CN103943946A - 一种宽带45度斜极化全向天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带45度斜极化全向天线，包括天线辐射部分、柔性介质板、宽带馈电网络及馈电基板，所述天线辐射部分包括四个十字型交叉振子，所述柔性介质板弯曲成空心圆柱状，四个十字型交叉振子在柔性介质板上呈等分均匀环状排列，所述天线辐射部分与宽带馈电网络连接，所述宽带馈电网络印制在馈电基板的正、反面，所述馈电基板水平放置于所述空心圆柱的中心。本发明可以实现+45度、-45度斜极化全向天线，转换方法简单、灵活。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线通信领域，具体涉及一种宽带45度斜极化全向天线。
背景技术
近年来，随着无线通信技术的飞速发展，一方面，多种无线通信制式系统并存，为了满足射频系统多频段的要求，天线需要具有宽带特性；另一方面，全向天线原来用在电子战系统中作360°全方位干扰的发射天线，现在可以作为在移动用户密度较低的市郊、农村等区域的移动基站天线使用，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。
45度斜极化全向天线是一种既能接收/发射垂直极化波又能接收/发射水平极化波的全向天线，在电子对抗等领域因其可同时对水平极化和垂直极化信号做出响应而获得广泛应用。在移动通信基站天线中，多用±45度斜极化天线形式实现极化分集，且在复杂电磁环境中可获得比垂直/水平双极化形式更高的分集增益，但这些天线都是定向的。现存的45度斜极化全向天线，是利用全向天线和斜极化器实现45度斜极化全向天线，全向天线为垂直极化天线，斜极化器使垂直极化电磁波扭转成所需角度，但此类天线带宽窄，且极化器结构复杂，不易设计制作。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种宽带45度斜极化全向天线。
本发明为一种宽带宽、结构简单的45度斜极化全向天线，使用一个单天线提供对UMTS频段（1.92-2.17GHz）内的全频覆盖，不仅可以实现45度斜极化辐射，且在水平面内全向辐射。
本发明采用如下技术方案：
一种宽带45度斜极化全向天线，包括天线辐射部分、柔性介质板、宽带馈电网络及馈电基板，所述天线辐射部分包括四个十字型交叉振子，所述柔性介质板弯曲成空心圆柱状，四个十字型交叉振子在柔性介质板上呈等分均匀环状排列，所述天线辐射部分与宽带馈电网络连接，所述宽带馈电网络印制在馈电基板的正、反面，所述馈电基板水平放置于所述空心圆柱的中心。
所述十字型交叉振子由一个垂直振子和一个水平振子构成；所述垂直振子的长度为0.42λ0～0.48λ0，水平振子长度为0.38λ0～0.42λ0。
所述十字型交叉振子两两间隔优选为0.014λ0，其中λ0为中心频率2GHz所对应自由空间的波长。
所述垂直振子的上边部分与水平振子的左边部分或右边部分连接，且与水平振子右边部分或左边部分间隔距离为0.02λ0；垂直振子的下边部分与水平振子的右边部分或左边部分相连，但与水平振子左边部分或右边部分间隔距离为0.02λ0，水平振子与宽带馈电网络相连。
所述宽带馈电网络由四个宽带巴伦和阻抗匹配电路构成，所述宽带巴伦由馈电基板背面的缝隙及正面的U型微带线构成。
所述阻抗匹配电路的一端与空心圆柱的中心连接，另一端与U型微带线的一端连接，所述U型微带线的另一端开路。
所述阻抗匹配电路在空心圆柱的中心成90度十字形交叉连接。
所述空心圆柱的直径为0.45λ0～0.5λ0，其中λ0为中心频率2GHz所对应自由空间的波长。
所述馈电基板背面还印制有十字型导体贴片，所述导体贴片上蚀刻了缝隙。
本发明的有益效果：
（1）采用四个十字型交叉振子围绕圆周放置保证天线的全向性，通过调整圆柱直径、垂直、水平振子长度实现了45度斜极化辐射；
（2）垂直振子上、下部分分别与水平振子左、右部分相连，为+45度斜极化全向天线；垂直振子上、下部分分别与水平振子右、左部分相连，可以实现-45度斜极化全向天线，转换方法简单、灵活；
（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十字型交叉振子等幅同相馈电，实现了宽带阻抗匹配，15dB的回波损耗带宽可达到22%。
附图说明
图1是本发明的一种宽带45度斜极化全向天线的结构示意图；
图2是图1中十字型交叉振子的结构示意图；
图3是图1中馈电基板上的宽带馈电网络的结构示意图。
图中示出：
1-十字型交叉振子，2-柔性介质板，3-宽带馈电网络，4-馈电基板，5-焊点，6-馈电点，7-缝隙，8-U型微带线，9-阻抗匹配电路。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，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45度斜极化全向天线，包括天线辐射部分、柔性介质板2、宽带馈电网络3及馈电基板4，所述天线辐射部分包括四个十字型交叉振子1，所述柔性介质板2弯曲成空心圆柱状，所述四个十字型交叉振子在柔性介质板2上呈等分均匀环状排列，如图2所示，十字型交叉振子1由一个垂直振子和一个水平振子构成，所述垂直振子的长度为0.42λ0～0.48λ0，水平振子长度约为0.38λ0～0.42λ0，所述四个十字型交叉振子两两间隔是0.014λ0，其中λ0为中心频率2GHz所对应自由空间的波长。
本实施例十字型交叉振子中，每个交叉振子的垂直振子长度Lv为0.45λ0，水平振子长度Lh为0.4λ0，水平振子及垂直振子的宽度Wh、Wv都是7mm，每个交叉振子之间间隔距离优选是0.014λ0，其中λ0为中心频率2GHz所对应自由空间的波长。
所述柔性介质板2是厚度为0.05mm高频板Panasonic R-F775板材，相对介电常数3.2，损耗角正切是0.0009，直径为0.475λ0，高度为100mm。
所述垂直振子的上边部分与水平振子的左边部分或右边部分连接，且与水平振子右边部分或左边部分间隔距离g为3mm距离；垂直振子的下边部分与水平振子的右边部分或左边部分相连，但与水平振子左边部分或右边部分间隔距离也为g，水平振子左边部分和右边部分间隔距离为1.2mm。
所述天线辐射部分与宽带馈电网络3连接，具体为水平振子通过焊点5与宽带馈电网络3相连。
所述宽带馈电网络3印制在馈电基板的正、反面，所述馈电基板4水平放置于所述空心圆柱的中心。
所述馈电基板4优选为厚度为0.8mm介质板Taconic TLY-5板材，相对介电常数2.2，损耗角正切是0.0009，直径为77.9mm。
如图3所示，所述宽带馈电网络可以实现对四个十字型交叉振子等幅同相馈电，由四个宽带巴伦和阻抗匹配电路9构成，所述宽带巴伦由馈电基板背面的缝隙7及正面的U型微带线8构成。
其中参数优选为：ls是缝隙7长度为27mm，ws是缝隙宽度为1.2mm，l1是阻抗匹配电路的第一折线长度为6.7mm，w1是阻抗匹配电路的宽度为0.6mm，l2是阻抗匹配电路第二折线部分的长度为19mm，l3是U型微带线长度为13.7mm，l4是U型微带线第一折线部分长度为13mm，l5是U型微带线第二折线部分长度为14.3mm，w2是U型微带线宽度为1.5mm，所述第一折线及第二折线成90度直角。
所述阻抗匹配网络9的一端与空心圆柱的中心连接，接到馈电所用50Ω同轴线上，所述阻抗匹配网络在空心圆柱的中心成90度十字形交叉连接，交叉点为馈电点6，另一端与U型微带线8的一端连接，所述U型微带线8的另一端开路。
同轴线优选采用柔性同轴线Johnson/Emerson RG-178，直径为2.5mm，特征阻抗为50Ω。
所述馈电基板背面还印制有十字型导体贴片，所述导体贴片上蚀刻了缝隙，该缝隙为宽带巴伦的构成缝隙，贴片宽度wg优选是23mm。
十字型交叉振子与宽带馈电网络相连的焊点长度wf是4.5mm，焊点与十字型贴片连接的距离长度lf是2.5mm。
垂直振子上、下部分分别与水平振子左、右部分相连，为+45度斜极化全向天线；垂直振子上、下部分分别与水平振子右、左部分相连，可以实现-45度斜极化全向天线，转换方法简单、灵活。
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所述实施例的限制，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 (9)
1.一种宽带45度斜极化全向天线，包括天线辐射部分、柔性介质板、宽带馈电网络及馈电基板，其特征在于，所述天线辐射部分包括四个十字型交叉振子，所述柔性介质板弯曲成空心圆柱状，四个十字型交叉振子在柔性介质板上呈等分均匀环状排列，所述天线辐射部分与宽带馈电网络连接，所述宽带馈电网络印制在馈电基板的正、反面，所述馈电基板水平放置于所述空心圆柱的中心。
2.根据权利要求1所述的一种宽带45度斜极化全向天线，其特征在于，所述十字型交叉振子由一个垂直振子和一个水平振子构成；所述垂直振子的长度为0.42λ0～0.48λ0，水平振子长度为0.38λ0～0.42λ0。
3.根据权利要求1所述的一种宽带45度斜极化全向天线，其特征在于，所述十字型交叉振子两两间隔0.014λ0，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2所述的一种宽带45度斜极化全向天线，其特征在于，所述垂直振子的上边部分与水平振子的左边部分或右边部分连接，且与水平振子右边部分或左边部分间隔距离为0.02λ0；垂直振子的下边部分与水平振子的右边部分或左边部分相连，但与水平振子左边部分或右边部分间隔距离为0.02λ0，水平振子与宽带馈电网络相连。
5.根据权利要求1所述的一种宽带45度斜极化全向天线，其特征在于，所述宽带馈电网络由四个宽带巴伦和阻抗匹配电路构成，所述宽带巴伦由馈电基板背面的缝隙及正面的U型微带线构成。
6.根据权利要求5所述的一种宽带45度斜极化全向天线，其特征在于，所述阻抗匹配网络的一端与空心圆柱的中心连接，另一端与U型微带线的一端连接，所述U型微带线的另一端开路。
7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述阻抗匹配电路在空心圆柱的中心成90度十字形交叉连接。
8.根据权利要求1所述的一种宽带45度斜极化全向天线，其特征在于，所述空心圆柱的直径为0.45λ0～0.5λ0，其中λ0为中心频率2GHz所对应自由空间的波长。
9.根据权利要求1所述的一种宽带45度斜极化全向天线，其特征在于，所述馈电基板背面还印制有十字型导体贴片，所述导体贴片上蚀刻了缝隙。
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