CN101702466A - 一种高增益宽频带全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种高增益宽频带全向天线。主要包括主馈电电缆(14)、双锥赋形反射器、两个槽式天线(10、15)、馈电网络(9)和支撑结构，主馈电电缆(14)通过下固定底座(2)进入下反射器(6)直接和馈电网络(9)连接，馈电网络(9)通过第一馈电电缆(11)、第二馈电电缆(12)分别给第一槽式天线(10)和第二槽式天线(15)馈电。本发明具有高增益，宽带宽，辐射效率高，能实现无盲区覆盖的特点，能够广泛应用于小区覆盖和移动通信中。

Description

一种高增益宽频带全向天线

技术领域

本发明涉及一种全向天线。具体地说是一种在移动通信领域内所有通信网络中作为发射和接收无线电信号的高增益宽频带全向天线。

背景技术

由于无线电通信设备和电子信息设备朝着多功能化，小型化，超宽带以及与周围环境友好协调的方向发展，这使得宽频带，小型化，高增益成为国内外研究的热点课题之一。它涉及到天线的宽带阻抗匹配技术，天线的加载技术，天线的电抗补偿技术，小天线外形的优化设计等先进技术和工艺。同时解决现有天线的一些缺点：(1)目前要求天线的增益比较高，比如要求有6-9dBi的增益，而已有的天线大多数是偶极子天线和单极子天线阵，方向图上下相等，所以有一部分电波被消耗，因此曾一比较低。(2)目前用户使用的天线要求小型化，要求移动用天线能很好的安装在路灯、草坪灯、以及广告标语牌等场合，因此天线的小型化成为现代移动通信的重要发展方向。(3)现在的通信对带宽的要求越来越高，目前移动通信使用的天线要求既能实现向下兼容，要求实现共站共址，已解决现有的资源紧缺现象。目前的天线不能满足现在的通信需求，特别是双频宽频带高增益天线达不到要求。(4)目前的小区覆盖和美化天线，大多采用单极子天线和偶极子天线，频带的控制比较困难，同时为了充分利用现有的资源，适应不同环境的需求，要求天线的设计灵活，能满足不同场合的需求。因此把多个频段的天线集成为一种天线结构，设计超宽带天线是当今技术发展的一种趋势，也是实现设备小型化的主要动力。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，各不同的通信系统独立设计，能否兼容或兼容的程度取决于天线系统的带宽及成本。而且开发的产品都是定向天线产品，虽然也有为数不多的宽频带全向天线产品，但是结构复杂，设计繁琐，通用性差，加工成本高，且性能存在一定的缺陷，不宜推广，这个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，设计灵活，成本低廉的宽频带全向天线是当今研究的重中之重。

名称为“水平极化全向(高增益)通讯天线的设计和研究”的硕士论文(电子科技大学2007年)中涉及的主要是同轴和波导缝隙天线等阵列天线分析和研究，实现高增益天线的设计，其利用的天线带宽均比较窄，不能满足宽带通信需求；名称为“两类宽频带全向天线的设计”的硕士论文(西安电子科技大学2008年)中涉及的主要是对两种天线的分析，主要设计是改进的双锥天线；中国专利申请号为200720044568.9、200520079193、200420078206.8、200810156045等专利文件中设计的主要是套筒天线和阵列天线的形式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高增益、宽带宽、辐射效率高、能实现无盲区覆盖、广泛应用于小区覆盖和移动通信中的一种高增益宽频带全向天线。

本发明的目的是这样实现的：

它主要包括主馈电电缆14、由下反射器6和上反射器7组成的双锥赋形反射器、第一槽式天线10、第二槽式天线15、馈电网络9和支撑结构，第一槽式天线10与第二槽式天线15组成辐射单元，主馈电电缆14通过下固定底座2进入下反射器6直接和馈电网络9连接，馈电网络9通过第一馈电电缆11、第二馈电电缆12分别给第一槽式天线10和第二槽式天线15馈电。

本发明还可以包括：

1、所述辐射单元的槽式天线是由馈电电缆12、槽式天线10、正交寄生单元16组成的带有寄生单元的槽式天线，馈电电缆12给槽式天线10馈电，且此正交寄生单元不直接与馈电电缆相连接。

2、所述的支撑结构包括铜管5，通过塑料球8与铜管5相连的下介质管3和上介质管4，与下介质管相连的下固定底座2，与上介质管相连的上固定底座1。双锥赋形反射器、辐射单元、槽式天线和馈电网络安装在支撑结构上。

3、在支撑结构外设置天线罩。

本发明的主要特点在于：(1)本发明采用改进的槽式天线宽频带特性设计一款宽频带全向天线，本实用新型的带宽超过110％，并且有较高的辐射效率。同时采用不一致的槽线赋形曲线，有利于频段段的工作，进一步展宽天线的带宽，很好的覆盖GSM、CDMA、3G和WLAN，并且各项指标均很优良。(2)本发明是一款全向天线，可安装在塑料桶内和任何形状的天线罩内，方向图比较理想，能覆盖整个空间，电流分布均匀，实现无盲区覆盖，大大提高了通信质量，改善了通信环境。(3)本发明采用双锥形赋形反射器，能压缩全向天线垂直面内的波束宽度，从而提高天线的增益，比普通的全向天线增益高出4-5dBi。(4)本发明涉及的方法设计的高增益宽频带全向天线，由于采用双锥赋形反射器结构，使的辐射单元发射的波经双锥赋形反射器变成平面向自由空间辐射，从而便于提高天线的极化纯度。(5)本发明提出的天线可以采用双馈四凹口天线，从而易于设计双极化。(6)本发明采用简单的双锥形赋形反射器作为提高增益的有效办法，因此这种天线便于设计和制造，工艺简单，焊点少，有利于提高天线的3阶无源交调。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的馈电网络结构示意图；

图3为本发明的辐射单元示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

在现代通信等电子设备系统中，天线的种类繁多，宽频带槽式天线以其良好的宽频带特性得到了广泛的应用，其主要形式Vivaldi天线广泛的应用在雷达，射电天文等领域。但是其馈电较为复杂，成本较高，带宽和增益也不能很好的满足移动通信(800～2500MHz)的需求。本发明基于宽带槽式天线的原理，简化馈电结构，利用同轴电缆直接给槽线馈电，通过设计槽线的宽度和槽线的赋形，使其取得良好的阻抗匹配特性，满足宽频带需求。上下槽线采用指数曲线展开，通过优化上下槽线结构形状和尺寸，构成一个单馈双槽式天线，它由激励区、传输区、辐射区组成一个全向辐射结构。双锥形赋形反射器主要作为反射面形式出现，由天线单元发射出来的电磁波，遇到双锥形赋形反射器变成平面波反射出去，从而有效的压缩垂直面的波束宽度，从而提高天线的增益。

结合图1和图2，主馈电电缆14，通过下固定底座2进入下面双锥形赋形反射器6，直接馈电网络9连接，馈电网络由一分二的功分器构成，一分二的功分器的输出端通过馈电电缆11和12给辐射单元馈电。本发明的辐射单元由两付槽式天线10和15，本发明的槽式天线10和15由改进的Vivaldi天线组成。为了满足移动通信的需求，利用一对辐射方向相反的改进Vivaldi天线，共用一个馈电结构，相当于两个槽式天线的并联，构成全向天线。此天线结构在移动通信(800MHz～2500MHz)范围内有很好的阻抗匹配，实现移动天线的宽频带设计需求。双锥形赋形反射器6和7，采用较薄的铜箔制成，并且可以根据实际的设计和需求，改变双锥形赋形反射器的锥角，以满足实际的设计需求，由改进的Vivaldi天线构成的辐射单元发出的波，遇到双锥形赋形反射器经变双锥形赋形反射器变成平面波向自由空间辐射。利用双锥形赋形反射器有效的压缩全向天线垂直面的波束宽度，从而提高天线的增益。整个天线结构采用铜管5和介质管3和4混合的形式，在双锥形赋形反射器的锥顶采用塑料球8固定铜管5和介质管3和4。铜管5起到多重作用，铜管5不仅能支撑馈电网络，使的馈电网络有效的接地，同时馈电电缆从铜管中通过，有效的防止馈电电缆在高频时的等效天线效应，使馈电电缆不对天线的方向图造成影响。采用介质管不仅能很好的支撑双锥形赋形反射器，而且不会对天线的方向图造成影响，同时能够减轻天线的总体重量。最后设计的天线由上底座1和下底座2(上下底座采用橡胶做成，不仅能很好的固定天线，同时能起到减振作用，防止天线的性能在运输过程中发生改变)固定后安装在天线罩13中。

这种天线设计结构简单，设计灵活，可以满足不同的设计需求，特别是能用在移动通信中作为美化天线。比如：用在草坪灯等美化通信中提供很好的全向辐射特性。

同时结合图3，本发明的另一实施方式是在上述实施方式的基础上，在不改变其它组成部件的情况下，为了提高天线水平面的辐射特性，即改变天线水平面辐射的均匀性，辐射单元的槽式天线采用带有正交寄生单元的槽式天线。槽式天线由馈电电缆12给槽式天线10馈电，其中16为正交寄生单元，且此正交寄生单元不直接与馈电电缆相连接。这样设计的天线不仅能改变天线水平面的辐射均匀性(不圆度)，同时能引导电磁波的传播增长电流的流经路径，从而更容易实现良好的阻抗匹配。

Claims (5)

1.一种高增益宽频带全向天线，主要包括主馈电电缆(14)、由下反射器(6)和上反射器(7)组成的双锥赋形反射器、第一槽式天线(10)、第二槽式天线(15)、馈电网络(9)和支撑结构，其特征是：第一槽式天线(10)与第二槽式天线(15)组成辐射单元，主馈电电缆(14)通过下固定底座(2)进入下反射器(6)直接和馈电网络(9)连接，馈电网络(9)通过第一馈电电缆(11)、第二馈电电缆(12)分别给第一槽式天线(10)和第二槽式天线(15)馈电。

2.根据权利要求1所述的一种高增益宽频带全向天线，其特征是：所述辐射单元的槽式天线是由馈电电缆(12)、槽式天线(10)、正交寄生单元(16)组成的带有寄生单元的槽式天线，馈电电缆(12)给槽式天线(10)馈电，且此正交寄生单元不直接与馈电电缆相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种高增益宽频带全向天线，其特征是：所述的支撑结构包括铜管(5)，通过塑料球(8)与铜管(5)相连的下介质管(3)和上介质管(4)，与下介质管相连的下固定底座(2)，与上介质管相连的上固定底座(1)。

4.根据权利要求1或2所述的一种高增益宽频带全向天线，其特征是：在支撑结构外设置天线罩。

5.根据权利要求3所述的一种高增益宽频带全向天线，其特征是：在支撑结构外设置天线罩。

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