一种基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线

本发明属于天线，具体涉及一种基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线。

背景技术：

1、随着对高数据速率通信的需求不断增加，对超宽带紧凑型天线的需求也越来越大。因为它们不仅在广泛的频率范围内提供高效的传输和接收能力，而且还允许开发紧凑的便携式设备。然而，超宽带和小型化的特性在天线设计中是矛盾的。大多数宽带天线具有相对较大的电气尺寸，如对数周期天线、平面倒锥天线和螺旋天线。相反，紧凑型天线通常具有窄带宽。因此，设计超宽带紧凑型天线和开发新的设计方法具有重要意义。

2、目前，弯曲、加载、梯度结构是设计超宽带紧凑型的重要方法。交叉偶极子、磁电偶极子、超表面天线由于其优异的特性而被广泛研究。在现有的工作中，具有超过100％的超宽阻抗带宽和非常小的电气尺寸的天线是罕见的。因此，开发具有更宽带宽和更紧凑配置的新设计对于满足工程中越来越严格的高带宽和非常有限的安装空间的要求非常重要。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线实现了超过现有天线设计的超宽带和小型化性能。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，包括从上至下依次设置的第一层～第七层，其中，所述第一层～第三层为介质层，所述第四层为辐射偶极子层，所述第五层～第七层为介质层，所述第七层安装于金属地板上。

3、进一步地：所述第四层具体为紧密耦合的两对蝴蝶结偶极子，且每对蝴蝶结偶极子的偶极子设置为不相互对称。

4、进一步地：所述相互连接的两对蝴蝶结偶极子组成的形状为正方形，每对所述蝴蝶结偶极子通过具有相等相位和振幅的双向同轴功率分配器馈电，用于形成双极化。

5、进一步地：所述第四层与第五层之间设置有金属圆盘，所述金属圆盘位于偶极子末端下方，用于形成平行板电容器。

6、进一步地：所述第四层～第七层中贯穿设置有金属化过孔，所述偶极子通过金属化过孔与金属地板的同轴电缆连接，所述同轴电缆的标准负载为50欧姆。

7、进一步地：所述金属圆盘通过金属化过孔接地，用于避免共模谐振。

8、进一步地：所述第三层与第四层之间设置有半偶极子贴片，所述半偶极子贴片位于偶极子周围，且通过金属化过孔与金属地板连接，用于减少由边缘截断效应引起的辐射偶极子层边缘上的反射。

9、进一步地：所述第五层与第六层之间以及第六层与第七层之间设置有矩形耦合片，且所述矩形耦合片位于连接半偶极子贴片的金属化过孔周围，所述矩形耦合片用于阻抗匹配并引入新的设计自由度。

10、进一步地：所述超宽带小型化双极化天线的边长为23.5mm，高度为11.4mm。

11、本发明的有益效果为：

12、(1)本发明提供了一种基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，利用紧密耦合的偶极子作为辐射偶极子层的辐射单元，将紧耦合阵列的超宽带机理应用到独立的超宽带天线设计中，实现了超过现有设计的超宽带和小型化性能。

13、(2)本发明在非常小的电尺寸下实现了非常宽的阻抗带宽(阻抗带宽为2.3-12.1ghz)，有望成为针对安装空间非常受限并且要求高阻抗带宽应用的良好天线解决方案。

技术特征：

1.一种基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，其特征在于，包括从上至下依次设置的第一层～第七层，其中，所述第一层～第三层为介质层(7)，所述第四层为辐射偶极子层(8)，所述第五层～第七层为介质层(7)，所述第七层安装于金属地板(9)上。

2.根据权利要求1所述的基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述第四层具体为紧密耦合的两对蝴蝶结偶极子，且每对蝴蝶结偶极子的偶极子(1)设置为不相互对称。

3.根据权利要求2所述的基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述相互连接的两对蝴蝶结偶极子组成的形状为正方形，每对所述蝴蝶结偶极子通过具有相等相位和振幅的双向同轴功率分配器馈电，用于形成双极化。

4.根据权利要求2所述的基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述第四层与第五层之间设置有金属圆盘(2)，所述金属圆盘(2)位于偶极子(1)末端下方，用于形成平行板电容器。

5.根据权利要求4所述的基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述第四层～第七层中贯穿设置有金属化过孔(3)，所述偶极子(1)通过金属化过孔(3)与金属地板(9)的同轴电缆(4)连接，所述同轴电缆(4)的标准负载为50欧姆。

6.根据权利要求5所述的基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述金属圆盘(2)通过金属化过孔(3)接地，用于避免共模谐振。

7.根据权利要求5所述的基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述第三层与第四层之间设置有半偶极子贴片(5)，所述半偶极子贴片(5)位于偶极子(1)周围，且通过金属化过孔(3)与金属地板(9)连接，用于减少由边缘截断效应引起的辐射偶极子层(8)边缘上的反射。

8.根据权利要求7所述的基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述第五层与第六层之间以及第六层与第七层之间设置有矩形耦合片(6)，且所述矩形耦合片(6)位于连接半偶极子贴片(5)的金属化过孔(3)周围，所述矩形耦合片(6)用于阻抗匹配并引入新的设计自由度。

9.根据权利要求7所述的基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述超宽带小型化双极化天线的边长为23.5mm，高度为11.4mm。

技术总结
本发明公开了一种基于紧耦合结构的超宽带小型化双极化天线，包括从上至下依次设置的第一层～第七层，其中，所述第一层～第三层为介质层，所述第四层为辐射偶极子层，所述第五层～第七层为介质层，所述第七层安装于金属地板上。本发明利用紧密耦合的偶极子作为辐射偶极子层的辐射单元，将紧耦合阵列的超宽带机理应用到独立的超宽带天线设计中，实现了超过现有设计的超宽带和小型化性能。本发明在非常小的电尺寸下实现了非常宽的阻抗带宽，有望成为针对安装空间非常受限并且要求高阻抗带宽应用的良好天线解决方案。

技术研发人员：陈星,陈嘉豪,奉科蒙,文明川,薛靖铠
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31