[发明专利]具有聚束效果的全向天线系统

说明书

本发明公开了一种具有聚束效果的偶极子天线阵作为理论模型，基于理论模型提出两款具有聚束效果的超低剖面全向天线系统，属于天线技术领域。本发明所述偶极子天线阵相较于单个的偶极子(即未压缩波束)得到了更窄的波束宽度和更高的增益，实现了聚束的目标，为实际天线系统的设计提供了理论指导。本发明所述两款具有聚束效果的超低剖面全向天线系统，在保持超低剖面的同时得到了显著的聚束效果和增益改善效果，在受限空间和特定场景中可得到很好的应用；同时，设计具有很大的频率灵活性，可以很容易设计出工作在其他频率(如2G、4G等)的天线系统，因而进一步丰富和发展了天线领域的相应理论与工程技术。

本申请是申请日为2020年11月20日、申请号为202011312934.0、发明创造名称为“具有聚束效果的全向天线系统”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及具有聚束效果的全向天线系统。

背景技术

根据天线的辐射方向图将天线划分为定向天线和全向天线两大类别。在纷繁复杂的通信场景中，有些要求天线是全向辐射，即天线水平面呈360°均匀辐射并且竖直面上有一定波束宽度。目前全向天线已经广泛应用于点对多通信、移动通信、卫星通信以及空间飞行器等方面。对于全向天线来说，压缩全向天线竖直面上的波束宽度是提高天线增益、增大天线传输距离的重要方法。同时，为了降低通信系统的信噪比，天线设计应该满足天线波束的最大辐射方向对准信号的来波方向，而信号的其它干扰方向与天线的波束零点方向对应，因此也希望在满足辐射特性的要求下，天线的半功率波束宽度尽可能的窄，如体表传感器天线、飞行器天线等。此外在天线的实际安装过程中，为了减小所受风阻力、保证安装位置隐蔽以及降低天线的建设维护成本，低剖面成为了全向天线的关注焦点。

文献“Top-Hat Monopole Antenna for Conical-Beam Radiation”公开了一种顶端加载圆形贴片的单极子天线，该天线的工作频率为10GHz，天线剖面高度为3mm(0.1λ)，所加载的圆形贴片半径约为0.61λ；虽然该天线满足了全向辐射的要求，但是天线的横向电尺寸和剖面高度都比较大，在特定场景下很难适用。

文献“A2.4GHz Planar Printed Antenna with Omni-directionalHorizontally Polarized Pattern for WLAN Applications”设计了一种微带结构的水平极化全向天线，天线的介质基板的上下表面各有一个Z字型的金属辐射贴片，两个Z字型贴片交叉放置且结构完全对称，因此金属斜臂上的电流幅度相同且相位相反，远场贡献为零，而四条直臂上的电流等效于顺时针的环形电流。该天线的全向性较好，但是半功率波束宽度宽达100°，天线增益也较低。

综上所述，在全向天线的设计上，低剖面、窄波束是难以兼顾的；因此，探索一种同时具备低剖面、窄波束且实现相对简单的天线结构具有重要的工程意义。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种具有聚束效果的偶极子天线阵作为理论模型，基于理论模型提出两款具有聚束效果的超低剖面全向天线系统。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种具有聚束效果的偶极子天线阵，包括偶极子和寄生偶极子；

在直角坐标系中，偶极子沿z轴放置，电流沿z轴正方向；在yoz平面上、z0、y0的区域中，沿着y轴放置第1寄生偶极子，电流指向y轴正方向；将第1寄生偶极子沿着xoz平面做镜像(电流方向同时镜像)，得到第2寄生偶极子；将第1寄生偶极子和第2寄生偶极子围绕z轴以角度α旋转n次，n为自然数，分别得到第(2q+1)寄生偶极子和第(2q+2)寄生偶极子，0≤q≤n，nα≤360°；将2n+2个寄生偶极子沿着xoy平面做镜像，同时电流方向取反，得到第(2n+2+p)寄生偶极子，0≤p≤2n+2。