[发明专利]一种添加寄生结构的S波段紧凑型宽波束端射天线

说明书

本发明公开了一种添加寄生结构的S波段紧凑型宽波束端射天线，其特征在于，该端射天线由四部分组成：印刷巴伦，印刷巴伦用同轴电缆馈电；天线罩，天线罩由两块厚度为4mm的高频印制板组成，天线罩内壁蚀刻有作为激励单元的半波印刷偶极子、印刷巴伦结构及平面反射器；直角反射器，直角反射器与天线安装底座共形，直角反射器是二级反射器；平面反射器，平面反射器是与印刷偶极子共面的寄生平面结构，平面反射器是一级反射器。本发明中所使用的角型反射器使天线辐射的能量往水平及俯仰的大角度方向发散，从而拓宽了端射天线的波束宽度。印刷偶极子天线在平面反射器及角型反射器的共同作用下，使天线在具有端射能力的同时，还具有较宽的波束宽度。

技术领域

本发明属于天线领域，涉及一种添加寄生结构的印刷偶极子端射天线，该印刷偶极子端射天线使用天线振子与天线罩一体化设计、增加两级不同形式反射器优化端射天线驻波系数及波束宽度等设计方案，是一款结构紧凑的宽波束端射天线。

背景技术

在机载空间测向系统中，要求通信天线具有水平面(H面)φ：-93°～93°，俯仰面(E面)θ：-30°～30°的空域覆盖范围、便于装机的紧凑外形结构以及尽可能降低由于飞机机体散射带来的多径问题。端射天线由于其增益最大方向位于天线轴向方向的特性，可以起到抑制机间通信中多径效应的作用。

1926年由日本东北帝国理工大学的八目秀次(Hidetsugu Yagi)和宇田太郎(Shintaro Uda)共同研发出Yagi-Uda天线，即八目天线，如图1所示。作为经典的端射天线，由于结构简单、重量轻、成本低、良好的端向辐射等特性，得到了广泛的应用。简单的八目天线一般有5～6个平行的振子单元组成，其中包含反向振子、激励振子和引向振子组成。

通过大量的试验可知，多个反射振子对八目天线的性能没有显著的影响，因此在实际应用中，通常只有一个振子作为反射单元。而在天线的辐射方向上，由于引向振子感应电流的作用，增加引向振子的数量可以提高八目天线的端向辐射特性，通常八目天线具有6～ 12个引向器。引向振子和反射振子的数量、长度、间距等因素决定了八目天线的辐射及阻抗等特性。传统的八目天线具有良好的端射特性及较高的增益，同时，也存在较低的输入阻抗、较窄的带宽(2％左右)以及较大的外形尺寸等缺点，限制了其在受限环境中的应用，不满足机载测向系统对通信天线的工作带宽、装机外形尺寸及覆盖空域等天线特性的要求。

随着印制板加工工艺水平的提高和介质材料特性的研究发展，在1989年，以矩形微带贴片为辐射单元的微带八目天线由John Huang[1]首次提出，该天线作为一种平面端射天线与传统的八目天线相比具有剖面低、结构简单、体积小、重量轻、易于加工等优点。通过实验研究，发现该天线由于受到金属地的反射影响，使天线阵列方向图最大辐射方向朝金属地平面的相反方向偏转，无法实现真正的端向辐射。随后微带八目天线引起了广大科研工作者的关注，使其成为国内外的一个研究热点。在上世纪九十年代末，Qian[2]等人提出了一种由共面耦合线馈电，用印刷偶极子作为辐射单元的Quasi-Yagi端射天线(微带准八目天线)，如图2所示。该天线与传统八目天线结构相似，均由激励单元，引向单元和反射单元组成。中心馈电的印刷偶极子单元的两个金属臂由等宽的两条相位相差 180°的微带线所组成的微带巴伦结构进行馈电，并利用截短的金属地作为天线的反射单元，而不是传统八目天线中单独的反向振子，该天线的频带宽度达到了17％，增益达到了 6.5dBi。微带准八目天线与传统的八目天线具有相似的结构，两者的天线参数定义不同，耦合机理不同，但设计思路相似。

在2000年之后，科研人员对微带准八目天线进行了更深入的研究，提出了许多拓展天线带宽、增加天线端向辐射特性的方法。通过增加激励振子的数量；使用宽带印刷巴伦馈电结构对天线馈电；改变振子结构，使天线振子具有宽频工作特性等方法来展宽微带准八目天线的带宽。

2015年12月29日电子科技大学孙元华博士的《宽带端射天线关键技术研究》[3]博士学位论文中阐述了对拓Quasi-Yagi宽带端射天线技术研究及电磁超材料加载的 Quasi-Yagi天线技术研究。