面；所述第二集合线、第三集合线、第四集合线上也分别设置有若干个天线振子，设置方式与所述第一集合线的天线振子设置方式相同；

透镜，所述透镜设置在所述天线主体的第一端，所述透镜所在平面与所述空间轴线垂直；

第一同轴线和第二同轴线，分别设置于所述第一集合线和所述第二集合线上，包括同轴设置的内导体、绝缘介质层、外导体层，所述第一同轴线和所述第二同轴线的外导体层分别与所述第一集合线和所述第二集合线远离所述空间轴线的一侧贴合；

所述第一集合线和所述第二集合线的第二端还分别设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔的形状和大小分别与所述第一同轴线和第二同轴线相适应，所述第一同轴线和第二同轴线的输出端分别连接至所述第一通孔和第二通孔，且所述第一同轴线和第二同轴线的内导体分别穿过所述第一通孔和所述第二通孔，连接至所述第三集合线和所述第四集合线。

在其中一个实施例中，所述透镜为球面透镜。

在其中一个实施例中，高增益双极化对数周期天线还包括连接件，所述透镜通过所述连接件固定设置于所述天线主体的第一端。

在其中一个实施例中，高增益双极化对数周期天线还包括介质条，所述介质条设置于所述第一集合线、所述第二集合线、所述第三集合线与所述第四集合线围绕形成的区域内。

在其中一个实施例中，高增益双极化对数周期天线还包括两个以上的平衡-不平衡变换器，各所述平衡-不平衡变换器分别连接所述第一集合线、所述第二集合线、所述第三集合线与所述第四集合线中的不同集合线。

在其中一个实施例中，各所述集合线的形状为长方体。

在其中一个实施例中，所述高增益双极化对数周期天线还包括：

第三同轴线，设置于所述第三集合线上，与所述第一同轴线关于所述空间轴线对称；

第四同轴线，设置于所述第四集合线上，与所述第二同轴线关于所述空间轴线对称。

在其中一个实施例中，所述第一集合线、第三集合线以及设置于所述第一集合线、第三集合线上的第一同轴线、第三同轴线、天线振子共同组成的第一天线单极化结构的输入阻抗和所述第二集合线、第四集合线以及设置于所述第二集合线、第四集合线上的第二同轴线、第四同轴线、天线振子共同组成的第二天线单极化结构的输入阻抗均为50欧姆。

在其中一个实施例中，所述第一同轴线，第二同轴线，第三同轴线，第四同轴线的线材为50欧姆同轴线。

在其中一个实施例中，高增益双极化对数周期天线还包括反射板，所述反射板设置在所述天线主体的第二端。

上述高增益双极化对数周期天线，通过采用十字交叉结构实现两个单极化天线单元的双极化构成，实现了高增益双极化对数周期天线，可减少信号极化损失，使天线的水平垂直双方向的增益俱佳，通过在天线主体上设置透镜，使得透镜能够将天线的非均匀的球面波进行补偿修正，得到均匀的球面波，从而实现对天线波形的相位补偿，最终提高天线的整体增益，同时每个天线的集合线及设置于其上的天线元件均可分块拆装实现，结构简单，便于制造安装。

附图说明

图1为一实施例中高增益双极化对数周期天线结构示意图；

图2为一实施例中同轴线线材结构的局部示意图；

图3为一实施例中高增益双极化对数周期天线局部一方向的剖视图；

图4为一实施例中高增益双极化对数周期天线上视图；

图5为一实施例中天线单极化结构组成示意图；

图6为另一实施例中高增益双极化对数周期天线结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

参见图1，本公开的高增益双极化对数周期天线包括天线主体110，天线振子120，第一同轴线130、第二同轴线140和透镜190。

天线主体110包括四根相同集合线，分别为第一集合线111、第二集合线112、第三集合线113、第四集合线114，四根集合线围绕一空间轴线依次设置，其中第一集合线111与第三集合线113相对设置，第二集合线112与第四集合线114也相对设置。同时第一集合线111的中点与第三集合线113的中点连线垂直于第二集合线112中点与第四集合线114中点之间的连线，且垂足在空间轴线上，即四根集合线并非参差不齐，而是保持长度对齐地设置，以使天线尽可能保持结构相对对称稳定。

第一集合线111、第二集合线112、第三集合线113、第四集合线114上均分别设置有若干个天线振子120，天线振子120可以是金属长条或金属棒，以及其他形状的金属件，为方便描述，不妨将各集合线的两端分别称为顶端和底端，任一条集合线上的若干个天线振子120均是从该集合线底端向着顶端的方向依次等间距地交替设置在集合线相对于空间轴线的两侧，即一左一右交替着沿着从底端向顶端的方向等间距地设置，且越靠近顶端的天线振子越短，同时同一集合线上的若干天线振子120相互平行且处于同一平面。

透镜190设置在天线主体110的第一端，透镜190所在平面与空间轴线垂直。具体地，天线主体110的第一端为靠近第一集合线111、第二集合线112、第三集合线113和第四集合线114的第二端的一端。当第一集合线111、第二集合线112、第三集合线113和第四集合线114的第二端在同一平面上时，第一集合线111、第二集合线112、第三集合线113和第四集合线114的第二端中的任意一个都可以作为天线主体110的第一端，当第一集合线111、第二集合线112、第三集合线113和第四集合线114的第二端不在同一平面上时，第一集合线111、第二集合线112、第三集合线113和第四集合线114的第二端中最高的一端可以作为天线主体110的第一端，透镜190可以直接设置在天线主体110的第一端上，也可以通过连接件设置在天线主体110的第一端，透镜190与天线主体110的第一端之间的距离可根据实际需求调节。透镜190的设置方式并不是唯一的，例如可以在出厂或安装时固定设置在天线主体110的第一端，使透镜190和天线主体110结构一体化，可以避免安装时带来的干扰因素，提高工作性能。

天线本身是以球面波的形式往外辐射，因此其等相位面为一球面，而对于端射阵，其辐射最大方向上也将以球面波形式扩散。通过在天线主体110上设置透镜190，使得透镜190能够将天线的非均匀的球面波进行补偿修正，得到均匀的球面波，从而实现对天线波形的相位补偿，最终提高天线的整体增益。需要说明的是，提高天线增益的具体的原理是利用等相位梯度实现相位补偿最终达到提高天线增益的目的。进一步的，在一个实施例中，透镜190可以是某一介质材料，如低介电常数有机材料，包括玻璃钢，PTFE(Poly tetrafluoroethylene，聚四氟乙烯)等。

第一同轴线130和第二同轴线140分别设置于第一集合线111和第二集合线112上，如图2所示，第一同轴线130和第二同轴线140均包括同轴设置的内导体131、绝缘介质层132和外导体层133，绝缘介质层132设置在内导体131和外导体层133之间，以保证其互不接触。在设置时，第一同轴线130和第二同轴线140的外导体层133分别与第一集合线111和第二集合线112远离空间轴线的外侧贴合，以产生电位差。

参见图3，第一集合线111和第二集合线112的顶端分别设置有第一通孔150和第二通孔160，第一通孔150和第二通孔160的形状大小可以与第一同轴线130和第二同轴线140相适应，也可以大于或小于同轴线的截面，设置在集合线上的同轴线可以将输出端连接其所处集合线上的通孔，进一步的，连接至通孔的集合线的内导体还可以继续延伸，穿过通孔连接至与同轴线所在集合线相对的集合线，以组成馈电结构。例如，第二集合线112上设置的第二同轴线140的输出端连接至第二通孔160，同时第二同轴线140的输出端的内导体进一步延伸穿过第二通孔160连接至第四同轴线114，第一集合线111和第一同轴线130的设置方式亦然，此不赘述。

在一个实施例中，透镜190为球面透镜。球面透镜具有弧形球面，能够更好的对天线的非均匀球面波进行补偿修正，从而将天线的非均匀球面波修正为均匀的球面波，提高天线的增益。进一步地，球面透镜包含至少一个凸面，在本实施例中，球面透镜包括一个平面和一个凸面，凸面可以朝向天线主体110设置，平面位于远离天线主体110的一侧，或者也可将平面朝向天线主体110设置，凸面位于远离天线主体110的一侧，具体可根据实际需求调整。

在一个实施例中，高增益双极化对数周期天线还包括连接件，透镜190通过连接件固定设置于天线主体110的第一端。

具体地，连接件的类型并不是唯一的，可以为泡沫连接件或连接柱等，进一步地，透镜190也可以通过连接件可拆卸固定于天线主体110的第一端，需要时安装透镜190，不需要拆卸下来，使用便捷，且当透镜190损坏不能使用时，可以只更换透镜190，避免了高增益双极化对数周期天线整体替换，节约了维修成本。

在一个实施例中，高增益双极化对数周期天线还包括介质条，介质条设置于第一集合线、第二集合线、第三集合线与第四集合线围绕形成的区域内。介质条的尺寸并不是唯一的，在本实施例中，介质条的横截面积与第一集合线111、第二集合线112、第三集合线113与第四集合线114围绕形成的区域的横截面积相等，从而使介质条固定好，提高工作稳定性，介质条的长度可以与设置在同一集合线上的两端的天线振子120之间的距离相等，在保证工作效果的前提下，也不会造成材料的浪费。高增益双极化对数周期天线利用准对周模型，振子不交叉，阵元为每一对振子，四对振子双极化，每层振子长度不同，以此实现更宽的带宽，阵元间距也不一样。通过在馈电集合板中间增加介质条来实现汉森-伍德亚德端射条件，每层振子之间介质条介电常数各不相同，形成强端射阵，以此来实现提高天线本身增益的目的。

在一个实施例中，请参见图6，高增益双极化对数周期天线还包括两个以上的平衡-不平衡变换器210，各平衡-不平衡变换器210分别连接第一集合线111、第二集合线112、第三集合线113与第四集合线114中的不同集合线。需要说明的是，在图6中虽未示出天线主体110与透镜190之间的具体连接方式，但实际上天线主体110与透镜190之间可以通过连接件连接。具体地，在本实施例中，以高增益双极化对数周期天线包括第一平衡-不平衡变换器和第二平衡-不平衡变换器为例，第一平衡-不平衡变换器的端口连接第一集合线111，第二平衡-不平衡变换器的端口连接第二集合线112，进一步的，连接至集合线的平衡-不平衡变换器的端口还可以继续延伸，连接至与已连接的集合线相对的集合线，以组成馈电结构。其他平衡-不平衡变换器与集合线的连接关系可依次类推，在此不再赘述。采用两个以上的平衡-不平衡变换器组成馈电结构可以实现天线振子的平衡馈电，提高高增益双极化对数周期天线的工作性能。

在一个实施例中，组成天线主体的各集合线的形状为长方体，以方便对天线振子、同轴线等部件的安装。

如图1和图4所示，在一个实施例中，高增益双极化对数周期天线还包括第三同轴线170和第四同轴线180，分别设置在第三集合线113和第四集合线114上，且第三同轴线170与第一同轴线130关于前述空间轴线对称，第四同轴线180和第二同轴线140关于前述空间轴线对称。在一个实施例中，第三同轴线170还可与第一同轴线130长度相等，第四同轴线180可与第二同轴线140长度相等。在另一个实施例中，第三同轴线170与第一同轴线130相同，第四同轴线180与第二同轴线140相同。通过设置与第一同轴线130和第二同轴线140对称的同轴线，可以保障高增益双极化对数周期天线在结构上的对称性，从而保障天线辐射特性的对称性，提高天线性能。

如图5所示，在一个实施例中，第一集合线111、第三集合线113以及设置于第一集合线111、第三集合线113上的第一同轴线130、第三同轴线170、天线振子共同组成的第一天线单极化结构的输入阻抗为50欧姆。并且，第二集合线112、第四集合线114以及设置于第二集合线112、第四集合线114上的第二同轴线140、第四同轴线180、天线振子共同组成的第二天线单极化结构的输入阻抗也为50欧姆。高增益双极化对数周期天线不需要阻抗变换器，可直接采用50欧姆同轴线进行馈电，方便稳定，适配能力强。顶部馈电采用同轴线馈电，同轴馈电与集合线紧贴连在一起。同时，也可以集合线底部进行同轴馈电。进一步的，在一个实施例中，第一同轴线130，第二同轴线140，第三同轴线170，第四同轴线180的线材均为50欧姆同轴线。

在一个实施例中，第一通孔150开设位置相对于第二通孔160更加靠近顶端，以使第一同轴线130和第二同轴线140的内导体分别连接至第三集合线113和第四集合线114时互不交叠，避免干扰。

在一个实施例中，请参见图6，高增益双极化结构天线还可包括设置于天线主体的第二端的反射板220。具体地，天线主体的第二端可以为天线主体的近地端，即底端。通过设置反射板220，可以将天线后向波束通过反射板220汇聚反射出去，从而有效地提高天线的前后比，对提高天线增益及定向性也有一定的效果，提高天线性能。

上述高增益双极化对数周期天线，通过采用十字交叉结构实现两个单极化天线单元的双极化构成，实现了高增益双极化对数周期天线，可减少信号极化损失，使天线的水平垂直双方向的增益俱佳，通过在天线主体上设置透镜，使得透镜能够将天线的非均匀的球面波进行补偿修正，得到均匀的球面波，从而实现对天线波形的相位补偿，最终提高天线的整体增益，同时每个天线的集合线及设置于其上的天线元件均可分块拆装实现，结构简单，便于制造安装。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高增益双极化对数周期天线，其特征在于，包括：

天线主体，包括围绕一空间轴线依次设置的四根相同的集合线即第一集合线、第二集合线、第三集合线、第四集合线，所述第一集合线与所述第三集合线相对设置，所述第二集合线与所述第四集合线相对设置，所述第一集合线的中点与所述第三集合线的中点之间的连线垂直于所述第二集合线中点与所述第四集合线中点之间的连线，且垂足垂直在所述空间轴线上，所述第一集合线、所述第二集合线、所述第三集合线和所述第四集合线均包括第一端和第二端；所述第一集合线上设置有若干个天线振子，所述天线振子从所述第一集合线的第一端向第二端的方向依次等间距地交替设置在所述第一集合线相对于所述空间轴线方向的两侧，且越靠近所述第一集合线的第二端的天线振子长度越短，所述第一集合线上的所有天线振子相互平行且处于同一平面；所述第二集合线、第三集合线、第四集合线上也分别设置有若干个天线振子，设置方式与所述第一集合线的天线振子设置方式相同；

透镜，所述透镜设置在所述天线主体的第一端，所述透镜所在平面与所述空间轴线垂直；

第一同轴线和第二同轴线，分别设置于所述第一集合线和所述第二集合线上，包括同轴设置的内导体、绝缘介质层、外导体层，所述绝缘介质层设于所述内导体和外导体层之间，所述第一同轴线和所述第二同轴线的外导体层分别与所述第一集合线和所述第二集合线远离所述空间轴线的一侧贴合；

所述第一集合线和所述第二集合线的第二端还分别设置有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔的形状和大小分别与所述第一同轴线和第二同轴线相适应，所述第一同轴线和第二同轴线的输出端分别连接至所述第一通孔和第二通孔，且所述第一同轴线和第二同轴线的内导体分别穿过所述第一通孔和所述第二通孔，连接至所述第三集合线和所述第四集合线。

2.根据权利要求1所述的高增益双极化对数周期天线，其特征在于，所述透镜为球面透镜。

3.根据权利要求1所述的高增益双极化对数周期天线，其特征在于，还包括连接件，所述透镜通过所述连接件固定设置于所述天线主体的第一端。

4.根据权利要求1所述的高增益双极化对数周期天线，其特征在于，还包括介质条，所述介质条设置于所述第一集合线、所述第二集合线、所述第三集合线与所述第四集合线围绕形成的区域内。

5.根据权利要求1所述的高增益双极化对数周期天线，其特征在于，还包括两个以上的平衡-不平衡变换器，各所述平衡-不平衡变换器分别连接所述第一集合线、所述第二集合线、所述第三集合线与所述第四集合线中的不同集合线。

6.根据权利要求1所述的高增益双极化对数周期天线，其特征在于，各所述集合线的形状为长方体。

7.根据权利要求1所述的高增益双极化对数周期天线，其特征在于，还包括：

第三同轴线，设置于所述第三集合线上，与所述第一同轴线关于所述空间轴线对称；

第四同轴线，设置于所述第四集合线上，与所述第二同轴线关于所述空间轴线对称。

8.根据权利要求7所述的高增益双极化对数周期天线，其特征在于，所述第一集合线、第三集合线以及设置于所述第一集合线、第三集合线上的第一同轴线、第三同轴线、天线振子共同组成的第一天线单极化结构的输入阻抗和所述第二集合线、第四集合线以及设置于所述第二集合线、第四集合线上的第二同轴线、第四同轴线、天线振子共同组成的第二天线单极化结构的输入阻抗均为50欧姆。

9.根据权利要求7所述的高增益双极化对数周期天线，其特征在于，所述第一同轴线、所述第二同轴线、所述第三同轴线和所述第四同轴线的线材为50欧姆同轴线。

10.根据权利要求1所述的高增益双极化对数周期天线，其特征在于，还包括反射板，所述反射板设置在所述天线主体的第二端。

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