本發(fā)明屬于天線技術領域，尤其涉及一種寬波束寬帶雙極化天線。

背景技術：

隨著當代通信需求的不斷升級，寬頻帶、多極化成為現(xiàn)代無線電的熱門方向。越來越多的天線學者對新型的寬帶雙極化天線持有很高的研究興趣。雙極化天線能發(fā)射或接收兩個正交極化的電磁波，在同一頻帶內，天線可以同時發(fā)射或接收兩路信號。一副天線可以實現(xiàn)兩幅天線的作用，可縮減天線成本和安裝空間；同時，收發(fā)天線采用正交極化可以減小收發(fā)天線間的互耦影響，改善通信質量；收發(fā)天線同時工作時還可以擴展通信鏈路，增加通信容量。電子通信系統(tǒng)與技術的快速發(fā)展，也對應用在射電天文、現(xiàn)代雷達、無線通信等眾多領域的寬帶天線也提出了更加苛刻的要求。同時，由于相控陣具有靈活的波束掃描特性，高效的功率控制，易整合到微波電路中等優(yōu)點，使它在很多領域有廣泛的應用，使得高性能的寬帶雙極化陣元十分重要。將偶極子正交放置，能生成很好的雙極化特性，并且偶極子研究理論相對成熟，同時偶極子天線的小體積和低剖面構型，使它作為陣元在相控陣天線中具有很大的優(yōu)勢。天線的寬波束特性可以為電掃相控陣天線提供更大的波束掃描角，增大相控陣雷達的掃描范圍，因此展寬偶極子天線的波束帶寬具有實際工程應用意義。雖然偶極子天線具有諸多優(yōu)點例如輕重量、易加工、一致性高等，然而傳統(tǒng)的偶極子輻射單元的相對帶寬一般約5％，半功率波束寬度約70°，并不能滿足寬掃描角相控天線陣對陣元半功率波束寬度的要求。所以把偶極子作為寬掃描角相控陣天線輻射單元時，需要對其半功率波束寬度進行展寬。

綜上所述，現(xiàn)有技術存在的問題是：根據(jù)方向圖乘積原理，相控陣天線的掃描范圍取決于陣元的波束寬度和陣列排布方式，天線陣元半功率波束寬度過窄會導致掃描增益的降低，進而影響陣列波束的掃描范圍，而傳統(tǒng)的偶極子輻射單元的相對帶寬一般約為5％，半功率波束寬度約為70°，不能滿足寬掃描角相控天線陣對陣元半功率波束寬度的要求。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種寬波束寬帶雙極化天線。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種寬波束寬帶雙極化天線，所述寬波束寬帶雙極化天線包括兩個偶極子和一片地板；所述偶極子通過十字交叉的方式組合，且軸向平行于地板；每個偶極子以兩臂中心為旋轉點，兩臂對稱向下傾斜18°，形成一個傘狀結構且末端垂直向下彎折；偶極子由支架固定在地板上方0.25λ處。

進一步，所述偶極子支架與寄生導體下設有用以固定的基座。

進一步，每個所述偶極子由兩片厚度為3mm的條形金屬板構成，該偶極子橫向對稱放置且兩臂構成傘型；

每個偶極子臂均與l形金屬支架合為一體；

每個偶極子使用微帶線構成的饋電裝置進行耦合饋電；

微帶線與l形金屬支架之間夾固一層介質基板。

進一步，所述l形金屬支架由金屬片構成，高度為四分之一中心頻率波長，頂端與偶極子臂接合為一體，四片l形金屬支架總體構成十字形，垂直放置于地板的中心，作為微帶線的地板。

進一步，所述饋電裝置的微帶線分成傳輸線和耦合段兩部分；

所述傳輸線的一端從介質板的底部連接地板上的饋電接頭，另一端向上延伸至介質板的頂部后與耦合段連接；

所述耦合段水平過渡至偶極子另一側的介質板，并垂直向下彎折。

進一步，所述地板上固定有由金屬材料構成的十字形基座；

所述基座固定l形金屬支架和寄生導體；

所述基座內設有固定寄生導體和l形金屬支架的槽型結構，并設有饋電線纜進行饋電的通孔。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種應用所述寬波束寬帶雙極化天線的寬掃描角相控天線陣的陣元。

本發(fā)明的優(yōu)點及積極效果為：本發(fā)明通過改進偶極子的形狀和引入寄生導體，可產生方向圖的疊加效應，從而提高了天線的e面半功率波束寬度和低仰角增益；在相對帶寬為25％的工作頻率范圍內，較傳統(tǒng)無寄生貼片的偶極子天線，本發(fā)明的e面半功率波束寬度展寬30％以上，滿足了寬角掃描相控陣天線對掃描范圍的要求。

本發(fā)明傾斜、彎折處理的偶極子臂，既有效展寬了天線的e面半功率波束寬度，又保證了天線結構的緊湊性，使本發(fā)明在有限的空間內容易實現(xiàn)整體布局；電磁耦合饋電的應用展寬了本發(fā)明的工作帶寬。本發(fā)明的特點還包括天線結構簡單、易于實現(xiàn)、具有穩(wěn)定的寬頻帶工作特性、具有很寬的e面半功率波束寬度和良好的電特性，能夠滿足寬角掃描相控陣天線對陣元的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的寬波束寬帶雙極化天線結構示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的不含寄生導體的天線輻射體結構示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的饋電裝置結構示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例提供的半功率波束寬度展寬結構示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例提供的天線罩結構示意圖。

圖6是本發(fā)明實施例提供的ansofthfss計算得出的加寄生貼片與不加寄生貼片時半功率波束寬度的對比圖。

圖7是本發(fā)明實施例提供的ansofthfss計算得到的電壓駐波比。

圖中：1、寄生導體；2、偶極子；3、l形金屬支架；4、介質板；5、傳輸線；6、耦合段；7、十字形基座；8、天線罩。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。此處說明，所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結合附圖對本發(fā)明的應用原理作詳細的描述：

本發(fā)明實施例提供的寬波束寬帶雙極化天線包括：寄生導體1、偶極子2、l形金屬支架3、介質板4、傳輸線5、耦合段6、十字形基座7、天線罩8。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例包括，四片寄生導體1，兩個偶極子2，四片l形金屬支架3，四片介質板4，兩組用以耦合饋電的傳輸線5和耦合段6，一個由金屬材料構成的十字形基座7，一片半徑為1m的圓形金屬板。金屬板作為地板，基座7通過螺釘固定在地板的中心，l形金屬支架3和寄生導體1通過基座7的槽型結構來固定，l形金屬支架3頂部接合偶極子臂。每個偶極子2以兩片厚度為3mm的條形金屬板構成，橫向對稱放置。兩個偶極子2十字交叉放置，與厚度為3mm的l形金屬支架3的頂部相連。偶極子一臂的整體長度為0.25λ，l形金屬支架3的高度為0.25λ，為了保證本發(fā)明天線結構的緊湊性，展寬半功率波束寬度，所述偶極子2的兩臂末端向下傾斜構成傘型。

每個偶極子2均附有一對寄生導體1的方式。寄生導體1為矩形金屬板，垂直放置在地板上，并對稱分布于偶極子2的兩端，且表面垂直于偶極子2的軸向方向。兩組偶極子2和其附有的寄生導體1均具有相同的結構。寄生導體1的厚度為d＝5mm，高度約為0.11λ。

如圖3所示，本發(fā)明的饋電裝置是兩組獨立的、具有相同結構的微帶線，分別給兩個偶極子2進行饋電。每個饋電結構均由傳輸線5和耦合段6兩部分組成，附著在兩片介質板4上，介質板4固定于微帶線和l形金屬支架3之間。傳輸線5的一端連接所在介質板4底部的饋電線纜，另一端與位于介質板4頂部的耦合段6相連。由于耦合段6的水平部分等效于一個感性電抗，為了消去感性電抗，可調節(jié)耦合段6的垂直部分，其等效于一個容性電抗，即使容性電抗與感性電抗相互抵消，可以達到展寬天線阻抗帶寬的效應。

如圖4所示，偶極子2產生的方向圖形如(a)，兩片對稱的寄生導體1產生的方向圖形如(b)。根據(jù)方向圖疊加原理，結合后的疊加方向圖(c)相比偶極子2產生的方向圖(a)，低仰角部分的增益有所提高，從而提高了偶極子2的e面半功率波束寬度。

如圖5所示，考慮到天線的各種應用環(huán)境，增加天線的耐用程度，從而設計了由玻璃鋼材料構成的天線罩8，使天線輻射體與外界隔離，起到遮擋保護作用。天線罩8為十字形，寬度稍寬于寄生導體1的寬度，能完整地包裹天線輻射體。

下面結合分析對本發(fā)明的應用效果做詳細的描述。

利用商業(yè)計算軟件ansofthfss13.0對上述實施例進行計算分析，得到天線增益以及電壓駐波比等數(shù)據(jù)。

如圖6所示，下三角和圓形符號表示不加寄生貼片時本發(fā)明實施例天線的e面半功率波束寬度曲線，上三角和方形符號表示加寄生貼片時本發(fā)明實施例天線的e面半功率波束寬度曲線?？梢钥闯鲈谕活l率下前者比后者的半功率波束寬度要低20°左右。

如圖7所示，在405mhz～515mhz頻率范圍內電壓駐波比小于2。

綜上所述，本發(fā)明提供的寬波束寬帶雙極化天線，不僅結構緊湊，而且獲得良好的電氣性能。

以上描述的僅是本發(fā)明的一個實施例，在本發(fā)明未圖示的其他實施例中，可作出適當?shù)淖兏?，例如：所述偶極子所屬寄生導體的數(shù)目并沒有具體限制，可以適當進行增加，當然由此會造成偶極子與寄生導體的耦合位置和饋電微帶線的適當改變，本領域普通技術人員在通讀本發(fā)明后，應可舉一反三。又如，偶極子和寄生導體的形狀并不受本發(fā)明實施例的局限，通過具體的調試，有多種結構可供選擇。再如，本發(fā)明不受具體的頻段范圍限制，通過對偶極子和寄生導體尺寸和結構的改變,可適應具體的頻段要求，所以頻段范圍不應引申為對本發(fā)明的限定。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。