[发明专利]一种宽带印刷偶极子天线及天线阵列

说明书

本发明公开了天线工程技术领域内的一种宽带印刷偶极子天线及天线阵列。该偶极子天线包括介质板，介质板一面设置有偶极子单元，另一面设置有微带线馈电巴伦，偶极子单元上开设有匹配槽，偶极子单元在匹配槽的两侧分别延伸出偶极子臂，偶极子臂沿远离匹配槽的方向宽度逐渐增大，微带线馈电巴伦包括有依次连接的馈电微带线、耦合微带线和开路线。该偶极子天线的蝴蝶形偶极子臂带来了不同工作频率下相同的电流分布路径和辐射特性，有效扩展了偶极子天线的相对带宽，且具有结构简单、成本低廉的优点。

技术领域

本发明涉及天线工程技术领域，特别涉及一种宽带印刷偶极子天线及天线阵列。

背景技术

偶极子天线是指由两根共轴的直导体构成，在导体相互靠近的两端分别与馈电传输线相连，是一种能产生与基本电偶极子辐射波瓣相似的天线，总长度约为电磁波工作频率f对应波长λ(，c为真空中光速)的一半。以结构简单，制作成本低以及性能良好而被广泛应用。印刷偶极子天线是偶极子天线的一种形式，由一块介质板组成，将偶极子天线的两根共轴直导体变成贴片形式印刷在介质板的一面，将天线的馈电和巴伦结构变为微带线印刷在介质板另一面。印刷偶极子天线将原先的偶极子天线从三维结构转换成二维结构，通过在介质板正反两面上光刻加工出相应的图形即可完成制作，具有剖面低、重量轻、制作简单、结构可靠、电性能稳定、成本低廉等多种优点。

一般印刷偶极子天线可用的相对带宽有15％～20％，为获得更宽的工作频率范围，现有技术中公开了申请号为CN202010046362.X、主题名称为适用于5G基站的双极化宽带磁电偶极子天线单元及天线阵列的发明专利。虽然在上述发明专利中提供的方法或结构可以有效的扩展天线的相对工作频率带宽，但其天线结构形式复杂，需要较大的金属反射结构和同轴馈线，偶极子天线除需要一定的高度外还需要较大的平面尺寸，破坏了印刷偶极子近似两维的结构形式，不能做到天线尺寸的小型化。

发明内容

本申请通过提供一种宽带印刷偶极子天线及天线阵列，有效扩展了偶极子天线的相对带宽，同时兼具结构简单、成本低廉的优点。

本申请实施例提供了一种宽带印刷偶极子天线，包括介质板，所述介质板一面设置有偶极子单元，另一面设置有微带线馈电巴伦，所述偶极子单元上开设有匹配槽，所述偶极子单元在所述匹配槽的两侧分别延伸出偶极子臂，所述偶极子臂沿远离所述匹配槽的方向宽度逐渐增大，所述微带线馈电巴伦包括有依次连接的馈电微带线、耦合微带线和开路线。

上述实施例的有益效果在于：极子臂上的电流沿着偶极子两臂径向分布，而普通偶极子臂的图形固定，其电流分布特性和辐射特性随着工作频率变化而发生变化。当工作频率远离天线设计的中心频率时，其电流特性和辐射特性就会恶化，直至天线不能使用。该偶极子天线的偶极子臂沿远离所述匹配槽的方向宽度逐渐增大类似蝴蝶形，当偶极子臂采用蝴蝶形后，从中心匹配槽线馈电处来看，偶极子天线工作的不同频率电磁波所需要的距离λ/2，在蝴蝶形偶极子臂的扇形结构中都能找到对应的长度相拟合。蝴蝶形偶极子臂带来了不同工作频率下相同的电流分布路径和辐射特性，有效扩展了偶极子天线的相对带宽，且具有结构简单、成本低廉的优点。尤其是当偶极子臂的扇形张角θ＝900时，其对于所有频率上的阻抗理论上保持不变。

在上述实施例基础上，本申请可进一步改进，具体如下：

在本申请其中一个实施例中，所述馈电微带线与所述耦合微带线连接的一端的宽度沿朝向所述耦合微带线的方向逐渐减小。天线的两臂长度L限定了工作的最低频率，并且没有截止工作最高频率，但是由于一般的印刷偶极子天线采用的馈电形式大都为常规的λ4阻抗变换平衡器对耦合槽线进行平衡耦合馈电，由于这种馈电形式其本身有限的工作带宽限制了整个天线的工作带宽，使蝴蝶形偶极子臂没有截止高频频率的特性未能有效地体现。因此将常规的馈电微带线变换成微带渐变线，使微带线的宽度不再随着阻抗要求而突变，而是逐渐变化成所需的宽度，这样可以有效的拓展阻抗变换的工作频率。