一种多模融合的宽带偶极子天线

本发明涉及移动通信，具体是一种多模融合的宽带偶极子天线。

背景技术：

1、偶极子天线是无线电通信中使用最早、结构最简单、应用最广泛的一类天线。它由一对对称放置的导体(也称为“偶极子臂”)构成，导体相互靠近的两端分别与馈电线(同轴馈线)相连。偶极子天线的臂的直径远小于工作波长及其臂长，偶极子天线的臂可以是一对对称的细金属管，或者是一对对称的微带线等。常见偶极子天线的臂长为半个波长(0.5λ，λ为偶极子工作频段的中心频率对应的自由空间波长)，它可以谐振在奇模模式，即谐振在0.5λ、1.5λ、2.5λ等对应的频点，但是它无法在1λ、2λ、3λ等偶模模式对应的频点产生谐振。关于偶极子天线奇模、偶模的相关知识可以参考“bing x,hang w,min l,et al.dipoleantenna with both odd and even modes excited and tuned[j].ieee transactionson antennas and propagation,70(3):1643～1652,2022”一文，该论文图8的蓝色曲线给出了传统中心馈电的对称偶极子的|s11|曲线，从图中可以看出它只能谐振在0.5λ、1.5λ、2.5λ等奇模对应的频点，在1λ、2λ、3λ等偶模模式对应的频点无法谐振，此外，在该论文图3中还给出了各个模式对应的电流分布，0.5λ模式的电流最大值数量为1，1λ模式的电流最大值数量为2，1.5λ模式的电流最大值数量为3，2λ模式的电流最大值数量为4，以此类推。

2、当代无线通信对传输速率的要求越来越高，这就对处在通信系统最前端的天线设备的带宽提出了更高要求。提高偶极子天线的带宽有很多种方法，比如使用领结形偶极子增大辐射体积、采用寄生结构引入额外谐振点，对偶极子结构进行改进激发多种模式等。目前已有很多文献对如何激发偶极子的多种模式进行了研究，比如在“yu luo,chen,z ning,and kaixue ma.enhanced bandwidth and directivity of a dual-mode compressedhigh-order mode stub-loaded dipole using characteristic mode analysis[j].ieeetransactions on antennas and propagation,67(3):1922-1925,2019”一文中，作者在横向放置的偶极子臂上设置纵向的微带枝节，使得偶极子的五阶模向三阶模偏移，实现了带宽的扩展，再比如，“zhang,w.,et al.dual-mode compression of dipole antenna byloading electrically small loop resonator[j].ieee transactions on antennasand propagation,68(4):3243-3247,2020.”一文中，作者在偶极子馈电点附近设置了电小环谐振器，激发出三阶模，使其与一阶模融合在一起。

3、上述研究虽然实现了频带的展宽，但是天线的纵向尺寸也有所增大。面对天线系统小型化的需求，亟需研究如何在不增加天线体积的情况下，激发偶极子多个工作模式，进而达到展宽偶极子带宽的目的。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种多模融合的宽带偶极子天线，解决现有技术存在的难以在不增加天线体积的情况下，激发偶极子多个工作模式、实现展宽偶极子带宽的问题。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种多模融合的宽带偶极子天线，包括介质板、馈电点，还包括印制在介质板上表面的第一偶极子臂、第二偶极子臂，第一偶极子臂、第二偶极子臂分别与馈电点连接，第一偶极子臂、第二偶极子臂、馈电点合围构成l型缝隙。

4、作为一种优选的技术方案，第一偶极子臂包括第一窄微带线、第一宽微带线，第二偶极子臂包括第二窄微带线、第二宽微带线，第一宽微带线、第一窄微带线、馈电点、第二宽微带线依次连接，第一宽微带线、第一窄微带线、馈电点、第二宽微带线、第二窄微带线合围构成l型缝隙。

5、作为一种优选的技术方案，第一窄微带线与第二窄微带线长度不同，第一宽微带线与第二宽微带线长度不同。

6、作为一种优选的技术方案，第一窄微带线的长度为7mm～10mm、宽度为1mm～4mm，第一宽微带线的长度为16mm～22mm、宽度为5mm～10mm。

7、作为一种优选的技术方案，第二窄微带线的长度为7mm～10mm、宽度为1mm～4mm，第二宽微带线的长度为20mm～28mm、宽度为5mm～10mm。

8、作为一种优选的技术方案，第一窄微带线、第一宽微带线、第二窄微带线或第二宽微带线的介质波长λg与其自由空间波长λ的关系服从下式：

9、

10、其中，λg表示第一窄微带线、第一宽微带线、第二窄微带线或第二宽微带线的介质波长，λ表示自由空间波长，εr表示介质板的相对介电常数，h表示介质板的厚度，w表示介质板的长度。

11、作为一种优选的技术方案，第一偶极子臂、第二偶极子臂、馈电点组成的多模融合的宽带偶极子天线横向尺寸为53.9mm～65mm、纵向尺寸为6mm～9mm。

12、作为一种优选的技术方案，介质板的介电常数为1～20。

13、作为一种优选的技术方案，介质板的厚度为0.5mm～3mm、长度为54mm～100mm。

14、作为一种优选的技术方案，介质板为fr-4介质板。

15、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

16、本发明对传统对称偶极子的两个臂进行结构上的改进，将两个臂设计为不同尺寸的刀型微带并交叉放置，刀型微带由一段细微带线和一段粗微带线组成，馈电同轴电缆的内芯与其中一个臂的细微带线连接，馈电同轴电缆的外芯则与另一个臂的粗微带线连接。通过上述结构上的改进，同时激发了偶极子的0.5λ、1λ、2λ三个模式，扩展了天线带宽。该发明实施例可覆盖1.66ghz至4.56ghz频段，其横向尺寸为53.9mm，纵向尺寸仅为6mm。该发明实施例结构简单，适合大规模生产，且具有小尺寸、大带宽的优点，具有较高的应用价值。

技术特征：

1.一种多模融合的宽带偶极子天线，其特征在于，包括介质板(1)、馈电点(4)，还包括印制在介质板(1)上表面的第一偶极子臂(2)、第二偶极子臂(3)，第一偶极子臂(2)、第二偶极子臂(3)分别与馈电点(4)连接，第一偶极子臂(2)、第二偶极子臂(3)、馈电点(4)合围构成l型缝隙(5)。

2.根据权利要求1所述的一种多模融合的宽带偶极子天线，其特征在于，第一偶极子臂(2)包括第一窄微带线(21)、第一宽微带线(22)，第二偶极子臂(3)包括第二窄微带线(31)、第二宽微带线(32)，第一宽微带线(22)、第一窄微带线(21)、馈电点(4)、第二宽微带线(32)依次连接，第一宽微带线(22)、第一窄微带线(21)、馈电点(4)、第二宽微带线(32)、第二窄微带线(31)合围构成l型缝隙(5)。

3.根据权利要求2所述的一种多模融合的宽带偶极子天线，其特征在于，第一窄微带线(21)与第二窄微带线(31)长度不同，第一宽微带线(22)与第二宽微带线(32)长度不同。

4.根据权利要求3所述的一种多模融合的宽带偶极子天线，其特征在于，第一窄微带线(21)的长度为7mm～10mm、宽度为1mm～4mm，第一宽微带线(22)的长度为16mm～22mm、宽度为5mm～10mm。

5.根据权利要求4所述的一种多模融合的宽带偶极子天线，其特征在于，第二窄微带线(31)的长度为7mm～10mm、宽度为1mm～4mm，第二宽微带线(32)的长度为20mm～28mm、宽度为5mm～10mm。

6.根据权利要求5所述的一种多模融合的宽带偶极子天线，其特征在于，第一窄微带线(21)、第一宽微带线(22)、第二窄微带线(31)或第二宽微带线(32)的介质波长λg与其自由空间波长λ的关系服从下式：

7.根据权利要求6所述的一种多模融合的宽带偶极子天线，其特征在于，第一偶极子臂(2)、第二偶极子臂(3)、馈电点(4)组成的多模融合的宽带偶极子天线横向尺寸为53.9mm～65mm、纵向尺寸为6mm～9mm。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种多模融合的宽带偶极子天线，其特征在于，介质板(1)的介电常数为1～20。

9.根据权利要求8所述的一种多模融合的宽带偶极子天线，其特征在于，介质板(1)的厚度为0.5mm～3mm、长度为54mm～100mm。

10.根据权利要求9所述的一种多模融合的宽带偶极子天线，其特征在于，介质板(1)为fr-4介质板。

技术总结
本发明涉及移动通信技术领域，公开了一种多模融合的宽带偶极子天线，包括介质板、馈电点，还包括印制在介质板上表面的第一偶极子臂、第二偶极子臂，第一偶极子臂、第二偶极子臂分别与馈电点连接，第一偶极子臂、第二偶极子臂、馈电点合围构成L型缝隙。本发明解决了现有技术存在的难以在不增加天线体积的情况下，激发偶极子多个工作模式、实现展宽偶极子带宽的问题。

技术研发人员：黄河,李博,李小平,刘彦明
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14