CN103066386A

CN103066386A - 一种宽带天线

Info

Publication number: CN103066386A
Application number: CN2013100419542A
Authority: CN
Inventors: 褚庆昕; 罗宇; 王学军
Original assignee: GUANGZHOU SUNRISE COMMUNICATION EQUIPMENT CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: GUANGZHOU SUNRISE COMMUNICATION EQUIPMENT CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明实施例公开了一种宽带天线，用于使天线在驻波比、增益、方向图和波瓣宽度同时做到宽带。本发明实施例包括：至少四个偶极子和一个接地面；偶极子包括两个对称的振子臂；偶极子两两对称分布；偶极子置于接地面上方；至少两个偶极子置于与接地面平行的平面上；偶极子包括长偶极子和短偶极子；长偶极子工作在低频，短偶极子工作在高频；偶极子长度为其工作频率的半波长；偶极子与接地面之间的距离为其所在工作频率的四分之一波长；偶极子间距为其所在工作频率的五分之二波长。通过上述排布偶极子的方式，经过仿真模拟等一系列实验得到的数据结果表明，本发明能够使天线在驻波比、增益、方向图、波瓣宽度同时做到宽带。

Description

一种宽带天线

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种宽带天线。

背景技术

随着通讯科技的精进，通讯技术在科技产品的应用上日益增加，使得相关的通讯产品也日趋多样化，天线在通讯产品中有着重要地位。天线是用于辐射或接收电磁波的一种组件，一般可从操作频率、辐射场型（辐射方向图）(Radiation Pattern)、反射损失(Reflected Loss)、回波损耗（Return loss）及天线增益(Antenna Gain)等参数来获知天线的特性。

随着第四代移动通信网络（4G时代）的来临，在新一代移动通信体制下，多种通信标准要求移动通信天线能够多系统共用，以节省基站的站址安装资源，减少网络建设成本。需要天线在各项指标中都具有稳定的宽频特性，例如阻抗匹配带宽、半功率波束宽度、增益以及低交叉极化比等，因此具有较大的设计难度。宽频天线单元的研制是基站天线设计的基础。

现有的天线一般相对带宽比较低，方向图也不稳定。其中，一种方法是在有限的地平面(ground plane)前方放置偶极子，然而，偶极子到地板的电长度随频率而改变，由于地平面的大小以及按照波长来说的地平面间的距离都由频率决定，天线具有在工作波段上增益和波束宽度有很大变化，在E和H平面具有不同波束宽度，以及在后侧有强辐射的缺点。

另一种方法是通过使用贴片天线。贴片天线的基本结构是轮廓(profile)较低并且具有单向波束模式，但是带宽较窄。现在可用的几种设计都是增加贴片天线的带宽，例如US 6593887描述的一种具有简单结构并且带宽很宽的L一形探针反馈(probe feed)的贴片天线。然而，道拼中贴片天线具有较高的交叉(cross)极化，在工作波段上增益和波束宽度上有很大变化，在E和H平面上具有不同波束宽度，但是方向图不稳定，交叉极化高。

再如中国专利CN200610144463.0公开的宽带互补天线，相对带宽为43.8%，E面的3dB波瓣宽度从67度增加到79度，H面的波瓣宽度从81度减小到72度。

发明内容

本发明实施例提供了一种宽带天线，通过合理安排多个偶极子的位置，使天线在驻波比、增益、方向图、波瓣宽度同时做到宽带。

本发明实施例提供的一种宽带天线具体包括：

至少四个偶极子和一个接地面；

偶极子包括两个对称的振子臂；

偶极子两两对称分布；

偶极子置于接地面上方；

至少两个偶极子置于与接地面平行的平面上；

偶极子包括长偶极子和短偶极子；

长偶极子工作在低频，短偶极子工作在高频；

偶极子长度为其工作频率的半波长；

偶极子与接地面之间的距离为其所在工作频率的四分之一波长；

偶极子间距为其所在工作频率的五分之二波长。

可选的，

该宽带天线还包括微带基片；

微带基片包括：倾斜微带基片和水平微带基片；

倾斜微带基片用于固定偶极子。

可选的，

该宽带天线还包括：微带线和SMA接头；

SMA接头用于接收信号；

微带线穿过水平微带基片与SMA接头焊接。

可选的，

该宽带天线还包括共面带状线；

共面带状线连接偶极子，用于为偶极子馈电。

可选的，

偶极子通过同轴线、平板传输线、微带传输线或双绞线馈电。

可选的，

接地面还包括水平接地面和垂直接地面；

垂直接地面与水平接地面垂直；

垂直接地面用于优化天线的方向图。

可选的，

偶极子横截面形状包括：三角形、矩形、梯形或四条边以上的多边形。

可选的，

该宽带天线还包括至少一对支撑板；

支撑板一端连接水平接地板，另一端连接水平微带基片。

可选的，

振子臂为金属或印刷在所述微带基片上的装置。

可选的，

长偶极子末端弯折；

微带基片为梯形。

可选的，

该宽带天线为辐射单元。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供的一种宽带天线包括：至少四个偶极子和一个接地面；偶极子包括两个对称的振子臂；偶极子两两对称分布；偶极子置于接地面上方；至少两个偶极子置于与接地面平行的平面上；偶极子包括长偶极子和短偶极子；长偶极子工作在低频，短偶极子工作在高频；偶极子长度为其工作频率的半波长；偶极子与接地面之间的距离为其所在工作频率的四分之一波长；偶极子间距为其所在工作频率的五分之二波长。通过上述排布偶极子的方式，经过仿真模拟等一系列实验得到的数据结果表明，本发明能够使天线在驻波比、增益、方向图、波瓣宽度同时做到宽带。

附图说明

图1为本发明实施例中一种宽带天线实施例的结构俯视示意图；

图2为本发明实施例中一种宽带天线实施例的结构侧视示意图；

图3为本发明实施例中一种宽带天线实施例的结构正视示意图；

图4为本发明实施例中一种宽带天线实施例测量和仿真的VSWR数据图；

图5为本发明实施例中一种宽带天线实施例测量和仿真的增益数据图；

图6为本发明实施例中一种宽带天线实施例仿真和实测的方向图；

图7为本发明实施例中一种宽带天线实施例仿真与测试的E面和H面半功率波瓣宽度示意图；

图8为本发明实施例中一种双极化天线实施例的结构俯视示意图；

图9为本发明实施例中一种双极化天线实施例的三维结构示意图；

具体实施方式

下面结合图1、图2和图3对本发明实施例做进一步详细的描述。

附图标记说明如下：

1-长偶极子、2-短偶极子、3-微带线、4-倾斜微带基片、5-水平微带基片6-支撑板、7-共面带状线、8-接地板、81-垂直接地板、82-水平接地板9-SMA接头、11-长振子臂、12-短振子胳臂

本发明实施例提供的一种宽带天线可以包括四个偶极子1、2和接地板8。其中偶极子1、2可以由两个对称的振子臂11和12组成。两个偶极子较长为长偶极子1，两个偶极子较短为短偶极子2。两个长偶极子1可以设置于同一个平行于接地板8的平面上，距离接地板8较远，他们之间的距离较远；两个短偶极子2位于同一个平行于接地板8的平面上，距离接地板8较近，他们之间的距离较近。需要说明的是，长偶极子1主要工作在低频，短偶极子2主要工作在高频。每对偶极子的长度为它们所在工作频率的半波长，距离接地面8的高度是四分之一波长，两个偶极子相距五分之二波长。需要说明的是这里的波长都指的是偶极子所在工作频率的波长。

通过上述排布偶极子的方式，经过仿真模拟等一系列实验得到的数据结果表明，本发明能够使天线在驻波比、增益、方向图、波瓣宽度同时做到宽带。

本发明实施例提供的一种宽带天线进一步包括倾斜微带基片4，偶极子1、2可以印刷在倾斜微带基片4上，其中该微带基片的介电常数为可以为4.4。偶极子1、2的形状可以为细长的矩形。需要说明的是，偶极子可以为金属导体，也可以为印刷在其它微带基片上的偶极子。偶极子横截面的形状可以是三角形、梯形或多于四条边的多边形等，在此不作具体限定。对偶极子1、2馈电的传输线可以是同轴线、平板传输线、微带传输线或双绞线。在本实施例中，偶极子1、2通过共面带状线7馈电。信号可以从SMA接头9输入。SMA接头9的外导体可以焊接在水平微带基片5下表面上，SMA接头9的内导体可以焊在穿过水平微带基片5的微带线3上。

需要说明的是，微带线3穿过水平微带基片，在具体实施中，可以在水平微带基片5上打一个孔，将水平微带基片5上表面的微带线3和下表面的共面带状线7连接起来，微带线3通过上述的孔的形式，将能量耦合到共面带状线7上。

本发明实施例提供的一种天线进一步包括支撑板6，水平微带基片通过支撑板6支撑，该支撑板6下端与接地板连接。

发明实施例提供的一种天线的接地板进一步包括：水平接地板81和垂直接地板82，支撑板与水平接地板81连接。垂直接地板82垂直水平接地板81，需要说明的是垂直接地板82可以通过自身高度来优化天线方向图。

请参阅图4，图4为本发明实施例中一种宽带天线实施例测量和仿真的VSWR数据图，示出了仿真与测量驻波比（VSWR）作为图1-3天线频率的函数。可以看出仿真与测试基本吻合。在1.55-2.87GHz的频段内，VSWR<1.5，相对带宽59.7%。

请参阅图5，图5为本发明实施例中一种宽带天线实施例测量和仿真的增益数据图，示出了仿真与测量增益（VSWR）作为图1-3天线频率的函数。可以看出仿真与测试基本吻合。在1.55-2.87GHz的频段内，增益在9.2±0.6dbi范围内。

请参阅图6，为本发明实施例中一种宽带天线实施例仿真和实测的方向图，（a）1.6GHz E面（b）1.6GHz H面。（c）2.2GHz E面（d）2.2GHz H面（e）2.8GHz E面（f）2.8GHz H面；示出了分别在1.6GHz，2.2GHz，2.8GHz的仿真与测量的辐射方向图。可以看出仿真与测试基本吻合。E面与H面基本对称。

请参阅图7，图7为本发明实施例中一种天线实施例仿真与测试的E面和H面半功率波瓣宽度示意图，仿真的E面和H面的半功率波瓣宽度。可以看出在1.55-2.87频段内，半功率波瓣宽度都在65±4度的范围内。

需要说明的是，上述宽带天线还用于作为双极化天线，附图说明如下：

下面结合图8和图9对本发明实施例做进一步详细的描述。

附图标记说明如下：

201-长偶极子、202-短偶极子、203-微带线、204-倾斜微带基片、205-水平微带基片

206-支撑板、207-共面带状线、208-接地板、281-垂直接地板、282-水平接地板

该双极化天线包括两个单极化天线，即八个偶极子201、202和接地板208。其中偶极子201、202可以由两个对称的振子臂组成。四个偶极子较长为长偶极子201，四个偶极子较短为短偶极子202。四个长偶极子201可以设置于同一个平行于接地板208的平面上，距离接地板208较远，他们之间的距离较远；四个短偶极子202位于同一个平行于接地板208的平面上，距离接地板208较近，他们之间的距离较近。需要说明的是，长偶极子201主要工作在低频，短偶极子202主要工作在高频。每对偶极子的长度为它们所在工作频率的半波长，距离接地面208的高度是四分之一波长，两个偶极子相距五分之二波长。需要说明的是这里的波长都指的是偶极子所在工作频率的波长。

该双极化天线进一步包括倾斜微带基片204，偶极子201、202可以印刷在倾斜微带基片4上，其中该微带基片的介电常数为可以为4.4。偶极子201、202的形状可以为细长的矩形。需要说明的是，偶极子可以为金属导体，也可以为印刷在其它微带基片上的偶极子，需要说明的是该双极化天线的长偶极子211的末端弯折。水平微带基片205横截面的形状可以是梯形。对偶极子201、202馈电的传输线可以是同轴线、平板传输线、微带传输线或双绞线。在本实施例中，偶极子201、202通过共面带状线207馈电。信号可以从SMA接头输入。SMA接头的外导体可以焊接在水平微带基片205下表面上，SMA接头的内导体可以焊在穿过水平微带基片205的微带线203上。

需要说明的是，微带线203穿过水平微带基片，在具体实施中，可以在水平微带基片205上打一个孔，将水平微带基片205上表面的微带线203和下表面的共面带状线207连接起来，微带线203通过上述的孔的形式，将能量耦合到共面带状线207上。

该双极化天线进一步包括支撑板，水平微带基片通过支撑板支撑，该支撑板下端与接地板连接。

该双极化天线的接地板进一步包括：水平接地板281和垂直接地板282，支撑板与水平接地板281连接。垂直接地板282垂直水平接地板281，需要说明的是垂直接地板282可以通过自身高度来优化天线方向图。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种宽带天线，其特征在于，包括：

至少四个偶极子和一个接地面；

所述偶极子包括两个对称的振子臂；

所述偶极子两两对称分布；

所述偶极子置于所述接地面上方；

至少两个偶极子置于与所述接地面平行的平面上；

所述偶极子包括长偶极子和短偶极子；

所述长偶极子工作在低频，所述短偶极子工作在高频；

所述偶极子长度为其工作频率的半波长；

所述偶极子与所述接地面之间的距离为其所在工作频率的四分之一波长；

所述偶极子间距为其所在工作频率的五分之二波长。

2.根据权利要求1所述的宽带天线，其特征在于，

所述宽带天线还包括微带基片；

所述微带基片包括：倾斜微带基片和水平微带基片；

所述倾斜微带基片用于固定所述偶极子。

3.根据权利要求2所述的宽带天线，其特征在于，

所述宽带天线还包括：微带线和SMA接头；

所述SMA接头用于接收信号；

所述微带线穿过所述水平微带基片与所述SMA接头焊接。

4.根据权利要求3所述的宽带天线，其特征在于，

所述天线还包括共面带状线；

所述共面带状线连接所述偶极子，用于为所述偶极子馈电。

5.根据权利要求4所述的宽带天线，其特征在于，

所述偶极子通过同轴线、平板传输线、微带传输线或双绞线馈电。

6.根据权利要求5所述的宽带天线，其特征在于，

所述接地面还包括水平接地面和垂直接地面；

所述垂直接地面与所述水平接地面垂直；

所述垂直接地面用于优化所述天线的方向图。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的宽带天线，其特征在于，

所述偶极子横截面形状包括：三角形、矩形、梯形或四条边以上的多边形。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的宽带天线，其特征在于，

所述天线还包括至少一对支撑板；

所述支撑板一端连接所述水平接地板，另一端连接所述水平微带基片。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的宽带天线，其特征在于，

所述长偶极子末端弯折；

所述微带基片为梯形。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的宽带天线，其特征在于，

所述宽带天线为辐射单元。