[发明专利]一种宽波束磁偶极子天线

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

发明目的：本发明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，本发明的波束宽度可达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：本发明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：本发明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，本发明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)。

本发明具有体积小、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是本发明中天线的正面结构与参考坐标示意图。

图2是本发明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。