一种双极化探针天线及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种双极化探针天线及其设计方法，属于无线通信与微波技术领域。该天线主要由电偶极子、磁偶极子以及同轴电缆组成。将同轴电缆贴附在电偶极子上，使其垂直于接地板；磁偶极子的内圆弧边通过短路壁与地板连接，构成内圆弧短路、外圆弧开路的非封闭结构，同时使磁偶极子平行于接地板并垂直于电偶极子，从而产生两者之间90

【技术实现步骤摘要】
一种双极化探针天线及其设计方法


[0001]本专利技术涉及一种双极化探针天线及其设计方法，属于无线通信与微波


技术介绍

[0002]为了充分扩充提升无线/移动通信系统的容量，对双极化天线的需求日益增加。一般情况下，采用互相垂直、共址放置的水平振子天线，可以实现端口隔离度达到25dB以上的双极化天线。对于采用同类振子构成的双极化天线，其正交极化通道的端口隔离度典型值通常在20
‑
35dB范围内。
[0003]为了进一步提高天线系统的交叉极化鉴别率和端口隔离度，特别是在天线数目较多、频段较多的条件实现多天线共存，需要进一步探索提高双极化天线端口隔离度的技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种双极化探针天线及其设计方法，该专利技术的突出内容是采用电气特性互补的正交通道单元天线、而不是同种单元天线来构成双极化天线，通过使磁偶极子的等效虚拟电壁与电偶极子的等效虚拟磁壁位于同一平面，通过磁偶极子和电偶极子之间电磁的不匹配，实现了50dB(平均值)及以上的高隔离度，该天线具有结构简单、无需借助外加滤波/匹配网络、制作成本低等优点。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0006]一种双极化探针天线的设计方法，所述设计方法具体为：
[0007]在接地板的上方设有由一个扇环形贴片构成的磁偶极子，所述扇环形贴片的内圆弧通过短路壁与所述接地板连接，构成内圆弧短路、外圆弧开路的非封闭结构；所述磁偶极子平行于接地板，且两者之间通过探针连接；
[0008]在接地板的上方还设有一个由两个相同的扇形贴片构成的电偶极子，所述电偶极子垂直于接地板；
[0009]在所述电偶极子的表面设置两条同轴电缆，其中一条参与馈电的同轴电缆为馈电电缆，另一条不参与馈电的同轴电缆为无效电缆；所述馈电电缆的外导体贴附在所述所述电偶极子的右臂上，内导体连接到所述电偶极子的左臂；所述无效电缆对称地贴附在所述电偶极子的左臂上并接地，以平衡所述电偶极子左右臂上的电流，实现对称馈电；
[0010]采用将所述电偶极子和所述磁偶极子共址放置，使得所述磁偶极子的等效虚拟电壁与所述电偶极子的等效虚拟磁壁位于同一平面。
[0011]所述电偶极子(2)和磁偶极子(5)的谐振模式阶数，可以独立调控并按需组合。
[0012]进一步地：所述电偶极子的中轴线垂直于所述接地板。
[0013]进一步地：所述馈电电缆的内导体连接到所述电偶极子的左臂的一条直边上。
[0014]进一步地：在所述电偶极子上设置一对对称的调谐枝节。
[0015]进一步地：在所述磁偶极子上设置一对对称的调谐枝节。
[0016]进一步地：所述磁偶极子与所述接地板之间的距离为不大于0.25倍波长。
[0017]进一步地：所述探针为同轴电缆。
[0018]进一步地：通过改变馈电电缆和无效电缆的弯曲程度、口径大小以及电偶极子与磁偶极子之间的耦合距离，进一步调整天线的端口隔离度。
[0019]一种双极化探针天线，由上述的方法制得。
[0020]进一步地：所述电偶极子设置在远离所述磁偶极子外圆弧、靠近所述磁偶极子内圆弧的一侧。
[0021]进一步地：所述馈电电缆和所述无效电缆关于所述磁偶极子的圆心对称。
[0022]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0023]本专利技术通过设计使电偶极子与磁偶极子相互垂直，共址放置，从而使得磁偶极子的等效虚拟电壁与电偶极子的等效虚拟磁壁处于同一平面上，电磁间的不匹配使得天线能够实现50dB以上的高隔离度。该天线具有结构简单、制作成本低廉等特点，在车载、机载和舰载等领域具有广泛应用前景。且由于其结构简单、端口隔离度高，该双极化天线可以作为天线测量系统中的基准双极化探针天线来使用。
附图说明
[0024]图1是天线的三维立体示意图与参考坐标示意图；
[0025]图2是天线的正面结构与参考坐标示意图；
[0026]图3是天线采用HFSS软件计算及实测所得的天线反射系数特性图及隔离度特性图；
[0027]其中，1是接地板，2是电偶极子，3和3'是电偶极子的调谐枝节，4是无效电缆，4'是馈电电缆，5是磁偶极子，6是探针，7和7'是磁偶极子的调谐枝节，8是馈电电缆的内导体。
具体实施方式
[0028]下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0029]本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0030]下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：
[0031]如图1、图2所示的一种双极化探针天线，通过以下设计方法得到：
[0032]在接地板1的上方设置电偶极子2和磁偶极子5，其中，电偶极子2由两个相同的扇形贴片构成，磁偶极子5由一个扇环形贴片构成。磁偶极子5的内圆弧边通过短路壁与接地板1连接，构成内圆弧短路、外圆弧开路的非封闭结构，并通过探针6(同轴电缆)使接地板1和磁偶极子5相连。电偶极子2的左右臂上对称粘合一对同轴电缆，其中，参与馈电的为馈电电缆4
’
,不参与馈电的为无效电缆4；馈电电缆4
’
的外导体粘合在电偶极子2的右臂上，内导体8则连接到电偶极子2的左臂；而无效电缆4则贴附在电偶极子2的左臂上并与接地板1垂直连接。电偶极子2和磁偶极子5共址放置，同时使磁偶极子5平行于接地板1且垂直于电偶极子2(从而产生两者之间90
°
的相位差)，这样的布局令通过电偶极子与磁偶极子之间等效
虚拟磁壁与等效虚拟电壁位于同一平面，通过电偶极子与磁偶极子之间的不匹配，使得天线获得50dB以上的高隔离度，实现一个具有较高的端口隔离度的双极化天线。
[0033]本专利技术中，改变贴附在电偶极子内部馈电电缆(4)和无效电缆(4')的弯曲程度、口径大小以及电偶极子与磁偶极子之间的耦合距离，均可以进一步提高天线的端口隔离度。
[0034]在一个实施例中，所设计的双极化探针天线采用空气介质，电偶极子的半径为26mm，圆心角的度数为270
°
，电偶极子上的调谐枝节的长度为12mm，宽度为8mm；磁偶极子的外圆弧半径为56mm，内圆弧半径为19.5mm，圆心角的度数为210
°
，磁偶极子上的调谐枝节的长度为22mm，宽度为14mm，磁偶极子与接地板之间的距离为5mm；电偶极子与磁偶极子共址放置；馈电电缆和无效电缆关于磁偶极子的圆心对称，与圆心的距离为8.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极化探针天线的设计方法，其特征在于，所述设计方法具体为：在接地板(1)的上方设有由一个扇环形贴片构成的磁偶极子(5)，所述扇环形贴片的内圆弧通过短路壁与所述接地板(1)连接，构成内圆弧短路、外圆弧开路的非封闭结构；所述磁偶极子(5)平行于接地板(1)，且两者之间通过探针(6)连接；在接地板(1)的上方还设有一个由两个相同的扇形贴片构成的电偶极子(2)，所述电偶极子垂直于接地板(1)；在所述电偶极子(2)的表面设置两条同轴电缆，其中一条参与馈电的同轴电缆为馈电电缆(4')，另一条不参与馈电的同轴电缆为无效电缆(4)；所述馈电电缆(4')的外导体贴附在所述电偶极子(2)的右臂上，内导体连接到所述电偶极子(2)的左臂；所述无效电缆(4)对称地贴附在所述电偶极子(2)的左臂上并接地，以平衡所述电偶极子(2)左右臂上的电流，实现对称馈电；采用将所述电偶极子(2)和所述磁偶极子(5)共址放置，且电偶极子垂直于磁偶极子的布局方式，使得所述磁偶极子(5)的等效虚拟电壁与所述电偶极子(2)的等效虚拟磁壁位于同一平面，以提高天线的端口隔离度。2.根据权利要求1所述的一种双极化探针天线的设计方法，其特征在于：所述电偶极子(2)的中轴线垂直于所述接地板(1)。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文俊，宋晓钰，宗佳鹏，吴泽宇，黄艺娜，陈致允，陈斌，丁玎，李小慧，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：