CN102110879B

CN102110879B - 一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线

Info

Publication number: CN102110879B
Application number: CN 201110026706
Authority: CN
Inventors: 房少军; 王钟葆; 王昊; 黄志强
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: CN102110879A

Abstract

本发明公开了一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，包括：叠层平板辐射单元、垂直极化天线单元、非对称宽带反相馈电网络、阻抗调节器、输入连接器和固定螺丝：叠层平板辐射单元自上而下依次为上层板、下层板和地层板；垂直极化天线单元由两个叠层平板辐射单元齐平、反相排列构成；非对称宽带反相馈电网络位于叠层平板辐射单元的下层板和地层板之间；阻抗调节器的一端与非对称宽带反相馈电网络连接，另一端与下层板连接；所述输入连接器的外导体固定在地层板上，内导体穿透地层板与非对称宽带反相馈电网络连接。该天线具有工作频带宽、输入驻波比小、成本低、尺寸小等特点，适合于分米波波段的地面数字电视发射天线系统应用。

Description

一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线

技术领域

本发明涉及一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，尤其涉及一种应用于分米波波段的地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线。

背景技术

天线与其馈电设备是收、发设备与空间无线电波连接的重要环节，是将发射机的功率变换为电磁波，向远处传播的重要装置。建立一个理想的小型电视差转台，除了具有高质量的电视差转机外，还必须有性能良好的发射与接收天线。采用高质量的天线，可以有效地利用发射机的功率并降低对接收机的要求。随着全球电视数字化和移动化步伐的不断加快，我国近几年数字电视发展迅速，已在大多数大中城市开通了数字电视业务，在这场广播、电视数字化和移动化的革命中，研究开发适应高性能移动数字电视的发射与接收天线是提高地面数字电视覆盖率的重要环节。

随着地面数字电视的发展，需要宽频带、大功率、高增益、低成本的发射天线应用于地面数字电视发射系统。目前，用于我国地面数字电视系统的发射天线有四偶极子天线、缝隙天线、蝙蝠翼天线等，这些天线的加工和调试都比较复杂，因此成本较高。因平板天线具有体积小、重量轻、低剖面、低成本和易共形等优点，已得到广泛应用。然而，在许多应用中最主要的障碍是平板天线的有限带宽和承受功率小，典型的平板天线驻波比小于1.1的带宽只有百分之零点几量级，而且馈电网络基本都是由微带功分器组成，因此承受功率小。由于这个原因，平板天线未能在广播电视发射系统中得到应用。所以必须提高平板天线的阻抗带宽和承受功率，才能满足地面数字电视广播发射系统的要求。

有鉴于此，确有必要提出一种新型的地面数字电视发射系统天线装置，以降低地面数字电视广播发射系统的成本。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，研制了一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，尤其是指应用于分米波波段的地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线。本发明采用的技术原理为：

采用叠层平板辐射单元1的结构，以提高普通平板天线的阻抗带宽；采用以空气为介质、特性阻抗为100欧姆的微带线构成非对称宽带反相馈电网络，以增大叠层平板天线阵的承受功率。为了提高叠层平板天线单元工作频带内输入阻抗的平整度，改善输入阻抗的频带特性，阻抗调节器安置在下层板的两个矩形板连接中心附近，为下层板进行馈电，上层板通过下层板耦合馈电。由于采用叠层结构，反射系数曲线呈现双频特性，通过在上层板开槽，使之成为“凹”形板，可以改善反射系数曲线的对称特性；在下层板增加一个小矩形板，使之成为“凸”形板，不仅可以起微调频率的作用，而且可以改善阻抗调节器附近的阻抗特性，使之取得良好的匹配效果。为了便于设计馈电网络，同时减小馈电网络对叠层平板辐射单元1辐射特性的影响，两个叠层平板辐射单元1采用齐平、反相排列方式。非对称宽带反相馈电网络呈非对称的“S”形，采用以空气为介质基板、特性阻抗为100欧姆的微带线构成，这样不仅加工方便、成本低廉、承受功率大，而且馈电网络的长度不受四分之一波长的限制，从而使得阻抗带宽更宽。馈电方式采用能承受大功率的L27型接头，接头的内导体偏向于非对称宽带反相馈电网络的某一端口，使其两输出端的相位相差180度，从而使得两个叠层平板辐射单元1的辐射特性完全相同。输入连接器的外导体固定在地层板上，内导体穿透地层板与非对称宽带反相馈电网络连接。非对称宽带反相馈电网络、上层板、下层板、地层板通过固定螺丝固定在一起，其中叠层平板辐射单元1中心处采用金属螺丝，四周采用塑料螺丝固定。本发明采用的技术手段如下：

一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，其特征在于其特征在于包括：叠层平板辐射单元、垂直极化天线单元、非对称宽带反相馈电网络、阻抗调节器、输入连接器和固定螺丝；所述叠层平板辐射单元的结构自上而下依次为上层板、下层板和地层板；所述垂直极化天线单元由两个叠层平板辐射单元构成，通过非对称宽带反相馈电网络相连接；所述非对称宽带反相馈电网络位于叠层平板辐射单元的下层板和地层板之间，呈非对称“S”形；所述阻抗调节器的一端与非对称宽带反相馈电网络连接，另一端与下层板连接；所述输入连接器的外导体固定在地层板上，内导体穿透地层板与非对称宽带反相馈电网络连接；所述非对称宽带反相馈电网络、上层板、下层板和地层板通过固定螺丝进行固定。

于所述叠层平板辐射单元的上层板上开有凹槽，为“凹”形板；下层板上设有凸起，为“凸”形板。

组成所述垂直极化天线单元的两个叠层平板辐射单元呈齐平、反相排列。

所述阻抗调节器为无尖的金属圆锥结构或圆柱结构。

所述下层板和非对称宽带反相馈电网络与阻抗调节器连接的部分分别加工成一矩形槽，使阻抗调节器能够在其中移动。

所述阻抗调节器一端与非对称宽带反相馈电网络的输出相连接，另一端安置在下层板上设有的凸起和下层板的的主体板连接中心附近为下层板进行馈电；所述上层板通过下层板耦合馈电。

所述非对称宽带反相馈电网络、上层板、下层板、地层板通过固定螺丝固定在一起，其中叠层平板辐射单元中心处采用金属螺丝，四周采用塑料螺丝。

所述非对称宽带反相馈电网络采用非对称“S”形，以空气为介质、特性阻抗为100欧姆的微带线构成；所述输入连接器偏向于非对称宽带反相馈电网络的一端，使其两输出端的相位相差180度。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，通过提高组阵天线的阻抗带宽和承受功率，从而满足地面数字电视广播发射系统中的使用要求，并且该天线具有成本低、增益高、频带宽、功率大、体积小的特点。另外，由于其结构简单，便于生产，而且成本低廉适于广泛推广。

附图说明

图1是本发明一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线的顶视图；

图2是本发明一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线的侧视图；

图3是本发明一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线的电压驻波比图；

图4是本发明一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线的辐射特性图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线包括：叠层平板辐射单元1、垂直极化天线单元2、非对称宽带反相馈电网络3、阻抗调节器4、输入连接器5和固定螺丝。叠层平板辐射单元1包括：上层板11、下层板12和地层板13。由于采用叠层结构，反射系数曲线呈现双频特性。在上层板11开槽，使之成为“凹”形板，通过调节凹槽111的长度尺寸可以改善反射系数曲线的对称特性；在下层板12设有凸起121，如图1所示，本实施例是在下层板上设置一个小矩形板，使之成为“凸”形板。通过调节凸起121的长度尺寸，一方面可以起微调频率的作用，另一方面可以改善阻抗调节器附近的阻抗特性，使之取得良好的匹配效果。非对称宽带反相馈电网络3位于下层板12和地层板13之间（如图2所示），呈非对称的“S”形，采用以空气为介质基板、特性阻抗为100欧姆的微带线构成，这样不仅加工方便、成本低廉、承受功率大，而且馈电网络的长度不受四分之一波长的限制，从而使得阻抗带宽更宽。阻抗调节器4的一端连接在非对称宽带反相馈电网络3的一个输出端口，另一端连接在下层板12的两个矩形板（即下层板的主体板和设置在下层板上的小矩形板）连接中心附近（如图2所示），再在下层板12和非对称宽带反相馈电网络3与阻抗调节器4连接的部分分别加工成一矩形槽，使阻抗调节器能够在其中移动，通过轻微的移动阻抗调节器4的位置，可以改变其附近的阻抗特性，从而获得良好的阻抗匹配效果。垂直极化天线单元2由两个叠层平板辐射单元1齐平、反相排列（本实施例中两个叠层平板辐射单元共用一个地层板，这样可以简化工艺，节省成本，当然也可以将两个设有独立地层板的叠层平板辐射单元组成，但需要配置单独的馈电网络），一方面在叠层平板辐射单元1的同一侧设计馈电网络比较容易，另一方面还减小馈电网络对叠层平板辐射单元1的辐射特性影响。馈电方式采用能承受大功率的L27型接头，输入连接器5偏向于非对称宽带反相馈电网络3的某一端口，使其两输出端的相位相差180度，从而使得两个叠层平板辐射单元1的辐射特性完全相同。

如图2所示，输入连接器5的外导体52固定在地层板上，内导体51穿透地层板13与非对称宽带反相馈电网络3连接。上层板11、下层板12和地层板13之间通过固定螺丝固定在一起，其中叠层平板天线单元1中心处采用金属螺丝61，四周采用塑料螺丝62固定。非对称宽带反相馈电网络3与地层板13之间采用塑料螺丝63进行固定。

本发明所提供的天线可实现的技术指标如下：

频率范围：470～870MHz

工作带宽：≥56MHz

极化方式：垂直极化

VSWR：≤1.1:1

输入功率：≤1.0Kw

天线增益：≥12.0dBi

前后比：≥20.0dB

半功率波束宽度：水平面62°，垂直面25°

输入连接器：L27型连接器

如图3所示本实施例列举工作频带为737～814MHz进行说明，在该频带内，输入端口的驻波比均小于1.1,而且呈现双频特性，说明输入端口匹配特性良好。通过轻微的调节阻抗调节器4的位置，可以明显的改善驻波比特性。

如图4所示，本发明一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线在水平方向的半功率辐射角度为62°，在垂直方向的半功率辐射角度为25°，最大增益为13dBi，前后比为21dB。

本发明一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，由于采用了所提出的“凹”形上层板、“凸”形下层板、叠层结构放置、非对称宽带反相馈电网络、阻抗调节器、叠层平板辐射单元1共轴、反相排列等技术，使得本发明一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线具备工作频带宽、电压驻波比小、承受功率大、增益高、尺寸小、成本低、加工简单、调试方便等特点，非常适合于分米波波段的地面数字电视发射天线系统的应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，其特征在于包括：叠层平板辐射单元、垂直极化天线单元、非对称宽带反相馈电网络、阻抗调节器、输入连接器和固定螺丝；所述叠层平板辐射单元的结构自上而下依次为上层板、下层板和地层板；所述垂直极化天线单元由两个叠层平板辐射单元构成，通过非对称宽带反相馈电网络相连接；所述非对称宽带反相馈电网络位于叠层平板辐射单元的下层板和地层板之间，呈非对称“S”形；所述阻抗调节器的一端与非对称宽带反相馈电网络连接，另一端与下层板连接；所述输入连接器的外导体固定在地层板上，内导体穿透地层板与非对称宽带反相馈电网络连接；所述非对称宽带反相馈电网络、上层板、下层板和地层板通过固定螺丝进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，其特征在于所述叠层平板辐射单元的上层板上开有凹槽，为“凹”形板；下层板上设有凸起，为“凸”形板。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，其特征在于组成所述垂直极化天线单元的两个叠层平板辐射单元呈齐平、反相排列。

4.根据权利要求1所述的一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，其特征在于所述阻抗调节器为无尖的金属圆锥结构或圆柱结构。

5.根据权利要求1所述的一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，其特征在于所述下层板和非对称宽带反相馈电网络与阻抗调节器连接的部分分别加工成一矩形槽，使阻抗调节器能够在其中移动。

6.根据权利要求1、2或5所述的一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，其特征在于所述阻抗调节器一端与非对称宽带反相馈电网络的输出相连接，另一端安置在下层板上设有的凸起和下层板的主体板连接中心附近为下层板进行馈电；所述上层板通过下层板耦合馈电。

7.根据权利要求1所述的一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，其特征在于所述非对称宽带反相馈电网络、上层板、下层板、地层板通过固定螺丝固定在一起，其中叠层平板辐射单元中心处采用金属螺丝，四周采用塑料螺丝。

8.根据权利要求1所述的一种用于地面数字电视发射系统的垂直极化组阵天线，其特征在于所述非对称宽带反相馈电网络采用非对称“S”形，以空气为介质、特性阻抗为100欧姆的微带线构成；所述输入连接器偏向于非对称宽带反相馈电网络的一端，使其两输出端的相位相差180度。