CN101714697B - 一种水平极化全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平极化全向天线，其包括U形金属槽，金属短路块，金属馈电柱，馈电底座，同轴线，金属短路块和金属馈电柱分别设置于U形金属槽内，且金属短路块和金属馈电柱于U形金属槽内沿U形金属槽的长度方向依次错开排列，馈电底座设置于U形金属槽长度方向的槽壁上，同轴线由馈电底座穿过U形金属槽的槽壁与金属馈电柱电连接。本发明采用最大直径尺寸为1/4波长的U形金属槽结构，与现有技术相比，直径缩小了一半，对于空间要求比较高的场合尤其适用；而且天线辐射单元增益较高，使得为提高天线增益，而增加的单元数目的数量减少；同时可宽带工作，天线不圆度±2dB以内，最大可以实现2KW的发射功率。

Description

一种水平极化全向天线

技术领域

本发明涉及天线，具体是一种水平极化全向天线。

背景技术

天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，根据方向性的不同，天线有全向和定向两种类型。全向天线，即在水平面上表现为360°均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直面表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用与低密度用户的大范围覆盖。定向天线，在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在移动通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，用户密度大的地方。因为移动通信系统的特殊性，基站天线大部分都采用定向天线，以提高系统容量满足不断增多的用户需求。而在UHF频段电视系统中由于采用单向传输模式，用户端只是被动接收，用户数量的多少对系统没有任何影响，因此全向天线大范围覆盖的优点得到广泛应用。

在UHF频段电视系统中，全向天线包括水平极化全向天线和垂直极化全向天线两种，大功率主站一般采用水平极化全向天线。在水平极化全向天线中，通常采用Alford方环天线、3个互呈120度布局的印刷弯曲偶极子、十字形蝙蝠翼、矩形波导或者圆形金属管开缝等结构，做为水平极化全向天线的基本辐射单元。还有一种情况是通过很多水平极化定向天线圆周排列，实现全向覆盖。

在上述单元结构中，Alford方环天线和3个互呈120度布局的印刷弯曲偶极子组成的天线单元，均采用印刷电路板结构。单元天线的增益都比较低，为了提高增益采用多个单元组成阵列的方式来实现，馈电网络非常复杂；同时单元间的连接馈线会引天线辐射特性的恶化。如中国实用新型专利《高增益水平极化全向阵列天线》(专利号：200520079193.0)中提到的实施例，用16个3个互呈120度布局的印刷弯曲偶极子并联组阵，只能工作在3.8～4GHz频段5％的相对带宽内，如果扩展到UHF频段工作带宽还会减小。

在上述单元结构中，十字形蝙蝠翼天线具有水平极化接收功能，并且可以实现全向、高增益、宽频带和大功率，但其外形是一个每边尺寸在二分之一波长到三分之二波长的三维空间结构，体积较大。同时馈电网络也非常复杂，需要90度移相器来实现旋转形的水平极化全向辐射场，方向图的带宽受到90度移相器的限制，天线不圆度指标为±3dB。

在上述单元结构中，矩形波导或者圆形金属管开缝结构是众所周知的窄带结构，方向图随着频率的变化，在俯仰面内可能出现栅瓣，并且最大值不在水平方向，天线增益起伏大于4dB，驻波比明显恶化。同时大于2倍波长的结构体积太大，因此很难在高增益宽频带范围内使用。

而由多个水平极化定向天线组合而成的水平极化全向天线，造价高昂占用空间很大，安装维护都非常不便，同时在平板天线之间会形成干涉区域，场强不均匀，不圆度指标差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工作频段较宽、体积较小、大功率高增益的水平极化全向天线，其既满足水平极化收发特性，又具有优良的全向收发性能和紧凑的几何结构，能够适用于无线数字电视基站发射系统，尤其是安装空间小的应用需要。

本发明的技术方案是这样的：一种水平极化全向天线，包括U形金属槽，数个金属短路块，至少一个金属馈电柱，至少一个馈电底座，同轴线，上述金属短路块和上述金属馈电柱分别设置于上述U形金属槽内，且上述金属短路块和上述金属馈电柱于上述U形金属槽内沿上述U形金属槽的长度方向依次错开排列，上述馈电底座设置于上述U形金属槽长度方向的槽壁上，上述同轴线的内导体由上述馈电底座穿过上述U形金属槽的槽壁与上述金属馈电柱电连接。

上述U形金属槽一个辐射单元的长度(或者两个上述金属短路块之间的长度)为1-1.5波长，宽边为1/4波长，窄边为0.1波长。

上述U形金属槽内沿其长度方向间隔设置有支撑于上述U形金属槽长度方向的两侧槽壁内侧面上的绝缘支撑柱。

还包括安装部件和圆形天线外罩，上述U形金属槽固定安装于上述圆形天线外罩的中心，上述U形金属槽的两端通过上述安装部件进行固定，上述U形金属槽、上述圆形天线外罩及上述安装部件装配成为一个整体。

采用上述方案后，本发明的水平极化全向天线，采用最大直径尺寸为1/4波长的U形金属槽结构，与现有技术相比，直径缩小了一半，对于空间要求比较高的场合尤其适用；而且天线单元增益高出半波偶极子天线单元1dB以上，使得为提高天线增益，而增加的单元数目的数量减少；同时可宽带工作，方向图在50％无明显变化，驻波比在12％相对带宽内小于1.5。天线不圆度±2dB以内，优于蝙蝠翼±3dB指标。通过并联馈电网络，两个辐射单元组成的水平极化全向天线可以实现1KW的发射功率，四个辐射单元组成的水平极化全向天线可以实现2KW的发射功率，并且通过调整馈线的长度可实现不同的方向图下倾角度，灵活控制天线覆盖区域。

附图说明

图1为本发明实施例一的立体图；

图2为本发明实施例一的俯视图；

图3为本发明实施例二的立体图；

图4为本发明实施例二的俯视图；

图5为本发明实施例三的立体图；

图6为本发明实施例三的俯视图；

图7为本发明实施例三的550MHz垂直面方向图；

图8为本发明实施例三的700MHz垂直面方向图；

图9为本发明实施例三的700MHz水平面方向图；

图10为本发明实施例三的800MHz垂直面方向图；

图11为本发明实施例三的800MHz水平面方向图；

图12为本发明实施例三的900MHz垂直面方向图；

图13为本发明实施例三的700MHz垂直面预置下倾方向图；

图14为本发明实施例三的800MHz垂直面预置下倾方向图；

图15为本发明实施例三的驻波比测试图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例一：

本发明的一种水平极化全向天线，实施例一以一个基本辐射单元的天线为例，如图1、2所示，包括U形金属槽1，两个金属短路块2，金属馈电柱3，馈电底座4，四根绝缘支撑柱5，同轴线6，压线器11，圆形天线外罩(图中未示出)，以及安装部件12和接插件13。

U形金属槽1一个辐射单元的长度(或者两个金属短路块2之间的长度)为1-1.5波长，U形金属槽1的宽边为1/4波长，窄边为0.1波长。

两个金属短路块2分别设置于U形金属槽1的槽内两端部，且金属短路块2横贯整个U形金属槽1的宽度方向。

金属馈电柱3设置于U形金属槽1的槽内，位于U形金属槽1长度方向内两金属短路块2的中部，金属馈电柱3固定于U形金属槽1的长度方向的一侧槽壁内侧面上。

馈电底座4设置于U形金属槽1长度方向的另一侧槽壁上并与金属馈电柱3相对应设置。

馈电底座4和金属馈电柱3分别与U型金属槽1的长度方向的两侧槽壁保持紧密电接触，并且处于U型金属槽1长度方向内两金属短路块2的中间。

四根绝缘支撑柱5设置于U形金属槽1的槽内沿U形金属槽1的长度方向间隔设置，且绝缘支撑柱5的两端分别固定支撑在U形金属槽1的长度方向的两侧槽壁内侧面上。U型金属槽1通过绝缘支撑柱5保证其两侧槽壁之间平行，同时增加U型金属槽1的结构强度。

接插件13通过法兰固定于安装部件12的外侧，接插件13的外导体穿过安装部件12与同轴线6的外导体保持电连接，接插件13的内导体与同轴线6的内导体保持电连接；同轴线6的内导体的另一端通过馈电底座4穿过U型金属槽1的槽壁与金属馈电柱3电连接；同轴线6的外导体通过压线器11紧贴在U型金属槽1的槽壁外侧面上，与U型金属槽1的槽壁外侧面紧密接触。

U型金属槽1两端通过金属短路块2和安装部件12固定于圆形天线外罩中心，使得U型金属槽1、安装部件12和圆形天线外罩形成一个整体。

U型金属槽1与金属短路块2及安装部件12之间，可以通过金属螺栓或者焊接的方式固定在一起。

工作时，射频能量通过接插件13和同轴线6的内外导体，分别传递给金属馈电柱3和馈电底座4，使得与馈电底座4及金属馈电柱3保持电连接的U型金属槽1长度方向的两侧槽壁之间形成激励电流，这种激励电流沿着U型金属槽1往两端传递，形成水平极化全向辐射。

实施例二：

本发明的一种水平极化全向天线，实施例二以两个基本辐射单元组成的阵列天线为例，如图3、4所示，本实施例与实施例一的区别仅在于沿着U型金属槽1的长度方向叠加起来的基本辐射单元数目不同，实施例一中的基本辐射单元为一个，本实施例的基本辐射单元为两个，由同轴线6-8、连接器9-10组成的并联馈电网络，可承受1KW的发射功率。

实施例三：

本发明的一种水平极化全向天线，实施例三以四个基本辐射单元组成的阵列天线为例，如图5、6所示，本实施例与实施例一的区别仅在于沿着U型金属槽1的长度方向叠加起来的基本辐射单元数目不同，实施例一中的基本辐射单元为一个，本实施例的基本辐射单元为四个；由同轴线6-8、连接器9-10组成的并联馈电网络，可承受2KW的发射功率。

作为示例，图7-15给出了实施例三的水平极化全向天线在各种频率下水平面测试结果和垂直面测试结果，从测试结果可以看出：本发明实施例垂直面方向图在550-900MHz 50％相对频率带宽内无明显变化，驻波比在12％相对带宽内小于1.5，远优于中国实用新型专利《高增益水平极化全向阵列天线》(专利号：200520079193.0)中提到的实施例5％的相对带宽。同时天线不圆度±2dB以内，优于蝙蝠翼±3dB指标。在相同辐射单元数目的前提下，本实施例4个辐射单元阵列的垂直面方向图半功率角度比常规全向天线小4度(国标)，增益高1dB以上。

本发明中，由多个基本辐射单元组成的阵列天线，其U形金属槽1一个辐射单元的长度为1-1.5波长，宽边为1/4波长，窄边为0.1波长；U型金属槽1的槽内沿其长度方向设置有N个金属短路块2，在U型金属槽1内形成N-1个基本辐射单元。各基本辐射单元的金属馈电柱3分别与由本单元的馈电底座4穿过U型金属槽1的槽壁的同轴线6的内导体的一端进行电连接，同轴线6的数目根据基本辐射单元的个数而定，各同轴线6的内导体的另一端分别连接到连接器9。同轴线6-8上根据需要可设置多个压线器11。

Claims (3)

1.一种水平极化全向天线，其特征在于：包括U形金属槽，数个金属短路块，至少一个金属馈电柱，至少一个馈电底座，同轴线，上述金属短路块和上述金属馈电柱分别设置于上述U形金属槽内，且上述金属短路块和上述金属馈电柱于上述U形金属槽内沿上述U形金属槽的长度方向依次错开排列，上述馈电底座设置于上述U形金属槽长度方向的槽壁上，上述同轴线的内导体由上述馈电底座穿过上述U形金属槽的槽壁与上述金属馈电柱电连接；上述U形金属槽一个辐射单元的长度为1-1.5波长，宽边为1／4波长，窄边为0.1波长；上述金属短路块的个数比上述U形金属槽的辐射单元的个数多一个。

2.根据权利要求1所述的一种水平极化全向天线，其特征在于：上述U形金属槽内沿其长度方向间隔设置有支撑于上述U形金属槽长度方向的两侧槽壁内侧面上的绝缘支撑柱。

3.根据权利要求1所述的一种水平极化全向天线，其特征在于：还包括安装部件和圆形天线外罩，上述U形金属槽固定安装于上述圆形天线外罩的中心，上述U形金属槽的两端通过上述安装部件进行固定，上述U形金属槽、上述圆形天线外罩及上述安装部件装配成为一个整体。

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