阅读说明：本技术 一种微带准八木天线 (Microstrip quasi-yagi antenna ) 是由 李高升 申婉婷 潘少鹏 冯杨 陈攀 于杰 贺佳港 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种微带准八木天线。所述天线包括：双面微带准八木天线以及加载在双面微带准八木天线上的引向器；引向器包括：矩形贴片和直角微带线；矩形贴片加载在双面微带准八木天线的激励极子末端；矩形贴片用于拓展波束宽度,以及实现波束偏转；直角微带线与矩形贴片的外侧直角呈间隙配合安装；直角微带线用于进一步拓展波束宽度,以及提高天线的增益。采用本方法能够实现波束偏转引向的条件下,大大缩小了微带准八木天线的尺寸。(The application relates to a microstrip yagi antenna. The antenna includes: the dual-side microstrip yagi antenna comprises a dual-side microstrip quasi-yagi antenna and a director loaded on the dual-side microstrip quasi-yagi antenna; the director includes: a rectangular patch and a right-angle microstrip line; the rectangular patch is loaded at the tail end of an excitation pole of the double-sided microstrip quasi-yagi antenna; the rectangular patch is used for expanding the beam width and realizing beam deflection; the right-angle microstrip line and the right angle of the outer side of the rectangular patch are installed in clearance fit; the right-angle microstrip line is used for further expanding the beam width and improving the gain of the antenna. By adopting the method, the size of the microstrip quasi-yagi antenna is greatly reduced under the condition of beam deflection and direction guiding.)

一种微带准八木天线

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种微带准八木天线。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，作为其中最基本的构成部分——天线，一些特殊的性能也在不断优化和提高。比如现在应用的越来越广泛的一些高指向性的本地定位系统(LPS)、无线传感网络以及第五代移动通信技术中的某些场景，都需要一种方向性强且具有紧凑尺寸或小尺寸的天线类型。微带准八木天线能够满足这样的要求，由具有定向性强、增益高但体积庞大的八木天线与低剖面、易加工的微带天线相结合构成。综合了两者的优势，同时还具有带宽较宽，更利于组阵的特点，大大扩展了微带准八木天线的应用范围。

通常情况下，微带准八木天线是由一个激励振子(一般用折合振子)、一个无源反射器和若干个无源引向器平行排列而成的端射式天线。通常引向器会略短于二分之一波长，激励阵子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长。引向器由于短于二分之一波长，对感应信号呈容性，电流超前电压90°。辐射信号经过四分之一波长的路径后相位滞后90°，因此两者刚好抵消，所以为同相位状态，叠加后有效增强了信号能量。反射器则与引向器刚好相反，削弱了信号能量，因此微带准八木天线实现了强方向性与高增益的特性。近些年，很多学者对微带准八木天线进行了研究，主要是为了缩小天线尺寸和提高性能，例如超宽带、高前后比、低端射角度、实现带通滤波响应，以及对天线结构进行创新设计，例如扇形、环形、以及地板和反射器一体化。为了实现准端射的无线通信，也就是天线的主瓣波束位于端射和边射方向之间，需要调节最大增益波束指向方向。通常八木天线采用依靠引向器沿辐射方向以四分之一波长为间距排列的方式，来实现波束偏转引向，因此整个微带准八木天线尺寸相对较大。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决波束偏转引向的天线尺寸大问题的一种微带准八木天线。

一种微带准八木天线，所述天线包括：

双面微带准八木天线以及加载在所述双面微带准八木天线上的引向器；

所述引向器包括：矩形贴片和直角微带线；

所述矩形贴片加载在所述双面微带准八木天线的激励极子末端；所述矩形贴片用于拓展波束宽度，以及用于波束偏转；

所述直角微带线与所述矩形贴片的外侧直角呈间隙配合安装；所述直角微带线用于进一步扩展波束偏转角度，以及提高天线的增益。

在其中一个实施例中，所述双面微带准八木天线的正面包括：激励极子和微带线；所述微带线包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的一端连接所述激励极子，另一端连接所述第二微带线。

在其中一个实施例中，所述第一微带线的宽度小于第二微带线的宽度，以实现天线结构和通用的50ΩSMA头阻抗匹配。

在其中一个实施例中，所述双面微带准八木天线的背面包括：对称激励极子、微带线以及接地板；所述对称激励极子与所述激励极子对称。

在其中一个实施例中，所述接地板的长度为介质基板的二分之一。

上述一种微带准八木天线，通过引入矩形贴片和直角微带线，一方面可以拓展波束宽度，以及实现波束偏转，另一方面可以提高天线的增益。并且由矩形贴片和直角微带线组合形成的引向器体积小，从而大大缩小了微带准八木天线的尺寸。

附图说明

图1为一个实施例中微带准八木天线正面示意图；

图2为一个实施例中微带准八木天线背面示意图；

图3为一个实施例中三种天线的示意性结构图；

图4为一个实施例中三个天线的S11仿真曲线对比图和方向图对比图；

图5为一个实施例中两个天线电流分布对比图；

图6(a)为一个实施例中调节条带引向器的长度所得到的反射系数曲线示意图；

图6(b)为一个实施例中调节条带引向器与矩形引向器之间的间距得到的反射系数曲线示意图；

图7为一个实施例中改变矩形引向器边长所得到的反射系数以及最大增益所构成的曲线示意图；

图8(a)为一个实施例中微带准八木天线增益随频率变化曲线示意图；

图8(b)为一个实施例中微带准八木天线整体效率随频率变化曲线；

图9(a)为一个实施例中xz平面和yz平面上的主极化方向图；

图9(b)为一个实施例中xz平面和yz平面上的交叉极化方向图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种微带准八木天线，包括：

双面微带准八木天线以及加载在双面微带准八木天线上的引向器；引向器包括：矩形贴片和直角微带线；矩形贴片加载在双面微带准八木天线的激励极子末端；矩形贴片用于拓展波束宽度，以及实现波束偏转；直角微带线与矩形贴片的外侧直角呈间隙配合安装；直角微带线用于进一步扩展波束偏转角度，以及提高天线的增益。值得说明的是，配合安装指的是

上述一种微带准八木天线中，通过引入矩形贴片和直角微带线，一方面可以拓展波束宽度，以及增大波束偏转角度，另一方面可以提高天线的增益。

并且由矩形贴片和直角微带线组合形成的引向器体积小，从而大大缩小了微带准八木天线的尺寸。

在其中一个实施例中，双面微带准八木天线的正面包括：激励极子和微带线；所述微带线包括第一微带线和第二微带线，第一微带线的一端连接激励极子，另一端连接第二微带线。

在另一个实施例中，第一微带线的宽度小于第二微带线的宽度，用于进行阻抗匹配。

在其中一个实施例中，如图2所示，双面微带准八木天线的背面包括：对称激励极子、微带线以及接地板；对称激励极子与激励极子对称。

在另一个实施中，接地板的长度为介质基板的二分之一，接地板也充当反射器作用，进一步提高方向性。

以下以具体实施例对本发明的有益效果进行说明。

如图3所示，图示给出了3种天线，第一个是不带引向器的简单双面微带准八木天线，第二个是在其激励极子上增加一个矩形贴片，第三个是在第二个天线的基础上额外增加直角微带线。

图4展示了三个天线的仿真反射系数以及在5.8GHz时xz平面方向图对比。通过观察可以发现增加引向器后，改善了阻抗匹配，但相对应的带宽有所减小。天线2的带宽为5.2～6.2GHz，而天线3的带宽为5.3～6GHz。在谐振频点为5.8GHz处，引向器对波束方向图进行调控，将最大辐射方向由天线1指向4°偏转到天线2的-5°，天线3将角度扩大到了-25°，实现了明显的波束偏转。

图5为所提出的微带准八木天线Ⅱ和天线Ⅲ的电流分布，与没有弯折条带引向器的天线Ⅱ相比，天线Ⅲ在靠近矩形贴片的弯折条带引向器的转角处有一个电流分布最大值，同时耦合的电流流向方向与矩形贴片边缘相反。因此条带引向器的尺寸以及位置对天线的阻抗带宽和方向图影响较大，可以通过对条带引向器的调节实现阻抗匹配以及波束偏转角度。

为了可以进一步探究所提出天线的特性以及设计原理，对引向器部分关键参数进行讨论。调节条带引向器的长度(Lr)所得到的反射系数曲线如图6(a)所示。可以看出随着条带引向器的长度(Lr)的增大，S11曲线最小值所处的频率左移，即谐振频点逐渐减小。同时对阻抗带宽影响较大，随着Lr不断增大，阻抗带宽随之减小。改变条带引向器与矩形引向器之间的间距(Dr)所得到的反射系数曲线如图6(b)所示。可以发现随着引向器之间的间距(Dr)增加，谐振频点不断减小，但是减小的幅度很小，影响不大。

改变矩形引向器边长(Lp)所得到的反射系数以及最大增益所构成的曲线如图7所示。随着矩形引向器边长(Lp)逐渐增大，谐振频点减小，阻抗匹配程度有所改善。Lp对增益影响不大，整体来说在低频时，Lp越大，增益越高；但是在5.8GHz时，Lp＝8.5mm时，增益最大，因此在此Lp选取8.5mm作为最终取值。

图8(a)为微带准八木天线增益和整体效率随频率变化曲线，在整个阻抗带宽5.3～6.0GHz范围内，增益能保持在4.5dBi以上，且天线的工作效率均＞87％，在5.8GHz处，效率达到最大值98％。频率分别为5.4GHz、5.6GHz、5.8GHz以及6GHz时的xz平面的方向图如图8(b)所示。在整个阻抗带宽中，方向图基本保持不变，其最大增益为4.72dBi，最大波束指向方向为-45°。同时可以看到随着频率增高，背瓣电平逐渐增加，分析其原因是因为当波束偏转角度增大后，位于正后方的反射器对背瓣波束的抑制效果减弱。图9(a)和9(b)分别为xz平面和yz平面上的主极化和交叉极化方向图，可以看到xz方向上交叉极化水平低于-19dB，而yz方向上由于地板尺寸较小，增加到-8dB。3dB波束宽度在xz和yz方向上分别为97°和157°，可以发现矩形贴片和条带微带线所构成的引向器实现了展宽波束的效果，可以应用于大范围、广角度的无线传输与通信。

综上，由单个矩形贴片和90°弯折条带微带线所构成，矩形贴片引向器大幅度扩展了波束宽度，弯折条带微带线不仅可以调控波束偏转角度，还缩小了整体天线尺寸和提高天线增益。对比于传统微带准八木天线中由约为1/4波长等间隔的细长条带构成的引向器，能够实现更宽角度的波束宽度和灵活调控的波束角度，同时大大缩小整个天线引向器尺寸，从而进一步实现小型化微带准八木天线。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。