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一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列

文檔序號:34656286發布日期:2023-06-30 00:55閱讀:68來源:國知局
一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列

本發明屬于超方向性天線陣列,具體涉及一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列。


背景技術:

1、天線的方向性大于其尺寸方向性的理論最大值時,該天線被稱為超方向性天線。實際工程中留給天線的空間有限,另外,同等情況下天線的方向性越高就意味著電磁波的理論傳輸距離越遠,因此超方向性天線由于尺寸小、方向性高等優點在無線通信領域具有潛在的應用前景。超方向性天線的基本概念在上世紀20年代被提出,隨后出現大量學者對超方向性天線的理論進行深入的研究,但由于該天線的貼片表面電流損耗大、帶寬窄等特點,超方向性天線的相關研究并沒有得到很好的發展和應用。

2、現有技術“design,optimization?and?characterization?of?a?superdirectiveantenna?array”公開了一種二元單極子天線陣列,通過使用去耦合網絡與匹配網絡來解決天線單元近造成的耦合強不宜匹配的問題,從而使天線陣列實現超方向性;其基本組成單元為蝶形單極子,并且該結構天線介質基板立于地面之上。但是該天線效率低、帶寬窄只有9.17%。

3、現有技術“electrically?small?superdirective?endfire?arrays?ofmetamaterial-inspired?low-profile?monopoles”公開了一種二元折疊單極子天線陣列,通過使用由電感螺旋諧振器組成的相移線對天線進行饋電,天線陣列實現了超方向性。但是該天線效率為24%,帶寬窄只有1.01%。

4、現有技術“superdirective?wideband?array?of?planar?monopole?antennawith?loading?plates”公開了一種二元平板單極子天線的寬帶超方向性陣列,是將兩個矩形平板單極子立在地面之上,并且只對其中一個單極子進行饋電可以得到較寬的帶寬,在3-6ghz帶寬上,該天線陣列提供3.5-6.9db的方向性。然后通過在矩形平板單極子兩邊增加兩對耦合平板使天線能夠在3-7.5ghz帶寬上實現7.7-10.1dbi的方向性天線相對帶寬達到85.71%,效率為60%-91%,然而帶寬可以進一步提升。


技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,解決了現有技術中存在的缺陷,使天線陣列實現寬帶超方向性。

2、為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:

3、一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,包括第一介質基板,所述第一介質基板上表面設有一分二功分器,下表面設有金屬地板,所述一分二功分器包括第一微帶線,所述第一微帶線連接功分器一路和功分器二路,所述功分器一路和功分器二路的輸出端均設有關于功分器一路和功分器二路中軸線對稱的輻射結構,所述輻射結構垂直于第一介質基板;輻射結構包括橫向輻射結構,所述橫向輻射結構兩側均設有與其垂直并關于橫向輻射結構對稱的縱向輻射結構;

4、所述功分器二路上設有t型漸變結構,實現該饋電網絡更高的不等幅寬帶的需求。

5、優選的,所述橫向輻射結構包括第二介質基板,所述第二介質基板表面上設有圓形單極子;

6、所述縱向輻射結構為2塊橢圓形單極子,所述橢圓形單極子與第二介質基板之間有間隙,橢圓形單極子與間隙一起形成天線陣列的帶寬擴展。

7、優選的,所述功分器一路包括依次連接的第五微帶線、第四微帶線和第六微帶線;

8、所述功分器二路包括依次連接的第二微帶線、第三微帶線和第七微帶線。

9、優選的,所述t型漸變結構包括2個三角形微帶線和1個長方形微帶線,所述三角形微帶線的斜邊朝向長方形微帶線的長邊,2個三角形微帶線為一體結構。

10、優選的,所述2個三角形微帶線與長方形微帶線長邊平行的直角邊長度之和等于長方形微帶線長邊的長度。

11、優選的,所述2個三角形微帶線與長方形微帶線長邊平行的直角邊的長度之和與長方形微帶線長邊的長度均為四分之一波長。

12、優選的,所述第三微帶線和第四微帶線的輸入端設有電阻r1,輸出端設有電阻r2。

13、優選的,所述第一微帶線、第六微帶線和功第七微帶線的寬度相等。

14、與現有技術相比,本發明的有益效果是:

15、本發明所述天線陣列使用圓形單極子結構實現天線的寬帶性能,再通過調整天線單元之間的間距以及兩個單元饋電的相位提高天線陣列的方向性從而實現超方向性,然后通過增加橢圓形貼片實現天線帶寬的進一步擴展,最后通過設計寬帶等幅不同相功分器實現對寬帶天線陣列的饋電,最終使天線陣列實現寬帶超方向性。



技術特征:

1.一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,第一介質基板(7),所述第一介質基板(7)上表面設有一分二功分器,下表面設有金屬地板(8),其特征在于,所述一分二功分器包括第一微帶線(9),所述第一微帶線(9)連接功分器一路和功分器二路,所述功分器一路和功分器二路的輸出端均設有關于功分器一路和功分器二路中軸線對稱的輻射結構,所述輻射結構垂直于第一介質基板(7);輻射結構包括橫向輻射結構,所述橫向輻射結構兩側均設有與其垂直并關于橫向輻射結構對稱的縱向輻射結構;

2.根據權利要求1所述的一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,其特征在于,所述橫向輻射結構包括第二介質基板(6),所述第二介質基板(6)一表面上設有圓形單極子(1);

3.根據權利要求1所述的一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,其特征在于,所述功分器一路包括依次連接的第五微帶線(13)、第四微帶線(12)和第六微帶線(3);

4.根據權利要求1所述的一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,其特征在于,所述t型漸變結構包括2個三角形微帶線和1個長方形微帶線,所述三角形微帶線的斜邊朝向長方形微帶線的長邊,2個三角形微帶線為一體結構。

5.根據權利要求4所述的一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,其特征在于,所述2個三角形微帶線與長方形微帶線平行的直角邊的長度之和等于長方形微帶線長邊的長度。

6.根據權利要求4所述的一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,其特征在于,所述2個三角形微帶線直角邊的長度之和與長方形微帶線長邊的長度均為四分之一波長。

7.根據權利要求3所述的一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,其特征在于,所述第三微帶線(11)和第四微帶線(12)的輸入端設有電阻r1,輸出端設有電阻r2。

8.根據權利要求3所述的一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,其特征在于,所述第一微帶線(9)、第六微帶線(3)和第七微帶線(4)的寬度相等。


技術總結
本發明公開了一種基于單極子的寬帶超方向性天線陣列,涉及超方向性天線陣列技術領域,包括第一介質基板,所述第一介質基板上表面設有一分二功分器,下表面設有金屬地板,所述一分二功分器上連接有功分器一路和功分器二路,所述功分器一路和功分器二路的輸出端均設有對稱的輻射結構;輻射結構包括橫向輻射結構,所述橫向輻射結構兩側均設有與其垂直并關于橫向輻射結構對稱的縱向輻射結構;所述功分器二路上設有T型漸變結構,本發明通過調整天線單元之間的間距以及兩個單元饋電的相位提高天線陣列的方向性實現超方向性,通過寬帶等幅不同相功分器實現對寬帶天線陣列的饋電,最終使天線陣列實現寬帶超方向性。

技術研發人員:盧萍,黃卡瑪
受保護的技術使用者:四川大學
技術研發日:
技術公布日:2024/1/13
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