CN101877435A - 宽频带天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种宽频带天线，所述宽频带天线包括：反射板和方正阵列的排列方式的四个单偶极子，所述单偶极子通过馈电匹配段安装在反射板上，所述方正阵列对角线位置上的两个单偶极子形成一对对称偶极子；所述相邻单偶极子的相邻侧边之间的夹角为0至20度。本发明实施例适用于移动通信中的基站天线。

Description

宽频带天线

技术领域

本发明涉及移动通信基站天线技术领域，尤其涉及一种宽频带天线。

背景技术

基站天线是移动通信系统室外覆盖的关键部件，其基本功能是发射和接收无线电波。天线发射无线电波原理为：当导体上通以高频电流时，在其周围空间会产生电场与磁场，这样就可以把高频电流转换为电磁波，从而通过天线发射无线电波；天线接收无线电波原理为：高频无线电波在空中传播，如遇着导体，就会发生感应作用，在导体内产生高频电流，这样就可以把电滋波转换为高频电流，从而通过天线接收来自远处的无线电波。

随着移动通信技术的发展，基站天线的样式也越来越多，目前基站天线主要有三种形式：双极化偶极子天线、单极化偶极子天线和贴片天线。目前双极化偶极子天线是较为常用的。如图1所示为现有的一种双极化偶极子天线，所述双极化偶极子天线包括两对偶极子，并且每个偶极子的平面都是垂直方向设置。

通过研究现有技术中的双极化偶极子天线，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

目前很多基站都要求能够在较宽频率范围内(宽频带)的发射和接收信号，这就需要一种天线能够在一定的宽频带范围内都具有较好的发射和接收效果。但是，不同形状、尺寸的天线在发射和接收同一频率的无线电波时，其对应的天线输入阻抗相差较大，导致效率相差很多，如极化方向、方向特性、阻抗匹配、辐射效率、频带宽度和驻波图形等都会差别较大；即：目前的一种形状、尺寸的天线能够发射和接收的频段较窄。因此，为了针对不同频率的无线电波都能取得理想的通信效果，必须设计适当形状、尺寸的天线。

发明内容

本发明的实施例提供一种宽频带天线，能够在较宽的频率范围内发射和接收无线电波。

本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供的宽频带天线，四个单偶极子通过馈电匹配段以方正阵列的排列方式安装在反射板上，其中，所述方正阵列对角线位置上的两个单偶极子形成一对对称偶极子，所述相邻单偶极子的相邻侧边之间的夹角为0至20度。

由上可以看出，在单偶极子形状固定的情况下，通过调整相邻单偶极子的相邻侧边之间的夹角，在天线所接收无线电波的频带较宽的情况下，使天线的输入阻抗变化很小，从而使所述宽频带天线能够在较宽的频率范围内发射和接收无线电波。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术中双极化偶极子天线结构示意图；

图2为本发明实施例宽频带天线的俯视图；

图3为本发明实施例宽频带天线沿垂直方向的剖视图；

图4为本发明实施例宽频带天线立体透视图；

图5、图6为本发明实施例宽频带天线中反射板与单偶极子的位置示意图；

图7为本发明实施例宽频带天线中，当α为0度时，随着无线电波频率变化的天线输入阻抗变化图；

图8为本发明实施例宽频带天线中，当α为10度时，随着无线电波频率变化的天线输入阻抗变化图；

图9为本发明实施例宽频带天线中开设有倒斜角的单偶极子结构示意图；

图10为本发明实施例宽频带天线中无倒角的单偶极子结构示意图；

图11为本发明实施例宽频带天线中开设有倒圆角的单偶极子结构示意图；

图12为本发明实施例宽频带天线中相对的两个单偶极子之间的距离示意图；

图13为本发明实施例宽频带天线中相对的两个单偶极子顶点之间的距离示意图；

图14、图15、图16为本发明实施例宽频带天线中单偶极子内部组成结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例提供一种宽频带天线，能够在较宽的频率范围内发射和接收无线电波。

为使本发明技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

如图2、图3、图4、图5、图6所示，所述宽频带天线包括：

反射板101和以方正阵列的排列方式的四个单偶极子102a和102b、103a和 103b，所述单偶极子102a和102b、103a和103b分别通过馈电匹配段10安装在反射板101上，所述方正阵列对角线位置上的两个单偶极子102a和102b形成一对对称偶极子，所述方正阵列对角线位置上的两个单偶极子103a和103b形成一对对称偶极子；所述相邻单偶极子的相邻侧边之间的夹角α为0至20度。

其中，所述单偶极子可以为三角形或扇形结构，当然，也可以为花瓣形、钻石形、椭圆形等其它散开的形状。在本实施例中，所述单偶极子为三角形。

当所述相邻单偶极子的相邻侧边之间的夹角α为0度时，如图7所示，所述圆周上的刻度表示宽频带天线的输入阻抗，m1和m2之间的曲线为宽频带天线所接收的无线电波的频率变化时，宽频带天线的输入阻抗变化曲线；其中，m1为高频点，m2为低频点，在宽频带天线的频率在m1和m2之间变化时，所述宽频带天线的输入阻抗能够匹配在90欧姆附近，从而使所述宽频带天线能够在较宽的频率范围内发射和接收无线电波。

当所述相邻单偶极子的相邻侧边之间的夹角α为20度时，如图8所示，m1和m2之间的曲线为宽频带天线所接收的无线电波的频率变化时，宽频带天线的输入阻抗变化曲线；其中，m1为高频点，m2为低频点，在宽频带天线的频率在m1和m2之间变化时，所述宽频带天线的输入阻抗能够匹配在90欧姆附近，从而使所述宽频带天线能够在较宽的频率范围内发射和接收无线电波。

作为本发明的优选实施例，所述单偶极子的相邻侧边之间的夹角α的取值范围为(0°，20°]。

如图2、图3、图4所示，所述馈电匹配段10包括内导体102e和外导体102d，如图2所示，在一对对称偶极子102a和102b中，单偶极子102a与馈电匹配段10的外导体102d连接，单偶极子102b与馈电匹配段10的内导体102e连接；外导体102d为一竖直的腔体，所述腔体的横截面为矩形。内导体102e为

形，所述内导体102e的竖直部分位于所述外导体102d的竖直空腔中，内导体102e与外导体102d互不接触，以避免流经内导体102e的信号与流经外导体102d的信号混合，保证宽频带天线能够正常接收无线电波。

同样，如图2、图3所示，在一对对称偶极子103a和103b中，单偶极子103a与馈电匹配段10的外导体103d连接，单偶极子103b与馈电匹配段10的内导体103e连接；外导体103d为一竖直的腔体，内导体103e为

形，所述内导体103e的竖直部分位于所述外导体103d的竖直空腔中，内导体103e与外导体103d互不接触，以避免流经内导体103e的信号与流经外导体103d的信号混合，保证宽频带天线能够正常接收无线电波。

如图3、图4所示，所述内导体103e与所述单偶极子103a相连的位置的高度低于所述内导体102e与所述单偶极子102a相连的位置的高度，以使所述内导体103e与所述内导体102e互不接触，以避免流经内导体103e的信号与流经内导体102e的信号混合，保证宽频带天线能够正常接收无线电波。

如图9所示，所述单偶极子的两个侧边开设有倒角，其中，所述倒角可以为倒斜角或倒圆角。在本实施例中，所述倒角为倒斜角。以单偶极子203a为例，沿所述单偶极子203a的一条侧边上的M点开设有倒角，所述倒角与所述单偶极子203a的外缘交于N点，从而形成一条新的侧边MN，所述单偶极子的侧边延长线与所述新的侧边MN之间的夹角为β。当所述单偶极子的形状固定时，在天线所接收无线电波的频带较宽的情况下，且所述相邻单偶极子的相邻侧边之间的夹角α为0至20度时，通过调节所述夹角β，可以使天线的输入阻抗变化很小，从而使所述宽频带天线能够在较宽的频率范围内发射和接收无线电波。

如图10所示，所述单偶极子302a、302b、303a、303b均为扇形，所述单偶极子302a、302b、303a、303b的两个侧边没有开设倒角；

如图11所示，所述单偶极子402a、402b、403a、403b均为三角形，所述单偶极子402a、402b、403a、403b的两个侧边上开设有倒圆角。

作为本发明的优选实施例，任意两个相对的单偶极子外缘之间的垂直距离小于所述宽频带天线的最低工作频率对应的波长的一半，任意两个相对的单偶极子外缘之间的垂直距离大于所述宽频带天线的最高工作频率对应的波长的一半。

如图12所示，所述相对的两个单偶极子502a和502b的外缘之间的垂直距离为L1，所述垂直距离L1小于所述宽频带天线的最低工作频率对应的波长的一半；所述垂直距离L1大于所述宽频带天线的最高工作频率对应的波长的一半。

同样，所述相对的两个单偶极子503a和503b的外缘之间的垂直距离小于所述宽频带天线的最低工作频率对应的波长的一半；所述相对的两个单偶极子503a和503b的外缘之间的垂直距离大于所述宽频带天线的最高工作频率对应的波长的一半。

作为本发明的优选实施例，所述相对的一对对称偶极子中，一个单偶极子的侧边与连接所述侧边与单偶极子外缘的直线段或者弧线段的交点，与另一个单偶极子的侧边与连接所述侧边与单偶极子外缘的直线段或者弧线段的交点之间的距离小于所述宽频带天线最低工作频率对应的波长的一半。

如图12所示，所述一对对称偶极子中，沿单偶极子503a的一条侧边上的A点开设有倒角，沿单偶极子503b的一条侧边上的B点开设有倒角，其中，所述A、B两点之间的距离为L2，所述L2小于所述宽频带天线最低工作频率对应的波长的一半。当所述单偶极子的形状固定时，在天线所接收无线电波的频带较宽的情况下，且所述相邻单偶极子的相邻侧边之间的夹角α为0至20度时，通过调节L2的大小，可以使天线的输入阻抗变化很小，从而使所述宽频带天线能够在较宽的频率范围内发射和接收无线电波。

同样，沿单偶极子502a的一条侧边上的C点开设有倒角，沿单偶极子502b的一条侧边上的D点开设有倒角，其中，所述C、D两点之间的距离小于所述宽频带天线最低工作频率对应的波长的一半。

如图13所示，所述相对的两个单偶极子602a和602b的顶点之间的距离为j，所述j很小，在本实施例中，所述j小于所述宽频带天线工作波长的二十分之一。其中，馈电是将馈电匹配段的外导体602d与单偶极子602a相连，内导体602e与单偶极子602b相连。内外导体的相位相差180度，馈电点的位置就相当于把一对偶极子的中心位置转移到另一个单偶极子上，等效于一个极化的两个单偶极子的长度不相等，两个单偶极子的电流分布相位会不一致，导致向外辐射的电磁波会发生偏移，方向图会发生偏移。而减小两个单偶极子之间的距离，可以避免这个缺陷，采用横截面为矩形的外导体，也就相当于把两个单偶极子的距离缩小，从而有效地缓解方向图偏离中心。

如图14所示，所述宽频带天线的各单偶极子702a、702b、703a、703b为实体结构；如图15所示，所述宽频带天线的各单偶极子802a、802b、803a、803b为空心结构；如图16所示，所述宽频带天线的各单偶极子902a、902b、903a、903b为部分挖空结构。当然，所述宽频带天线的各单偶极子也可以为其它结构，以使所述各单偶极子的重量减轻，降低宽频带天线的整体成本。

总之，利用本发明实施例提供的宽频带天线，能够在宽频带天线所接收无线电波的频带较宽的情况下，使天线的输入阻抗变化很小，从而使所述宽频带天线能够在较宽的频率范围内发射和接收无线电波。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种宽频带天线，其特征在于，包括：反射板和以方正阵列排列的四个单偶极子，所述四个单偶极子通过馈电匹配段安装在反射板上，所述方正阵列对角线位置上的两个单偶极子形成一对对称偶极子；所述相邻单偶极子的相邻侧边之间的夹角为0至20度。

2.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述单偶极子为三角形或扇形结构。

3.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述馈电匹配段包括内导体和外导体，在一对对称偶极子中，一个单偶极子与所述内导体连接，另一个单偶极子与所述外导体连接；所述外导体为一竖直的腔体，所述内导体为

形，所述内导体的竖直部分位于所述外导体的竖直空腔中，所述内导体与外导体互不接触。

4.根据权利要求3所述的宽频带天线，其特征在于，所述外导体的横截面为矩形。

5.根据权利要求2所述的宽频带天线，其特征在于，所述单偶极子的两个侧边开设有倒角。

6.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述一对对称偶极子中，两个单偶极子外缘之间的垂直距离小于所述宽频带天线最低工作频率对应的波长的一半。

7.根据权利要求1或6所述的宽频带天线，其特征在于，所述一对对称偶极子中，两个单偶极子外缘之间的垂直距离大于所述宽频带天线最高工作频率对应的波长的一半。

8.根据权利要求5所述的宽频带天线，其特征在于，所述一对对称偶极子中，沿一个单偶极子的一条侧边上的一点开设有倒角，沿另一个单偶极子的一条侧边上的一点开设有倒角，所述两点之间的距离小于所述宽频带天线最低工作频率对应的波长的一半，其中，所述两条侧边与同一条垂直分界线相邻。

9.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述相对的两个单偶极子顶点之间的距离小于所述宽频带天线工作波长的二十分之一。

10.根据权利要求1所述的宽频带天线，其特征在于，所述单偶极子为实体结构、空心结构或部分挖空结构。

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