CN101378148B - 新型宽频带全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型宽频带全向天线，本发明的主馈线(6)给主振子馈电，主振子包括上振子(12)和下振子(13)，其特征在于：上振子(12)、下振子(13)的下端口(32)短接在一起且之间设有塑料固定小盘(5)，在主振子中间穿有中空的铜管(4)，铜管(4)外面分别套有内层套筒(8)和外层套筒(7)，在上振子(12)的内层套筒(8)中添加有两层介质环块(14)。主振子中间起始段采用渐变过渡形式，渐变部分与中心铜管(4)的夹角为30°—45°。介质环块(14)的厚度是可调的，两层介质环块(14)的间距亦是可调的。

Description

新型宽频带全向天线

技术领域

本发明涉及一种新型宽频带全向天线，应用于通信，移动通信领域内所有通信网络系统中作为发或/和接收无线电信号之用，频率覆盖范围为806-960，1710-2170，2400-2500MHz的新型宽频带全向天线。所属技术领域：无线电通信设备，电磁场与微波技术，移动通信天线。

背景技术

由于无线电通信设备和电子设备朝着多功能，小型化，超宽带及与周围环境友好协调的方向发展，这使得宽频带，小型化天线的研究成为国内外移动通信行业的热点课题，它涉及到天线的加载和电抗补偿技术，小天线外型的优化设计，适合于不同小区信号覆盖的小天线宽带匹配网络的设计以及多频段共用天线的集成设计，把多个频段集成为一种天线结构是当前天线技术发展的一种趋势，也是实现设备小型化的推动力。以往的天线产品是针对不同的工作频段进行设计的，一般尺寸和体积都比较大，各不同的通信网络系统独立设计，是否兼容或兼容的程度取决于天线系统的带宽及相应的性能，有些通信产品系统集成时使用频率和路器，不便于安装，提高了成本，而且开发的都是定向天线产品，虽然也有为数很少的宽频带全向天线产品，但结构复杂，加工成本较高，而且性能上存在一些缺陷，不宜推广，这样给移动通信小区覆盖造成了一定的难度，因此开发多频段小型化，结构简单，省电减排，成本低廉的宽频带全向天线是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种新型宽频带全向天线。

本发明的主馈线6给主振子馈电，主振子包括上振子12和下振子13，其特征在于：上振子12、下振子13的下端口32短接在一起且之间设有塑料固定小盘5，在主振子中间穿有中空的铜管4，铜管4外面分别套有内层套筒8和外层套筒7，在上振子12的内层套筒8中添加有两层介质环块14。主振子中间起始段采用渐变过渡形式，渐变部分与铜管4的夹角为30°-45°。介质环块14由四氟己烯制成。介质环块14的厚度是可调的，两层介质环块14的间距亦是可调的。本发明还可以增加垂直大补偿片9接于外层套筒7的外壁，且垂向主振子中心的水平线；在上下振子形成的夹角处设有垂直小补偿片10和倾斜补偿片11，倾斜补偿片11的两端分别连接在上下振子的外壁，倾斜补偿片11与馈电点34在电气上连接存一起，与倾斜补偿片11对称的另一侧有垂直小补偿片10，垂直小补偿片10的两端分别连接在上下振子的外壁。，由两个相同新型宽频带全向天线组成二元天线阵，主馈线6连接一分为二功分器16的输入端，一分为二功分器16输出端的等长第一馈线17和第二馈线18分别给上主振子和下主振子馈电，上下主振子的间距约为0.8λ0，λ0为中心频率对应的波长。由四个相同的新型宽频带全向天线组成四元天线阵，主馈线6连接一分为四功分器26的输入端，一分为四功分器26输出端等长的第一馈线17、第三馈线24、第二馈线18、第四馈线25分别给上下直线排列的四元主振子馈电，上下主振子的间距约为0.8λ0，λ0为中心频率对应的波长。在主振子的外部罩有天线罩3，在天线罩3的两端设有上、下定位盖1、2，中心铜管4穿过下定位盖2。天线罩3采用由PVC熟料或玻璃钢管做成的天线罩。

有益效果：

1、由于该天线采用了粗振子及渐变段和双套筒电抗补偿措施，不仅保证了宽频带的阻抗匹配特性，同时大大减小了辐射单元的尺寸，更有利于省电减排。

2、在天线结构中，中空的铜管起到三重作用：

a、支撑天线辐射体

b、馈线从中空铜管中穿入及穿出，在管中铺设，有效地防止了馈线对天线辐射方向图的影响，使馈线辐射单元可沿该管自由移动有利于改变阵元间距及馈电相位，达到方便地改变方向图特性，调节天线波束宽度的目的。

c、它起着双层同轴扼流套筒内导体的作用，同时套在它上面的介质套管起到调谐作用，省去了多种补偿片，保持了辐射振子在结构上的对称性，因而使天线具有良好的方向性和均匀性。

3、值得进步说明的是2中b点：由于天线结构上的特点，可以方便地调整天线的波束宽度，对于低增益全向天线而言，它的波束已经足够宽了，不便于也无需调整了，主要针对中高增益的全向天线进行调整，可以把它们当作二元天线阵处理，根据需要，天线要覆盖高层建筑，就要展宽波束宽度，展宽的办法就是改变阵元间距和改变各阵元的馈电相位(不再是各单元等长的馈线了)，能在较大的范围内改变天线波束宽度，比如，达到60％左右的波束宽度是不成问题的，相应地天线增益就要降低2-3dBi左右，甚至损失更多一点。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为本发明的主振子结构示意图。

具体实施方式

本发明的技术原理如下：

在现代通信等电子设备系统中，使用的天线种类繁多，其中套筒振子天线以其良好的宽频带特性得到了广泛的应用，但它的宽频带特性远远满足不了目前移动通信所使用的频率范围(800-2500M/HZ)同时，与普通偶振子天线类似，套筒偶振子天线的总长度通常取为工作频段下限频率所对应的半波长，而本方案为了适应小型化的需求，实际采用的尺寸远小于λmax/2(λmax为对应的最长工作波长)，我们在全向阵列天线中，采用的单元同轴套筒天线其长度为100mm，远小于正常的λmax/2＝183.5mm的长度，在宽频段全向阵列天线中传统的串并联馈电方式无法满足全频段方向图不发生畸变，故在本方案中采用等幅同相不等间距并联馈电(二元以上阵列中将用之)有效地避免了垂直面方向图的畸变。

本文采用如图1所示的中空的铜管4作为同轴结构的内导体，同时起到支撑天线的作用，铜管4外面采用两层套筒(外层套筒7和内层套筒8)，外层套筒7和内层套筒8形成多频工作的主辐射单元，下面的两层套筒作为主振子的负极，这种结构是一种偶极子单元。双层套筒在上端口31接于中空的铜管4，起到双层厄流的作用，弥补了由于主振子过长上端电流弱的缺点，使电流形成回路，从而使天线上的电流为行波分布，减小了电流的反射，这是电抗补偿措施之一。上振子12、下振子13的下端口32短接在一起且之间设有塑料固定小盘5，并共同由同轴线馈电。下振子13在上端口31接于铜管4之上，内导体伸出接于上面两层振子的公共接触点，由于同轴线在高频时可以实现能量的辐射，等效于天线，采用此种安装方案，中空的铜管4可以屏蔽掉同轴线向外辐射电磁能量，而且对偶极子馈电，起到了巴伦的作用。这种偶极子近似工作于1/2波长，外层套筒7尺寸对低频段设计，内层套筒8尺寸针对高频设计。在内层套筒8中添加两层介质环块14可以对天线特性阻抗进行进一步调试，使天线的输入阻抗接近于50欧姆，与轴线特性阻抗相匹配，这是电抗补偿之二，为了改善阻抗匹配，主振子中间起始段采用渐变过渡形式，渐变部分与中心铜管4的夹角为30°-45°，如图一所示。

这种振子的优点是结构紧凑、易于安装和固定，在同一个结构上实现多频工作，便于系统集成。

以下将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

实施例1

图1、图4，其中1为上定位盖，2为下定位盖，3为天线罩，4为铜管，5为塑料固定小盘，6为主馈线，7为外层套筒，8为内层套筒，9为大补偿片，10为小补偿片，11为倾斜补偿片，12为上振子，13为下振子，14为介质环块，31为上端口，32为下端口，34为馈电点。

图1为低增益(2-3dBi)宽频带全向天线。

图1中，来自通信机的信号经主馈线6给主振子馈电，注意：同轴馈线的内外导体分别与主振子的上振子12与下振子13连接在一起，在主振子内设置了内层套筒8和外层套筒7分别进行高、低频段的阻抗电抗补偿，並在上振子12内层套筒8中放置调谐介质环块14(一般用四氟己烯制成)，该介质环块14的厚度是可调的直到频率发生谐振即匹配最佳为止，两层介质环块14的间距亦是可调的，为了进一步改善匹配，可增加垂直大补偿片9和垂直小补偿片10及倾斜补偿片11；垂直大补偿片9接于外套筒7的外壁，且垂向主振子中心的水平线；在上下振子形成的夹角处设有垂直小补偿片10和倾斜补偿片11，倾斜补偿片11的两端分别连接在上下振子的外壁，倾斜补偿片11与馈电点34在电气上连接在一起，与倾斜补偿片11对称的另一侧有垂直小补偿片10，垂直小补偿片10的两端分别连接在上下振子的外壁。

在振子的外部介质天线罩3，它是由PVC熟料或玻璃钢管做成的保护天线的外罩，一般要求它对电磁的衰减要小，机械强度好，环境适应性强，最后利用上、下定位盖1和2进行封装，铜管4穿过下定位盖2。

实施例2

图2，其中16为一分为二功分器，17为第一馈线，18为第二馈线。

图2为中等增益(4-6)dBi的宽频带全线天线。

它实际上是由图1所示的两个相同的天线单元组成的二元天线阵，由图2可见：主馈线6经过一分为二功分器16分为两路，经过等长的第一馈线17和第二馈线18分别给上主振子和下主振子馈电，上下主振子的间距约为0.8λ₀(λ₀为中心频率对应的波长)。

实施例3

图3，其中24为第三馈线，25为第四馈线，26一分为四功分器。

图3为高增益(7-11)dBi的宽频带全向天线。

它实际上是由图1所示的四个相同的天线单元组成的四元天线阵，由图3可见：主馈线6经过一分为四功分器26分为四路，经过等长的馈线第一馈线17、第三馈线24、第二馈线18、第四馈线25分别给上下直线排列的四元主振子馈电，上下主振子的间距约为0.8λ₀(λ₀为中心频率对应的波长)。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (8)

1.一种新型宽频带全向天线，主馈线(6)给主振子馈电，主振子包括上振子(12)和下振子(13)，其特征在于：上振子(12)、下振子(13)的下端口(32)短接在一起且之间设有塑料固定小盘(5)，在主振子中间穿有中空的铜管(4)，铜管(4)外面分别套有内层套筒(8)和外层套筒(7)，在上振子(12)的内层套筒(8)中添加有两层介质环块(14)，主振子中间起始段采用渐变过渡形式，渐变部分与铜管(4)的夹角为30°-45°。

2.根据权利要求1所述的新型宽频带全向天线，其特征在于：介质环块(14)由四氟己烯制成。

3.根据权利要求1所述的新型宽频带全向天线，其特征在于：介质环块(14)的厚度是可调的，两层介质环块(14)的间距亦是可调的。

4.根据权利要求1所述的新型宽频带全向天线，其特征在于：垂直大补偿片(9)接于外层套筒(7)的外壁，且垂向主振子中心的水平线；在上下振子形成的夹角处设有垂直小补偿片(10)和倾斜补偿片(11)，倾斜补偿片(11)的两端分别连接在上下振子的外壁，倾斜补偿片(11)与馈电点(34)在电气上连接在一起，与倾斜补偿片(11)对称的另一侧有垂直小补偿片(10)，垂直小补偿片(10)的两端分别连接在上下振子的外壁。

5.一种新型宽频带全向天线，由两个相同的权利要求1所述的新型宽频带全向天线组成二元天线阵，其特征在于：主馈线(6)连接一分为二功分器(16)的输入端，一分为二功分器(16)输出端的等长第一馈线(17)和第二馈线(18)分别给上主振子和下主振子馈电，上下主振子的间距约为0.8λ₀，λ₀为中心频率对应的波长。

6.一种新型宽频带全向天线，由四个相同的权利要求1所述的新型宽频带全向天线组成四元天线阵，其特征在于：主馈线(6)连接一分为四功分器(26)的输入端，一分为四功分器(26)输出端等长的第一馈线(17)、第三馈线(24)、第二馈线(18)、第四馈线(25)分别给上下直线排列的四元主振子馈电，上下主振子的间距约为0.8λ₀，λ₀为中心频率对应的波长。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的新型宽频带全向天线，其特征在于：在主振子的外部罩有天线罩(3)，在天线罩(3)的两端设有上、下定位盖(1、2)，中心铜管(4)穿过下定位盖(2)。

8.根据权利要求7所述的新型宽频带全向天线，其特征在于：天线罩(3)采用由PVC熟料或玻璃钢管做成的天线罩。

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