[發明專利]一種具有增大水平面增益的全向垂直極化天線

有效

• 申請號: 202110558490.7
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113300114B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 陳新偉;田潔;張文梅;韓麗萍;馬潤波;韓國瑞;李莉
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q1/36;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q13/08;H01Q9/04
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 杜懷宇

本發明公開了一種具有增大水平面增益的全向垂直極化天線，包括有介質基板，所述介質基板的上端中部設置有圓形貼片，所述介質基板的上端在圓形貼片的外部設置有開槽的扇形環，所述介質基板的下端設置有接地板，所述圓形貼片向下通過12個短路過孔與所述接地板連接，12個所述短路過孔沿著所述圓形貼片的軸線均布，所述介質基板的上端、下端的外圍各周向均布有14個雪花狀的超材料晶胞，采用同軸饋電方式對頂層的圓形貼片中心饋電。本發明提供的一種具有增大水平面增益的全向垂直極化天線，在不增加天線高度(即低剖面)的基礎上，提高了天線的水平面增益，滿足很多工程使用需求。

技術領域

本發明涉及通信系統中的天線領域，尤其涉及一種具有增大水平面增益的全向垂直極化天線。

背景技術

全向天線由于其全向輻射的方向圖而被廣泛應用于點對多通信、移動通信、衛星通信以及空間飛行器等無線通信領域。天線采用垂直極化方式可以提高傳輸距離，避免由于采用水平極化波受地表極化電流引起的信號衰減。所以，垂直極化的全向天線的研究和設計一直都備受關注。但是一些公開報道的具有垂直極化的全向天線中，水平增益均低于0dBi，這是由于仰角較大所致，在實際應用中水平面的低增益限制了其在各種環境中的應用。因此，如何增大全向天線的水平面增益成為設計和研究重點。

近年來，國內外學者已經研究并提出了多種提高全向天線水平面增益的方法。主要可以分為兩部分：一、在微帶貼片周圍加載寄生條帶、環形磁偶極子、耦合環等通過對天線輻射特性的調控以提高水平面增益。李超超等2014年發表的論文“基于零階諧振的高增益共形全向微帶天線”中提出了一種零階諧振的共面磁流環陣列天線，通過在圓形貼片上加載短路過孔，在貼片和接地板平面分別增加環形寄生單元，這種水平面增益增大的原因主要是由于兩個磁流環是反相的，故而，在0-60°范圍內的場相抵消減弱，使得90°附近的輻射能量得到增強，從而使得水平面附近的增益得到提高；二、在全向天線的上方加載超材料覆蓋層，利用超材料的近零折射率、負介電常數、負磁導率等特性，通過改變電磁波的傳輸路徑來提高水平面增益。Guo.Y等人2020年發表的論文“Omnidirectional BroadbandPatch Antenna with Horizontal Gain Enhanced by Epsilon-negative MetamaterialSuperstrate”提出了兩種近零折射率超材料(NZIM)，將其放置在寬帶全向天線上方以提高水平增益，結果表明，兩個覆蓋層都可以在各個方向上的各個頻率上將水平增益值增加50％以上(1dB)。為了不增加天線的垂直高度且便于加工，有必要設計在水平面上加載超材料陣列和耦合環來提高天線的水平面增益。

發明內容

為解決現有技術的缺點和不足，提供一種具有增大水平面增益的全向垂直極化天線，在不增加天線高度(即低剖面)的基礎上，提高天線的水平面增益，滿足很多工程使用需求。

為實現本發明提供的一種具有增大水平面增益的全向垂直極化天線，包括有介質基板，所述介質基板的上端中部設置有圓形貼片，所述介質基板的上端在圓形貼片的外部設置有開槽的扇形環，所述介質基板的下端設置有接地板，所述圓形貼片向下通過12個短路過孔與所述接地板連接，實現阻抗匹配和展寬阻抗帶寬。12個所述短路過孔沿著所述圓形貼片的軸線均布，所述介質基板的上端、下端的外圍各周向均布有14個雪花狀的超材料晶胞，采用同軸饋電方式對頂層的圓形貼片中心饋電。中心饋電的圓形貼片用于實現全向垂直極化特性，開槽的扇形環和外圍的雪花狀的超材料晶胞用于增大水平面增益。

進一步地，為了保證天線的阻抗帶寬，需要調節短路過孔的數目、半徑、距天線圓心的位置；采用12個半徑為0.45mm的金屬短路過孔均勻地分布在距離圓形貼片的圓心13.6mm處的圓上，使天線的TM01和TM02模式可以產生兩個相鄰的諧振頻率來展寬帶寬。