本實(shí)用新型屬于天線
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種電磁偶極子天線。
背景技術(shù)：
：為了增加印刷偶極子天線的阻抗帶寬，可以通過(guò)改變振子臂的形狀實(shí)現(xiàn)，包括鉆石型振子臂，圓型振子臂，橢圓型振子臂和領(lǐng)結(jié)型振子臂。其中，雙錐天線及根據(jù)雙錐天線演變而來(lái)的領(lǐng)結(jié)型天線得到了廣泛的應(yīng)用。而傳統(tǒng)的偶極子天線的阻抗匹配性能較差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種電磁偶極子天線，以解決現(xiàn)有技術(shù)中偶極子天線的阻抗匹配性能較差的問(wèn)題。本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種電磁偶極子天線，包括：金屬底板；反射板，垂直設(shè)置在所述金屬底板上；兩個(gè)相連通的四分之一圓形金屬環(huán)，印制在所述反射板的兩側(cè)，呈半圓型，且半圓開(kāi)口朝向所述金屬底板；頂板，設(shè)置在所述反射板上，與所述金屬底板平行，且上表面設(shè)置有領(lǐng)結(jié)天線；所述領(lǐng)結(jié)天線與兩個(gè)所述四分之一圓形金屬環(huán)分別連通。可選的，每個(gè)所述四分之一圓形金屬環(huán)包括至少一個(gè)交指電容?？蛇x的，所述交指電容的指節(jié)數(shù)為偶數(shù)?？蛇x的，每個(gè)所述四分之一圓形金屬環(huán)包括兩個(gè)所述交指電容?？蛇x的，還包括：兩個(gè)導(dǎo)體連接件，分別印制在所述反射板的兩側(cè)；兩個(gè)所述四分之一圓形金屬環(huán)分別通過(guò)所述兩個(gè)導(dǎo)體連接件和所述領(lǐng)結(jié)天線相連通?？蛇x的，還包括：雙面平行帶線，設(shè)置在所述反射板上；其中，所述兩個(gè)所述四分之一圓形金屬環(huán)通過(guò)所述雙面平行帶線相連通。可選的，所述雙面平行帶線通過(guò)SMA轉(zhuǎn)接頭連接，其中所述SMA轉(zhuǎn)接頭的內(nèi)芯與外表面分別與所述雙面平行帶線的兩側(cè)底部連接?？蛇x的，兩個(gè)所述四分之一圓形金屬環(huán)朝向所述金屬底板的一端均與所述金屬底板貼合連通?？蛇x的，所述反射板為矩形介質(zhì)板?？蛇x的，所述頂板呈圓形，所述領(lǐng)結(jié)天線的中心與所述頂板的重心重合設(shè)置，所述領(lǐng)結(jié)天線包括兩個(gè)關(guān)于所述領(lǐng)結(jié)天線的中心對(duì)稱設(shè)置的扇形部分。本實(shí)用新型實(shí)施例相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所具有的有益效果：該電磁偶極子天線，是由扇形印刷領(lǐng)結(jié)天線與加載交指電容的兩個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)以及反射板結(jié)合而成的立體結(jié)構(gòu)天線，領(lǐng)結(jié)天線通過(guò)雙面平行帶線饋電，領(lǐng)結(jié)天線作為雙錐天線的衍生結(jié)構(gòu)有利于改善天線的阻抗匹配性能。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是雙錐天線的結(jié)構(gòu)分析示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電磁偶極子天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的俯視圖；圖4是圖2的側(cè)視圖；圖5是本實(shí)用新型提供的t＝0時(shí)扇形偶極子俯視方向的電流密度仿真示意圖；圖6是本實(shí)用新型提供的t＝T/4時(shí)扇形偶極子俯視方向的電流密度仿真示意圖；圖7是本實(shí)用新型提供的t＝0時(shí)扇形偶極子正視方向的電流密度仿真示意圖；圖8是本實(shí)用新型提供的t＝T/4時(shí)扇形偶極子正視方向的電流密度仿真示意圖；圖9是本實(shí)用新型提供的電磁偶極子天線的電壓駐波比隨頻率變化曲線；圖10是本實(shí)用新型提供的電磁偶極子天線的增益隨頻率變化曲線；圖11是本實(shí)用新型提供的2.3GHz頻點(diǎn)處電磁偶極子天線的方向圖；圖12是本實(shí)用新型提供的2.5GHz頻點(diǎn)處電磁偶極子天線的方向圖；圖13是本實(shí)用新型提供的2.7GHz頻點(diǎn)處電磁偶極子天線的方向圖。具體實(shí)施方式以下描述中，為了說(shuō)明而不是為了限定，提出了諸如特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)之類的具體細(xì)節(jié)，以便透徹理解本實(shí)用新型實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中也可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。在其它情況中，省略對(duì)眾所周知的系統(tǒng)、裝置、電路以及方法的詳細(xì)說(shuō)明，以免不必要的細(xì)節(jié)妨礙本實(shí)用新型的描述。為了說(shuō)明本實(shí)用新型所述的技術(shù)方案，下面通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，作為寬帶天線，雙錐天線的振子臂由圓錐對(duì)頂組合而成。在無(wú)限長(zhǎng)雙錐頂點(diǎn)處施加激勵(lì)，導(dǎo)體表面電流產(chǎn)生磁場(chǎng)表面切向電場(chǎng)分量為l，表面法向電場(chǎng)分量為0，表面法向電場(chǎng)分量為Eθ。根據(jù)麥克斯韋方程在球坐標(biāo)中，因?yàn)榇藭r(shí)兩錐之間故式(1)可表示為和由式(2)得式(3)反映出與r的函數(shù)關(guān)系可表達(dá)為：外向行波解為：將式(6)帶入式(3)得：其中，自由空間波阻抗η0＝120π。上式亦說(shuō)明，電磁波傳播方向沿徑向，即沿方向傳播的TEM波，故雙錐天線亦可視作TEM傳輸線，故有特性阻抗表達(dá)式:其中V(r)為無(wú)限長(zhǎng)兩錐之間電壓行波，I(r)為表面電流行波，故有和其中，ρ＝sinθ0。將式(9)與式(10)帶入式(8)得：上式說(shuō)明對(duì)于無(wú)限長(zhǎng)的雙錐天線，其特性阻抗取決于其張角2θ0，且為純電阻。印刷領(lǐng)結(jié)天線作為雙錐天線的衍生形式，其母線長(zhǎng)度不再是無(wú)限長(zhǎng)，在振子末端將產(chǎn)生反射，天線結(jié)構(gòu)內(nèi)的電磁場(chǎng)呈駐波形式，且輸入阻抗是有含電阻與電抗構(gòu)成的復(fù)數(shù)，在天線設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)其阻抗的調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)考慮振子張角與母線長(zhǎng)度。通過(guò)對(duì)電偶極子與磁偶極子工作原理與實(shí)現(xiàn)方式研究，設(shè)計(jì)出本實(shí)用新型實(shí)施例中的電磁偶極子天線。參照?qǐng)D2至圖4，該電磁偶極子天線包括金屬底板100、反射板200、兩個(gè)相連通的四分之一圓形金屬環(huán)300和頂板400。其中，反射板200，垂直設(shè)置在所述金屬底板100上。兩個(gè)相連通的四分之一圓形金屬環(huán)300，印制在所述反射板200的兩側(cè)，呈半圓型，且半圓開(kāi)口朝向所述金屬底板100。頂板400，設(shè)置在所述反射板200上，與所述金屬底板100平行，且上表面設(shè)置有領(lǐng)結(jié)天線410。所述領(lǐng)結(jié)天線410與兩個(gè)所述四分之一圓形金屬環(huán)300分別連通。具體的，四分之一圓形金屬環(huán)300的內(nèi)部半徑為R1，外部半徑為R2，且R2>R1。反射板200的尺寸大于兩個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)300所形成的半圓形的尺寸。例如，以圖2所示方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，反射板200的豎向尺寸大于R2，反射板200的橫向尺寸大于2*R2。其中，R1和R2的大小可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定?？蛇x的，每個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)300可以包括至少一個(gè)交指電容310。交指電容310的指節(jié)數(shù)為偶數(shù)。具體的，每個(gè)交指電容310均包括第一部件(圖未標(biāo))和第二部件(圖未標(biāo))。第一部件和第二部件的個(gè)數(shù)即為交指電容310的指節(jié)數(shù)。第一部件設(shè)置有至少一個(gè)第一交指部311，各個(gè)第一交指部311相互間隔第一預(yù)設(shè)距離，形成第一容納部(圖未標(biāo))。第二部件設(shè)置有至少一個(gè)第二交指部312，各個(gè)第二交指部312相互間隔第二預(yù)設(shè)距離，形成第二容納部(圖未標(biāo))。且第一交指部311的寬度小于第二預(yù)設(shè)距離，第二交指部312的寬度小于第一預(yù)設(shè)距離。各個(gè)第一交指部311與各個(gè)第二容納部對(duì)應(yīng)，各個(gè)第二交指部312與各個(gè)第一容納部對(duì)應(yīng)。參見(jiàn)圖2，一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)300可以包括兩個(gè)交指電容310，但并不以此為限。兩個(gè)交指電容310相互連通，兩個(gè)交指電容310連通之后呈四分之一圓形。在其他實(shí)施例中，每個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)300可以包括三個(gè)以上的交指電容310，各個(gè)交指電容310依次連通，各個(gè)交指電容310連通之后呈四分之一圓形。另外，每個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)300還可以只包括一個(gè)交指電容310。天線的磁偶極子部分通過(guò)垂直于金屬底板100放置的加載交指電容的兩個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)300與反射板200結(jié)合鏡像原理形成。參見(jiàn)圖2，一個(gè)實(shí)施例中，該電磁偶極子天線還可以包括兩個(gè)導(dǎo)體連接件500。兩個(gè)導(dǎo)體連接件500分別印制在反射板200的兩側(cè)。兩個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)300分別通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)體連接件500和領(lǐng)結(jié)天線410相連通。本實(shí)施例中，導(dǎo)體連接件500可以呈矩形，但并不以此為限。以圖2所示方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，導(dǎo)體連接件500的豎向尺寸為FH，橫向尺寸為FW。其中，F(xiàn)H和FW可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定?？蛇x的，該電磁偶極子天線還可以包括雙面平行帶線600。雙面平行帶線600，設(shè)置在反射板200上。其中，兩個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)300通過(guò)雙面平行帶線600相連通。具體的，所雙面平行帶線600可以通過(guò)SMA轉(zhuǎn)接頭連接，其中SMA轉(zhuǎn)接頭的內(nèi)芯與外表面分別與雙面平行帶線600的兩側(cè)底部連接。其中，SMA轉(zhuǎn)接頭可以特性阻抗為50歐姆的SMA轉(zhuǎn)接頭。本實(shí)施例中，以圖2所示方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，雙面平行帶線600的豎向尺寸為SLH，橫向尺寸為SLW。SLH和SLW可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定。雙面平行帶線同時(shí)也能夠起到阻抗轉(zhuǎn)換的作用。作為一種可實(shí)施方式，兩個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)300朝向金屬底板100的一端，且均與金屬底板100貼合連通。作為一種可實(shí)施方式，反射板200可以為矩形介質(zhì)板。參見(jiàn)圖3，一個(gè)實(shí)施例中，頂板400可以呈圓形，領(lǐng)結(jié)天線410的中心與頂板400的中心重合設(shè)置。領(lǐng)結(jié)天線410包括兩個(gè)關(guān)于領(lǐng)結(jié)天線410的中心對(duì)稱設(shè)置的扇形部分。領(lǐng)結(jié)天線410的兩個(gè)振子臂的半徑為R3，張角為振子間間距為gP，且兩個(gè)振子臂同時(shí)印刷在介電常數(shù)為ε＝2.2、厚度為h0的頂板400的一側(cè)。電偶極子水平放置與金屬底板100平行?？梢岳斫獾?，根據(jù)鏡像原理，半圓環(huán)的電流與其鏡像構(gòu)成了等效磁流元，此時(shí)，扇形電偶極子單元處于φ＝90°方向，磁偶極子單元處于φ＝0°方向，因此磁流元與扇形電偶極子形成的電流元正交滿足電磁偶極子的設(shè)計(jì)原理。以下通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)該電磁偶極子天線進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。為了覆蓋工作頻率在2.5GHz附近的4G頻段，結(jié)合商業(yè)電磁仿真軟件進(jìn)行優(yōu)化后的天線各參數(shù)尺寸如表1所示。表1天線各參數(shù)尺寸參數(shù)尺寸(單位：mm)參數(shù)尺寸(單位：mm)RI23.5FH1R220.5FW0.5gp1LD41.125SLW0.9GL118.75SLH19h00.8(1)電磁偶極子天線的電流分布仿真結(jié)果反射板200的高度與四分之一圓形金屬環(huán)的外徑之和為磁流元與電流元的間距，約為設(shè)計(jì)頻率的波長(zhǎng)四分之一，以抵消電流元與磁流元的遠(yuǎn)場(chǎng)在時(shí)間上存在90°的相位差。圖5至圖8為天線的電流密度分布情況，可以發(fā)現(xiàn)由于加載了交指電容，半圓環(huán)部分的電流密度基本一致。令T為時(shí)間周期，可以發(fā)現(xiàn)，在t＝0時(shí)，扇形偶極子的電流密度高；t＝T/4時(shí)，半圓環(huán)的電流密度高，這說(shuō)明兩個(gè)輻射模式被激勵(lì)且激勵(lì)的相位差為90°，從而能夠抵消電流元與磁流元間固有的相位差，從而滿足電磁偶極子天線設(shè)計(jì)原理。(2)電磁偶極子天線的電壓駐波比(VSWR)與增益仿真結(jié)果電壓駐波比與增益指標(biāo)隨頻率的變化的仿真結(jié)果如圖9與圖10所示。由VSWR隨頻率變化曲線可以發(fā)現(xiàn)，該電磁偶極子天線駐波比帶寬在VSWR≤2時(shí)的頻率范圍是2.1GHZ～3.0GHz，相對(duì)帶寬達(dá)到35.3％；在VSWR≤1.5時(shí)的頻率范圍是2.1SGHz～2.95GHz，相對(duì)帶寬可達(dá)31.4％。由增益隨頻率變化曲線可以發(fā)現(xiàn)，在2.1GHZ～3.0GHz工作頻段內(nèi)，增益變化范圍為9.2dBi～10.1dBi，相較于普通的偶極子寬帶天線，該電磁偶極子天線具有工作頻帶內(nèi)更穩(wěn)定的增益。(3)電磁偶極子天線的方向圖仿真結(jié)果選取2.3GHz、2.5GHz和2.7GHz頻點(diǎn)處電磁偶極子天線的方向圖，如圖11、圖12和圖13所示。可以發(fā)現(xiàn)，該電磁偶極子天線的E面與H面基本一致，半功率波束寬度基本維持在60°，交叉極化低于一20dB，滿足4G蜂窩基站的要求。這是因?yàn)殡姶排紭O子天線具有對(duì)稱的結(jié)構(gòu)且運(yùn)用電偶極子與磁偶極子的輻射場(chǎng)互補(bǔ)特性，使得E面與H面方向圖在工作頻段內(nèi)保持重合，能夠獲得穩(wěn)定的方向性與對(duì)稱性。上述電磁偶極子天線，電磁偶極子互補(bǔ)天線是由扇形印刷領(lǐng)結(jié)天線410與加載交指電容310的兩個(gè)四分之一圓形金屬環(huán)300以及正方形金屬反射板200結(jié)合而成的立體結(jié)構(gòu)天線，領(lǐng)結(jié)天線410通過(guò)雙面平行帶線600饋電，領(lǐng)結(jié)天線410作為雙錐天線的衍生結(jié)構(gòu)有利于改善天線的阻抗匹配性能。以上所述實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3