CN101728645A - 双极化全向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明双极化全向天线，包括反射底板、辐射振子、输出同轴射频电缆、射频连接器、金属支撑柱和T型探针，反射底板上安装有混合环，辐射振子上层为一分二馈电功分网络，下层为圆形贴片；辐射振子通过金属支撑柱水平固定在反射底板上，T型探针上部与圆形贴片焊接在一起；第一输出同轴射频电缆内导体一端与馈电功分网络的输入端相连接，外导体与圆形贴片焊接在一起，另一端与混合环第三端口相连接；射频连接器与混合环第一端口相连接；另一第一输出同轴射频电缆内导体一端与T型探针相连接，另一端与混合环第四端口相连接，另一射频连接器与混合环第二端口相连接。其优点是在保证基本电气性能情况下，简化了天线结构，平衡了两路极化的性能。

Description

双极化全向天线
技术领域
本发明涉及移动通信领域用天线，特别涉及一种至少有两个辐射图形的天线。
背景技术
目前，双极化全向天线主要采用垂直/水平两种极化的组合方式。现有的双极化全向天线多采用多个振子按圆形排列的形式来实现全向波束。虽然功分网络的现有技术已成熟，但由于圆极化天线体积普遍较大，这种方式不但增加了天线结构的复杂程度，还会导致天线的两种极化增益相差较大。因此，圆极化天线在许多应用领域受到限制。同时，又由于在实际应用中，特别是在移动通信领域，垂直/水平极化的天线应用很少，大多采用±45°极化的天线，而在双极化的全向天线中，水平全向天线比较难于实现，因此，研制±45°极化的双极化全向天线更显必要。
发明内容
为满足上述需要，本发明的目的在于提供一种结构紧凑，两种极化增益平衡的双极化全向天线。
本发明提供的双极化全向天线，包括辐射振子、第一输出同轴射频电缆、第一射频连接器、第二输出同轴射频电缆和第二射频连接器，还包括反射底板、若干金属支撑柱和T型探针，其中：所述辐射振子由双面覆铜介质板加工而成，上层为一分二的馈电功分网络，下层为圆形贴片，所述馈电功分网络的第一输出端的术端和第二输出端的末端开路，所述圆形贴片的外缘圆周上设有槽形的缝隙，其中，第一纵向缝隙和第二纵向缝隙位于同一纵轴线上，且所述第一纵向缝隙与第一输出端相垂直，第二纵向缝隙与第二输出端相垂直，所述第一横向缝隙和第二横向缝隙位于同一横轴线上，所述辐射振子通过所述金属支撑柱水平固定在所述反射底板上，所述T型探针由覆铜板加工而成，该覆铜板垂直固定于所述反射底板与所述辐射振子之间，所述第一输出同轴射频电缆内导体的一端穿过所述辐射振子与所述馈电功分网络的输入端相连接，所述第一输出同轴射频电缆内导体的另一端与所述射频连接器相连接，所述第一输出同轴射频电缆的外导体与所述圆形贴片焊接在一起，所述T型探针与所述第二输出同轴射频电缆的内导体相连接，所述第二输出同轴射频电缆内导体的另一端与所述第二射频连接器相连接，所述第二输出同轴射频电缆的外导体与所述反射底板焊接在一起。
本发明双极化全向天线，其中所述T型探针由覆铜板加工而成，该覆铜板通过位于其上部的铜条与所述圆形贴片焊接在一起。
本发明双极化全向天线，其中所述T型探针替换为Г型探针。
本发明双极化全向天线，其中所述圆形贴片的直径的大小为0.75λ＜d＜0.85λ，第一缝隙和第二缝隙的长度分别为0.1λ＜L＜0.15λ，其中λ为在空气中与天线中心频率相对应的波长。
本发明双极化全向天线，其中所述金属支撑柱高度为0.1λ＜h＜0.22λ。
本发明双极化全向天线，其中所述圆形贴片的直径的大小为d＝0.8λ，第一缝隙和第二缝隙的长度分别为L＝0.12λ。
本发明双极化全向天线，其中所述支撑柱的高度为h＝0.15λ。
本发明双极化全向天线，还包括在所述反射底板上安装的由覆铜介质板加工的混合环，所述第一射频连接器和第二射频连接器分别通过所述混合环与所述圆形贴片和T型探针相连接，所述混合环设有圆环和与所述圆环连接在一起的4个输出阻抗均为50欧姆的径向条形端口，其中，第一端口、第三端口、第二端口和第四端口依次均布在所述圆环的左半圆周或右半圆周上，所述第一输出同轴射频电缆替换为第三输出同轴射频电缆和第五输出同轴射频电缆，所述第二输出同轴射频电缆替换为第四输出同轴射频电缆和第六输出同轴射频电缆，所述第三输出同轴射频电缆内导体的一端穿过所述辐射振子与所述馈电功分网络的输入端相连接，所述第三输出同轴射频电缆内导体的另一端与所述第三端口相连接，所述第三输出同轴射频电缆的外导体与所述圆形贴片焊接在一起；所述第三射频连接器通过所述第五输出同轴射频电缆与所述第一端口相连接；所述第四输出同轴射频电缆内导体的一端与所述T型探针相连接，所述第四输出射频电缆内导体的另一端与所述第四端口相连接，所述第四射频连接器通过所述第六输出射频电缆与所述第二端口相连接，所述第四输出同轴射频电缆、第五输出同轴射频电缆和第六输出同轴射频电缆的外导体分别与所述反射底板焊接在一起。
本发明双极化全向天线的优点是：由于设置了辐射振子、反射底板、金属支撑柱、T型探针及输出同轴射频电缆，在另一种双极化全向天线中还设置了混合环，构成了±45°极化的双极化全向天线，在保证基本的电气性能的情况下，极大地简化了天线结构，同时，采用辐射振子的圆形贴片结构，有效地平衡了两路极化天线的性能，使得两路极化的增益基本相等。
附图说明
图1是本发明双极化全向天线实施例1的俯视图；
图2是本发明双极化全向天线实施例1的主视图；
图3a是辐射振子的俯视图；
图3b是辐射振子的仰视图；
图4是混合环的结构图；
图5a是T型探针的示意图；
图5b是Г型探针的示意图；
图6是本发明双极化全向天线实施例2的俯视图；
图7是本发明双极化全向天线实施例2的左视图。
具体实施方式
本发明采用两种极化共享一个辐射贴片的形式。为进一步阐述本发明双极化全向天线，下面结合实施例做更详尽的说明。
实施例1
参照图1和图2，本发明双极化全向天线，包括反射底板1、辐射振子2、金属支撑柱4、T型探针5、第一射频连接器7、第二射频连接器9、第一输出同轴射频电缆11和第二输出同轴射频电缆12。
结合图3a和图3b，辐射振子2由双面覆铜板加工而成，介质板上层腐蚀出一个一分二的馈电功分网络20，功分网络20由现有已知技术实现。介质下层腐蚀出带有四个缝隙的圆形贴片21。其中圆形贴片21的直径d＝0.8λ(λ为天线工作的中心频率对应的空气中波长)，金属支撑柱4高度h＝0.15λ。d可在0.75λ＜d＜0.85λ范围内取值，h可在0.1λ＜d＜0.22λ范围内取值。金属支撑柱4除了起到支撑圆形贴片21的作用外，还可以展宽天线的频率带宽，但是为了保证天线的不圆度指标，应该尽量的减少对金属支撑柱4的调整。
第一输出同轴射频电缆11内导体的一端穿过辐射振子2的覆铜板与馈电功分网络20的输入端201相连接，第一输出同轴射频电缆11外导体与圆形贴片21焊接在一起；第一输出同轴射频电缆11另一端与第一射频连接器7相连接。
辐射振子2通过3根相同的金属支撑柱4支撑，由螺钉10固定在反射底板1上。T型探针5由覆铜板加工而成，该覆铜板位于反射底板1与辐射振子2之间，在T型探针5的上部设有铜条50，该覆铜板的上部通过在铜条50与圆形贴片21之间进行焊接固定在一起。T型探针5与第二输出同轴射频电缆12的内导体相连接，第二输出同轴射频电缆12内导体的另一端与第二射频连接器9相连接，第二输出同轴射频电缆12的外导体与反射底板1焊接在一起。
圆形贴片21的外缘圆周上设有槽形的缝隙211-214，其中，第一纵向缝隙211和第二纵向缝隙212位于同一纵轴线上，且第一纵向缝隙211与第一输出端202相垂直，第二纵向缝隙212与第二输出端203相垂直，第一横向缝隙213和第二横向缝隙214位于同一横轴线上。功分网络20的第一输出端202的末端和第二输出端203的末端开路。
功分网络20的第一输出端202激励圆形贴片上较窄的第一缝隙211，第二输出端203激励圆形贴片上较窄的第二缝隙212。第一缝隙211的长度和第二缝隙212的长度分别为L＝0.12λ，L可在0.1λ＜L＜0.15λ范围内取值。通过调整第一缝隙211的长度和第二缝隙212的长度可以改善天线的回波损耗。第一横向缝隙213的长度和第二横向缝隙214的长度一般均为0.02λ，必要时可以通过调节第一横向缝隙213的长度和第二横向缝隙214的长度来改善天线波束的不圆度。
实施例1构成了垂直/水平双极化全向天线。
实施例2
在实施例1的基础上，另一种双极化全向天线在反射底板1上通过另几个螺钉13固定安装有由覆铜板加工的3dB混合环3。
参照图6和图7，另一种双极化全向天线包括反射底板1、辐射振子2、金属支撑柱4、T型探针5、第一射频连接器7、第二射频连接器9、第三输出同轴射频电缆11′、第四输出同轴射频电缆12′、第五输出同轴射频电缆6′和第六输出同轴射频电缆8′。
参照图4，混合环3设有圆环300和与圆环300连接在一起的4个输出阻抗均为50欧姆的径向条形端口301-304，其中，第一端口301、第三端口303、第二端口302和第四端口304依次均布在圆环300的左半圆周或右半圆周上。其中，端口301与303、303与302，302与304的相位差都为90度，端口301与304的相位差为270度。各端口的幅度相等。所以，由端口302输入的水平极化信号与由端口304输入的垂直极化信号通过混合环矢量合成，在端口301的信号就成为-45°极化方向，端口302的信号就成为+45°极化方向。
第三输出同轴射频电缆11′内导体的一端穿过辐射振子2的覆铜板与馈电功分网络20的输入端201相连接，第三输出同轴射频电缆11′外导体与圆形贴片21焊接在一起，第三输出同轴射频电缆11′内导体的另一端与第三端口303相连接。第一射频连接器7通过第五输出同轴射频电缆6′的内导体与第一端口301相连接。
第四输出同轴射频电缆12′内导体的一端与探针5相连接，第四输出同轴射频电缆12′内导体的另一端与第四端口304相连接，第二射频连接器9通过第六输出同轴射频电缆8′的内导体与第二端口302相连接，从而构成天线的两路输出端口。第四输出同轴射频电缆12′、第五输出同轴射频电缆6′和第六输出同轴射频电缆8′的外导体分别与反射底板1焊接在一起。
其余结构与实施例1相同，不再详述。
实施例2构成了±45°极化的双极化全向天线，其工作方式是一根输出同轴射频电缆的一端连接混合环的一个端口，另一端连接辐射振子，从而激励两条较窄的缝隙，产生水平极化的全向波束。另一根输出同轴射频电缆一端与混合环的一个端口连接，另一端与T型探针相连接，由T型探针激励圆形贴片，从而产生垂直极化的全向波束。两路电缆连接混合环端口的位置要求两路相位差为180°。两路垂直极化和水平极化信号通过混合环空间矢量合成，输出的两路信号就是-45°极化和+45°极化，有效地平衡了两路极化天线的性能，使得两路极化的增益基本相等。
在本发明双极化全向天线的其它的实施例中，参见图5a和图5b，实施例2中的T型探针可以替换为Г型探针。Г型探针也由覆铜板加工而成，其上部设有铜条并通过铜条与圆形贴片焊接在一起。使用Г型探针可以有效地展宽天线的阻抗带宽。
本发明双极化全向天线有益效果是：在保证基本的电气性能的情况下，极大地简化了天线结构，同时平衡了两路极化天线的性能，使得两路极化的增益基本相等。这种天线结构适用于0.5GHz～10GHz的频率范围，包括GSM(806MHz～960MHz)，UMTS(1920MHz～2170MHz)，Wimax(2.3GHz～2.7GHz)，Wi-Fi(5.1GHz～5.9GHz)等等。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种双极化全向天线，包括辐射振子(2)、第一输出同轴射频电缆(11)、第一射频连接器(7)、第二输出同轴射频电缆(12)和第二射频连接器(9)，其特征在于：还包括反射底板(1)、若干金属支撑柱(4)和T型探针(5)，其中：所述辐射振子(2)由双面覆铜介质板加工而成，上层为一分二的馈电功分网络(20)，下层为圆形贴片(21)，所述馈电功分网络(20)的第一输出端(202)的末端和第二输出端(203)的末端开路，所述圆形贴片(21)的外缘圆周上设有槽形的缝隙(211-214)，其中，第一纵向缝隙(211)和第二纵向缝隙(212)位于同一纵轴线上，且所述第一纵向缝隙(211)与第一输出端(202)相垂直，第二纵向缝隙(212)与第二输出端(203)相垂直，所述第一横向缝隙(213)和第二横向缝隙(214)位于同一横轴线上，所述辐射振子(2)通过所述金属支撑柱(4)水平固定在所述反射底板(1)上，所述T型探针(5)固定在所述反射底板(1)与所述辐射振子(2)之间，所述第一输出同轴射频电缆(11)内导体的一端穿过所述辐射振子(2)与所述馈电功分网络(20)的输入端(201)相连接，所述第一输出同轴射频电缆(11)内导体的另一端与所述第一射频连接器(7)相连接，所述第一输出同轴射频电缆(11)的外导体与所述圆形贴片(21)焊接在一起，所述T型探针(5)与所述第二输出同轴射频电缆(12)的内导体相连接，所述第二输出同轴射频电缆(12)内导体的第二端与所述第二射频连接器(9)相连接，所述第二输出同轴射频电缆(12)的外导体与所述反射底板(1)焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的双极化全向天线，其特征在于：其中所述T型探针(5)由覆铜板加工而成，该覆铜板通过位于其上部的铜条(50)与所述圆形贴片(21)焊接在一起。
3.根据权利要求1或2所述的双极化全向天线，其特征在于：其中所述T型探针(5)替换为Γ型探针。
4.根据权利要求3所述的双极化全向天线，其特征在于：其中所述圆形贴片(21)的直径的大小为0.75λ＜d＜0.85λ，所述第一纵向缝隙(211)和第二纵向缝隙(212)的长度分别为0.1λ＜L＜0.15λ，其中λ为在空气中与天线中心频率相对应的波长。
5.根据权利要求4所述的双极化全向天线，其特征在于：其中所述金属支撑柱(4)高度为0.1λ＜h＜0.22λ。
6.根据权利要求5所述的双极化全向天线，其特征在于：其中所述圆形贴片(21)的直径的大小为d＝0.8λ，所述第一纵向缝隙(211)和第二纵向缝隙(212)的长度分别为L＝0.12λ。
7.根据权利要求6所述的双极化全向天线，其特征在于：其中所述支撑柱(4)的高度为h＝0.15λ。
8.根据权利要求3所述的双极化全向天线，其特征在于：还包括在所述反射底板(1)上安装的由覆铜介质板加工的混合环(3)，所述第一射频连接器(7)和第二射频连接器(9)分别通过所述混合环(3)与所述圆形贴片(21)和T型探针(5)相连接，所述混合环(3)设有圆环(300)和与所述圆环(300)连接在一起的4个输出阻抗均为50欧姆的径向条形端口(301-304)，其中，第一端口(301)、第三端口(303)、第二端口(302)和第四端口(304)依次均布在所述圆环(300)的左半圆周或右半圆周上，所述第一输出同轴射频电缆(11)替换为第三输出同轴射频电缆(11′)和第五输出同轴射频电缆(6′)，所述第二输出同轴射频电缆(12)替换为第四输出同轴射频电缆(12′)和第六输出同轴射频电缆(8′)，所述第三输出同轴射频电缆(11′)内导体的一端穿过所述辐射振子(2)的覆铜板与所述馈电功分网络(20)的输入端(201)相连接，所述第三输出同轴射频电缆(11′)内导体的另一端与所述第三端口(303)相连接，所述第三输出射频电缆(11′)的外导体与所述圆形贴片(21)焊接在一起，所述第一射频连接器(7)通过所述第五输出同轴射频电缆(6′)与所述第一端口(301)相连接；所述第四输出射频电缆(12′)内导体的一端与所述T型探针(5)相连接，所述第四输出射频电缆(12′)内导体的另一端与所述第四端口(304)相连接，所述第二射频连接器(9)通过所述第六输出同轴射频电缆(8′)与所述第二端口(302)相连接，所述第四输出同轴射频电缆(12′)、第五输出同轴射频电缆(6′)和第六输出同轴射频电缆(8′)的外导体分别与所述反射底板(1)焊接在一起。
9.根据权利要求1、2、4、5、6、7之一所述的双极化全向天线，其特征在于：还包括在所述反射底板(1)上安装的由覆铜介质板加工的混合环(3)，所述第一射频连接器(7)和第二射频连接器(9)分别通过所述混合环(3)与所述圆形贴片(21)和T型探针(5)相连接，所述混合环(3)设有圆环(300)和与所述圆环(300)连接在一起的4个输出阻抗均为50欧姆的径向条形端口(301-304)，其中，第一端口(301)、第三端口(303)、第二端口(302)和第四端口(304)依次均布在所述圆环(300)的左半圆周或右半圆周上，所述第一输出同轴射频电缆(11)替换为第三输出同轴射频电缆(11′)和第五输出同轴射频电缆(6′)，所述第二输出同轴射频电缆(12)替换为第四输出同轴射频电缆(12′)和第六输出同轴射频电缆(8′)，所述第三输出同轴射频电缆(11′)内导体的一端穿过所述辐射振子(2)的覆铜板与所述馈电功分网络(20)的输入端(201)相连接，所述第三输出同轴射频电缆(11′)内导体的另一端与所述第三端口(303)相连接，所述第三输出射频电缆(11′)的外导体与所述圆形贴片(21)焊接在一起，所述第一射频连接器(7)通过所述第五输出同轴射频电缆(6′)与所述第一端口(301)相连接；所述第四输出射频电缆(12′)内导体的一端与所述T型探针(5)相连接，所述第四输出射频电缆(12′)内导体的另一端与所述第四端口(304)相连接，所述第二射频连接器(9)通过所述第六输出同轴射频电缆(8′)与所述第二端口(302)相连接，所述第四输出同轴射频电缆(12′)、第五输出同轴射频电缆(6′)和第六输出同轴射频电缆(8′)的外导体分别与所述反射底板(1)焊接在一起。
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