[发明专利]单极线－板天线

说明书

本发明涉及一种单极线-板天线，该类型的天线包括接地面、第一辐射元件和第二辐射元件。其中，第一辐射元件采用电容顶部形式、适合通过馈线连接到发生器或接收器；第二辐射元件采用辐射导线形式，它将该电容顶部连接到接地面。

这样一种天线已由第A-2,668,859号法国专利所披露。

该天线由设置在介电基板相对两面的两个金属面形成。其中一个金属面通常较大，它组成上述接地面；另一个金属面组成电容顶部。该天线通过馈线馈电，后者由穿过接地面和介质基板并连接到电容顶部的同轴电缆头形成。

该天线的特点在于它具有附加的有源辐射导线，其与同轴馈线头平行并将接地面连接到电容顶部。该导线对地提供一个回流。这种天线是两个谐振现象的所在地，因此有时就叫做双共振天线。

该天线的物理参数，即电介质基板的介电常数、其厚度、馈线半径、辐射线半径、两根线之间距离以及电容顶部和接地面的形状、尺寸，可以凭经验取任何数值。然而，天线的正常运行取决于这些参数之间的关系，这种关系限制了各种可能性并且强加了从技术上来看有时是难以满足的各种约束。

因此，为了得到优良的天线匹配，最好采用介电常数很低的介质基板(ε_r＜2)，同轴头与辐射线之间的距离相对于发射波长极小(d＜λ₀/50)，同轴头的半径为辐射线的半径的至少五分之一那样小。另一方面，电容顶部的形状实际上可以是任意的，主要的只是其表面。再者，从天线匹配的观点来看，最好其高度相对大一些，但不要超过λ₀/18。当接地面的表面至少大于电容顶部表面10倍时，其形状和尺寸只对天线匹配产生很小的影响，但它们可以在很大程度上改变辐射图，就像所有的单极辐射天线那样。

这种天线的工作原理最初起源于其中未产生空腔共振模式的辐射线与馈线头之间的耦合现象。

在此情况下，辐射线的增加(将在后面说明)在比抑制式天线常规共振模式的频率低得多的某个频率处产生并联谐振。一方面，合理选择天线的各种物理参数使之有可能实现该天线与常用发生器和接收器之间的正常匹配，即天线的阻抗在其虚部抵消时，其实部接近于某个给出值，一般为50Ω。另一方面，可以获得所谓的单极型辐射，它具有单极辐射的典型特征，即：

—具有对称旋转的波瓣，

—当其在线轴中为极大和零时，最大辐射平行于接地面，

—在垂直于天线的平面中有电场线性极化。

因此，尽管上述法国专利中所描述的天线相对于现有技术的天线具有各种优点，如设计和构造较简单，尺寸比所用波长小，能与适当的增益正常匹配，比传统的抑制式天线拥有更大的通带，具有作为频率函数的稳定的单极型辐射，以及能在网络中应用等等，然而它也存在着某些缺陷。

特别是，为了将天线置于单极辐射条件下，导线的尺寸以及各导线之间的距离必须比信号波长λ小得多，这是造成技术上难以制作和容易损坏的主要原因，在微波应用中尤甚。再者，当其用于低频时，尽管其尺寸已远远小于波长，但应用于移动通信仍显得太大。此外，当所用介质基板的介电常数与1相差太大时，该天线则难以匹配且它的通带相对也小。最后，当例如为了获得更大的最大增益或为了获得更大的空间覆盖，这种形式的单极辐射也不容易调节。

本发明旨在克服上述各种缺陷。

为此，本发明的目的在于提供一种单极线-板天线，它包括接地面，采用电容顶部形式、通过馈线连接到发生器或接收器的第一辐射元件，以及采用导线形式、用以将电容顶部传导到接地面的第二辐射元件。该天线的特点在于它包括多个第一辐射元件和/或第二辐射元件，所述电容顶部的尺寸相对工作波长足够小，使所述天线以工作频率工作于单极辐射。

从以下内容可见，这种设置可以解决以上所指出的问题。

进一步还可以发现，“线”这个字不仅包含圆截面的导体，而且包含任何截面的导体，例如带形导体。同样，接地“面”以及电容顶部可以由曲面形成，它们可能不相互平行，尤其为了产生特殊形状的单极辐射，例如具有较大最大增益的窄形辐射，或具有给定光照扇区的宽形辐射。

在一种特定的操作方式中，天线的性能尤其是电容顶部的形状可以选择这样一种方式，使天线在同一频率或几个邻近的频率处能工作于单极和常规偶极两种方式。

而且，在一个特定实施例中，本发明的天线还具有多根导线。

尤其是，本发明的天线可以更容易地获得单极辐射和优良的匹配，比之现有技术大大放宽了严密的技术条件。

尤其是，辐射线可以相对于馈线对称设置。