CN101533957A

CN101533957A - 采用锥台状接地板的极宽频带顶加载单极子天线

Info

Publication number: CN101533957A
Application number: CN200910030781A
Authority: CN
Inventors: 吕文俊; 程勇; 黄学军; 朱洪波
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2009-09-16

Abstract

采用锥台状接地板的极宽频带顶加载单极子天线涉及的是一种极宽频带单极子天线，通过采用顶部电容加载、短路销钉电感加载和锥台状接地板技术，可以有效降低单极子的剖面、缩减天线的体积，并实现极宽的阻抗带宽。其结构是圆形顶加载单元与梯形单极子垂直焊接在一起；通过采用锥台状的接地板，有效缩减天线所占用的平面面积；圆形顶加载单元通过四个短路销钉与锥台状接地板连接在一起，构成电容、电感混合加载结构，有效缩减天线的剖面尺寸；天线采用同轴接头馈电，同轴接头的内导体与梯形单极子焊接在一起，同轴接头的外导体则安装在锥台状接地板上。优点：天线体积小巧，结构简单，无需附加馈电部件；制作工艺简单；成本低廉。

Description

采用锥台状接地板的极宽频带顶加载单极子天线

技术领域

本发明涉及的是一种极宽频带单极子天线，通过采用顶部电容加载、短路销钉电感加载和锥台状接地板技术，可以有效降低单极子的剖面、缩减天线的体积，并实现极宽的阻抗带宽。本发明可用作陆地移动通信室内分布系统中的全向吸顶天线，属于微波技术领域。

背景技术

随着社会经济的高速发展，新的摩天大楼如豪华宾馆、商业中心、大型公寓等，地下结构如地铁、地下室、地下车库等大量涌现，使手机在室内的使用频率日益增加。用户已不再满足于只有室外的移动通信服务，同时也要求有更好的室内移动通信服务。室内移动通信存在着以下几个问题：

(1).覆盖方面，由于室内的复杂结构，建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了无线电波较大的传输衰耗，形成了移动信号的弱场强区甚至盲区，致使大楼的地下室、一、二层场强较弱，甚至存在一些盲区。由于室内的覆盖不好，容易出现手机掉网的现象，造成寻呼无响应。

(2).质量方面，建筑物高层空间极易存在无线频率干扰，服务小区信号不稳定，出现乒乓切换效应，话音质量难以保证，并出现断音、掉话现象。

(3).容量方面，建筑物诸如大型购物商场、会议中心，由于移动电话使用密度过大，局部网络容量不能满足用户需求，无线信道发生拥塞现象。

因此出现了室内覆盖的解决方案。室内覆盖主要针对室内用户群，利用室内基站天线分布系统将室外基站的信号均匀分布在室内的每个角落。

但是随着移动通信频段的重新划分，新制式的移动通信和室内无线通信系统不断出现。为了兼容这些新的无线通信系统，必然要求室内基站天线也能覆盖这些系统的工作频带，然而传统的窄带、双频室内天线已经无法满足这种需要，因此，研制具有极宽频带特性的室内基站天线将具有重要的现实意义。

常规的全向室内基站天线通常是单锥天线的变形，一般具有双频特性(覆盖800-960MHz和1710-2500MHz频段)或宽带特性(800—4000MHz)，带宽有限。随着新型无线通信系统如5GHz频段WLAN、超宽带(UWB)通信(3.1-10.6GHz)的出现，这样的工作带宽显然是不够的。本发明将提出一种结合锥台形接地板和电抗加载的新型技术，实现具有极宽阻抗带宽(720MHz-20GHz)的顶加载单极子天线。

发明内容

技术问题：本发明的目的旨在有效缩小顶加载单极子天线的体积，而又能有效增加其阻抗带宽，实现一种体积小巧、带宽极宽、便于制作的全向室内基站天线，为陆地移动通信、宽带无线通信提供技术储备。

技术方案：本发明的采用锥台状接地板的极宽频带顶加载单极子天线，其圆形顶加载单元与梯形单极子垂直连接在一起；圆形顶加载单元通过四个短路销钉与锥台状接地板连接在一起；天线采用同轴接头馈电，同轴接头的内导体与梯形单极子的下端连接在一起，同轴接头的外导体则安装在锥台状接地板上。

锥台状接地板的高度为25—30毫米，顶角角度为60—70度；短路销钉为圆柱形，高度为40—50毫米，半径为1—2毫米，相邻短路销钉轴线之间的夹角A为90度；圆形顶加载单元的半径为60—70毫米，厚度为0.5-1.5毫米。

有益效果：天线体积小巧，占用的平面面积比常规的顶加载单极子天线缩小一倍以上，且阻抗带宽接近28∶1，能覆盖目前已投入使用的所有民用陆地移动通信、无线通信系统的工作频带；结构简单，制作容易，成本低廉。

附图说明

图1是天线的剖面视图、顶视图和参考坐标系；

图2是天线的立体结构视图；

图3是天线的实测反射系数曲线；

图4是天线的实测方向图(1GHz)。

具体实施方式

采用锥台状接地板的极宽频带顶加载单极子天线，其特征是：圆形顶加载单元1与梯形单极子2垂直焊接在一起；圆形顶加载单元1通过四个短路销钉3与锥台状接地板4连接在一起；天线采用同轴接头5馈电，同轴接头的内导体6与梯形单极子2焊接在一起，同轴接头的外导体7则安装在锥台状接地板4上。

对照图1、2，图中的1是圆形顶加载单元，2是梯形单极子，3是短路销钉、数量为四个，短路销钉3均匀分布，一对短路销钉轴线之间的夹角为A，4是锥台状接地板，5是同轴接头，6是同轴接头的内导体，7是同轴接头的外导体。

对照附图3，天线在0.72-20GHz频带内，反射系数低于-9.54dB，即驻波比低于2。也就是说，天线具有良好的阻抗匹配特性，阻抗带宽接近28:1。

参照附图1中的坐标系，对照附图4，给出的是工作频率为1GHz时测得的天线方向图，附图4.a是水平主工作面(xy平面)的方向图，附图4.b是垂直主工作面(zy平面)的方向图，图中的虚线表示交叉极化分量，实线表示主极化分量。可见天线具有典型的单极子方向图、即水平主工作面呈全向、垂直工作面呈余弦分布(“8”字形)的特点。

采用锥台状接地板的极宽频带顶加载单极子天线具有超宽带工作特性、结构简单、体积小巧、易于制作、成本低廉的特点。这种天线能覆盖CDMA800、GSM900、DCS1800、PHS1900、IMT2000、WLAN2400、WiMax3300、HIPERLAN、UWB等不同制式无线通信(特别是陆地移动通信)的频段，因此可用于移动通信室内分布等场合。因此，本发明在移动通信、宽带无线通信中有着广泛的应用前景。

所述的尺寸参数制作的天线样品，其反射系数在0.72-20GHz频带内低于—9.54dB、即驻波比低于2，阻抗带宽接近28:1，且具有全向辐射的特性。

Claims

1.一种采用锥台状接地板的极宽频带顶加载单极子天线，其特征是圆形顶加载单元(1)与梯形单极子(2)垂直连接在一起；圆形顶加载单元(1)通过四个短路销钉(3)与锥台状接地板(4)连接在一起；天线采用同轴接头(5)馈电，同轴接头的内导体(6)与梯形单极子(2)的下端连接在一起，同轴接头的外导体(7)则安装在锥台状接地板(4)上。

2、根据权利要求1所述的采用锥台状接地板的极宽频带顶加载单极子天线，其特征是锥台状接地板(4)的高度为25—30毫米，顶角角度为60—70度；短路销钉(3)为圆柱形，高度为40—50毫米，半径为1—2毫米，相邻短路销钉轴线之间的夹角A为90度；圆形顶加载单元(1)的半径为60—70毫米，厚度为0.5-1.5毫米。