[发明专利]宽带低剖面定向正交偶极子天线

说明书

本发明公开了一种宽带低剖面定向正交偶极子天线，通过合理设计两对正交放置的偶极子的形状实现宽频带、双极化，通过合理设计反射腔实现定向高增益，通过合理设计馈电部分与偶极子的连接实现低剖面。本发明的优点在于整个天线高度为中心工作频率对应波长的四分之一，剖面低；工作带宽达到2.5个倍频程，频带宽；在工作频带内，驻波小于2；天线轴向增益大于5dB，可以同时辐射垂直极化波和水平极化波；连接90o电桥后也可以辐射左旋圆极化波或右旋圆极化波。

技术领域

本发明属于天线领域，具体涉及一种宽带低剖面定向正交偶极子天线。

背景技术

国内外宽带定向双极化天线形式主要采用四脊喇叭天线和正交槽线天线。这两类天线要形成有效辐射，天线轴向长度需达到3～5个中心工作频率对应波长，完成从馈电部分到辐射部分之间的过渡。因此天线剖面较高，无法满足无人机等空间受限环境中的使用。

采用正交偶极子天线虽然能够满足低剖面要求，但是由于其是全向天线，增益较低。在电偶极子天线的相关研究中，Dey等将喇叭状偶极子放置于四分之一波长高度的反射板上面，实现了单向性天线。这种偶极子的工作频率依赖于高度，增益波动较大，方向图也不稳定，无法满足宽频带工作的要求。Lin等进一步优化其阻抗匹配，实现了 17%的阻抗匹配带宽(SWR<1.5)。Levine在上述研究基础上设计了电偶极子天线阵，实现了25%的相对带宽。Giovanni等采用印刷电路板技术制作的电偶极子天线实现了3.5GHz～14 GHz的工作频段。但是天线的方向图在高频处高次模现象较为严重。Fang-Yao Kuo等提出的基于电偶极子的全向性天线，相对带宽超过100%，但是这种设计只注重扩展天线的带宽，天线增益很低。Nair等提出的半圆形电偶极子贴片天线，覆盖了整个UWB频段，E面和H面的方向图保持了一定的单向性，但是无法辐射正交极化波。

目前，能够同时满足宽带、低剖面、定向高增益和双极化要求的无人机等空间受限环境中使用的天线形式尚未出现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带低剖面定向正交偶极子天线，能够同时满足宽带、低剖面、定向高增益和双极化要求的空间受限环境中使用的天线结构。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽带低剖面定向正交偶极子天线，包括金属圆盘、第一辐射振子臂、第二辐射振子臂、第三辐射振子臂、第四辐射振子臂、金属背腔、环形支架、第一同轴电缆、第二同轴电缆、第一金属螺杆、第二金属螺杆、四根第一支撑尼龙柱和四根第二支撑尼龙柱；金属圆盘平行设置在金属背腔中心的正上方，第一辐射振子臂、第二辐射振子臂、第三辐射振子臂、第四辐射振子臂均布在金属圆盘下方，并通过环形支架与金属圆盘固定连接，第一辐射振子臂和第二辐射振子臂共中心轴线布置，其底部通过第一支撑尼龙柱固定在金属背腔顶面，第三辐射振子臂和第四辐射振子臂共中心轴线布置，其底部通过第二支撑尼龙柱固定在金属背腔顶面；第一同轴电缆穿过金属背腔，第一同轴电缆的外导体分别与金属背腔、第一辐射振子臂连接，内导体搭接在第二辐射振子臂上；为了保证辐射方向图的对称性，与同轴电缆外导体外径等值的第一金属螺杆将第二辐射振子臂和金属背腔连接；同理，第二同轴电缆穿过金属背腔，外导体分别与金属背腔、第三辐射振子臂连接，内导体搭接在第四辐射振子臂上；为了保证辐射方向图的对称性，第二同轴电缆外导体外径等值的第二金属螺杆将第四辐射振子臂和金属背腔连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）采用加反射腔的正交放置的偶极子天线，通过合理设计馈电部分与偶极子的连接，实现宽带、定向高增益、双极化工作；（2）整个天线高度为中心工作频率对应波长的四分之一，满足低剖面的要求；（3）工作带宽达到2.5个倍频程，在工作频带内，驻波小于2，天线轴向增益大于5dB，可以同时辐射垂直极化波和水平极化波；（4）连接90o电桥后也可以辐射左旋圆极化波或右旋圆极化波。

附图说明

图1为本发明宽带低剖面定向正交偶极子天线的主视图。