CN101958463B - 一种高增益宽频带全向天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种高增益宽频带全向天线。该天线包括主馈线、双锥赋形反射器、宽频带槽式天线、馈电网络和天线罩。本发明的特点是：1、带宽超过110％，有较高的辐射效率，采用不一致的槽线赋形曲线，有利于进一步展宽天线的带宽；2、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，提高了通信质量；3、采用双锥形赋形反射器结构，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；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，便于提高天线的极化纯度；4、易于实现双极化设计；5、工艺简单，焊点少，便于设计和制造，有利于提高天线的3阶无源交调。
Description
(一)技术领域
本发明涉及移动通信领域内应用的一种天线，具体地说是一种用在通信网络中作为发射和接收无线电信号的天线。
(二)背景技术
无线电通信设备和电子信息设备正朝着多功能化、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。现有天线的主要问题有：(1)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，因此增益比较低。(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能实现向下兼容，实现共站共址，以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。目前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。
文献“Y.Yang，Y.Wang，and A.E.Fathy，Design of compact Vivaldi antenna arraysFor UWB see through wall applications，Progress In Electromagnetics Research，PIER 82，401-418，2008”、“Zhang Cheng Hao，Wei Hong et al，A novel feedingtechnique for antipodal linearly tapered Slot Antenna Array，IEEE MTT-SInternational Microwave Symposium Digest，2005”等都在研究槽式天线的馈电结构和阵列结构，但是都仅仅是从单一的馈电或者是阵列结构来阐述。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供高增益、宽频带、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：
本发明的一种高增益宽频带全向天线包括主馈电电缆、上反射器、下反射器、槽式天线、馈电网络和天线罩，其特征是：主馈电电缆与下固定底座相连，下固定底座通过下铜管与馈电网络相连，馈电网络包含四个馈电电缆，四个馈电电缆分别与四个槽式天线相连，槽式天线由上辐射体和下辐射体构成，上辐射体和下辐射体安装在聚四氟支撑板上、并通过支撑圆柱固定在介质管上，上反射器和下反射器组成双锥赋形反射器，通过塑料球固定在介质管上，上反射器开口向上，下反射器开口向下，上固定底座通过上铜管连接在介质管上，上固定底座和下固定底座固定在天线罩上，除主馈电电缆外的所有天线结构均安装在天线罩内。
本发明还可以包括：
1、所述的槽式天线的上辐射体和下辐射体均安装不直接与馈电电缆相连的寄生单元。
2、所述的槽式天线、上反射器和下反射器由较薄的铜箔制成，上反射器和下反射器的锥角在15°～60°之间调节。
3、所述的天线罩上设置漏水孔。
本发明的主要特点在于：1、带宽超过110％，有较高的辐射效率，采用不一致的槽线赋形曲线，有利于进一步展宽天线的带宽；2、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，提高了通信质量；3、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；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，便于提高天线的极化纯度；4、易于实现双极化设计；5、工艺简单，焊点少，便于设计和制造，有利于提高天线的3阶无源交调。
(四)附图说明
图1为本发明实施实例1基本结构主视图；
图2为本发明实施实例1基本结构侧视图；
图3为本发明实施实例1馈电网络结构示意图；
图4为本发明实施实例2槽式天线单元示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例本对发明做更详细地描述：
实施实例1：
结合图1和图2，四个槽式天线5组成辐射单元，主馈电电缆14通过下固定底板2直接给馈电网络16馈电，馈电网络16通过四根馈电电缆17分别给四个槽式天线5馈电。槽式天线5由上辐射体15和下辐射体10构成，而上反射器7和下反射器6组成双锥赋形反射器，槽式天线5和双锥赋形反射器，由较薄的铜箔制成，且双锥赋形反射器的锥角在15°～60°之间，并且锥的高度和双锥赋形反射器锥角均是可以调节的。上下辐射体安装在聚四氟支撑板11上，并通过支撑圆柱9固定在介质管18上。本发明的槽式天线5由改进的Vivaldi天线组成。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。整个天线结构采用上铜管4和下铜管3、介质管18混合的形式，在双锥形赋形反射器的锥顶采用塑料球8固定上铜管4、下铜管3和介质管18。上铜管4和下铜管3起到多重作用，下铜管3不仅能支撑馈电网络16，使得馈电网络16有效的接地，同时馈电电缆17从下铜管3中通过，有效的防止馈电电缆17在高频时的等效天线效应，使馈电电缆17不对天线的方向图造成影响。采用介质管18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。天线由上底座1和下底座2固定后安装在天线罩13中，天线罩13上设置漏水孔。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。
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。
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。
实施实例2：
如图2所示，本发明的另一种实施方式是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寄生单元的槽式天线。槽式天线由馈电电缆17给槽式天线5馈电，其中19为寄生单元，且此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，它包括主馈电电缆(14)、上反射器(7)、下反射器(6)、槽式天线(5)、馈电网络(16)和天线罩(13)，其特征是：主馈电电缆(14)与下固定底座(2)相连，下固定底座(2)通过下铜管(3)与馈电网络(16)相连，馈电网络(16)包含四个馈电电缆(17)，四个馈电电缆(17)分别与四个槽式天线(5)相连，槽式天线(5)由上辐射体(15)和下辐射体(10)构成，上辐射体(15)和下辐射体(10)安装在聚四氟支撑板(11)上、并通过支撑圆柱(9)固定在介质管(18)上，上反射器(7)和下反射器(6)组成双锥赋形反射器、通过塑料球(8)固定在介质管(18)上，上反射器(7)开口向上，下反射器(6)开口向下，上固定底座(1)通过上铜管(4)连接在介质管(18)上，上固定底座(1)和下固定底座(2)固定在天线罩(13)上，除主馈电电缆(14)外的所有天线结构均安装在天线罩(13)内。
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：所述的槽式天线(5)的上辐射体(15)和下辐射体(10)均安装不直接与馈电电缆(17)相连的寄生单元(19)。
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：所述的槽式天线(5)、上反射器(7)和下反射器(6)由薄的铜箔制成，上反射器(7)和下反射器(6)的锥角在15°～60°之间调节。
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：所述的天线罩(13)上设置漏水孔。
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：所述的天线罩(13)上设置漏水孔。
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