CN101262090B - 双频段串馈振子天线阵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双频段串馈振子天线阵，应用于无线通信技术领域，包括：基频辐射同轴段、倍频辐射同轴段和末端调节同轴段。从馈电端口开始，串馈天线阵的前端为基频辐射同轴段部分，其后接倍频辐射同轴段部分，最后接末端调节同轴段。基频辐射同轴段和倍频辐射同轴段的数量根据设计需要的增益和方向系数确定，其中倍频辐射同轴段数量为偶数。调节末端调节同轴段的长度可调节带宽。各同轴段采用串馈的方式连接，相邻同轴段的内外导体交叉相连，末端调节同轴段的尾端内外导体相连。本发明结构紧凑，通过增减两种辐射同轴段的数量，能产生不同增益要求的双频段天线，其带宽容易控制，由于采用同轴串馈，天线的全向性很好。

Description

双频段串馈振子天线阵

技术领域

本发明涉及一种双频段串馈振子天线阵，是一种可用于移动通信的直放站或小型基站的小型串馈阵子天线阵。属于无线通信技术领域。

背景技术

随着通信技术的发展，各种各样的天线阵被广泛的应用于无线通信设备中。天线阵能获得比单个天线更高的增益，更宽的带宽，以及更好的方向性。从天线阵的馈电方式可分为串馈天线阵和并馈天线阵，现在以并馈天线阵居多，因为它的馈电方式简单灵活，容易控制，而串馈天线阵馈电一般比较单一，天线阵上单个天线的馈点控制相对严格。随着人们对移动通信质量要求的不断提高，以前的一些盲区，比如电梯，室内等，都要求能覆盖信号，这时一些直放站出现了，它们发射的功率比基站小，其天线需要较高的增益，现在中国移动电话网一般采用GSM(Global System for Mobile Communications，全球移动通讯系统)和DCS(Distributed Control System，分散控制系统)，其频段为GSM900(880-960MHz)和DCS1800(1710-1880MHz)，在一个天线上实现两个频段，要求两个频段都获得较高的增益，这对天线的设计提出了挑战，由于天线阵的优点，采用天线阵能获得比较理想的性能。

一些基站和直放站天线要求水平波瓣全向性好，如果采用并馈共轴形成全向天线，在要求高增益时，与导线相平行的馈线和分支线将产生显著的“天线效应”，相对来说不容易达到水平面方向图全向的要求，因此设计天线采用串馈共轴天线阵。在林昌禄所著的《天线原理与设计》中提出了一种用同轴电缆制作的串馈天线阵，每节同轴电缆长度为发射频率的半个波长，相邻同轴内外导体交叉连接，它不能同时实现发射频率和双倍发射频率的调谐，而且有时这两个频段要求的带宽是不同的(例如GSM900带宽为80MHz，DCS1800MHz带宽为170MHz)，所以实现比较困难。也有采用两根天线来实现两个频段的调谐，这对两个天线的位置有限制，天线间的互扰比较严重，同时也增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种双频段串馈振子天线阵，结构简单而易于实现，天线的全向辐射特性好，可灵活配置，实现不同增益的要求。

为实现上述目的，本发明设计的双频段串馈振子天线阵包括：基频辐射同轴段，倍频辐射同轴段，末端调节同轴段，其中所述基频为一倍发射频率，倍频为两倍发射频率。各同轴段采用串馈的方式连接，相邻同轴段的内外导体交叉相连。

本发明双频段串馈振子天线阵的具体结构为：由若干基频辐射同轴段、偶数段的倍频辐射同轴段及末端调节同轴段以串馈的方式连接构成，第一段基频辐射同轴段的前端与馈电端口相连，末一段基频辐射同轴段的尾端与第一段倍频辐射同轴段的前端相连，末一段倍频辐射同轴段的尾端与末端调节同轴段相连，相邻同轴段的内外导体交叉相连，连接处密封构成段间连接单元，末端调节同轴段的尾端内外导体相连。所述基频辐射同轴段的长度为1/2基频波长，倍频辐射同轴段的长度为1/2倍频波长，末端调节同轴段的长度可以调节，用以调节带宽。

本发明所述的基频辐射同轴段用于调谐一倍发射频率。同轴段外导体用于辐射能量，靠近馈电端口的是基频辐射同轴段，每段基频辐射同轴段长度为1/2基频波长，波长以绝缘材料内波长计算。这样相邻两段基频辐射同轴段内外导体电流相位相差180度，如果不包含倍频辐射同轴段及末端调节同轴段，最后一段基频辐射同轴末端内外导体相连，则这一基频辐射同轴段内外导体电流相位相差180度，所有基频辐射同轴段外导体的电流相位符号相同，这样可最大限度的向外辐射能量。根据不同增益需求调节基频辐射同轴段的数量。

本发明所述的倍频辐射同轴段用于调谐两倍发射频率。实现两倍发射频率的调谐，利用倍频波长是基频波长的一半，在基频辐射同轴段后添加倍频辐射同轴段实现倍频的谐振，基频辐射同轴段的长度是一个倍频波长，所以不产生倍频辐射。倍频辐射同轴段需要选择偶数倍，这样基频电流在每两个倍频辐射同轴段相位相差180度，以利于天线阵谐振于基频频段。

本发明所述的末端调节同轴段用于调整两个频段的带宽。如果带宽不够，可加入末端调节同轴以产生双谐振频率来加宽带宽，通过调节其长度，可产生不同的带宽。

本发明的天线阵通过增减两种辐射同轴段的数量，能产生不同增益要求的双频段天线，其带宽容易控制，设计灵活度高。由于采用同轴串馈，天线的全向性很好。

本发明的天线阵结构紧凑，以同轴电缆作为主要材料，易于实现，由于尺寸小，易于集成到小型设备中，本发明可用于移动通信的直放站或小型基站中。

附图说明

图1为本发明双频段串馈振子天线阵的结构示意图。

图1中，1为基频辐射同轴段，2为倍频辐射同轴段，3为末端调节同轴段，4为馈电端口，5为段间连接单元。

图2为本发明中相邻同轴段的连接方式示意图。

图2中，6为同轴段的内导体，7为同轴段的外导体。

图3为本发明天线阵以900MHZ为基频的SWR参数。

图4为本发明天线阵在900MHz和1800MHz的三维仿真方向图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明双频段串馈振子天线阵的结构如图1所示，由若干基频辐射同轴段1、偶数段的倍频辐射同轴段2、一段末端调节同轴段3以串馈的方式连接构成。其中所述基频为一倍发射频率，倍频为两倍发射频率。

双频段串馈振子天线阵中，各同轴段采用串馈的方式连接，第一段基频辐射同轴段1的前端与馈电端口4相连，末一段基频辐射同轴段1的尾端与第一段倍频辐射同轴段2的前端相连，末一段倍频辐射同轴段2的尾端与末端调节同轴段3相连。相邻同轴段的内外导体交叉相连，连接处密封构成段间连接单元5。末端调节同轴段3的尾端内外导体相连。

本发明中，基频辐射同轴段1和倍频辐射同轴段2的数量可变，根据设计需要的增益和方向系数确定，其中倍频辐射同轴段2的数量为偶数。调节末端调节同轴段3的长度可调节带宽。

图2给出了相邻同轴段的连接方式，如图2所示，前一段同轴段的内导体6与后一段同轴段的外导体7相连，而前一段同轴段的外导体7与后一段同轴段的内导体6相连，连接处密封构成段间连接单元5。

本发明中，基频辐射同轴段1的长度为1/2基频波长，倍频辐射同轴段的长度为1/2倍频波长，波长为同轴电缆内绝缘材料中的波长，末端调节同轴段3的长度根据实际需要进行调节，调节范围为0～1/2倍频波长，通过馈电端口4对天线阵进行馈电。

本发明的实现方法是：由基频辐射同轴段1实现基频段的谐振，倍频辐射同轴段2实现倍频段的谐振，末端调节同轴段3用于产生每个频段的双谐振频率，以获得需要的带宽。基频辐射同轴段1的外导体电流分布基本相同，每段倍频辐射同轴段2的长度为1/4基频波长，所以基频电流在相邻两倍频辐射同轴段上相差90度。由于倍频辐射同轴段2为偶数段，基频在相邻两倍频辐射同轴段的外导体上的辐射相互抵消，所以倍频辐射同轴段对基频不产生辐射。同时每基频辐射同轴段的长度等于倍频的波长，基频辐射同轴段对倍频辐射不产生影响。两个频段间的相互影响较小，有利于各个频段的调节。

通过调整基频辐射同轴段1和倍频辐射同轴段2的数量，可得到不同增益的天线阵，通过调节末端调节同轴3的长度可实现不同带宽的需求。

本发明的一个实施例中，以900MHz作为基频，以1800MHz作为倍频，调谐于GSM900和DCS1800两个频段。选用两段900MHz辐射同轴段，每段长度为0.111m，四段1800MHz辐射同轴段，每段长度为0.056m，末端调节同轴段长度为0.028m，同轴电缆内的绝缘材料为聚乙烯，其介电常数为2.3，两段之间间隔为0.002m，直接用焊锡相连，外用聚丙烯胶带固定。

本发明所实现的天线阵的实测驻波比(SWR)参数见图3，天线在GSM900和DCS1800两个频段都有2以下的驻波比。图4(a)显示900MHz三维仿真方向图，图4(b)显示1800MHz三维仿真方向图，由图可看出天线的水平面全向性较好。

Claims (5)

1.一种双频段串馈振子天线阵，其特征在于由若干段基频辐射同轴段(1)、偶数段的倍频辐射同轴段(2)及末端调节同轴段(3)以串馈的方式连接构成，第一段基频辐射同轴段(1)的前端与馈电端口(4)相连，末一段基频辐射同轴段(1)的尾端与第一段倍频辐射同轴段(2)的前端相连，末一段倍频辐射同轴段(2)的尾端与末端调节同轴段(3)相连，相邻同轴段的内外导体交叉相连，连接处密封构成段间连接单元(5)，末端调节同轴段(3)的尾端内外导体相连；所述基频辐射同轴段(1)的长度为1/2基频波长，倍频辐射同轴段(2)的长度为1/2倍频波长，调节末端调节同轴段(3)的长度以调节带宽。

2.根据权利要求1的双频段串馈振子天线阵，其特征在于所述基频辐射同轴段(1)和倍频辐射同轴段(2)的数量可变，根据设计需要的增益和方向系数确定。

3.根据权利要求1的双频段串馈振子天线阵，其特征在于所述末端调节同轴段(3)的调节范围为0～1/2倍频波长。

4.根据权利要求1的双频段串馈振子天线阵，其特征在于所述基频辐射同轴段(1)为两段，所述倍频辐射同轴段(2)为四段。

5.根据权利要求1的双频段串馈振子天线阵，其特征在于所述基频采用900MHz，所述同轴段电缆内的绝缘材料取介电常数为2.3的聚乙烯，则900MHz基频辐射同轴段(1)的长度为0.111m，1800MHz倍频辐射同轴段(2)的长度为0.056m，末端调节同轴段(3)的长度调节范围为0m～0.056m。

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