蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线

1.本发明涉及无线通信技术领域，特别地，涉及一种蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线。


背景技术：

2.目前，5g技术主要在两个频段展开研究，分别是sub-6 ghz以及毫米波(mmwave)。其中sub-6 ghz就是利用6ghz以下的带宽资源来发展5g。对于5g技术来说，核心难题在于基站覆盖难度大，不仅涉及到大、小基站异频协作，还要考虑到5g早期阶段的网络混合和不同频段的同步建设。天线是这些通信系统射频前端不可或缺的关键部件。若能采用更宽工作频带、多极化工作模式的天线，势必可以将多个天线融合为单个天线，节约制作成本，减小天线体积，更重要的是使多天线间电磁兼容、电磁干扰的问题得到根本性的解决。
3.现有文献可查的双极化交叉偶极子天线一部分主要通过同轴线进行馈电，这种方式难以在更宽频带内同时兼顾高性能和小型化这两方面需求，从而难以实现紧凑型结构；另一些天线利用微带巴伦进行馈电，这种方式限制了天线的工作频带，且导致两个端口的隔离度较差。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，以解决现有的双极化交叉偶极子天线的馈电巴伦结构单一、结构不紧凑、阻抗变换不佳和工作频带不够宽的技术问题。
5.根据本发明的一个方面，提供一种蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，包括：
6.介质基板，
7.交叉极化偶极子振动器，布设于所述介质基板的上表面，且包括两个偶极子振动器，每个偶极子振动器包括两个共线布设的金属辐射振子，相邻的两个所述金属辐射振子之间的间隙相等，
8.馈电结构，布设于所述介质基板的下方，所述馈电结构包括金属蝶形巴伦及同轴线，所述同轴线的轴心垂直于所述介质基板布设，所述同轴线包括同轴布设的金属导体内芯及金属外导体，所述金属导体内芯贯穿所述金属蝶形巴伦与并所述偶极子振动器的一个金属辐射振子连接，所述金属外导体通过所述金属蝶形巴伦与所述偶极子振动器的另一个金属辐射振子连接，所述金属导体内芯与所述金属外导体之间和/或所述金属导体内芯与所述金属蝶形巴伦之间布设有介质填充，
9.金属接地板，与所述介质基板平行布设，
10.金属底座，布设于所述金属接地板上，且位于所述金属蝶形巴伦的正下方，所述金属底座的上表面与金属蝶形巴伦的底面之间留有间隙，
11.金属栅栏，垂直布设于所述金属接地板上，并呈中心对称排布于所述交叉极化偶极子振动器的周围，所述交叉极化偶极子振动器的正交中心位于多个所述金属栅栏的中心
对称轴线上，
12.所述金属辐射振子上开设有上下贯通所述金属辐射振子的第一缝隙，以增大所述蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线的等效电路的电容。
13.进一步地，所述金属辐射振子包括第一金属辐射振子、第二金属辐射振子、第三金属辐射振子及第四金属辐射振子，所述第一金属辐射振子与所述第三金属辐射振子构成沿第一方向共线布设的第一偶极子振动器，所述第二金属辐射振子与所述第四金属辐射振子构成沿第二方向共线布设的第二偶极子振动器，所述第一方向与所述第二方向垂直，
14.所述第一缝隙为矩形缝隙，
15.所述第一金属辐射振子和所述第三金属辐射振子上的所述矩形缝隙的长边沿第二方向布设，
16.所述第二金属辐射振子和所述第四金属辐射振子上的所述矩形缝隙的长边沿第二方向布设。
17.进一步地，所述矩形缝隙的两端对称布设有上下贯通所述金属辐射振子的第二缝隙，所述第二缝隙与所述矩形缝隙的短边连通，所述第二缝隙连通所述矩形缝隙的边与所述矩形缝隙的长边垂直。
18.进一步地，所述第二缝隙为扇形或多边形。
19.进一步地，所述金属辐射振子上布设有金属馈电探针，所述介质基板上开设有用于穿过所述金属馈电探针的通孔，
20.所述金属馈电探针包括第一金属馈电探针、第二金属馈电探针、第三金属馈电探针及第四金属馈电探针，所述第一金属馈电探针的中心点与所述第三金属馈电探针的中心点的连线沿第一方向布设，所述第二金属馈电探针的中心点与第四金属馈电探针的中心点的连线沿第二方向布设。
21.进一步地，所述金属蝶形巴伦包括第一金属蝶形巴伦及第二金属蝶形巴伦，第一金属蝶形巴伦包括第一等腰梯形翼片、第二等腰梯形翼片及第一连接桥，所述第一连接桥的轴心线沿第一方向布设，所述第一连接桥的两端分别连接所述第一等腰梯形翼片的短边与所述第二等腰梯形翼片的短边，
22.所述第二金属蝶形巴伦与所述第一金属蝶形巴伦的结构相同，所述第二金属蝶形巴伦的第二连接桥沿第二方向布设，且所述第二连接桥与第一连接桥异面垂直。
23.进一步地，所述同轴线包括结构相同的第一同轴线和第二同轴线，
24.所述第一同轴线的第一金属导体内芯贯穿所述第一等腰梯形翼片并与第一金属馈电探针连接，所述第一同轴线的第一金属外导体通过所述第二等腰梯形翼片与所述第三金属馈电探针连接，
25.所述第二同轴线的第二金属导体内芯贯穿所述第二金属蝶形巴伦的第三等腰梯形翼片并与第二金属馈电探针连接，所述第二同轴线的第二金属外导体通过所述第二金属蝶形巴伦的第四等腰梯形翼片与所述第四金属馈电探针连接。
26.进一步地，所述第一金属馈电探针与所述第一等腰梯形翼片之间布设有第一介质柱，所述第一介质柱套设于所述第一金属导体内芯上，
27.所述第二金属馈电探针与所述第三等腰梯形翼片之间布设有第二介质柱，所述第二介质柱套设于所述第二金属导体内芯上。
28.进一步地，所述金属底座上布设有用于抵接所述第二等腰梯形翼片的第三介质柱及用于抵接所述第四等腰梯形翼片的第四介质柱。
29.进一步地，所述金属栅栏为两排。
30.本发明具有以下有益效果：
31.本发明的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，四个金属辐射振子用作极化，在金属辐射振子上开设第一缝隙，使得整个天线等效电路的容性增大，能在工作频带内的高频段附近，大大提升该天线的辐射性能，同轴线的内部导体直接穿过两个金属蝶形巴伦，介质填充可保护同轴线的内部导体不被缩短并避免短路，两条同轴线的外导体转换为两个平衡-不平衡变换器，这两个平衡-不平衡变换器位于正交位置，金属底座增加了金属辐射振子平面与金属接地板之间的距离，以在较低的工作频带中实现较高的辐射增益，平衡-不平衡变换器和金属底座之间的间隙可以有效地扼流同轴电缆的外导体上的电流，金属栅栏与金属接地板一起工作，以反射向后的电磁波信号；该天线通过改进馈电结构和金属辐射振子，从而大幅提升天线的性能，蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线的尺寸为65
×
65
×
18.5mm3，结构紧凑，具有从2.3ghz到6ghz的宽阻抗带宽，其隔离度达到15db以上；此外，在整个频带中，e平面和h平面辐射图是稳定的，并且在共极化和交叉极化之间的隔离度大于15db能实现低频带6dbi和高频带7dbi的高增益，在平台空间有限的雷达、通信及遥测遥感等无线电通信系统中，尤其是sub-6 ghz 5g应用领域中，应用前景十分广阔。
32.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
33.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
34.图1是本发明优选实施例的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线的结构示意图；
35.图2是本发明优选实施例的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线的侧视图；
36.图3是本发明优选实施例的金属辐射振子的结构示意图；
37.图4是本发明优选实施例的金属蝶形巴伦的结构示意图；
38.图5是本发明优选实施例的第一金属蝶形巴伦的结构示意图；
39.图6是本发明优选实施例的第一同轴线的结构示意图；
40.图7是本发明优选实施例的第二金属蝶形巴伦的结构示意图；
41.图8是本发明优选实施例的第二同轴线的结构示意图；
42.图9是本发明优选实施例的第一金属蝶形巴伦的结构示意图；
43.图10是图9所示的a-a向剖视图；
44.图11是图9所示的b-b向剖视图；
45.图12是图9所示的c-c向剖视图；
46.图13是图9所示的d-d向剖视图；
47.图14是金属辐射振子上无缝隙时，贴片天线的电场绝对值仿真结果图；
48.图15是金属辐射振子上无缝隙时，贴片天线的方向图仿真结果图；
49.图16是金属辐射振子上设置h缝隙加载时，贴片天线的电场绝对值仿真结果图；
50.图17是金属辐射振子上设置h缝隙加载时，贴片天线的方向图仿真结果图；
51.图18是金属馈电探针的尺寸示意图；
52.图19是金属辐射振子的尺寸示意图；
53.图20是金属蝶形巴伦的尺寸示意图；
54.图21是金属接地板的尺寸示意图；
55.图22是天线端口反射系数以及隔离系数的仿真和实测结果；
56.图23是天线增益的仿真和实测结果；
57.图24是天线的e面实测方向图，图24(a)为3ghz的结果，图24(b)为4ghz的结果，图24(c)为5ghz的结果，图24(d)为6ghz的结果；
58.图25是天线的h面实测方向图，图25(a)为3ghz的结果，图25(b)为4ghz的结果，图25(c)为5ghz的结果，图25(d)为6ghz的结果。
59.图例说明：
60.1、介质基板；11、通孔；2、金属辐射振子；201、第一缝隙；202、第二缝隙；21、第一金属辐射振子；22、第二金属辐射振子；23、第三金属辐射振子；24、第四金属辐射振子；3、金属馈电探针；31、第一金属馈电探针；32、第二金属馈电探针；33、第三金属馈电探针；第四金34、属馈电探针；4、金属蝶形巴伦；41、第一金属蝶形巴伦；411、第一等腰梯形翼片；412、第二等腰梯形翼片；413、第一连接桥；42、第二金属蝶形巴伦；421、第三等腰梯形翼片；422、第四等腰梯形翼片；423、第二连接桥；5、金属底座；6、金属接地板；7、同轴线；71、第一同轴线；711、第一金属导体内芯；712、第二介质填充；713、第一金属外导体；72、第二同轴线；721、第二金属导体内芯；722、第二介质填充；723、第二金属外导体；8、金属栅栏；91、第一介质柱；92、第二介质柱；93、第三介质柱；94、第四介质柱。
具体实施方式
61.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
62.请一并参阅图1至图13，本实施例的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，包括：
63.介质基板1，介质基板1为非导电材料，厚度为0.2～1毫米，相对介电常数为2～3，介质损耗角为0.0004～0.001；
64.交叉极化偶极子振动器，布设于介质基板1的上表面，且包括两个偶极子振动器，每个偶极子振动器包括两个共线布设的金属辐射振子2，相邻的两个金属辐射振子2之间的间隙相等，介质基板1上表面的金属辐射振子21～24厚度为0.017～0.035毫米厚的金箔、银箔或铜箔；金属辐射振子21～24近似为四边形，长度为30～40毫米；
65.馈电结构，布设于介质基板1的下方，馈电结构包括金属蝶形巴伦4及同轴线7，同轴线7的轴心垂直于介质基板1布设，同轴线7包括同轴布设的金属导体内芯及金属外导体，金属导体内芯贯穿金属蝶形巴伦4并与偶极子振动器的一个金属辐射振子2连接，金属外导体通过金属蝶形巴伦4与偶极子振动器的另一个金属辐射振子2连接，金属导体内芯与金属外导体之间和金属导体内芯与金属蝶形巴伦4之间布设有介质填充，避免短路；
66.金属接地板6，与介质基板1平行布设，金属接地板6在介质基板1所在平面的投影为正方形，其宽度为50～70毫米，厚度为1～2毫米；
67.金属底座5，布设于金属接地板6上，且位于金属蝶形巴伦4的正下方，金属底座5的上表面与金属蝶形巴伦4的底面之间留有间隙，金属底座5在介质基板1所在平面的投影为正方形，其宽度为18～25毫米，高度为3～8毫米；以增加被驱动的金属辐射振子2平面和金属接地板6之间的距离，在较低的工作频带中实现较高的辐射增益；
68.金属栅栏8，垂直布设于金属接地板6上，并呈中心对称排布于交叉极化偶极子振动器的周围，交叉极化偶极子振动器的正交中心位于多个金属栅栏8的中心对称轴线上，
69.金属辐射振子2上开设有上下贯通金属辐射振子2的第一缝隙201，以增大蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线的等效电路的电容。
70.本实施例的天线，四个金属辐射振子2用作极化，在金属辐射振子2上开设第一缝隙201，使得整个天线等效电路的容性增大，能在工作频带内的高频段附近，大大提升该天线的辐射性能，同轴线7的内部导体直接穿过两个金属蝶形巴伦4，介质填充1可保护同轴线7的内部导体不被缩短，两条同轴线7的外导体转换为两个平衡-不平衡变换器，这两个平衡-不平衡变换器位于正交位置，金属底座5增加了金属辐射振子2平面与金属接地板6之间的距离，以在较低的工作频带中实现较高的辐射增益，平衡-不平衡变换器和金属底座5之间的间隙可以有效地扼制同轴电缆的外导体上的电流，金属栅栏8与金属接地板6一起工作，以反射向后的电磁波信号；该天线通过改进馈电结构和金属辐射振子2，从而大幅提升天线的性能，其结构紧凑，具有从2.3ghz到6ghz的宽阻抗带宽，其隔离度达到15db以上；此外，在整个频带中，e平面和h平面辐射图是稳定的，并且在共极化和交叉极化之间的隔离度大于15db能实现低频带6dbi和高频带7dbi的高增益，在平台空间有限的雷达、通信及遥测遥感等无线电通信系统中，尤其是sub-6 ghz 5g应用领域中，应用前景十分广阔。
71.本实施例中，金属辐射振子2包括第一金属辐射振子21、第二金属辐射振子22、第三金属辐射振子23及第四金属辐射振子24，第一金属辐射振子21与第三金属辐射振子23构成沿第一方向共线布设的第一偶极子振动器，第二金属辐射振子22与第四金属辐射振子24构成沿第二方向共线布设的第二偶极子振动器，第一方向与第二方向垂直，第一缝隙201为矩形缝隙，第一金属辐射振子21和第三金属辐射振子23上的矩形缝隙的长边沿第二方向布设，第二金属辐射振子22和第四金属辐射振子24上的矩形缝隙的长边沿第二方向布设，如图3所示，第一方向与水平方向的夹角为-45
°
，第一方向的与水平方向的夹角为45
°
。
72.本实施例中，矩形缝隙的两端对称布设有上下贯通金属辐射振子2的第二缝隙202，第二缝隙202与矩形缝隙的短边连通，第二缝隙202连通矩形缝隙的边与矩形缝隙的长边垂直，形成h型缝隙；与一字型的矩形缝隙201加载相比，h型缝隙的电容值比一字型的大：c
h型缝隙
＞＞c
矩形缝隙
，可以在工作频带内的高频段附近，大大提升该天线的辐射性能。可选地，h型缝隙的长度为5～10毫米，宽度为1～2毫米。
73.本实施例中，第二缝隙202为扇形或多边形。可选地，第二缝隙202为扇形，圆弧边的过渡性更加，能提升信号的稳定性。
74.本实施例中，金属辐射振子2上布设有金属馈电探针3，介质基板1上开设有用于穿过金属馈电探针3的通孔11，金属馈电探针3包括第一金属馈电探针31、第二金属馈电探针32、第三金属馈电探针33及第四金属馈电探针34，第一金属馈电探针31、第二金属馈电探针32、第三金属馈电探针33及第四金属馈电探针34分别与第一金属辐射振子21、第二金属辐射振子22、第三金属辐射振子23及第四金属辐射振子24一一对应地布设，第一金属馈电探
针31的中心点与第三金属馈电探针33的中心点的连线沿第一方向布设，第二金属馈电探针32的中心点与第四金属馈电探针34的中心点的连线沿第二方向布设，金属馈电探针3与金属辐射振子2焊接。可选地，金属馈电探针3的半径为1～2毫米。
75.本实施例中，金属蝶形巴伦4包括第一金属蝶形巴伦41及第二金属蝶形巴伦42，第一金属蝶形巴伦41包括第一等腰梯形翼片411、第二等腰梯形翼片412及第一连接桥413，第一连接桥413的轴心线沿第一方向布设，第一连接桥413的两端分别连接第一等腰梯形翼片411的短边与第二等腰梯形翼片412的短边，第二金属蝶形巴伦42与第一金属蝶形巴伦41的结构相同，第二金属蝶形巴伦42包括，第三等腰梯形翼片421、第四等腰梯形翼片422及，第二连接桥423，第二金属蝶形巴伦42的第二连接桥423沿第二方向布设，且第二连接桥423与第一连接桥413异面垂直，该蝶形巴伦馈电从传统同轴线演化而来，完全不同于同轴线或任何微带馈电巴伦。可选地，金属蝶形巴伦4的宽度为10～15毫米，高度为8～15毫米。
76.本实施例中，同轴线7与金属馈电探针焊接，同轴线7为标准同轴线，其特性阻抗为50欧姆，同轴线7包括结构相同的第一同轴线71和第二同轴线72，第一同轴线71的第一金属导体内芯711贯穿第一等腰梯形翼片411并与第一金属馈电探针31连接，第一同轴线71的第一金属外导体713通过第二等腰梯形翼片412与第三金属馈电探针33连接，第一金属导体内芯711与第一金属外导体713之间和第一金属导体内芯711与第一等腰梯形翼片411之间布设有介质填充712，第二同轴线72的第二金属导体内芯721贯穿第二金属蝶形巴伦42的第三等腰梯形翼片421并与第二金属馈电探针32连接，第二同轴线72的第二金属外导体723通过第二金属蝶形巴伦42的第四等腰梯形翼片422与第四金属馈电探针34连接，第二金属导体内芯721与第二金属外导体723之间和第二金属导体内芯721与第三等腰梯形翼片421之间布设有介质填充722。
77.本实施例中，第一金属馈电探针31与第一等腰梯形翼片411之间布设有第一介质柱91，第一介质柱91套设于第一金属导体内芯711上，第二金属馈电探针32与第三等腰梯形翼片421之间布设有第二介质柱92，第二介质柱92套设于第二金属导体内芯721上；以避免同轴线7的金属导体内芯、金属馈电探针3与金属蝶形巴伦4的接触而导致短路。可选地，第一介质柱91和第二介质柱92的相对介电常数均为2.1～3，介质损耗角均为0.0004～0.001。
78.本实施例中，金属底座5上布设有用于抵接第二等腰梯形翼片412的第三介质柱93及用于抵接第四等腰梯形翼片422的第四介质柱94，以保持金属底座5与金属蝶形巴伦4之间的间隙。可选地，蝶形巴伦31和32与金属底座5之间的缝隙为0.5～1.5毫米。可选地，第三介质柱93和第四介质柱94的相对介电常数均为2.1～3，介质损耗角均为0.0004～0.001。
79.本实施例中，金属栅栏8为两排，以减少电磁波信号泄漏。可选地，金属栅栏8由四十条金属细条组成，每十条金属细条分为一组，每组为两排，每排五个，每个金属细条垂直地插入与其对应的金属接地板6上的安装孔，并与金属接地板6焊接在一起，从而包围四个金属辐射振子2，金属栅栏8与金属接地板6一起工作，以反射向后的电磁波信号。可选地，金属细条为长方体，金属细条的高度为10～25毫米，宽度为3～5毫米，厚度为1～2毫米。
80.实施例一
81.一种蝶形巴伦馈电的双极化交叉偶极子天线，其具体尺寸参数如下，单位均为mm，如图18所示，第一介质柱91的高度为h
ds
＝1mm，金属底座5与金属蝶形巴伦4之间的间距为h
slot
＝1mm，金属馈电探针3与金属辐射振子2连接的一端的直径为d
p1
＝4mm，金属馈电探针3
另一端的直径为d
p2
＝3mm，第三金属馈电探针3的高度为h
probe
＝3mm，第一连接桥413的厚度为h
bri
＝1mm，第一连接桥413的长度为l
bri
＝1.5mm，第三介质柱93的直径为d
ds3
＝3mm，第三介质柱93的高度为h
ds3
＝4.5mm，金属蝶形巴伦4的高度为h
bb
＝10mm，金属底座5的高度为h
mp
＝5mm，金属栅栏8的高度为h
fence
＝15mm，金属接地板6的底面到金属馈电探针3顶面的高度为h
ant
＝18.5mm；如图19所示，相邻两个金属辐射振子2之间的间距为g
ant
＝0.5mm，相邻的两个金属辐射振子2的最大宽度为l
ant
＝36.5mm，矩形缝隙201的长度为l
aslot1
＝10mm，矩形缝隙201的宽度为w
aslot1
＝3.8mm，h型缝隙的总长度为l
aslot2
＝14.8mm，h型缝隙两端伸出矩形缝隙201的长度为w
aslot2
＝3mm，相邻的两个金属馈电探针3中心的间距为d
probe
＝5.3mm；如图20所示，第一等腰梯形411与第四等腰梯形422之间的缝隙为g
bb
＝1mm，第一等腰梯形411的腰的长度为l
bb1
＝7mm，第一等腰梯形411的长边的长度为l
bb2
＝11.5mm，第一金属蝶形巴伦41的长度为l
bb3
＝13mm，第一连接器413的宽度为w
bri
＝1.5mm，第一连接器413的长度为l
bri
＝3mm；如图21所示，如图19所示，组成金属栅栏8的金属细条的长度为w
fence
＝5mm，金属细条的宽度为t
fence
＝1mm，相邻的两个金属细条的中心的间距为dy
fence
＝8mm，金属细条与金属接地板6边缘的间距为dx
fence
＝5mm，两排金属栅栏8之间的间距为dx
fence
＝5mm，金属接地板6的长度为l
gnd
＝65mm。
82.图14是金属辐射振子上无缝隙时，贴片天线的电场绝对值仿真结果图；图15是金属辐射振子上无缝隙时，贴片天线的方向图仿真结果图；图16是金属辐射振子上设置h缝隙加载时，贴片天线的电场绝对值仿真结果图；图17是金属辐射振子上设置h缝隙加载时，贴片天线的方向图仿真结果图。图15和图17中的天线为不加金属接地板时的仿真模型。从仿真出来的方向图可以看出，电磁波信号是沿
±
z方向同时辐射的。这两个图仅用来展示h缝隙加载前后，偶极子天线辐射性能的差别。实际加工出来的且满足实际工程需要的交叉极化偶极子天线具有金属接地板6，故电磁波信号仅沿+z方向传播，增益比不加金属接地板时高3dbi左右。各个频点、贴片天线的电磁性能具体见表1。
83.表1各个频点，贴片天线的电磁性能比较
[0084][0085]
表1中，
①
为无缝隙加载天线，
②
为h型缝隙加载天线，从表中数据可得出：
[0086]
(1)电场最大值：
②
比
①
高1～2db(v/m)；
[0087]
(2)增益：
①
的范围为-0.2057～2.775dbi，
②
的范围为-0.434～4.174dbi；
[0088]
(3)效率：
①
的范围为-5.102～-0.4208db，
②
的范围为-2.497～-0.3988db。
[0089]
综上所述，h型缝隙加载天线的性能有显著提升。
[0090]
图22是天线端口反射系数以及隔离系数的仿真和实测结果；其中，s
11
表示天线端口的反射系数，s
21
表示两个端口的隔离系数。从图中可以看出，天线的工作频率从2.3ghz到6ghz，两个端口的隔离系数小于-15db。
[0091]
图23是天线增益的仿真和实测结果；其中，在工作频带的低端，天线的增益近似为6dbi；在工作频带的高端，其增益近似为7dbi。
[0092]
图24是天线的e面实测方向图，图24(a)为3ghz的结果，图24(b)为4ghz的结果，图24(c)为5ghz的结果，图24(d)为6ghz的结果；同时，包括交叉极化下的方向图数据。
[0093]
图25是天线的h面实测方向图，图25(a)为3ghz的结果，图25(b)为4ghz的结果，图25(c)为5ghz的结果，图25(d)为6ghz的结果；同时，包括交叉极化下的方向图数据。
[0094]
从图24和图25中可以看到，该天线在整个工作频带内辐射性能稳定，方向图的极化隔离度在-20db以下。
[0095]
本实施例的蝶形巴伦馈电的双极化交叉偶极子天线，蝶形巴伦馈电从传统同轴线演化而来，完全不同于同轴线或任何微带馈电巴伦，能实现从2.3ghz到6ghz的超宽频带内高性能电磁辐射，在2.3-6ghz的整个频带上，实现了从2.3-6ghz到89％的宽带宽s11《-10db，e平面和h平面辐射方向图稳定，极化隔离度大于15db；此外，在整个频带中，e平面和h平面辐射图是稳定的。并且在共极化和交叉极化之间的隔离度大于15db。所提出的天线可以实现低频带6dbi和高频带7dbi的高增益；在平台空间有限的雷达、通信及遥测遥感等无线电通信系统中，尤其是sub-6 ghz 5g应用领域中，该天线应用前景十分广阔。
[0096]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，其特征在于，包括：介质基板(1)，交叉极化偶极子振动器，布设于所述介质基板(1)的上表面，且包括两个偶极子振动器，每个偶极子振动器包括两个共线布设的金属辐射振子(2)，相邻的两个所述金属辐射振子(2)之间的间隙相等，馈电结构，布设于所述介质基板(1)的下方，所述馈电结构包括金属蝶形巴伦(4)及同轴线(7)，所述同轴线(7)的轴心垂直于所述介质基板(1)布设，所述同轴线(7)包括同轴布设的金属导体内芯及金属外导体，所述金属导体内芯贯穿所述金属蝶形巴伦(4)并与所述偶极子振动器的一个金属辐射振子(2)连接，所述金属外导体通过所述金属蝶形巴伦(4)与所述偶极子振动器的另一个金属辐射振子(2)连接，所述金属导体内芯与所述金属外导体之间和/或所述金属导体内芯与所述金属蝶形巴伦(4)之间布设有介质填充，金属接地板(6)，与所述介质基板(1)平行布设，金属底座(5)，布设于所述金属接地板(6)上，且位于所述金属蝶形巴伦(4)的正下方，所述金属底座(5)的上表面与金属蝶形巴伦(4)的底面之间留有间隙，金属栅栏(8)，垂直布设于所述金属接地板(6)上，并呈中心对称排布于所述交叉极化偶极子振动器的周围，所述交叉极化偶极子振动器的正交中心位于多个所述金属栅栏(8)的中心对称轴线上，所述金属辐射振子(2)上开设有上下贯通所述金属辐射振子(2)的第一缝隙(201)，以增大所述蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线的等效电路的电容。2.根据权利要求1所述的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述金属辐射振子(2)包括第一金属辐射振子(21)、第二金属辐射振子(22)、第三金属辐射振子(23)及第四金属辐射振子(24)，所述第一金属辐射振子(21)与所述第三金属辐射振子(23)构成沿第一方向共线布设的第一偶极子振动器，所述第二金属辐射振子(22)与所述第四金属辐射振子(24)构成沿第二方向共线布设的第二偶极子振动器，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第一缝隙(201)为矩形缝隙，所述第一金属辐射振子(21)和所述第三金属辐射振子(23)上的所述矩形缝隙的长边沿第二方向布设，所述第二金属辐射振子(22)和所述第四金属辐射振子(24)上的所述矩形缝隙的长边沿第二方向布设。3.根据权利要求2所述的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述矩形缝隙的两端对称布设有上下贯通所述金属辐射振子(2)的第二缝隙(202)，所述第二缝隙(202)与所述矩形缝隙的短边连通，所述第二缝隙(202)连通所述矩形缝隙的边与所述矩形缝隙的长边垂直。4.根据权利要求3所述的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述第二缝隙(202)为扇形或多边形。5.根据权利要求2至4中任一项所述的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述金属辐射振子(2)上布设有金属馈电探针(3)，所述介质基板(1)上开设有用于穿过所述金属馈电探针(3)的通孔(11)，
所述金属馈电探针(3)包括第一金属馈电探针(31)、第二金属馈电探针(32)、第三金属馈电探针(33)及第四金属馈电探针(34)，所述第一金属馈电探针(31)的中心点与所述第三金属馈电探针(33)的中心点的连线沿第一方向布设，所述第二金属馈电探针(32)的中心点与第四金属馈电探针(34)的中心点的连线沿第二方向布设。6.根据权利要求5所述的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述金属蝶形巴伦(4)包括第一金属蝶形巴伦(41)及第二金属蝶形巴伦(42)，第一金属蝶形巴伦(41)包括第一等腰梯形翼片(411)、第二等腰梯形翼片(412)及第一连接桥(413)，所述第一连接桥(413)的轴心线沿第一方向布设，所述第一连接桥(413)的两端分别连接所述第一等腰梯形翼片(411)的短边与所述第二等腰梯形翼片(412)的短边，所述第二金属蝶形巴伦(42)与所述第一金属蝶形巴伦(41)的结构相同，所述第二金属蝶形巴伦(42)的第二连接桥(423)沿第二方向布设，且所述第二连接桥(423)与第一连接桥(413)异面垂直。7.根据权利要求6所述的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述同轴线(7)包括结构相同的第一同轴线(71)和第二同轴线(72)，所述第一同轴线(71)的第一金属导体内芯(711)贯穿所述第一等腰梯形翼片(411)并与第一金属馈电探针(31)连接，所述第一同轴线(71)的第一金属外导体(713)通过所述第二等腰梯形翼片(412)与所述第三金属馈电探针(33)连接，所述第二同轴线(72)的第二金属导体内芯(721)贯穿所述第二金属蝶形巴伦(42)的第三等腰梯形翼片(421)并与第二金属馈电探针(32)连接，所述第二同轴线(72)的第二金属外导体(723)通过所述第二金属蝶形巴伦(42)的第四等腰梯形翼片(422)与所述第四金属馈电探针(34)连接。8.根据权利要求7所述的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述第一金属馈电探针(31)与所述第一等腰梯形翼片(411)之间布设有第一介质柱(91)，所述第一介质柱(91)套设于所述第一金属导体内芯(711)上，所述第二金属馈电探针(32)与所述第三等腰梯形翼片(421)之间布设有第二介质柱(92)，所述第二介质柱(92)套设于所述第二金属导体内芯(721)上。9.根据权利要求8所述的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述金属底座(5)上布设有用于抵接所述第二等腰梯形翼片(412)的第三介质柱(93)及用于抵接所述第四等腰梯形翼片(422)的第四介质柱(94)。10.根据权利要求1所述的蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，其特征在于，所述金属栅栏(8)为两排。

技术总结
本发明公开了一种蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线，包括：介质基板、交叉极化偶极子振动器、馈电结构、金属栅栏，所述金属辐射振子上开设有上下贯通所述金属辐射振子的第一缝隙，以增大所述蝶形巴伦馈电双极化交叉偶极子天线的等效电路的电容；该天线通过改进馈电结构和金属辐射振子，从而大幅提升天线的性能，其结构紧凑，具有从2.3GHz到6GHz的宽阻抗带宽，其隔离度达到15dB以上；此外，在整个频带中，E平面和H平面辐射图是稳定的，并且在共极化和交叉极化之间的隔离度大于15dB能实现低频带6dBi和高频带7dBi的高增益，在平台空间有限的雷达、通信及遥测遥感等无线电通信系统中，尤其是Sub-6GHz5G应用领域中，应用前景十分广阔。分广阔。分广阔。


技术研发人员：吴微微 王少植 马育红 颜雨晨 胡学溢 史桐桐 许逸轩 袁乃昌
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/9/23