一种纺锤形宽带双极化水平偶极子天线的制作方法

本发明属于天线的，尤其涉及一种纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，主要用于宽带、双极化等无线通信场景中。

背景技术：

1、偶极子又称对称振子，其包括左右对称的两个辐射振子臂，其工作频段与辐射振子臂的长度相关。每臂长为1/4工作波长、总长度为1/2工作波长的对称振子又称为半波对称振子。水平偶极子天线是一种定向天线，其通常包括下方用于提高天线定向辐射性能的金属地板和平行于地板放置的半波对称振子。水平偶极子天线常用作雷达天线或基站天线，由于其工作频段取决于辐射振子臂的长度，其工作带宽通常较窄。用于提高水平偶极子天线带宽的方法包括增加寄生结构、引入磁谐振结构以及采用宽带馈电巴伦结构等。然而，随着这些结构的引入，天线的复杂度增加，使得天线的加工难度增大。

2、小型化设计能提高水平偶极子天线的扫描特性并实现宽带化设计，常见的小型化方法包括将振子臂进行弯折设计或2.5维设计，使天线尺寸减小的同时保持工作频段不变，在进行双极化设计时，需要将两个振子臂交叉放置，使两者的极化方式正交，然而，复杂的振子臂不利于进行双极化设计。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，在有效地拓展了工作带宽的同时实现了双极化设计，并通过小型化设计使其能用于宽角度扫描阵列设计。

2、为解决上述问题，本发明的技术方案为：

3、一种纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，包括：平面介质基板、相互正交的第一纺锤形振子和第二纺锤形振子、平面金属地板，所述第一纺锤形振子通过第一馈电同轴线依次穿过所述平面介质基板及平面金属地板的馈电通孔，并实现与所述平面金属地板的连接；所述第二纺锤形振子通过第二馈电同轴线依次穿过所述平面介质基板及平面金属地板的馈电通孔，并实现与所述平面金属地板的连接；

4、其中，所述第一纺锤形振子包括第一左辐射振子臂、第一右辐射振子臂、第一左耦合振子臂、第一右耦合振子臂、第一金属四连接柱、第一馈电连接线；

5、所述第一左辐射振子臂印制于所述平面介质基板的上表面，所述第一右辐射振子臂印制于所述平面介质基板的下表面，由所述第一左辐射振子臂沿天线中心轴旋转180°并向下平移得到；

6、所述第一左耦合振子臂印制于平面介质基板下表面，由所述第一左辐射振子臂向下平移得到；

7、所述第一右耦合振子臂印制于平面介质基板上表面，由所述第一左辐射振子臂沿天线中心轴旋转180°得到；

8、所述第一金属四连接柱穿过所述平面介质基板的第一基板四通孔，使第一左辐射振子臂与第一左耦合振子臂电连接，及第一右辐射振子臂与第一右耦合振子臂电连接；

9、所述第一馈电连接线的一端与第一左辐射振子臂相连；另一端位于第一右耦合振子臂的长方形耦合孔内，且所述另一端上开有圆形内馈电孔。

10、根据本发明一实施例，所述第一左辐射振子臂由第一指数型金属短弧、第二指数型金属短弧，长l型弯折段、第一指数型金属长弧、第二指数型金属长弧、短l型弯折段交叠连接而成；

11、其中，所述长l型弯折段将第一指数型金属短弧和第二指数型金属短弧连接，短l型弯折段将第一指数型金属长弧和第二指数型金属长弧连接，构成纺锤形。

12、根据本发明一实施例，所述平面介质基板包括方形介质基板，所述方形介质基板上开设第一基板馈电通孔、第二基板馈电通孔、第一基板四通孔、第二基板四通孔；

13、所述平面金属地板位于所述平面介质基板的正下方，所述平面金属地板包括方形金属地板，所述方形金属地板上开设第一地板馈电通孔、第二地板馈电通孔；

14、所述第一馈电同轴线由下至上依次穿过第一地板馈电通孔、第一基板馈电通孔，其外导体与第一右辐射振子臂通过圆形外馈电孔相连，内导体与第一馈电连接线通过圆形内馈电孔相连；

15、所述第二馈电同轴线由下至上依次穿过第二地板馈电通孔、第二基板馈电通孔，其外导体与第二纺锤形振子的右辐射振子臂通过圆形外馈电孔相连，内导体与第二馈电连接线通过圆形内馈电孔相连。

16、根据本发明一实施例，所述第一馈电连接线包括第一金属线、第二金属线，所述第一金属线的宽度小于所述第二金属线；

17、所述第一金属线的一端与第一左辐射振子臂相连，另一端与所述第二金属线的一端连接；所述第二金属线的另一端位于第一右耦合振子臂的长方形耦合孔内，且开有圆形内馈电孔。

18、根据本发明一实施例，所述第二纺锤形振子包括第二左辐射振子臂、第二右辐射振子臂、第二左耦合振子臂、第二右耦合振子臂、第二金属四连接柱、第二馈电连接线，所述第二左辐射振子臂、第二右辐射振子臂、第二左耦合振子臂、第二右耦合振子臂分别由所述第一左辐射振子臂、第一右辐射振子臂、第一左耦合振子臂、第一右耦合振子臂沿天线中心轴逆时针旋转90°得到；

19、所述第二金属四连接柱穿过所述平面介质基板的第二基板四通孔，使第二左辐射振子臂与第二左耦合振子臂电连接，及第二右辐射振子臂与第二右耦合振子臂电连接；

20、所述第二馈电连接线的一端与第二左辐射振子臂相连，另一端位于第二右耦合振子臂的长方形耦合孔内，且所述另一端上开有圆形内馈电孔。

21、根据本发明一实施例，所述第二馈电连接线由三条窄金属线、一条宽金属线以及两个馈电线连接柱组成，所述三条窄金属线与两馈电线连接柱组合构成凹型馈电连接线；

22、所述凹型馈电连接线的一端与第二左辐射振子臂相连，另一端与所述宽金属线的一端连接，宽金属线的另一端位于第二右耦合振子臂的长方形耦合孔内，且开有圆形内馈电孔。

23、本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

24、本发明一实施例中的纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，包括：平面介质基板、相互正交的第一纺锤形振子和第二纺锤形振子、平面金属地板，第一纺锤形振子通过第一馈电同轴线依次穿过平面介质基板及平面金属地板的馈电通孔，第二纺锤形振子通过第二馈电同轴线依次穿过平面介质基板及平面金属地板的馈电通孔。一方面，该水平偶极子天线的振子臂包括辐射振子臂和耦合振子臂，两者均为纺锤形结构，有利于实现阻抗匹配，更有利于进行交叉排布，使正交的两个振子臂相互影响较小，有利于天线的双极化设计；另一方面，辐射振子臂和耦合振子臂通过金属连接柱电连接后形成了多谐振结构，有效地拓展了天线的工作带宽，增加了有效电长度，实现了小型化设计，使天线能用于宽角度扫描阵列设计。

技术特征：

1.一种纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，其特征在于，包括：平面介质基板、相互正交的第一纺锤形振子和第二纺锤形振子、平面金属地板，所述第一纺锤形振子通过第一馈电同轴线依次穿过所述平面介质基板及平面金属地板的馈电通孔，并实现与所述平面金属地板的连接；所述第二纺锤形振子通过第二馈电同轴线依次穿过所述平面介质基板及平面金属地板的馈电通孔，并实现与所述平面金属地板的连接；

2.如权利要求1所述的纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，其特征在于，所述第一左辐射振子臂由第一指数型金属短弧、第二指数型金属短弧，长l型弯折段、第一指数型金属长弧、第二指数型金属长弧、短l型弯折段交叠连接而成；

3.如权利要求1所述的纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，其特征在于，所述平面介质基板包括方形介质基板，所述方形介质基板上开设第一基板馈电通孔、第二基板馈电通孔、第一基板四通孔、第二基板四通孔；

4.如权利要求1所述的纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，其特征在于，所述第一馈电连接线包括第一金属线、第二金属线，所述第一金属线的宽度小于所述第二金属线；

5.如权利要求1所述的纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，其特征在于，所述第二纺锤形振子包括第二左辐射振子臂、第二右辐射振子臂、第二左耦合振子臂、第二右耦合振子臂、第二金属四连接柱、第二馈电连接线，所述第二左辐射振子臂、第二右辐射振子臂、第二左耦合振子臂、第二右耦合振子臂分别由所述第一左辐射振子臂、第一右辐射振子臂、第一左耦合振子臂、第一右耦合振子臂沿天线中心轴逆时针旋转90°得到；

6.如权利要求5所述的纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，其特征在于，所述第二馈电连接线由三条窄金属线、一条宽金属线以及两个馈电线连接柱组成，所述三条窄金属线与两馈电线连接柱组合构成凹型馈电连接线；

技术总结
本发明公开了一种纺锤形宽带双极化水平偶极子天线，其包括位于上方的平面介质基板、位于下方的平面金属地板以及相互正交的第一、第二纺锤形振子。该第一、第二纺锤形振子均包含两个辐射振子臂、两个耦合振子臂，以及用于馈电的馈电连接线和馈电同轴线。印制在平面介质基板不同表面的辐射振子臂和耦合振子臂通过金属连接柱电连接，各振子臂均为纺锤形结构，具体包含四条指数型金属弧和两条L型弯折段。相比于现有技术，本发明具有宽带、双极化的工作特性，其电压驻波比小于2.0的相对带宽达到61.3％，此外，由于结构的小型化，本发明能用于宽角度扫描阵列设计。

技术研发人员：蒋鹏,刘麒,王钽,邵晓龙,林鑫
受保护的技术使用者：上海航天电子通讯设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23