CN103000987A - 一种高增益宽带全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明属于天线设计技术领域，涉及一种高增益宽带全向天线。本发明天线包括半波偶极子天线、反射板、匹配台和同轴电缆。匹配台呈下端面开放的圆台形，其内部中空，上端面设有圆形孔道。所述半波偶极子天线呈圆柱形，其下半部分置于匹配台的圆形孔道内，半波偶极子天线上半部分露出圆形孔道上端面。半波偶极子天线上方设有圆形反射板，反射板直径和匹配台下端面直径相同，二者圆心位置上下对应。半波偶极子天线下方设有同轴电缆，二者相连形成馈电端口。本发明解决了现有全向天线无法兼顾频带、馈电网络、方向图不圆度、波束指向及增益性能指标的技术问题，取得了同时满足宽频带、馈电网络简单、方向图不圆度小、波束指向稳定及高增益的有益效果。

Description

一种高增益宽带全向天线

技术领域

本发明属于天线设计技术领域，涉及一种高增益宽带全向天线。

背景技术

在通讯领域、移动基站、舰载武器装备等领域中，全向天线得到了日益广泛的应用。

比较经典的天线半波偶极子天线，它具有宽频带、馈电网络简单、方向图不圆度小、波束指向稳定的优点，缺点是是增益较小。

为了提高天线增益，一般通过串联组阵或者并联组阵的方式来实现。并联组阵的天线方式的优点是波束指向稳定；缺点是方向图不圆度大、馈电网络复杂。串联组阵的天线方式的优点是：方向图不圆度小(约1～2分贝)、馈电网络简单；缺点是方向图随着频率的变化，波束会发生上下跳动，波束指向稳定性有待提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有全向天线无法同时满足宽频带、馈电网络简单、方向图不圆度小、波束指向稳定及高增益的性能要求。

本发明的技术方案如下所述：

一种高增益宽带全向天线，包括半波偶极子天线和同轴电缆，其还包括反射板和匹配台；所述匹配台呈下端面开放的圆台形，其内部中空，侧壁和上端面具有一定厚度，上端面设有通透的圆形孔道；所述半波偶极子天线呈圆柱形，其下半部分通过绝缘材料固定于匹配台的圆形孔道内，半波偶极子天线下端面与圆形孔道下端面位于同一水平面上，半波偶极子天线上半部分露出圆形孔道上端面；半波偶极子天线上方设有圆形反射板，反射板直径和匹配台下端面直径相同，二者圆心位置上下对应；半波偶极子天线下方设有同轴电缆，同轴电缆的的内芯与半波偶极子天线下端相连接，同轴电缆的外皮与匹配台上端面下表面相连接。

半波偶极子天线上端面距离匹配台的圆形孔道上端面上表面的距离为h1，

半波偶极子天线的直径d1≤h1，优选d1＝0.1λ₀；其中，λ₀表示需要天线发射信号的波长。

反射板直径d2的范围为λ₀～4λ₀，反射板材料为金属；其中，λ₀表示需要天线发射信号的波长。

作为优选方案，反射板直径d2＝2λ₀，匹配台的上端面直径d3＝0.35λ₀，下端面直径d4＝2λ₀；上端面上表面距离下端面的距离

匹配台上端面厚度为0.4λ₀；匹配台材料为金属；匹配台下端面与反射板距离h3＝λ₀。使用N型头或SMA转接头连接半波偶极子天线和同轴电缆。使用聚四氟乙烯作为绝缘材料。反射板材料和匹配台材料为铜。

本发明的有益效果为：

本发明的天线采用偶极子天线的馈电端口设计，具有宽频带、馈电网络简单、方向图不圆度小及波束指向稳定的特点；利用匹配台和反射面的共同作用，大幅提高了天线增益；同时满足了宽频带、馈电网络简单、方向图不圆度小、波束指向稳定及高增益的性能要求。

附图说明

图1为本发明的高增益宽带全向天线结构示意图；

图2为本发明的高增益宽带全向天线驻波曲线；

图3为本发明的高增益宽带全向天线H面辐射方向图；

图4为本发明的高增益宽带全向天线E面辐射方向图。

图中，1-半波偶极子天线，2-反射板，3-匹配台，4-同轴电缆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的高增益宽带全向天线进行详细阐述。

如图1所示，本发明的高增益宽带全向天线包括半波偶极子天线1、反射板2、匹配台3和同轴电缆4。匹配台3呈下端面开放的圆台形，其内部中空，侧壁和上端面具有一定厚度，上端面设有通透的圆形孔道。所述半波偶极子天线1呈圆柱形，其下半部分通过绝缘材料固定于匹配台3的圆形孔道内，半波偶极子天线1下端面与圆形孔道下端面位于同一水平面上，半波偶极子天线1上半部分露出圆形孔道上端面。半波偶极子天线1上方设有圆形反射板2，反射板2直径和匹配台3下端面直径相同，二者圆心位置上下对应。半波偶极子天线1下方设有同轴电缆4，二者相连形成馈电端口。所述绝缘材料优选为聚四氟乙烯。

半波偶极子天线1上端面距离匹配台3的圆形孔道上端面上表面的距离为h1，半波偶极子天线1接收的信号按照特定的频率发射，长度h1决定了天线发射的中心频率，所述中心频率与需要天线发射信号的波长λ₀相对应，本实施例中

半波偶极子天线1的直径d1决定了天线的带宽，直径d1越大，带宽越大，d1≤h1，本实施例中d1＝0.1λ₀。

从半波偶极子天线1发射的信号，经过反射板2的发射作用，将信号集中到天线的中心区域，实现波束的压缩，进而提高天线的增益。反射板2的大小决定了反射信号的强弱，反射板2越大，信号经发射板集中到中心的能量就越多，天线的增益就越高，垂直面的波束范围就越窄。因此，根据天线增益的实际要求，可以选择不同的尺寸的反射板2，反射板2直径d2的范围为λ₀～4λ₀。

本实施例中反射板2直径d2＝2λ₀，材料为金属，优选材料为铜。

匹配台3的上端面直径为d3，下端面直径为d4，下端面直径d4与所述反射板2直径d2相同，本实施例中d3＝0.35λ₀，d4＝2λ₀，上端面上表面距离下端面的距离匹配台3上端面厚度为0.4λ₀；匹配台3材料为金属，优选材料为铜。匹配台3下端面与反射板2距离为h3，本实施例中h3＝λ₀。

同轴电缆4包括内芯和外皮，同轴电缆4的内芯与所述半波偶极子天线1下端相连接，同轴电缆4的外皮与匹配台3上端面下表面相连接，以形成馈电端口。本实施例中通过N型头或SMA转接头实现半波偶极子天线1和同轴电缆4的连接。

经过反射板2反射的信号增益有了显著提高，但是由于反射板2的存在，使得半波偶极子天线1的阻抗恶化，半波偶极子天线1阻抗与同轴电缆4阻抗发生严重的不匹配现象，导致经反射板2发射的信号中大部分信号通过馈电端口传送到半波偶极子天线1上后，被反射回馈电端口。反射回来的能量过大，会烧毁天线下方连接的器件。本发明中匹配台3的设计能够避免反射板2导致的半波偶极子天线1阻抗与同轴电缆4阻抗的不匹配问题，信号基本能够无反射的发射，馈电网络简单。

本发明天线的工作频段为高于L波段，低于L波段时候，天线的物理尺寸将会较大，根据实际的情况，决定是否能够满足低频段的要求。如图2所示，驻波在低于-15dB时，带宽能够大于12％，即本发明的天线具有较宽频带。

如图3所示，本发明天线的增益可以达到6dB，而目前半波偶极子天线1增益约为2dB；此外，在频率为2.5GHz、2.6GHz、2.7GHz时，本发明天线的波束指向稳定。因此，本发明的天线兼顾了大增益和波束指向稳定的优点。

如图4所示，本发明天线的不圆度在2.5GHz时为5～6.2dB、在2.6GHz时为5.6～6.6dB、在2.7GHz时为5.6～6.7dB，显著优于串/并联天线的不圆度。

Claims (10)

1.一种高增益宽带全向天线，包括半波偶极子天线(1)和同轴电缆(4)，所述同轴电缆(4)的的内芯与所述半波偶极子天线(1)下端相连接，其特征在于：还包括反射板(2)和匹配台(3)；所述匹配台(3)呈下端面开放的圆台形，其内部中空，侧壁和上端面具有一定厚度，上端面设有通透的圆形孔道；所述半波偶极子天线(1)呈圆柱形，其下半部分通过绝缘材料固定于匹配台(3)的圆形孔道内，半波偶极子天线(1)下端面与圆形孔道下端面位于同一水平面上，半波偶极子天线(1)上半部分露出圆形孔道上端面；半波偶极子天线(1)上方设有圆形反射板(2)，反射板(2)直径和匹配台(3)下端面直径相同，二者圆心位置上下对应；半波偶极子天线(1)下方设有同轴电缆(4)，同轴电缆(4)的外皮与匹配台(3)上端面下表面相连接。

2.根据权利要求1所述的高增益宽带全向天线，其特征在于：半波偶极子天线(1)上端面距离匹配台(3)的圆形孔道上端面上表面的距离为h1，

半波偶极子天线(1)的直径d1≤h1；其中，λ₀表示需要天线发射信号的波长。

3.根据权利要求2所述的高增益宽带全向天线，其特征在于：d1＝0.1λ₀。

4.根据权利要求1或2所述的高增益宽带全向天线，其特征在于：反射板(2)直径d2的范围为λ₀～4λ₀，反射板(2)材料为金属；其中，λ₀表示需要天线发射信号的波长。

5.根据权利要求4所述的高增益宽带全向天线，其特征在于：反射板(2)直径d2＝2λ₀。

6.根据权利要求5所述的高增益宽带全向天线，其特征在于：匹配台(3)的上端面直径d3＝0.35λ₀，下端面直径d4＝2λ₀；上端面上表面距离下端面的距离匹配台(3)上端面厚度为0.4λ₀；匹配台(3)材料为金属；匹配台(3)下端面与反射板(2)距离h3＝λ₀。

7.根据权利要求1或2所述的高增益宽带全向天线，其特征在于：使用N型头或SMA转接头连接半波偶极子天线(1)和同轴电缆(4)。

8.根据权利要求1或2所述的高增益宽带全向天线，其特征在于：所述绝缘材料为聚四氟乙烯。

9.根据权利要求4所述的高增益宽带全向天线，其特征在于：反射板(2)材料为铜。

10.根据权利要求6所述的高增益宽带全向天线，其特征在于：匹配台(3)材料为铜。

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