一种宽波束磁偶极子天线制造技术

本发明专利技术公开一种宽波束磁偶极子天线，包括半圆形磁偶极子结构和长条形寄生单元，半圆形磁偶极子结构包括两个半径相同的半圆形贴片和垂直短路壁，两个半圆形贴片一上一下平行对称放置，垂直短路壁沿半圆形贴片直径方向与两个半圆形贴片相连；长条形寄生单元沿半圆形磁偶极子结构的中轴线方向放置，且连接于半圆形磁偶极子结构的上表面；半圆形磁偶极子结构为非全封闭结构。本发明专利技术具有体积小、高增益、剖面低、结构简单的特点，在物联网的各种无线传感与射频识别系统中有广泛应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种宽波束磁偶极子天线
本专利技术属于物联网与微波技术，具体涉及一种宽波束磁偶极子天线。
技术介绍
在卫星通信中，为了满足通信需要，一般要求地面移动通信终端天线具有宽波束的性能特点。目前卫星通信系统中较多应用的是轴向模螺旋天线，该天线增益高、频带宽，但是其波束较窄，半功率波束宽度仅为60°左右，当卫星所在位置不是地面接收天线的波束范围内时，信号会经过多径衰落等多种途径传输到天线，此时强度变得极其微弱甚至可能导致地面系统停止接收信号。因此，为了弥补地面接收天线的低仰角增益，通常将该天线设计为有源天线，但是提高了成本。微带贴片天线是应用于微波系统中最广泛的天线，但是普通微带贴片天线的半功率波束较窄(60°半功率波束是微带贴片天线的典型值)；在天顶与水平方向的增益差为10dB以上，不能满足卫星导航天线的宽波束要求。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种宽波束磁偶极子天线，本专利技术的波束宽度可达100°以上，具有体积小、高增益、结构简单、剖面尺寸低等特点，有利于平面化设计和小型化应用。技术方案：本专利技术一种宽波束磁偶极子天线，包括半圆形磁偶极子结构和长条形寄生单元，所述半圆形磁偶极子结构包括两个半径相同的半圆形贴片和垂直短路壁，两个半圆形贴片一上一下平行对称放置，垂直短路壁沿半圆形贴片直径方向与两个半圆形贴片相连；所述长条形寄生单元沿半圆形磁偶极子结构的中轴线方向放置，并且连接于半圆形磁偶极子结构的上表面(也就是半圆形磁偶极子结构中上面的那个半圆形贴片)；其中，半圆形磁偶极子结构为非全封闭结构且开口朝向半圆形磁偶极子结构的圆弧形端。上述宽波束磁偶极子天线无须大面积金属反射板，即可实现定向辐射，其半功率波束宽度范围大于100°，在平行于天线所在平面的方向上，增益范围为-1.4dBi至-0.7dBi，在垂直于天线所在平面的方向上，增益范围为3.6dBi至4.7dBi。进一步的，所述垂直短路壁的长度等于半圆形贴片的直径，垂直短路壁的宽度等于两个半圆形贴片之间的距离。进一步的，所述半圆形磁偶极子结构上沿中轴线还设置有同轴接头外导体和同轴接头内导体。为使天线生成单向宽波束特性，所述长条形寄生单元的长度范围为个波长。有益效果：本专利技术的由半圆形磁偶极子和一根长条形的寄生单元构成，区别于传统贴片天线只能实现60°的波束宽度，本专利技术无须借助大面积金属反射板即可实现100°左右的波束宽度，该宽度受控于长条形寄生单元的长度(在寄生单元的长度范围内，寄生单元长度增加，波束宽度有所增加，长条形寄生单元宽度在个波长内对波束宽度影响不大，性能最佳)。本专利技术具有体积小、高增益、剖面低、结构简单的特点，在物联网的各种无线传感与射频识别系统中有广泛应用前景。附图说明图1是本专利技术中天线的正面结构与参考坐标示意图。图2是本专利技术中天线的三维立体示意图与参考坐标示意图。图3是实施中采用IE3D软件计算的天线反射系数示意图。图4是实施中采用IE3D软件画出的ZX方向图。图5是实施中采用IE3D软件画出的ZY方向图。图6是实施中采用IE3D软件计算的天线增益图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。如图1和图2所示，本专利技术一种宽波束磁偶极子天线，包括半圆形磁偶极子结构1和长条形寄生单元2，所述半圆形磁偶极子结构1包括两个半径相同的半圆形贴片和垂直短路壁，两个半圆形贴片一上一下平行对称放置，垂直短路壁沿半圆形贴片直径方向与两个半圆形贴片相连；所述长条形寄生单元2沿半圆形磁偶极子结构1的中轴线3方向放置(且朝向正X轴方向)，且连接于半圆形磁偶极子结构1的上表面；其中，半圆形磁偶极子结构1为半封闭结构。上述宽波束磁偶极子天线无须大面积金属反射板，即可实现定向辐射，其半功率波束宽度范围大于100°(长条形寄生单元2的引入，可改变天线结构的对称性，引入部分磁壁边界条件，通过该边界条件，令寄生单元2产生镜像辐射，与寄生单元2的辐射，磁偶极子的辐射叠加，可达到展宽波束的目的)，在平行于天线所在平面的方向上，增益范围为-1.4dBi至-0.7dBi，在垂直于天线所在平面的方向上，增益范围为3.6dBi至4.7dBi。上述垂直短路壁的长度等于半圆形贴片的直径，垂直短路壁的宽度等于两个半圆形贴片之间的距离；半圆形磁偶极子结构1中还设置有同轴接头外导体4和同轴接头内导体5；长条形寄生单元2的长度范围为个波长。半圆形磁偶极子结构1的半径可任意改变，两个半圆形贴片的圆心角均为180°。半圆形磁偶极子结构1的两个半圆形贴片之间可填充任意介电常数的介质，适应性广泛。实施例：本实施例中的宽波束磁偶极子天线的整体辐射单元由半圆形磁偶极子结构1和长条形寄生单元2构成。半圆形磁偶极子结构1为非封闭结构，由两个相同的半圆形贴片以及连接两个半圆形贴片的直边的垂直短路壁构成，半圆形磁偶极子结构1的非封闭端的上表面与长条形寄生单元2相连接。本实施例中采用空气介质、半圆形磁偶极子结构1的上下表面的两个半圆形贴片之间的间距为6mm，半圆形磁偶极子结构1的半径为36mm，长条形寄生单元2的长和宽分别为25mm和2.4mm，长条形寄生单元2与半圆形磁偶极子结构的中轴线3夹角为0°，馈电点在半圆形磁偶极子结构的中轴线3上距离圆心18mm处，利用IE3D软件仿真计算得到的天线各项特性。如图3所示，本实施例的天线的阻抗带宽覆盖了2.23GHz-2.69GHz,中心频率在2.45GHz,相对轴比带宽约位18.8％。辐射方向图如图4和图5所示，其中图4是该天线在2.45GHz处ZX面的方向图，实线表示分量，虚线表示θ分量；图5是该天线在2.45GHz处ZY面的方向图，实线表示θ分量，虚线表示分量。由图4和图5可以看出，天线的半功率波束张角均达到100°以上。另外如图6所示，本实施例的天线在工作频段内的增益特性为：在天线谐振频率的最大辐射方向上，增益达到4.5dBi。通过上述实施例可以看出，本专利技术中的寄生单元为非对称结构的长条形寄生单元，即组成半圆形磁偶极子结构的两个半圆形贴片中，只需要上表面的半圆形贴片与长条形寄生单元相连接即可。同时，本专利技术无须大面积金属反射板，即可实现定向辐射和100°波束宽度的线极化波束，且体积小、高增益、结构简单、剖面尺寸低，便于制作实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽波束磁偶极子天线，其特征在于：包括半圆形磁偶极子结构和长条形寄生单元，所述半圆形磁偶极子结构包括两个半径相同的半圆形贴片和垂直短路壁，两个半圆形贴片一上一下平行对称放置，垂直短路壁沿半圆形贴片直径方向与两个半圆形贴片相连；所述长条形寄生单元沿半圆形磁偶极子结构的中轴线方向放置，并且连接于半圆形磁偶极子结构的上表面；其中，半圆形磁偶极子结构为非全封闭结构且开口朝向半圆形磁偶极子结构的圆弧形端。

【技术特征摘要】
1.一种宽波束磁偶极子天线，其特征在于：包括半圆形磁偶极子结构和长条形寄生单元，所述半圆形磁偶极子结构包括两个半径相同的半圆形贴片和垂直短路壁，两个半圆形贴片一上一下平行对称放置，垂直短路壁沿半圆形贴片直径方向与两个半圆形贴片相连；所述长条形寄生单元沿半圆形磁偶极子结构的中轴线方向放置，并且连接于半圆形磁偶极子结构的上表面；其中，半圆形磁偶极子结构为非全封闭结构且开口朝向半圆形磁偶...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文俊，李壮，李笑乾，张伟丽，顾珊珊，邵芸，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32