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基于串并聯結合饋電的高增益垂直極化全向天線

2022年電子技術應用第10期

王琛1，徐慧娟2，楊龍3，周文濤3，王娜3

1.航天系統部裝備部軍代局駐成都地區軍代室，四川成都610036； 2.中國人民解放軍63620部隊，甘肅蘭州730000；3.西南電子技術研究所，四川成都610036

摘要： 采用基于串并聯結合饋電的方法設計了一種高增益垂直極化全向天線。采用印刷偶極子天線作為基本輻射單元；將4個該基本輻射單元組成串饋陣列以提高天線增益；為進一步提高天線增益和改善串饋陣方向圖的頻偏特性，將兩個四元串饋陣列并聯起來，并通過微帶線從并聯中心饋電；最后將金屬支撐與微帶饋電網絡對稱設計，實現良好的饋電和改善水平面方向圖的不圓度。制作了天線實物并進行了測試，實物的測試結果表明，天線在7.4 GHz~8.4 GHz的頻段內VSWR≤2，阻抗帶寬為13%。在工作頻段內天線方向圖不圓度小于2.5 dB，增益大于8 dB。此外，天線的橫向尺寸小于0.7λ0。該天線結構緊湊、加工方便、性能優良, 可應用于寬帶、高增益、全向空域覆蓋的通信系統中。

關鍵詞： 印刷偶極子串并聯饋電高增益垂直極化全向天線

中圖分類號： TN820.1
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222874
中文引用格式： 王琛，徐慧娟，楊龍，等. 基于串并聯結合饋電的高增益垂直極化全向天線[J].電子技術應用，2022，48(10)：97-102.
英文引用格式： Wang Chen，Xu Huijuan，Yang Long，et al. A high gain vertically polarized ominidirectional antenna based on series-parallel fending method[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(10)：97-102.

A high gain vertically polarized ominidirectional antenna based on series-parallel fending method

Wang Chen1，Xu Huijuan2，Yang Long3，Zhou Wentao3，Wang Na3

1.The Military Representative Office of the Equipment Department of the Aerospace System Department in Chengdu， Chengdu 610036，China； 2.Unit 63620 of the PLA，Lanzhou 730000，China；3.Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China

Abstract： A vertically polarized omnidirectional antenna with high gain is proposed based on the method of series-parallel feeding. Firstly, a printed dipole antenna is used as the basic radiation unit, and then four of the basic radiation units are formed into a series-fed array to improve the antenna gain. Secondly, in order to further increase antenna gain and make the antenna patterns of the series-fed array desensitize to frequency, two four-element series-fed arrays are connected in parallel and fed from the center through a parallel feed network. Finally, the metal support and the microstrip feeding network are symmetrically designed to achieve good feeding and improve the unevenness of the pattern in the horizontal plane. The antenna was fabricated and measured. The experimental results show that the impedance bandwidth of the antenna is 13% and the VSWR≤2 in the frequency range of 7.4 GHz~8.4 GHz. The gain variations in the horizontal plane less than 2.5 dB and the gains are more than 8 dB across the operating band. In addition, the transverse size of the antenna is less than 0.7λ0. The antenna has the advantages of compact structure, convenient processing and excellent performance. It can be used in wide-band, high-gain and wide-angle space coverage communication systems.

Key words : printed dipole；series-parallel fending；high gain；vertically polarized omnidirectional antenna

0 引言

隨著現代無線通信技術的飛速發展，具有穩定的全向波束覆蓋能力的垂直極化全向天線越來越受到人們的重視^[1-4]。然而它們中的大多數很難同時滿足寬帶寬、高增益、結構緊湊、簡單可行的饋電網絡等要求，大大限制了其應用范圍。

通常，垂直偶極子和單極子是最常見的垂直極化全向天線^[5-6]。然而，它們的窄帶寬和有限的增益仍然是未來應用的挑戰。通過將長同軸電纜的內外導體互換，同軸共線天線可以獲得10 dB^[7-8]以上的增益，但是阻抗帶寬往往較窄(小于10%)。然后，學者提出了一種全向平面微帶天線^[9]和一種全向平面縫隙天線^[10]，它們分別由一系列交替布置在每個結合處的微帶天線段和一系列刻蝕在兩條平行帶線上的矩形環槽組成，雖然它們可以達到6 dB以上的高增益，但是它們的阻抗帶寬都小于10%，而且它們的波束方向對工作頻率很敏感，導致不穩定的輻射方向圖。文獻[11]中的平面垂直極化全向天線采用背靠背的印刷偶極子單元排列獲得較高的增益，但帶寬僅為5.5%。在文獻[12]中，采用非對稱偶極子和寄生條可實現雙頻帶寬，相對帶寬分別為20.2%和21.3%，它在兩個頻帶的增益都在6.5 dBi以上。在文獻[13]中，學者提出了一種新型的垂直極化全向天線，該天線采用3個單元，每個單元由三維偶極子和寄生偶極子垂直安裝組成，每個單元與與相鄰單元呈120°夾角，使阻抗帶寬超過30%，增益從5.7 dB增加到8.0 dB。文獻[14]提出了一種非對稱U形柱寬帶全向天線陣列，采用非對稱U形柱天線激勵附加諧振模式，其工作帶寬可超過30%。然而不足的是，文獻[12]-[14]中的這3個天線的良好性能均以犧牲橫向尺寸為代價，造成龐大而復雜的幾何形狀。

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作者信息：

王琛1，徐慧娟2，楊龍3，周文濤3，王娜3

(1.航天系統部裝備部軍代局駐成都地區軍代室，四川成都610036；

2.中國人民解放軍63620部隊，甘肅蘭州730000；3.西南電子技術研究所，四川成都610036)

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