CN101710652B - 一种一体化设计的宽频双向辐射天线 - Google Patents

Abstract

一种一体化设计的宽频双向辐射天线，包括有同轴电缆和发射板(13)，其特征在于：发射板上安装有介质基片(14)，在介质基片的两个表面分别设有馈电电路的中心传输线(15、16)和至少两副不同频段的对称振子(1、2)，每一副对称振子的两个振子臂分别位于介质基片的两个表面且分别与介质基片的两个表面上的中心传输线(15、16)连接，各副对称振子相对与反射板高度约为该振子工作对应波长的二分之一；所述同轴电缆的内导体与介质基片正面的主传输线(15)连接，同轴电缆的外导体与介质基片背面的主传输线(16)和金属接地点(18)连接。本发明结构紧凑累轻巧，便于批量生产，不仅在很宽频段内具有良好的驻波特性，而且在工作频段内具有良好的又向辐射特性，满足室内覆盖需求。

Description

一种一体化设计的宽频双向辐射天线

技术领域

本发明涉及移动通信天线领域，尤其涉及一种工作于多频段的宽频天线。

背景技术

通常在无线系统中使用的天线多为单方向性定向辐射和方位面全向辐射的天线，但在特殊的环境下如地下停车场、隧道、大型宾馆的内部等等，在服务区内存在许多弱信号区或覆盖盲点，需要双向辐射的天线实现能量的合理分布，故室内覆盖是移动网络的一个重要组成部分。同时为了节省室内覆盖的投入，往往要求辐射天线能工作在多频段天线，即服务于多种制式。现在常用的双向天线主要是由全向天线组成阵的方法(如二元阵)或者是两相同的单向定向辐射天线背靠背来架设的方法来实现，这两种方法都是用相同的天线通过机械组合来实现的，它们都有体积大的缺点，在室外环境或对空间体积没有特别限制的场合尚可使用，在室内环境或空间受限或空间受限的场合则常常无法使用。

而且，现有的天线产品往往工作在比较单一的频段，或只能兼顾从CDMA800到UMTS，但往下无法兼顾700MHz以及往上无法扩展到更高的2.4G及3.5G的WLAN频段，此时为了多个波段同时工作，往往需要使用多个天线，既增加了系统布局的成本，也使系统布局变得复杂，不利于后续的网络优化，因此需要有一种新的方法来实现一种体积小，可多频工作的双向天线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种紧凑、成本低的宽频双向辐射天线。

本发明设计的一种一体化设计的宽频双向辐射天线，包括有同轴电缆和发射板，其特征在于：发射板上安装有介质基片，在介质基片的两个表面分别设有馈电电路的中心传输线和至少两副不同频段的对称振子，每一副对称振子的两个振子臂分别位于介质基片的两个表面且分别与介质基片的两个表面上的中心传输线连接，各副对称振子相对与反射板高度约为该振子工作对应波长的二分之一；所述同轴电缆的内导体与介质基片正面的主传输线(15)连接，同轴电缆的外导体与介质基片背面的主传输线(16)和金属接地点(18)连接。

上述天线馈电电路的馈电点靠近最短振子臂的一端。

作为上述方案的进一步改进，其特征在于介质基片两表面上的中心传输线顶端的短路通孔相连接构成一段短路枝节。

作为上述方案的进一步改进，其特征在于振子通过介质基片两表面上的中心传输线顶端的开路段构成开路枝节。

本发明的优点如下：

1、各个辐射振子与反射板间高度均取为其相应工作波长的一半左右。这样，本发明不仅在很宽频段内具有良好的驻波特性，而且在工作频段内具有良好的双向辐射特性，满足室内覆盖需求。

2，采用辐射与馈电结构一体化的技术方案，结构紧凑轻巧，便于批量生产。整个辐射及馈电系统可由一块双面覆铜板(PCB板)完成，体积小，生产及调试方便；而且装配简便，减少了大量的焊接工作，缩短了装配周期，产品一致性好，非常适宜大批量生产。

附图说明

图1为发明实施例一的介质基片上正面电路结构示意图；

图2为发明实施例一的介质基片上背面电路结构示意图；

图3为发明本实施例一的驻波实测图。

具体实施方式

实施例一，参考图1和图2，一种一体化设计的宽频双向辐射天线，在发射板13上安装有作为介质基片的PCB板14，在介质基片的两个表面分别设有馈电电路的中心传输线15和12副不同频段的对称振子1(1′)、2(2′)、3(3′)、4(4′)、5(5′)、6(6′)、7(7′)、8(8′)、9(9′)、10(10′)、11(11′)、12(12′)，每一副对称振子的两个振子臂分别位于介质基片的两个表面且分别与介质基片的两个表面上的中心传输线15、16连接，各副对称振子相对与反射板高度约为该振子工作对应波长的二分之一，各副对称振子的每个振子臂约为该该振子频率对应波长的四分之一，介质基片两表面上的馈电电路中心传输线15、16通过顶端的短路通孔相连接构成一段短路枝节，天线馈电电路的馈电点17靠近最短振子臂1(1′)的一端。

同轴电缆的内导体与介质基片正面的中心传输线15连接，同轴电缆的外导体与介质基片背面的中心传输线16和金属接地点18连接。

本实施例可完成工作频率为700MHz-960MHz，1710MHz-2500MHz，3300-3500MHz的超宽频双向天线的实例，该天线在整个工作范围内增益均可达到5dBi以上，覆盖了GSM，CDMA，WCDMA，CDMA2000等当代主流移动通信系统所需求的频段。

实施例一的设计原则

a.振子臂以对应中心频率的λ/4为基准进行微调，根据末端效应，实际长度比λ/4略短。振子距离反射板高度约为对应频率的λ/2，故可以达到双向辐射的作用。设PCB的等效介电常数为ε_r，则

${\mathrm{\λ}}_0=c/f,\mathrm{\λ}={\mathrm{\λ}}_0/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}---\left(1\right)$

b.主要的参考设计公式

定义相邻振子的长度比为τ，其满足以下关系：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{l_n}{l_{n-1}}=\frac{R_n}{R_{n-1}}=\frac{d_n}{d_{n-1}}<1---\left(2\right)$

其中d为相邻振子的间距；R为振子到天线顶点的距离；l为振子一臂的长度；n为振子单元的总数。同时定义α为天线阵的张角，即

tgα＝l_n/R_n                                    (3)

定义占空比为σ，其与α间关系为：

σ＝d_n/4l_n＝(1-τ)/4tgα                       (4)

参考上述设计公式，通过调整第一个振子(即最长振子)末端的短路枝节的长度，从而减小集合线在终端的反射，最终得到本设计所要求的宽带特性。

3.实施例一的测试结果，参考图3，在工作频率内驻波均小于1.6。

实施例二，本实施例与上一实施例不同之处在于振子通过微带传输线和微带地面顶端的开路段构成开路枝节。

Claims (5)

1.一种一体化设计的宽频双向辐射天线，包括有同轴电缆和发射板(13)，其特征在于：发射板上安装有介质基片(14)，在介质基片的两个表面分别设有馈电电路的中心传输线(15、16)和至少两副不同频段的对称振子(1、2)，每一副对称振子的两个振子臂分别位于介质基片的两个表面且分别与介质基片的两个表面上的中心传输线(15)连接，各副对称振子相对与反射板高度约为该振子工作波长的二分之一；所述同轴电缆的内导体与介质基片正面的主传输线(15)连接，同轴电缆的外导体与介质基片背面的主传输线(16)和金属接地点(18)连接。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于天线馈电电路的馈电点靠近最短振子臂(1)的一端。

3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于介质基片两表面上的中心传输线通过顶端的短路通孔(19)相连接构成一段短路枝节。

4.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于振子通过介质基片两表面上的中心传输线顶端的开路段构成开路枝节。

5.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，各副对称振子的每个振子臂约为该振子频率对应波长的四分之一。

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