平面偶极子二元寄生阵列天线

1.本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种平面偶极子二元寄生阵列天线。


背景技术：

2.偶极子天线是迄今为止使用最广泛的一类天线，可应用在无线通讯领域、雷达以及空间探测领域中，通常可设计工作在多个频段。该类天线结构简单，易于加工制造，馈电方便。最常见的一类偶极子天线是半波偶极子天线，也称为半波阵子天线，是最基本的线天线。微带形式的偶极子天线，即在薄介质板上的某一面用光刻等方法进行腐蚀做出一定形状的金属条带，利用微带线直接或者间接耦合的方式进行馈电。同时，还存在偶极子阵列天线，而此类天线一般需要对每个阵列单元进行单独馈电才能形成所期望的阵列特性。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种平面偶极子二元寄生阵列天线，旨在解决现有技术中的偶极子阵列天线馈电网络设计结构复杂的技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型采用的一种平面偶极子二元寄生阵列天线，包括天线本体和微带馈电巴伦结构，所述微带馈电巴伦结构与所述天线本体固定连接，并位于所述天线本体的下方；
5.所述微带馈电巴伦结构包括梯形介质板、渐变微带线金属层、渐变地板金属层和同轴馈电输入端，所述渐变微带线金属层与所述梯形介质板固定连接，并位于所述梯形介质板的侧方，所述渐变地板金属层与所述梯形介质板固定连接，且位于所述梯形介质板远离所述渐变微带线金属层的一侧，所述同轴馈电输入端与所述渐变微带线金属层固定连接，并位于所述梯形介质板的同一侧。
6.其中，所述天线本体包括介质基板、偶极子金属单元和两组寄生条带金属单元，所述偶极子金属单元和两组所述寄生条带金属单元均与所述介质基板固定连接，并均位于所述介质基板的上表面，两组所述寄生条带金属单元对称设置，所述偶极子金属单元位于两组所述寄生条带金属单元之间，且所述偶极子金属单元与每组所述寄生条带金属单元的距离相等。
7.其中，所述介质基板上开设有通孔缝隙，所述通孔缝隙将所述偶极子金属单元分隔成长度相等的两个单元，所述通孔缝隙的上表面孔长小于所述通孔缝隙的下表面孔长。
8.其中，所述梯形介质板的一端嵌设在所述通孔缝隙内，所述渐变微带线金属层和所述渐变地板金属层分别与所述偶极子金属单元接触连接。
9.其中，所述同轴馈电输入端由同轴探针和同轴外壳组成，所述同轴外壳套设在所述同轴探针上，所述同轴探针与所述渐变微带线金属层固定连接。
10.其中，所述同轴馈电输入端的同轴探针半径为0.5mm，介质半径为1.695mm，介电常数为2.1。
11.其中，所述介质基板和所述梯形介质板的介电常数均为4.4。
12.本实用新型的一种平面偶极子二元寄生阵列天线，通过在平面偶极子天线两侧增加寄生金属单元，并适当的调整金属单元的长度和位置，便能够较大的增加天线增益，解决了天线尺寸较大和天线结构复杂的问题。此外，所述平面偶极子二元寄生阵列仅有一个馈电端口，通过调整寄生条带金属单元的长度和位置可以改善天线的阻抗匹配程度，提高天线的增益，结构简单，易于加工，可利用pcb工艺生产，成本低，精度高，适合大批量生产，解决了现有技术中的偶极子阵列天线馈电网络设计结构复杂的技术问题。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1是本实用新型的平面偶极子二元寄生阵列天线实施例的俯视图。
15.图2是本实用新型的平面偶极子二元寄生阵列天线实施例的仰视图。
16.图3是本实用新型的平面偶极子二元寄生阵列天线实施例的主视图。
17.图4是本实用新型的平面偶极子二元寄生阵列天线实施例的后视图。
18.图5是本实用新型的平面偶极子二元寄生阵列天线实施例的左视图。
19.图6是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线与平面偶极子天线的回波损耗随着频率变化曲线对比图；
20.图7是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线5.65ghz处，偶极子金属单元与寄生条带金属单元电流分布。
21.图8是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线与平面偶极子天线在5.65ghz处phi＝0度的方向图对比图；
22.图9是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线与平面偶极子天线在5.65ghz处phi＝90度的方向图对比图；
23.图10是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线，在寄生条带金属单元位置保持不变时，其增益随寄生条带金属单元长度变化的曲线图；
24.图11是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线，在寄生条带金属单元长度保持不变时，其增益随寄生条带金属单元位置变化的曲线图。
[0025]1‑
天线本体、11
‑
介质基板、12
‑
偶极子金属单元、13
‑
寄生条带金属单元、2
‑
微带馈电巴伦结构、21
‑
梯形介质板、22
‑
渐变微带线金属层、23
‑
渐变地板金属层、24
‑
同轴馈电输入端、3
‑
通孔缝隙、40
‑
同轴探针、41
‑
同轴外壳。
具体实施方式
[0026]
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0027]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0028]
请参阅图1至图5，本实用新型提供了一种平面偶极子二元寄生阵列天线的实施例，包括天线本体1和微带馈电巴伦结构2，所述微带馈电巴伦结构2与所述天线本体1固定连接，并位于所述天线本体1的下方；
[0029]
所述微带馈电巴伦结构2包括梯形介质板21、渐变微带线金属层22、渐变地板金属层23和同轴馈电输入端24，所述渐变微带线金属层22与所述梯形介质板21固定连接，并位于所述梯形介质板21的侧方，所述渐变地板金属层23与所述梯形介质板21固定连接，且位于所述梯形介质板21远离所述渐变微带线金属层22的一侧，所述同轴馈电输入端24与所述渐变微带线金属层22固定连接，并位于所述梯形介质板21的同一侧。
[0030]
所述天线本体1包括介质基板11、偶极子金属单元12和两组寄生条带金属单元13，所述偶极子金属单元12和两组所述寄生条带金属单元13均与所述介质基板11固定连接，并均位于所述介质基板11的上表面，两组所述寄生条带金属单元13对称设置，所述偶极子金属单元12位于两组所述寄生条带金属单元13之间，且所述偶极子金属单元12与每组所述寄生条带金属单元13的距离相等。
[0031]
所述介质基板11上开设有通孔缝隙3，所述通孔缝隙3将所述偶极子金属单元12分隔成长度相等的两个单元，所述通孔缝隙3的上表面孔长小于所述通孔缝隙3的下表面孔长。
[0032]
所述梯形介质板21的一端嵌设在所述通孔缝隙3内，所述渐变微带线金属层22和所述渐变地板金属层23分别与所述偶极子金属单元12接触连接。
[0033]
所述同轴馈电输入端24由同轴探针40和同轴外壳41组成，所述同轴外壳41套设在所述同轴探针40上，所述同轴探针40与所述渐变微带线金属层22固定连接。
[0034]
所述同轴馈电输入端24的同轴探针40半径为0.5mm，介质半径为1.695mm，介电常数为2.1。
[0035]
所述介质基板11和所述梯形介质板21的介电常数均为4.4。
[0036]
在本实施方式中，所述介质基板11长度l为70mm，宽度w为150mm，厚度h为1mm，介电常数为4.4。所述寄生条带金属单元13位于所述偶极子金属单元12两侧，距离d1为65mm(接近0.8个波长)，所述寄生条带金属单元13宽度w2为2mm，长度l2为42mm(接近0.5个波长)，所述偶极子金属单元12宽度w1为2mm，长度l1为20mm(0.25个波长)。所述梯形介质板21上底边长度wt1为8mm，下底边长度wt2为17mm，长lt为30mm(0.375个波长),厚度h2为1mm，介电常数为4.4。所述渐变微带线金属层22位于所述梯形介质板21的一侧，上底边宽ww1为2mm，下底边宽ww2为2.483mm，所述渐变地板金属层23位于所述梯形介质板21的另一侧，上底边宽wg1为2mm，下底边宽wg2为11mm，所述同轴馈电输入端24与所述渐变微带线金属层22相连，所述介质基板11通孔缝隙3宽ws为1mm，上表面缝隙孔长ls1为8mm，下表面缝隙孔长ls2为8.3mm，所述同轴探针40半径为0.5mm，介质半径为1.695mm，介电常数为2.1。根据偶极子天线的设计原则，以2.65ghz为例，所述偶极子金属单元12的长度l1设计为20mm(0.25个波长)，宽度
w1设计为2mm，此时天线频带内的阻抗匹配程度尚可。两组所述寄生条带金属单元13的宽w2均为2mm，长度l2均为42mm(接近0.5个波长)，每组所述寄生条带金属单元13与所述偶极子金属单元12的距离d1为65mm(接近0.8个波长)时，可改善频带内的阻抗匹配，使增益提高了4.73db。根据天线阻抗匹配和所述偶极子金属单元12上电流平衡的要求，所述梯形介质板21的上底边长度wt1为8mm，下底边长度wt2为17mm，长lt为30mm(0.375个波长)，厚度h2为1mm，介电常数为4.4。
[0037]
本实用新型提供的一种平面偶极子二元寄生阵列天线，在平面偶极子金属单元12的两侧添加金属条带，按规律调整寄生条带的长度和位置，可使偶极子金属单元12与寄生条带金属单元13电流分布同相，即等效为非等幅同相位叠加的阵列天线，从而达到提高天线增益的目的。
[0038]
通常若是需要进一步增加偶极子增益，需要延长阵子的长度并对阵子进行弯折，以抵消振子过长所带来的反向电流，这使得天线的轴向尺寸变大，天线结构也变得愈加复杂。为解决上述问题，本研究提出了一种平面偶极子二元寄生阵列天线，其仅在平面偶极子天线两侧增加寄生金属单元，并适当的调整金属单元的长度和位置，便能够较大的增加天线增益，解决了天线尺寸较大和天线结构复杂的问题，具有一定的价值。此外，整体天线结构简单，可利用pcb工艺生产，成本低，精度高，适合大批量生产。
[0039]
请参阅图6，图6是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线100与平面偶极子天线的回波损耗随着频率变化曲线对比图。本实施例中天线的工作频带的中心频率为2.65ghz,此时的反射系数优于平面偶极子天线10db左右，由此可知，该天线能够一定程度上改善阻抗匹配程度。
[0040]
请参阅图7，是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线100在2.65ghz处，偶极子金属单元12与寄生条带金属单元13电流分布。此时，寄生条带金属单元13和偶极子金属单元12上的电流流向保持一致，即寄生条带单元的长度和位置满足一定条件时，可近似等效为非等幅同相位叠加的阵列天线，从而提高天线增益。
[0041]
请参阅图8，图8是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线与平面偶极子天线在2.65ghz处phi＝0度的方向图对比图。该频点处，phi＝0度方向图呈现双端射的特性：方向图上端的最大辐射方向为0度，增益为6.6dbi；方向图下端的最大辐射方向为180度，增益为6.6dbi。
[0042]
请参阅图9，图9是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线与平面偶极子天线在2.65ghz处phi＝90度的方向图对比图。该频点处，phi＝90度方向图呈现双端射的特性：方向图上端的最大辐射方向为0度，增益为6.3dbi；方向图下端的最大辐射方向为180度，增益为6.3dbi。
[0043]
图10是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线，在寄生条带金属单元13位置保持为65mm(接近0.8个波长)时，其增益随寄生条带金属单元13长度变化的曲线图。当条带长度为34mm时(0.425个波长)，最大增益为1.87dbi与平面偶极子相同；当条带长度为42mm时(接近0.5个波长)，增益到达最大值6.6dbi。
[0044]
图11是本实用新型实施例的平面偶极子二元寄生阵列天线在寄生条带金属单元13长度保持为42mm(接近0.5个波长)时，其增益随寄生条带金属单元13位置变化的曲线图；当条带位置为27mm时(0.33个波长),最大增益为1.87dbi与平面偶极子相同；此外随着距离
越远，增益逐渐增大，但由于介质基板11的体积限制，不能超过70mm，因此选择65mm作为指标，此时增益能够达到6.6dbi。
[0045]
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。