CN103700929A - 一种宽带水平极化全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带水平极化全向天线，包括天线辐射单元、宽带馈电网络和介质基板，介质基板的一侧蚀刻天线辐射单元，另一侧则蚀刻宽带馈电网络。天线辐射单元是由弧形印刷振子组成，四个弧形印刷振子组成圆环状天线辐射体，振子臂之间有槽线间隔，相邻振子间间隔一定的角度。宽带馈电网络则由四个宽带巴伦和一个阻抗匹配电路组成，实现对四个弧形印刷振子等幅同相馈电作用。本发明具有全平面、尺寸小、全向性好、水平极化和宽带，适用于移动通信基站领域等优点。

Description

一种宽带水平极化全向天线

技术领域

本发明涉及一种移动通信领域，特别涉及一种宽带水平极化全向天线。

背景技术

随着社会的发展，无线通信在人们生活中发挥着愈来愈重要的作用，天线作为无线通信中必不可少的部分也得到了飞速发展。在现代无线通信系统中，为了满足移动用户迅速增长的需求，通信系统不断扩容，多种制式系统并存，在2GHz频段附近就包括2G的PCS、DCS标准以及3G中的WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000标准，为了满足这个频段多个标准的需求，1.7-2.2GHz全频段覆盖的宽带天线的设计具有非常重要的意义。宽带天线不仅能够满足人与人之间大量信息高速传递的需求，且可以使一副天线工作于多个通信系统，从而减少载体上天线数目，实现通信设备小型化。

全向天线是指在水平面内实现360°均匀辐射，垂直面内有一定波束宽度的天线,故其发射的信号可以被水平面任意方位的接收端接收，同时可接收水平面各个方向的信号，在通信系统中一般应用于大范围覆盖、点对多点通信系统中。在日常生活中，全向天线已经广泛应用于移动通信、射频识别、信道检测等场合；在军事上，全向天线在卫星通信、雷达传感器网络、空间飞行器等领域也有广泛应用。

全向天线中常见的多是垂直极化形式，水平极化的不多。由于水平极化天线辐射的电磁波与垂直极化电磁波相互正交，能最大程度地减少与垂直极化方式工作的电磁波之间的互扰，从而可以使用户获得更为清洁的无线电信号。据研究，在室内无线通信系统中，发射端和接收端都采用水平极化天线的系统比发射端和接收端都采用垂直极化天线的系统可以多获得平均10dB的功率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种宽带水平极化全向天线，该天线是一种小尺寸、宽带宽的水平极化的全向天线，也是由多个弧形印刷振子按圆环排布和一个宽带馈电网络组成的宽带水平极化全向天线，使用一个单天线提供对1.7-2.2GHz内频段的全频覆盖，并且水平面内不管用户移动方向如何都能确保覆盖。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种宽带水平极化全向天线，该天线包括天线辐射单元、介质基板和宽带馈电网络。天线辐射单元蚀刻在介质基板的背面，宽带馈电网络则蚀刻在介质基板的正面。

天线辐射单元是由弧形印刷振子组成，四个弧形印刷振子组成圆环状天线辐射体，每个振子长度均为0.5λ₀，弧形印刷振子的中心半径长度范围为0.25λ₀～0.35λ₀，内、外半径长度范围分别为0.22λ₀～0.32λ₀和0.28λ₀～0.38λ₀，其中，λ₀为中心频率2GHz所对应自由空间的波长，每个相邻振子间有间隔角度，振子臂之间有槽线间隔。

宽带馈电网络由四个宽带巴伦和一个阻抗匹配电路组成，四个宽带巴伦形状一样，其由印制在介质基板背面的槽线和正面的L型微带线构成。L型微带线的末端开路，其另一端与阻抗匹配电路相连，阻抗匹配电路的另一端则连接到圆环的中心，接到馈电所用50Ω同轴线上。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下优点和有益效果：

1、均匀同相电流环是实现水平极化全向辐射的关键，由于大环天线电流分布不均匀，故采用多个弧形印刷振子按圆环排布以得到近似均匀电流环的辐射。方案中利用四个弧形印刷振子组成一个圆环，每个弧形印刷振子的长度都约为0.5λ₀，振子上电流方向相同，圆环上电流近似均匀分布，四个弧形半波振子形成的圆环周长约为2个波长，与理论分析增益最大时的圆环周长相符。

2、弧形印刷振子的宽度对天线全向性的影响可以忽略，但是会影响天线带宽和匹配程度；相邻振子间间隔角度对天线的全向性和阻抗匹配性能均有影响，调节振子间间隔角度可以控制天线带宽、阻抗匹配和水平面增益起伏程度。

3、宽带馈电网络仅影响天线阻抗性能，对天线全向特性几乎无影响；宽带馈电网络对四个弧形印刷振子等幅同相馈电，实现了宽带阻抗匹配，10dB的回波损耗带宽可达到31%。

4、该天线是全平面化、紧凑型结构，易于制作，宽带馈电网络和环状弧形印刷振子相结合，实现了1.7-2.2GHz全频段覆盖，水平面不圆度小于1.5dB，主极化分量比交叉分量大15dB以上的参数指标，满足了尺寸小、全向性、水平极化和宽带的要求。

附图说明

图1是本宽带水平极化天线结构示意图。

图2是本宽带水平极化天线参数示意图。

图1中各附图标记说明如下：1A～1D表示第一至第四天线辐射单元；2A～2D表示第一至第四槽线；3表示宽带馈电网络；4表示阻抗匹配网络；5A～5D表示第一至第四L型微带线；6表示基板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种宽带水平极化全向天线，包括天线辐射单元、宽带馈电网络3和介质基板6，所述天线辐射单元包括第一天线辐射单元1A、第二天线辐射单元1B、第三天线辐射单元1C和第四天线辐射单元1D，介质基板的一侧蚀刻天线辐射单元，另一侧则蚀刻宽带馈电网络。四个弧形印刷振子组成四组天线辐射单元，从而组成圆环状天线辐射体，宽带馈电网络则由四个宽带巴伦和一个阻抗匹配网络4组成，所述的宽带巴伦每个都具有槽线和L型微带线。

介质基板6是厚度为0.8mm高频板RO4003板材，相对介电常数3.55，损耗角正切是0.0027，半径Rg为50mm。

同轴线采用半钢同轴RG-178，直径为2.5mm，特征阻抗为50Ω。

四个弧形印刷振子长度L均相等，约为0.5λ₀，其中λ₀为中心频率2GHz所对应自由空间的波长。每个振子形状一样，振子中心半径为42.5mm，内、外半径分别是R为39mm和r为46mm，每个相邻振子间的间隔角度α为6度，振子臂之间槽线间距ws为1mm。

宽带馈电网络的四个宽带巴伦形状一样，均由印制在介质基板背面的槽线和正面的L型微带线构成，所述槽线包括第一槽线2A、第二槽线2B、第三槽线2C和第四槽线2D，所述L型微带线包括第一L型微带线5A、第二L型微带线5B、第三L型微带线5C和第四L型微带线5D，L型微带线的末端开路，另一端与阻抗匹配电路相连，阻抗匹配电路的另一端则连接到圆环的中央，接到馈电所用50Ω同轴线上。

宽带馈电网络可以实现对四个弧形印刷振子等幅同相馈电，并且利用槽线-微带线耦合可以实现宽频带内阻抗匹配，其中，参数如图2所示说明如下：l_s是槽线长度为36mm，w_s是槽线宽度为1mm，l₁是阻抗匹配网络的长度为5mm，w₁是阻抗匹配网络的宽度为0.5mm，l₂是阻抗匹配网络第一折线部分的长度为19.25mm，l₃是阻抗匹配网络第二折线部分长度为2mm，l₄是微带线长度为8mm，l₅是微带线弯折部分长度为13mm，w₂是微带线宽度为1.8mm。

利用该发明还可进行天线组阵，形成多单元水平极化全向天线阵列，可以满足移动通信基站天线高增益的需求。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种宽带水平极化全向天线，包括天线辐射单元、宽带馈电网络和介质基板，介质基板的一侧蚀刻天线辐射单元，另一侧蚀刻宽带馈电网络；其特征在于，所述天线辐射单元具有弧形印刷振子，所述宽带馈电网络具有宽带巴伦和阻抗匹配电路。

2.根据权利要求1所述的宽带水平极化全向天线，其特征在于，每个弧形印刷振子长度相同，均为0.5λ₀，其中，λ₀为中心频率2GHz所对应自由空间的波长。

3.根据权利要求1所述的宽带水平极化全向天线，其特征在于，每个弧形印刷振子形状相同，振子的中心半径长度范围为0.25λ₀～0.35λ₀，内半径的长度范围为0.22λ₀～0.32λ₀，外半径的长度范围为0.28λ₀～0.38λ₀，相邻的振子间有间隔角度，振子臂之间有槽线间隔，其中，λ₀为中心频率2GHz所对应自由空间的波长。

4.根据权利要求1所述的宽带水平极化全向天线，其特征在于，所述宽带馈电网络的每个宽带巴伦的形状相同，所述宽带巴伦由印制在介质基板背面的槽线和正面的L型微带线构成，所述L型微带线的一端的末端开路，所述L型微带线的另一端与阻抗匹配电路的一端相连。

5.根据权利要求4所述的宽带水平极化全向天线，其特征在于，四个所述弧形印刷振子组成圆环状天线辐射体，所述阻抗匹配电路的另一端与圆环状天线辐射体的中央位置相连接。

6.根据权利要求1所述的宽带水平极化全向天线，其特征在于，所述宽带馈电网络具有四个宽带巴伦和一个阻抗匹配电路。

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