CN103354306B - 新型s波段高增益全向阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型S波段高增益全向阵列天线。由一个或若干个天线单元组阵构成，天线单元包括：介质板(1)、辐射贴片(2)、馈线输入端(3)、接地板(4)、馈线(6)；组阵时，各天线单元的辐射贴片(2)通过馈线(6)串接后，馈线(6)再与馈线输入端(3)相连接。本发明改变了现有贴片天线方向图定向辐射的现象，实现了全向辐射方向图。并且用天线单元进行了组阵，使得天线增益更大。对阵列天线单元引入了匹配短截线，拓宽了阵列天线的带宽，使阵列天线带宽比贴片天线典型带宽大。应用于无线通信领域，具有易加工、高增益、宽带宽、低剖面、全向辐射的特点。

Description

新型S波段高增益全向阵列天线

技术领域

本发明涉及一种高增益全向天线阵列，尤其是S波段新型高增益全向阵列天线，更确切的说，是一种可以应用在无线通信系统中，具有通用性、垂直极化、全向辐射的高增益天线阵列。

背景技术

无线通信系统中，由于接收天线位置的不确定性，为了保证通信链路的畅通，因此在信号发射端一般采用全向天线发射无线信号。目前高增益全向阵列天线技术是进一步提高无线通信能力的有效手段之一，因此高增益全向阵列天线在无线通信系统中的应用也成为一个研究热点。

目前应用的垂直极化全向天线，一类采用偶极子、单极子、或者刀型天线等，虽然这类天线结构简单、电气性能稳定，但是由于其增益低限制了通信距离的提高；另一类杆状阵列天线等，虽然满足增益要求，可以提高通信距离，但是由于其加工制作难度大，无法一次成型，无法满足通信系统日益膨胀的需求。而定向辐射的贴片天线增益能满足要求，但是其方向图的定向性，不能解决信号全向发射无线信号的问题。

发明内容

为解决上述问题，克服现有技术中存在的不足和缺陷，本发明公开了一种新型S波段高增益全向阵列天线，旨在为无线通信系统开发一种全向阵列天线，提供比现有天线增益高、易加工、一致性较好的天线阵列；使得天线阵列结构简单，剖面低，加工容易，同时也满足高速环境下空气动力学的要求。

本发明采用如下的技术方案：

采用一种新型的缺陷地结构，并将其实施在现有贴片天线上，改变了现有贴片天线方向图定向辐射的现象，实现了全向辐射方向图。并且用天线单元进行了组阵，使得天线增益更大。对阵列天线引入了匹配短截线，拓宽了阵列天线的带宽，使阵列天线带宽比贴片天线典型带宽大。

新型S波段高增益全向阵列天线，由一个或若干个天线单元组阵构成，所述天线单元包括：介质板、辐射贴片、馈线输入端、接地板、馈线；

接地板、辐射贴片和馈线输入端分布在介质板前后两个表面上；辐射贴片与馈线相连接，馈线与馈线输入端相连接，馈线输入端与同轴连接器内芯相连接，接地板与同轴连接器外皮相连接；同轴连接器为50ΩSMA连接器；

组阵时，各天线单元的辐射贴片通过馈线串接后，馈线再与馈线输入端相连接；

本发明的天线采用矩形贴片作为辐射贴片，调节辐射贴片的长度和宽度，来控制频率范围和实现匹配。

更进一步地，为实现更好的匹配关系，所述天线单元还包括匹配短截线，匹配短截线分布在馈线的一侧并与馈线相连接。

组阵时，各天线单元的匹配短截线间隔分布在馈线左右两侧。

其中，与定向天线全地结构相比,接地板有很大缺陷,接地板比馈线输入端和馈线都要宽。由于接地板存在缺陷，辐射贴片辐射的电磁波可以穿过介质板向背面辐射信号，因此可以形成方向图的全向辐射。

本发明特有的结构是：对现有贴片天线采用了新型的缺陷地结构，改变了贴片天线定向辐射的缺点，实现了信号全向辐射；引入了匹配短截线，实现天线带宽比现有贴片天线典型带宽宽的特点；对单个天线进行组阵，阵列天线增益最高达7.9dB。

本发明的积极效果：

由于本发明采用了缺陷地结构，充分利用了缺陷地结构对电磁信号的影响，从而实现了天线全向辐射方向图的特点，因而也解决了贴片天线定向辐射方向图的问题；由于本发明采用了匹配短截线结构，充分利用了匹配短截线对阻抗匹配的影响，从而实现了天线宽的带宽，因而解决了贴片天线典型带宽窄的问题；由于本发明采用了介质板结构，使得天线加工容易，易于成形，因而也解决了阵列天线不易成形的问题；由于本发明采用了薄的介质板，充分利用了介质板质量轻的特点，因而也解决了阵列天线质量问题；由于天线单元易于组阵，从而实现了阵列天线增益高的特点，因而也解决了天线通信距离近的问题。取得了高增益、全向辐射、宽频带、质量轻、易于加工的效果。

附图说明

图1是本发明的天线单元结构示意图

图2是本发明的天线阵列结构示意图

图3是本发明阵列天线的S参数

图4是本发明阵列天线的电压驻波比

图5是本发明阵列天线水平面辐射方向图

图6是本发明阵列天线垂直面辐射方向图

图中：1.介质板，2.辐射贴片，3.馈线输入端，4.接地板，5.匹配短截线，6.馈线，7.同轴连接器内芯，8.同轴连接器外皮

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例，对发明作进一步的说明。

实施例1

参见图1所示，本发明S波段新型高增益全向阵列天线，由一个天线单元构成，所述天线单元包括：介质板1、辐射贴片2、馈线输入端3、接地板4、馈线6，此外还包括匹配短截线5；

接地板4、辐射贴片2、馈线输入端3和匹配短截线5分布在介质板1前后两个表面上；

辐射贴片2与馈线6相连接，馈线6馈与线输入端3相连接，馈线输入端3与同轴连接器内芯7相连接，接地板4与同轴连接器外皮8相连接；同轴连接器为50ΩSMA连接器。

本发明的天线采用矩形贴片作为辐射贴片2，调节辐射贴片2的长度和宽度，来控制频率范围和实现匹配，为实现更好的匹配关系，外加了匹配短截线5。

与定向天线全地结构相比,接地板4有很大缺陷,接地板4比馈线输入端3和馈线6都要宽。由于接地板4存在缺陷，辐射贴片2辐射的电磁波可以穿过介质板1向背面辐射信号，因此可以形成方向图的全向辐射。

参见图1所示，本发明阵列天线的单元结构示意图，在满足通信系统要求的情况下，用天线单元更简单方便。

实施例2

参见图1和2所示，本发明S波段新型高增益全向阵列天线，与实施例1略有不同的例子是天线单元数的不同，根据通信系统的要求，可以调整阵列天线的单元数，可以为2个、3个，甚至可以为5-8个串接而成，最优为4个天线单元串接组阵构成。

组阵时，各天线单元的辐射贴片2通过馈线6串接后，馈线6再与馈线输入端3相连接，各天线单元的匹配短截线5间隔分布在馈线6左右两侧，参见图2。

不过随着天线单元数的增多，天线高度会增加剧烈，并且随着天线单元数增加到一定程度，天线增益的增加量会不明显，而且调整匹配也会更困难。

参见图3所示，本发明4单元阵列天线的S参数仿真结果，-10dB带宽为200MHz。参见图5和6所示，阵列天线水平面内增益最高点达到7.9dB，增益最低点也达到了5.2dB。3dB波束宽度达到18度。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种新型S波段高增益全向阵列天线，由若干个天线单元组阵构成，所述天线单元包括：介质板(1)、辐射贴片(2)、馈线输入端(3)、接地板(4)、馈线(6)；其特征在于，

辐射贴片(2)和馈线输入端(3)分布在介质板(1)的前表面上，接地板(4)分布在介质板(1)的后表面上；辐射贴片(2)与馈线(6)相连接，馈线(6)与馈线输入端(3)相连接，馈线输入端(3)与同轴连接器内芯(7)相连接，接地板(4)与同轴连接器外皮(8)相连接；接地板(4)是缺陷地结构，接地板(4)比馈线输入端(3)和馈线(6)宽；

组阵时，各天线单元的辐射贴片(2)通过馈线(6)串接后，馈线(6)再与馈线输入端(3)相连接，所述天线单元还包括匹配短截线(5)，各天线单元的匹配短截线(5)间隔分布在馈线(6)左右两侧并与馈线(6)相连接。

2.如权利要求1所述的新型S波段高增益全向阵列天线，其特征在于，由4个天线单元组阵构成。

3.如权利要求1所述的新型S波段高增益全向阵列天线，其特征在于，同轴连接器为50ΩSMA连接器。