本發(fā)明涉及一種無線通信天線設(shè)備與技術(shù)，特別是涉及超寬帶高增益八木天線及其技術(shù)。

背景技術(shù)：

長期以來，高增益天線一直是無線通信尤其是點(diǎn)對點(diǎn)定向通信的關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)瓶頸，因此始終是天線研究領(lǐng)域的重要課題。迄今為止，人們所發(fā)明的高增益天線種類繁多，常用或典型的高增益天線包括：拋物反射面天線(Parabolic Reflectors)、宇田-八木天線(Yagi-Uda Antennas)、電磁喇叭天線(EM Horn Antennas)、透鏡天線(Lens Antennas)、軸向模螺旋天線(Axial-mode Helix Antennas)、Fabry-Perot腔體天線、以及常規(guī)陣列天線(Array Antennas)。各種高增益天線都有各自適用的場景，比如拋物面天線具有很高的增益(>35dBi)，適合于微波、毫米波鏈路通信，但尺寸大、風(fēng)載大；常規(guī)陣列天線，增益可在很大范圍內(nèi)靈活設(shè)計(通常在10～25dBi)，但饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計復(fù)雜、損耗大、成本高；軸向模螺旋為寬帶圓極化天線，直徑與波長成正比，不適合低頻和線極化通信；透鏡天線適合高頻應(yīng)用，且加工復(fù)雜、成本高；同樣，F(xiàn)abry-Perot腔體天線也適合于高頻，但增益難以突破15dBi、且?guī)捿^窄；電磁喇叭天線帶寬寬、效率高，但體積大、重量重，不適合低頻應(yīng)用。

綜上所述，各類高增益口徑面天線增益與口徑面積成正比，這種特性決定了其不適合低頻應(yīng)用。相比之下，八木天線具有窄波束、線極化、高效率、重量輕、風(fēng)載小、結(jié)構(gòu)簡單、低成本等諸多優(yōu)勢，是一種適合低頻高增益通信的理想天線類型。因此，自20世紀(jì)40年代發(fā)明以來，已廣泛應(yīng)用于短波、雷達(dá)、無線電測向、電子對抗、移動通信等領(lǐng)域。然而，單支八木天線的增益很難超過14dBi，即使增加更多引向振子也無法有效提升增益。若將多支八木天線組陣，則可顯著提升增益，比如八木雷達(dá)天線。然而，這需要設(shè)計復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，尺寸和成本都將大大增加。另外，八木天線的帶寬較窄，阻抗帶寬和增益帶寬通常低于18％和15％。因此，改善增益和增加帶寬是八木天線性能提升的兩個重要方向，這將使這種經(jīng)典天線的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展，煥發(fā)出嶄新的光彩。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在為點(diǎn)對點(diǎn)定向通信提供一種超寬帶、高增益、高前后比、低旁瓣、高交叉極化比、高效率，以及小型化、低風(fēng)載、低成本的超寬帶高增益八木天線，并為雙極化八木天線和八木陣列天線的優(yōu)化設(shè)計和性能改進(jìn)提供有益的參考方法。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的，提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種超寬帶高增益八木天線，其包括寬帶折合振子激勵單元、一分二微帶功分器、第一引向單元、反射板。該寬帶折合振子激勵單元為采用導(dǎo)體片彎折而成的矩形框結(jié)構(gòu)，該矩形框結(jié)構(gòu)的一側(cè)長邊中部斷開形成饋電間隙，在饋電間隙處該導(dǎo)體片兩端高度逐漸變小，形成錐銷結(jié)構(gòu)；該一分二微帶功分器的輸入端遠(yuǎn)離寬帶折合振子激勵單元，兩輸出端則通過金屬柱分別連接該寬帶折合振子激勵單元的饋電間隙的兩端；該第一引向單元為半波振子，其設(shè)置在寬帶折合振子激勵單元高度方向一側(cè)，并與寬帶折合振子激勵單元平行；所述反射板設(shè)置在寬帶折合振子激勵單元高度方向另一側(cè)，也與寬帶折合振子激勵單元平行。所述超寬帶高增益八木天線的寬帶折合振子激勵單元采用雙饋電點(diǎn)方案，以實現(xiàn)高增益，且選用折合振子，以獲得較寬帶寬和良好匹配。

優(yōu)選的，該超寬帶高增益八木天線進(jìn)一步包括在第一引向單元外側(cè)依次放置的第二至第N(N≥2)個引向單元；所述引向單元之間平行設(shè)置，相鄰引向單元間距約四分之一波長左右。

優(yōu)選的，該第一引向單元設(shè)置在寬帶折合振子激勵單元高度方向一側(cè)距離其中心約四分之一波長處。

優(yōu)選的，該反射板設(shè)置在寬帶折合振子激勵單元高度方向另一側(cè)距離其中心約四分之一波長處，反射長寬均大于寬帶折合振子激勵單元。

優(yōu)選的，該寬帶折合振子激勵單元的矩形框結(jié)構(gòu)的寬長比為0.25～0.45。

優(yōu)選的，在矩形框?qū)掃呏胁繉ΨQ加載一對短樁，短樁垂直于寬邊朝外突出。

優(yōu)選的，該一分二微帶功分器的兩支路各節(jié)線寬相等、長度則相差約半個導(dǎo)波波長，兩支路均設(shè)計成多節(jié)四分之一波長阻抗變換器。

優(yōu)選的，其進(jìn)一步包括保護(hù)腔體，該一分二微帶功分器設(shè)置在保護(hù)腔體內(nèi)，該保護(hù)腔體為封閉盒狀結(jié)構(gòu)，在保護(hù)腔體在前側(cè)壁設(shè)有側(cè)壁孔，在后端壁設(shè)有端壁孔；該一分二微帶功分器的信號層和地層與保護(hù)腔體兩側(cè)內(nèi)壁平行，且信號層與腔體內(nèi)壁相隔一定的距離，天線中的饋電電纜(50Ω饋電電纜)自保護(hù)腔體后端壁孔伸入保護(hù)腔體內(nèi)部后，與一分二微帶功分器的微帶饋線的輸入端連接；該寬帶折合振子激勵單元饋電端從保護(hù)腔體前側(cè)壁孔伸入內(nèi)部，并通過金屬柱與一分二微帶功分器輸出端連接，饋電金屬柱距功分器輸出端末端有一定的距離。

優(yōu)選的，其進(jìn)一步包括水平設(shè)置的支撐橫桿，該支撐橫桿為金屬桿；該寬帶折合振子激勵單元、第一引向單元、第二至第N個引向單元、保護(hù)腔體、反射板垂直固定于該支撐橫桿；該保護(hù)腔體部分地嵌入到支撐橫桿中，并且在反射板上開一矩形孔，該保護(hù)腔體尾端從矩形孔中穿過；天線增益越高，引向單元數(shù)量越多。

優(yōu)選的，該一分二微帶功分器的較長的支路饋線進(jìn)行幾何彎折，兩支路的末端開路、相互對稱且彼此隔離。

優(yōu)選的，保護(hù)腔體前側(cè)壁孔尺寸大于寬帶折合振子激勵單元的饋電端高度和寬度，以保證振子不短路。

優(yōu)選的，引向單元比寬帶折合振子激勵單元短，反射板尺寸比寬帶折合振子激勵單元大。

優(yōu)選的，相鄰兩引向單元后一個長度不大于前一個引向單元，即第N引向單元長度小于或等于第N-1個引向單元。

優(yōu)選地，所述超寬帶高增益八木天線的一分二微帶功分器，較長的支路饋線進(jìn)行幾何彎折以縮減尺寸。

優(yōu)選地，所述超超寬帶高增益八木天線的寬帶折合振子激勵單元、引向單元、反射板、保護(hù)腔體和支撐桿的制作材料選用金屬良導(dǎo)體，如紫銅(純銅)、合金銅(如黃銅)、純鋁等。

優(yōu)選地，所述超超寬帶高增益八木天線的一分二微帶功分器采用PCB印制工藝加工，基板材料選用FR4，Taconic、Rogers和Arlon等常見介質(zhì)板材。

本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的設(shè)計方法包括以下步驟：

步驟一，建立空間直角坐標(biāo)系；

步驟二，構(gòu)造寬帶折合振子激勵單元：在YOZ平面，順著Z軸方向畫一個長矩形，Y軸為寬度方向，長度大于寬度，寬長比為0.25～0.45，左側(cè)或右側(cè)長邊中心斷開形成間隙。然后，長矩形沿X軸方向拉伸成一定高度的矩形框，再將其沿寬度方向加厚成導(dǎo)體薄片，然后讓矩形框的高度在靠近饋電間隙處逐漸錐銷，形成饋電間隙。最后，在矩形框?qū)掃呏行膶ΨQ加載一對短樁；

步驟三，構(gòu)造一分二微帶功分器：在XOZ平面，順著步驟二的矩形框高度方向，構(gòu)造一個一分二微帶功分器。一分二微帶功分器的輸入端遠(yuǎn)離寬帶折合振子激勵單元，兩輸出端則通過金屬柱分別連接寬帶折合振子激勵單元的長邊中心饋電間隙的兩端；兩支路各節(jié)線寬相等、長度則相差約半個導(dǎo)波波長，從而保證兩輸出端信號等幅反相(相位相差180°)，以實現(xiàn)天線的高增益；

步驟四，構(gòu)造保護(hù)腔體：為使天線能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境，將功分板放置在一個封閉金屬腔體內(nèi)部保護(hù)起來。同時，分別在腔體后端及前端兩側(cè)開孔，以便饋電電纜和折合振子的饋電端穿入；

步驟五，放置第一引向單元：在寬帶折合振子激勵單元高度方向一側(cè)距離其中心約四分之一波長處，放置一個與寬帶折合振子激勵單元平行、長度略短的常規(guī)半波振子作為引向單元；

步驟六，放置反射板：在步驟五的寬帶折合振子激勵單元高度方向另一側(cè)，距離其中心約四分之一波長處，放置一塊長寬均大于寬帶折合振子激勵單元的反射板；

步驟七，放置剩余引向單元：在第一引向單元外側(cè)依次放置第二至第N(N≥2)個引向單元，它們均與第一引向單元及寬帶折合振子激勵單元平行，相鄰引向單元間距約四分之一波長左右；

步驟八，添置支撐橫桿：沿X軸方向(水平方向)放置一根支撐橫桿，本實施例中該支撐橫桿為金屬桿，將上述步驟中的寬帶折合振子激勵單元、第一引向單元、第二至第N個引向單元、保護(hù)腔體、反射板垂直固定于支撐橫桿，使得天線在結(jié)構(gòu)上形成一個整體；

步驟九，固定保護(hù)腔體：為了更好優(yōu)化天線結(jié)構(gòu)，支撐橫桿上設(shè)置矩形槽，將保護(hù)腔體部分地嵌入到支撐橫桿矩形槽中，并且在反射板上開一矩形孔，以便保護(hù)腔體尾端能從中穿過；

步驟十，連接饋電電纜：將50Ω同軸電纜自保護(hù)腔體尾端孔伸入保護(hù)腔體內(nèi)部后，與一分二微帶功分器的微帶饋線的輸入端連接。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于，通過采取下列措施：1)設(shè)計超寬帶高增益折合振子激勵單元，即為矩形框選擇合適的長寬比值，一側(cè)長邊的中間間隙處高度進(jìn)行錐銷，寬邊中心加載豎直短樁；2)設(shè)計一分二微帶功分器，兩支路設(shè)計成多節(jié)四分之一波長阻抗變換器，且它們的饋線長度相差半個導(dǎo)波波長，微帶饋線彎折處適當(dāng)切角；3)為微帶功分器設(shè)計金屬保護(hù)腔體；4)優(yōu)化各引向器長度及間距；5)優(yōu)化反射板的形狀、尺寸及位置，獲得了較常規(guī)方案顯著的性能提升：一、阻抗帶寬大大展寬，高達(dá)27.5％，實現(xiàn)了超寬帶工作(≥25％)，而常規(guī)方案的帶寬通常小于18％；二、帶內(nèi)增益顯著提高，高達(dá)17dBi，較常規(guī)方案提升了3dBi，且3dBi增益帶寬增加了近一倍；三、更優(yōu)的前后比，帶內(nèi)前后比大于14.6dB；四、更低的旁瓣電平，帶內(nèi)旁瓣電平優(yōu)于-10dB；五、較高的效率，帶內(nèi)效率大于85％；六、更緊湊和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，保護(hù)腔體使得可靠性大大改善。

本發(fā)明的超寬帶高增益八木天線，在1.70-2.243GHz頻帶內(nèi)實現(xiàn)了：1、超寬阻抗帶寬(VSWR≤2.0,BW＝27.5％)；2、顯著的增益提升，帶內(nèi)增益高于13.80dBi，最高達(dá)到17.01dBi，僅低頻較窄頻帶內(nèi)增益稍低，高頻段則均高于15dBi，3dBi增益帶寬為27.04％，幾乎與阻抗帶寬27.5％相當(dāng)；3、理想的波束形狀，帶內(nèi)E/H-面半功率波束寬度相等，變化范圍為HPBW＝22°～35°；4、較好的前后比，帶內(nèi)FTBR大于14.6dB，最高達(dá)到38dB；5、較低的旁瓣電平，帶內(nèi)E面歸一化SLL小于-10dB，最低達(dá)到-21dB；6、較高的效率，帶內(nèi)效率大于85％；7、低風(fēng)載和高可靠性，適合室外定向通信；8、結(jié)構(gòu)簡單，低成本，適合批量生產(chǎn)。

綜上所述，本發(fā)明摒棄了單靠施加眾多引向單元實現(xiàn)高增益的常規(guī)思路，獨(dú)特地采用雙饋折合振子饋源、設(shè)置較多引向單元和合適的反射板，通過提高激勵單元的增益和帶寬以實現(xiàn)整支八木天線增益和帶寬改善。具體實施方式如下：一、設(shè)計寬帶增益改善激勵單元，半波折合振子饋源采用等幅反相的一分二功分器兩點(diǎn)饋電；二、設(shè)置引向器，在激勵單元前方依次放置N個與折合振子平行的引向單元，并適當(dāng)選擇單元長度和彼此間距；三、放置反射板，在激勵單元正后方約四分之一波長處，放置一尺寸大于半波長的方形或圓形反射板。采用上述措施，本發(fā)明實現(xiàn)了八木天線在1.70-2.243GHz頻段(LTE+WCDMA+UMTS)良好的阻抗匹配(VSWR≤2.0，BW＝27.5％)、高增益(G＝13.80-17.01dBi)、高前后比(FTBR≥14.6dB)、低旁瓣(SLL≤-10dB)、高交叉極化比(XPD≥35dB)、較高效率(η_A≥85％)，以及低風(fēng)載和高可靠性，是一種適合遠(yuǎn)距離點(diǎn)對點(diǎn)通信的理想天線方案。另外，該方法還具有思路新穎、原理清晰、方法普適、實現(xiàn)簡單、低成本、適合批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，是取代常規(guī)八木天線的優(yōu)選方案，而且對于雙極化八木天線和八木陣列天線的設(shè)計和改進(jìn)也是適用和有效的。

【附圖說明】

圖1為天線模型所采用的直角坐標(biāo)系定義的示意圖；

圖2～5為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的寬帶折合振子激勵單元模型的構(gòu)建過程圖，其中圖2表示缺口矩形構(gòu)建，圖3表示缺口矩形拉伸為矩形框，圖4表示缺口矩形框加厚并將缺口處錐銷，圖5表示在缺口切角矩形框的寬邊中間加載一對豎直短樁；

圖6為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的一分二微帶功分器的正視圖；

圖7為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的一分二微帶功分器的側(cè)視圖；

圖8為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的功分器保護(hù)腔體的正視圖；

圖9為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的功分器保護(hù)腔體的仰視圖；

圖10為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的功分器保護(hù)腔體的右視圖；

圖11為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的的功分器置于保護(hù)腔體內(nèi)部的模型圖；

圖12為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的的寬帶折合振子激勵單元與一分二微帶功分器及保護(hù)腔體的裝配右視圖；

圖13為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的的寬帶折合振子激勵單元與一分二微帶功分器及保護(hù)腔體的裝配正視圖；

圖14為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的的寬帶折合振子激勵單元與一分二微帶功分器及保護(hù)腔體的裝配俯視圖；

圖15為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的寬帶折合振子激勵單元與一分二微帶功分器及保護(hù)腔體的裝配立體圖；

圖16為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的帶第一引向單元部分模型正視圖；

圖17為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的帶第一引向單元部分模型俯視圖；

圖18為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的帶第一引向單元部分模型側(cè)視圖；

圖19為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的帶第一引向單元和反射板的部分模型正視圖；

圖20為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的帶第一引向單元和反射板的部分模型右視圖；

圖21為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的帶N個引向單元和反射板的部分模型正視圖；

圖22為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的帶N個引向單元和反射板的部分模型俯視圖；

圖23為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的各部件的整體裝配圖；

圖24為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的完整幾何模型正視圖；

圖25為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的完整幾何模型俯視圖；

圖26為本發(fā)明超寬帶高增益八木天線的完整幾何模型右視圖；

圖27為超寬帶高增益八木天線的輸入阻抗Z_in曲線；

圖28為超寬帶高增益八木天線的反射系數(shù)|S₁₁|曲線；

圖29為超寬帶高增益八木天線的駐波比VSWR曲線；

圖30～34為超寬帶高增益八木天線各頻點(diǎn)的E-面(豎直面)和H-面(水平面)的增益方向圖；圖30、31、32、33、34分別表示f₁＝1.70GHz、f₂＝1.88GHz、f₃＝1.92GHz、f₄＝2.06GHz和f₅＝2.243GHz；

圖35為超寬帶高增益八木天線各頻點(diǎn)的E-面(豎直面)和H-面(水平面)半功率波束寬度HBPW隨頻率f變化特性；

圖36為超寬帶高增益八木天線的增益G隨頻率f變化特性；

圖37為超寬帶高增益八木天線的前后向比FTBR隨頻率f變化特性；

圖38超寬帶高增益八木天線的E-面交叉極化比XPD隨頻率f變化特性；

圖39超寬帶高增益八木天線的E-面歸一化旁瓣電平SLL隨頻率f變化特性；

圖40為超寬帶高增益八木天線的的效率η_A隨頻率f變化曲線。

本文附圖是用來對本發(fā)明的進(jìn)一步闡述和理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的具體實施例一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制或限定。

【具體實施方式】

下面結(jié)合附圖給出發(fā)明的較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。這里，將給出相應(yīng)附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。需要特別說明的是，這里所描述的優(yōu)選實施例子僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制或限定本發(fā)明。

本發(fā)明旨在為點(diǎn)對點(diǎn)定向通信提供一種超寬帶、高增益、高前后比、低旁瓣、高交叉極化比、高效率，以及小型化、低風(fēng)載、低成本的八木天線，并為雙極化八木天線和八木陣列天線的優(yōu)化設(shè)計和性能改進(jìn)提供有益的參考方法。

請參閱圖1～26，本發(fā)明超寬帶高增益八木天線實施例的設(shè)計方法包括以下步驟：

步驟一，建立空間直角坐標(biāo)系，見圖1；

步驟二，構(gòu)造寬帶折合振子激勵單元1：在YOZ平面，順著Z軸方向畫一個長矩形，Y軸為寬度方向，長度大于寬度，寬長比為0.25～0.45，左側(cè)或右側(cè)長邊中心斷開形成間隙；然后，長矩形沿X軸方向拉伸成一定高度的矩形框，再將其沿寬度方向加厚成導(dǎo)體薄片，然后讓矩形框的高度在靠近饋電間隙處逐漸錐銷，形成饋電間隙11，如圖4所示；最后，在矩形框?qū)掃呏行膶ΨQ加載一對短樁12，見圖5加載短樁12的示意圖；

步驟三，構(gòu)造一分二微帶功分器2：在XOZ平面，順著步驟二的矩形框高度方向，構(gòu)造一個等幅反相的一分二微帶功分器2，一分二微帶功分器的輸入端23遠(yuǎn)離寬帶折合振子激勵單元1，兩輸出端則通過金屬柱25分別連接寬帶折合振子激勵單元1的長邊中心饋電間隙11的兩端；兩支路各節(jié)線寬相等、長度則相差約半個導(dǎo)波波長，從而保證兩輸出端信號等幅反相(相位相差180°)，以實現(xiàn)天線的高增益，見圖6、7；

步驟四，構(gòu)造保護(hù)腔體3：為使天線能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境，將功分板放置在一個封閉金屬腔體內(nèi)部保護(hù)起來。同時，分別在腔體后端及前端兩側(cè)開孔，以便饋電電纜和折合振子的饋電端穿入，見圖8、9、圖11；

步驟五，放置第一引向單元40：在寬帶折合振子激勵單元高度方向一側(cè)距離其中心約四分之一波長處，放置一個與寬帶折合振子激勵單元平行、長度略短的常規(guī)半波振子，作為第一個引向單元，見圖16、17、18；

步驟六，放置反射板5：在步驟五的寬帶折合振子激勵單元高度方向另一側(cè)，距離其中心約四分之一波長處，放置一塊長寬均大于寬帶折合振子激勵單元的反射板5，見圖19、20；

步驟七，放置剩余引向單元：在第一引向單元外側(cè)依次放置第二至第N(N≥2)個引向單元41、42……4N，它們均與第一引向單元及寬帶折合振子激勵單元平行，相鄰引向單元間距約四分之一波長左右，請參閱圖21、22；

步驟八，添置支撐橫桿6：沿X軸方向(水平方向)放置一根支撐橫桿6，本實施例中該支撐橫桿為金屬桿，將上述步驟中的寬帶折合振子激勵單元1、第一引向單元40、第二至第N個引向單元41、42……4N、保護(hù)腔體3、反射板5垂直固定于支撐橫桿6，使得天線在結(jié)構(gòu)上形成一個整體，請參閱圖23；

步驟九，固定保護(hù)腔體：為了更好優(yōu)化天線結(jié)構(gòu)，支撐橫桿6上設(shè)置矩形槽610，將保護(hù)腔體部分地嵌入到支撐橫桿6中，并且在反射板5上開一矩形孔52，以便保護(hù)腔體尾端能從中穿過，請參閱圖23、24、25、26；

步驟十，連接饋電電纜7：將50Ω同軸電纜自保護(hù)腔體尾端孔伸入保護(hù)腔體3內(nèi)部后，與一分二微帶功分器2的微帶饋線的輸入端23連接，請參閱圖24。

建模所得的超寬帶高增益八木天線實施例，其包括寬帶折合振子激勵單元1、一分二微帶功分器2、第一引向單元40、第二至第N(N≥2)個引向單元41、42……4N、反射板5、保護(hù)腔體3和支撐橫桿6；該寬帶折合振子激勵單元1為采用導(dǎo)體片所做成的矩形框結(jié)構(gòu)，該矩形框結(jié)構(gòu)的一側(cè)長邊中間斷開形成饋電間隙11，在饋電間隙11處該導(dǎo)體片兩端高度逐漸變小，形成錐銷結(jié)構(gòu)；該一分二微帶功分器2的輸入端23遠(yuǎn)離寬帶折合振子激勵單元1，兩輸出端22則通過金屬柱25分別連接該寬帶折合振子激勵單元1的饋電間隙11的兩端；該第一引向單元為半波振子，其設(shè)置在寬帶折合振子激勵單元1高度方向一側(cè)，并與寬帶折合振子激勵單元1平行；所述反射板5設(shè)置在寬帶折合振子激勵單元1高度方向另一側(cè)，并與寬帶折合振子激勵單元1平行，該反射板5四角設(shè)有切角結(jié)構(gòu)51；在寬帶折合振子激勵單元1矩形框?qū)掃呏卸螌ΨQ加載一對短樁12，短樁12垂直于寬邊朝外突出。所述超寬帶高增益八木天線的寬帶折合振子激勵單元1采用雙饋電點(diǎn)方案，以實現(xiàn)高增益，且選用折合振子，以獲得較寬帶寬和良好匹配。該寬帶折合振子激勵單元1的矩形框結(jié)構(gòu)的寬長比為0.25～0.45。引向單元比寬帶折合振子激勵單元短，反射板尺寸比寬帶折合振子激勵單元大。

該第二至第N(N≥2)個引向單元依次設(shè)置在第一引向單元外側(cè)依，增益越高，引向單元數(shù)量越多；所述引向單元相互平行放置，相鄰引向單元間距約四分之一波長左右；該第一引向單元設(shè)置在寬帶折合振子激勵單元高度方向一側(cè)距離其中心約四分之一波長處；該反射板設(shè)置在寬帶折合振子激勵單元1高度方向另一側(cè)距離其中心約四分之一波長處，反射長寬均大于寬帶折合振子激勵單元。相鄰兩引向單元后一個長度不大于前一個引向單元，即第N個引向單元長度小于或等于第(N-1)個引向單元。

該一分二微帶功分器2的兩支路各節(jié)線寬相等、長度則相差約半個導(dǎo)波波長，兩支路均設(shè)計成多節(jié)四分之一波長阻抗變換器，較長的支路饋線進(jìn)行幾何彎折以縮減尺寸。

該一分二微帶功分器2設(shè)置在保護(hù)腔體3內(nèi)，該保護(hù)腔體3為封閉盒狀結(jié)構(gòu)，在保護(hù)腔體在前側(cè)壁33設(shè)有側(cè)壁孔34，在后端壁設(shè)有端壁孔36；該一分二微帶功分器的信號層和地層與保護(hù)腔體兩側(cè)內(nèi)壁平行，且信號層與腔體內(nèi)壁相隔一定的距離；天線的饋電電纜(50Ω饋電電纜)自保護(hù)腔體后端壁孔36伸入保護(hù)腔體3內(nèi)部后，與一分二微帶功分器2的微帶饋線的輸入端23連接；該寬帶折合振子激勵單元饋電端從保護(hù)腔體前側(cè)壁孔伸入內(nèi)部，并通過金屬柱25與一分二微帶功分器輸出端22連接，饋電金屬柱距功分器輸出端末端有一定距離；該一分二微帶功分器2較長的支路饋線26進(jìn)行幾何彎折，兩支路的輸出端末端24開路、相互對稱且彼此分隔。保護(hù)腔體側(cè)壁孔34尺寸大于寬帶折合振子激勵單元1的饋電端高度和寬度，以保證振子不短路。

該寬帶折合振子激勵單元1、第一引向單元、第二至第N個引向單元、保護(hù)腔體、反射板垂直固定于水平設(shè)置的支撐橫桿6，該支撐橫桿為金屬桿，該支撐橫桿6上設(shè)置有第一至第N+1固定孔60、61、62……6N，以固定第一引向單元40、第二至第N(N≥2)個引向單元41、42……4N，該支撐橫桿6上還設(shè)置有矩形槽610，該保護(hù)腔體3部分地嵌入到支撐橫桿矩形槽610中，并且在反射板上開一矩形孔52，以便該保護(hù)腔體3尾端從矩形孔52中穿過。

所述超超寬帶高增益八木天線的寬帶折合振子激勵單元、引向單元、反射板、保護(hù)腔體和支撐桿的制作材料選用金屬良導(dǎo)體，如紫銅(純銅)、合金銅(如黃銅)、純鋁等。所述超寬帶高增益八木天線的一分二微帶功分器采用PCB印制工藝加工，基板材料選用FR4，Taconic、Rogers和Arlon等常見介質(zhì)板材。

圖27為超寬帶高增益八木天線的輸入阻抗Z_in曲線；其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為GHz；縱軸(Y軸)是阻抗Z_in，單位為Ω；實線表示實部R_in，虛線表示虛部X_in。由圖知，在1.70-2.2GHz頻帶內(nèi)，實部和虛部變化范圍分別為：+25～+50Ω和-15～+15Ω，具有明顯的寬帶阻抗特性。

圖28為超寬帶高增益八木天線的反射系數(shù)|S₁₁|曲線；其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為GHz；縱軸(Y軸)是S₁₁的幅度|S₁₁|，單位為dB。由圖知，天線實現(xiàn)了超寬帶阻抗匹配(1.70-2.243GHz,，543MHz，BW＝27.5％，|S₁₁|≤-10dB)。

圖29為超寬帶高增益八木天線的駐波比VSWR曲線；其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為GHz；縱軸(Y軸)是VSWR。由圖知，天線實現(xiàn)了超寬帶阻抗匹配(1.70-2.243GHz,，543MHz，BW＝27.5％，VSWR≤2.0)。

圖30～34為超寬帶高增益八木天線各頻點(diǎn)的E-面(豎直面)和H-面(水平面)的增益方向圖；圖30、31、32、33、34分別表示f₁＝1.70GHz、f₂＝1.88GHz、f₃＝1.92GHz、f₄＝2.06GHz和f₅＝2.243GHz。其中，實線表示E-面，虛線表示H-面。由圖知，帶內(nèi)各頻點(diǎn)波束均較窄，且E-面和H-面方向圖幾乎重合。

圖35為超寬帶高增益八木天線各頻點(diǎn)的E-面(豎直面)和H-面(水平面)半功率波束寬度HBPW隨頻率f變化特性；其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為GHz；縱軸(Y軸)是波束寬度，單位是度(deg)。由圖知，帶內(nèi)半功率波寬HPBW＝22°～35°，且E/H-面半功率波束寬度完全一樣。

圖36為超寬帶高增益八木天線的的最大增益隨頻率f變化特性；其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為GHz；縱軸(Y軸)是增益，單位是dBi。由圖知，帶內(nèi)增益變化范圍為G＝13.80-17.01dBi，3dB增益帶寬為27.04％(1.711-2.24GHz,G＝14-17dBi)。

圖37為超寬帶高增益八木天線的前后向比FTBR隨頻率f變化特性；其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為GHz；縱軸(Y軸)是FTBR，單位是dB。由圖知，整個阻抗帶寬內(nèi)FTBR≥14.6dB，絕大部分頻段FTBR≥17.5dB，說明天線具有良好的前向輻射能力。

圖38超寬帶高增益八木天線的E-面交叉極化比XPD隨頻率f變化特性；其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為GHz；縱軸(Y軸)是XPD，單位是dB。由圖知，整個阻抗帶寬內(nèi)XPD≥34dB，大部分頻段XPD≥40dB，說明天線具有極高的線極化純度。

圖39超寬帶高增益八木天線的E-面歸一化旁瓣電平SLL隨頻率f變化特性；其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為GHz；縱軸(Y軸)是歸一化SLL，單位是dB；實線表示上旁瓣，虛線表示下旁瓣。由圖知，整個阻抗帶寬內(nèi)E面歸一化SLL≤-10dB，大部分頻段SLL≤-12dB，最低達(dá)到-21dB，說明天線在E面具有較低的旁瓣電平。

圖40為超寬帶高增益八木天線的的效率η_A隨頻率f變化曲線；其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為GHz；縱軸(Y軸)是效率。由圖知，整個帶內(nèi)，天線效率η_A≥85％(最高達(dá)98.5％)，具有較高效率。

表I為超寬帶高增益八木天線的主要輻射特性。由表1知，整個頻帶內(nèi)增益高于13.80dBi，最高達(dá)到17.01dBi，僅低頻較窄頻帶內(nèi)增益稍低，高頻段則均高于15dBi，3dBi增益帶寬為27.04％，幾乎與阻抗帶寬27.5％相當(dāng)；帶內(nèi)E/H-面半功率波束寬度相等，變化范圍為HPBW＝22°～35°；帶內(nèi)前后比FTBR大于14.6dB，最高達(dá)到38dB；帶內(nèi)E面歸一化旁瓣電平小于-10dB，最低達(dá)到-21dB。

表I.超寬帶高增益八木天線的主要輻射特性

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實例而已，并不用于限制或限定本發(fā)明。對于本領(lǐng)域的研究或技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明所聲明的保護(hù)范圍之內(nèi)。