CN214153217U - 一种宽带双偶极子微带准八木天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽带双偶极子微带准八木天线，包括介质基板，所述介质基板正面的一端设有反射器，所述反射器由中间向两侧延伸半蝶形枝节形成半蝶形发射器，由反射器向介质基板的另一端依次间隔设有第一偶极子驱动器和第二偶极子驱动器，所述第一偶极子驱动器和第二偶极子驱动器中间均存在缝隙，并由中间向两侧延伸蝶形枝节形成两个蝶形驱动器，所述反射器、第一偶极子驱动器和第二偶极子驱动器通过共面带线串联形成阵列天线；所述介质基板背面设有微带馈线与反射器连接，所述微带馈线的末端馈电点处设有金属短路柱，通过金属短路柱短接。相比现有技术中的八木天线本设计阻抗带宽达到86.4％(1.58‑3.92G)，涵盖了L和S波段。

Description

一种宽带双偶极子微带准八木天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，尤其是涉及一种宽带双偶极子微带准八木天线。

背景技术

在这个社会信息化智能化程度逐渐加深的时代，电磁技术在通信、探测、导航等各大领域得到了广泛应用。天线作为无线通信系统中能量转化的桥梁，无线通信系统对天线的结构和性能也提出了越来越高的要求。特别是宽频带、高增益和方向性或许已经成为天线最为重要的性能指标。随着无线技术的发展，具有宽带、高增益、单向辐射方向图的天线在卫星通信和点对点通信等系统中具有广泛的应用需求。

和其他天线相比，端射天线增益高、定向性好。在日常应用中，端射天线具有很好的方向性，较偶极子天线有高的增益。用它来测向、远距离通信效果特别好。端射天线可以应用在许多场合，如无人机、导弹、卫星等飞行器系统工程。常规宽带端射天线结构主要有对数周期天线、八木天线、渐变槽线天线。以八木天线为例，该天线广泛应用于无线网卡、电视接收、电台的信号传输，如果再配上仰角和方位旋转控制装置，更可以与各个方向上的电台联络，所以无论是在民用还是在军用设备上，八木天线都是天线领域的一个研究热点。

然而，由于传统八木天线采用对称阵子作为有源阵子，存在体积笨重、带宽较窄等局限性，这限制了其在通信领域中的应用。随着雷达、电子对抗和现代通信技术的不断发展，设备对天线的要求也越来越高。而微带准八木天线是一种平面天线，它是由薄介质片、设置在薄介质片顶层的几何金属辐射元以及设置在薄介质片底层的接地金属构成。微带天线因重量轻、体型小和制作简单而得到广泛研究。将八木天线的设计概念与微带结构相结合，制作重量轻、体积小、结构简单紧凑且具有定向辐射模式和高增益的天线，是当前国内外研究的热点。

实用新型内容

实用新型目的：为了克服背景技术的不足，本实用新型公开了一种宽带双偶极子微带准八木天线，通过将两个不同长度的蝶形偶极子串联连接，在双偶极子前方增加一个矩形引向器和两个寄生贴片来扩大天线的辐射口径，组成一个阵列八木天线来实现宽频带、高增益的效果。

技术方案：本实用新型公开了一种宽带双偶极子微带准八木天线，包括介质基板，所述介质基板正面的一端设有反射器，所述反射器由中间向两侧延伸半蝶形枝节形成半蝶形发射器，由反射器向介质基板的另一端依次间隔设有第一偶极子驱动器和第二偶极子驱动器，所述第一偶极子驱动器和第二偶极子驱动器中间均存在缝隙，并由中间向两侧延伸蝶形枝节形成两个蝶形驱动器，所述反射器、第一偶极子驱动器和第二偶极子驱动器通过共面带线串联形成阵列天线；

所述介质基板背面设有微带馈线与反射器连接，所述微带馈线的末端馈电点处设有金属短路柱，通过金属短路柱短接。

进一步的，所述反射器、第一偶极子驱动器及第二偶极子驱动器的侧向延伸长度依次减小。

进一步的，所述第一偶极子驱动器和第二偶极子驱动器各自中间的缝隙在共面带线串联后形成槽线，所述第一偶极子驱动器之间的缝隙小于第二偶极子驱动器之间的缝隙，以此形成由反射器向第二偶极子驱动器的宽度展宽的阶梯槽线。

进一步的，所述阶梯槽线的开口末端中间位置间隔设有第一引向器。

进一步的，所述第一引向器的长度小于第二偶极子驱动器的侧向延伸长度。

进一步的，所述第一引向器在阶梯槽线的开口朝向间隔设置第二引向器和第三引向器，所述第二引向器和第三引向器在第一引向器相对于第二偶极子驱动器的另一边的两侧间隔设置。

工作原理：本设计中的两个蝶形偶极子与接地面反射器通过共面带线(CPS)串联，使用由微带馈线和共面带线组成的简单集成巴伦，将天线的输入阻抗与50欧姆馈线匹配，并且在微带馈线的末端馈电点处使用短路柱短接。通过在偶极子驱动器和反射器上添加矩形枝节可以提高天线的电流路径，从而提高天线带宽和减小天线尺寸。调节两个蝶形偶极子的长度来控制低频和高频的带宽。通过在天线端射方向添加三个矩形引向器来提高天线的方向性。第二和第三引向器放置在第一引向器上方的左右两侧，以此来增大天线的辐射口径，从而提高天线高频带宽和增益。因为反射器长于驱动器，所以反射器起反射作用，使能量集中到偶极子驱动器的上方。同理，驱动器上侧的矩形引向器也是由于耦合作用产生电流，又因为长度短于驱动器而起引向作用，通过吸引驱动器辐射的电磁能量来提高天线增益。根据八木天线原理可知，引向器数目在一定范围内越多，方向性越强，增益就越高。但在设计过程中发现引向器数达到一定时，天线增益就不再提高，反而使天线体积和重量增大，所以本设计中将引向器数目设计为三个。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点为：

(1)将双偶极子驱动器和反射器上添加蝶形枝节，增加了天线电流路径，提高了天线辐射强度，大大减小了天线尺寸；

(2)双偶极子通过共面带线连接，共面带线采用了阶梯槽线结构，槽线变宽减小槽线对电场的束缚作用，天线电流增多，电磁辐射能力强，提高了天线的带宽；

(3)在第一个引向器的左右两侧加载寄生引向器，构成类似阵列的结构，来增大天线的辐射口径从而提高了天线增益。

(4)相比现有技术中的八木天线本设计阻抗带宽达到86.4％(1.58-3.92G)，涵盖了L和S波段。

附图说明

图1是本实用新型正面结构示意图；

图2是本实用新型背面结构示意图；

图3是本实用新型立体结构示意图；

图4是本实用新型天线的回波损耗图；

图5和图6分别是本实用新型天线频率为1.6GHz时的E面、H面的辐射方向图；

图7和图8分别是本实用新型天线频率为2.8GHz时的E面、H面的辐射方向图；

图9和图10分别是本实用新型天线频率为3.7GHz时的E面、H面的辐射方向图：

图11是本实用新型天线的增益图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

如图1、图2和图3所示，一种宽带双偶极子微带准八木天线，包括介质基板1，所述介质基板1正面的一端设有反射器2，起到接地和反射电磁波作用，提高天线的方向性。所述反射器2由中间向两侧延伸半蝶形枝节形成半蝶形发射器，通过增加侧向延伸尺寸来提高天线表面激励电流的谐振长度，使天线在低频的匹配得到改善，因此通过改变反射器2长轴大小来改变低频处的带宽，最终达到宽频带效果。同时，反射器添加半蝶形枝节，天线表面激励电流的谐振长度增加，可以减小天线尺寸。天线因尺寸减小带来的损耗可通过半蝶形枝节提高的电流谐振长度来弥补。

由反射器2向介质基板1的另一端依次间隔设有第一偶极子驱动器3和第二偶极子驱动器4，所述第一偶极子驱动器3和第二偶极子驱动器4中间均存在缝隙，并由中间向两侧延伸蝶形枝节形成两个蝶形驱动器，所述反射器2、第一偶极子驱动器3和第二偶极子驱动器4通过共面带线串联形成阵列天线，大大提高了天线的带宽和增益；所述介质基板1背面设有微带馈线5与反射器2连接，所述微带馈线5的末端馈电点处设有金属短路柱6，通过金属短路柱6短接。所述反射器2、第一偶极子驱动器3及第二偶极子驱动器4的侧向延伸长度依次减小。所述第一偶极子驱动器3和第二偶极子驱动器 4各自中间的缝隙在共面带线串联后形成槽线，所述第一偶极子驱动器3之间的缝隙小于第二偶极子驱动器4之间的缝隙，以此形成由反射器2向第二偶极子驱动器4的宽度展宽的阶梯槽线。所述阶梯槽线的开口末端中间位置间隔设有第一引向器7。所述第一引向器7的长度小于第二偶极子驱动器4的侧向延伸长度。所述第一引向器7在阶梯槽线的开口朝向间隔设置第二引向器8和第三引向器9，所述第二引向器8和第三引向器 9在第一引向器7相对于第二偶极子驱动器4的另一边的两侧间隔设置。

在原来矩形偶极子基础上添加蝶形枝节，提高电流谐振长度。调节第一偶极子驱动器3的尺寸可以影响低频阻抗匹配，当长度增加时，天线低频匹配得到完善，增益提高，当达到一定值时又开始恶化。同理，第二偶极子驱动器4的尺寸对高频匹配影响很大。将中间的缝隙宽度展宽，与第一偶极子驱动器3的缝隙形成阶梯槽线，提高的天线阻抗匹配。这是由于缝隙宽度增加，减小了直线缝隙对电场的束缚作用，使得两边金属边沿电流增加，从而电磁辐射能力强，阻抗匹配高，提高了带宽。反射器2和第一偶极子驱动器3、第一偶极子驱动器3和第二偶极子驱动器4以及第二偶极子驱动器4与第一引向器7之间间距对天线性能也有很大影响。八木天线通过第一偶极子驱动器3和第二偶极子驱动器4辐射电磁波耦合到反射器2和第一引向器7，使天线具有端射特性。间距太小，则端射效果不明显；间距太大又会增加电磁波的耦合难度，使能量不便于传递出去。经过反复仿真，确定最佳值。第二引向器8和第三引向器9左右平行放置，二者间隔适中；与第一引向器7构成类似阵列结构，增大了天线的辐射口径来提高天线的方向性。天线高频部分的带宽和增益都得到显著的提高。

本实施例中，介质基板1材质是FR4，其体积为122mm×77mm×1.6mm；反射器 2，其长为77mm,长轴宽为10mm，短轴宽为6.8mm；第一偶极子驱动器3，总长度为 69mm，宽为15.9mm，之间缝隙宽为0.7mm；反射器2与第一偶极子驱动器3间距为 34mm。第二偶极子驱动器4总长度为58.3mm，宽为12.1mm，之间的缝隙宽为6.4mm；第一偶极子驱动器3与第二偶极子驱动器4之间的间距为28.5mm。第一引向器7的长度为23mm，宽为10mm；与第二偶极子驱动器4间距为8mm。第二引向器8和第三引向器9尺寸相同，长宽分别为23mm和5mm；二者之间间隔20mm，与第一引向器7 间距为12mm。金属短路柱6长为1.6mm、直径为1mm。微带馈线5长为33mm、宽为 3mm保证阻抗匹配；其与FR4基板中点距离为7mm。

图4是本设计天线的回波损耗图，实现效果如图5-图10所示在1.6GHz、2.8GHz、3.7GHz的E、H面方向图。可以看出，电磁能量主要集中在一个固定的方向，具有良好的端射特性。实现结果如图11所示的增益图，最高增益达到8.7dB。

Claims (6)

1.一种宽带双偶极子微带准八木天线，其特征在于：包括介质基板(1)，所述介质基板(1)正面的一端设有反射器(2)，所述反射器(2)由中间向两侧延伸半蝶形枝节形成半蝶形发射器，由反射器(2)向介质基板(1)的另一端依次间隔设有第一偶极子驱动器(3)和第二偶极子驱动器(4)，所述第一偶极子驱动器(3)和第二偶极子驱动器(4)中间均存在缝隙，并由中间向两侧延伸蝶形枝节形成两个蝶形驱动器，所述反射器(2)、第一偶极子驱动器(3)和第二偶极子驱动器(4)通过共面带线串联形成阵列天线；

所述介质基板(1)背面设有微带馈线(5)与反射器(2)连接，所述微带馈线(5)的末端馈电点处设有金属短路柱(6)，通过金属短路柱(6)短接。

2.根据权利要求1所述的宽带双偶极子微带准八木天线，其特征在于：所述反射器(2)、第一偶极子驱动器(3)及第二偶极子驱动器(4)的侧向延伸长度依次减小。

3.根据权利要求2所述的宽带双偶极子微带准八木天线，其特征在于：所述第一偶极子驱动器(3)和第二偶极子驱动器(4)各自中间的缝隙在共面带线串联后形成槽线，所述第一偶极子驱动器(3)之间的缝隙小于第二偶极子驱动器(4)之间的缝隙，以此形成由反射器(2)向第二偶极子驱动器(4)的宽度展宽的阶梯槽线。

4.根据权利要求3所述的宽带双偶极子微带准八木天线，其特征在于：所述阶梯槽线的开口末端中间位置间隔设有第一引向器(7)。

5.根据权利要求4所述的宽带双偶极子微带准八木天线，其特征在于：所述第一引向器(7)的长度小于第二偶极子驱动器(4)的侧向延伸长度。

6.根据权利要求5所述的宽带双偶极子微带准八木天线，其特征在于：所述第一引向器(7)在阶梯槽线的开口朝向间隔设置第二引向器(8)和第三引向器(9)，所述第二引向器(8)和第三引向器(9)在第一引向器(7)相对于第二偶极子驱动器(4)的另一边的两侧间隔设置。

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