CN104600422A - 一种双极化共轴八木天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双极化共轴八木天线系统，其包括：若干个天线阵子，每个天线阵子包括第一天线单元和第二天线单元，其中，所述每个天线阵子的第一天线单元和第二天线单元共轴并正交放置，每个天线阵子的第一天线单元和第二天线单元均由八木天线组成。本发明一种双极化共轴八木天线系统，(1)能够同时提供水平极化和垂直极化的射频链路；(2)体积小、工作频带宽、方向图性能强并且成本更低更容易制造的天线。

Description

一种双极化共轴八木天线系统

技术领域

本发明是关于天线领域，尤其涉及一种双极化共轴八木天线系统。

背景技术

天线系统是通信系统组成中必不可少的。在现有的无线通信中，单天线分别用于发射源和接收端。在物理中，天线是提供电能与射频电磁波互相转换的电气装置，其通常用于无线发射机或接收机中。在发射时，无线发射机发送一个振荡的射频电流给天线，天线将其转换为电磁波辐射出去；在接收时，天线截获一部分电磁波的能量以产生一个微小的电压，并将该电压输送到接收机中放大。

天线是所有使用无线电的设备中必不可少的组成部分。它被广泛应用于诸如广播、电视、双向通信、雷达、手机以及卫星通信等系统。它也被广泛应用在如车库门禁、无线话筒、蓝牙设备、无线网卡、婴儿监视器、商品射频识别标签等装置。通常情况下，天线是金属导体排布而成，并与发射机或接收机电性相连接(一般通过一个传输线)。振荡的电流通过发射机传送到天线时在所述天线导体周围产生振荡的磁场，同时电流本身在所述天线导体周围产生振荡的电场。以适当的比例创建这些随时间变化的场，像移动的横向电磁波那样通过天线向空间辐射。相反的，在接收过程中，无线电波在天线导体中产生振荡的电场与磁场，从而产生振荡的电流。

众所周知，天线系统中的辐射射频能量有其非常独特的极化特性，这取决于天线的几何形状和方向性。通常，极化方式可以是线性极化或椭圆极化。更具体地说，线性极化又包含垂直极化和水平极化，椭圆极化包含一般椭圆极化和特殊的圆极化。无论如何，最基本的极化方式是垂直和水平极化。所有其他的极化方式都是由上述两种简单的极化方式线性组合形成。对于任何发射或接收模式的射频传输，如果发射天线与接收天线极化失配，射频能量将会损失，通信质量就会变差。因此提供一种具有良好方向性的双极化天线非常必要，八木天线是一种方向性很好的天线，但体积较大且不是双极化天线。

因此，有必要提出一种改进的天线系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种双极化共轴八木天线系统，其由两个正交的八木天线构成，且这两个八木天线共轴，通过特别的排布方式组阵，已形成特定的辐射方向图，为收发设备提供可靠、高效的通信链路链接，既能满足双极化应用，同时体积小，具有很好的实用性与商用型。

根据本发明的一个方面，本发明一种双极化共轴八木天线系统，其包括：

若干个天线阵子，每个天线阵子包括第一天线单元和第二天线单元，其中，所述每个天线阵子的第一天线单元和第二天线单元共轴并正交放置，每个天线阵子的第一天线单元和第二天线单元均由八木天线组成。

进一步的，所述第一天线单元和第二天线单元均包括基板以及基板上的覆铜。

进一步的，所述基板是印刷电路板(PCB)，所述第一天线单元和第二天线单元的形状由PCB上的覆铜制作。

进一步的，所述第一天线单元和第二天线单元由各自的覆铜制作成辐射体覆在所述基板的一侧。

进一步的，所述天线阵子中的每个八木天线均有一个折合振子、一个反射器及三个引向器组成，所述折合振子、反射器和引向器在所述基板上相互平行排列。

进一步的，沿所述第一天线单元的中轴线开设有垂直于所述折合振子、反射器和引向器的第一开槽，所述第二天线单元垂直插入所述第一天线单元的第一开槽中。

进一步的，所述第一开槽将所述折合振子、反射器和引向器分为沿所述第一开槽对称的两部分。

进一步的，所述第一开槽的宽度与所述PCB的厚度相适应。

进一步的，所述第二天线单元分为第一部分和第二部分，所述第二部分插入所述第一天线单元的第一开槽中，使得所述第一天线单元与所述第二天线单元相垂直。

进一步的，所述第二天线单元的折合振子、反射器及三个引向器的中心位置开设有过孔，所述第一天线单元中的反射器、折合振子的上臂及三个引向器通过金属化过孔焊接以实现连接。

进一步的，所述第一天线单元的反射器和第二天线单元的反射器正交相连，所述第一天线单元三个引向器和第二天线单元的三个引向器正交相连，所述第一天线单元的折合振子和第二天线单元的折合振子正交相连。

进一步的，所述第一天线单元和第二天线单元使用两根同轴馈线激励。

进一步的，所述第一天线单元和第二天线单元的基板上分别开设有第二开槽以便同轴馈线焊接。

进一步的，所述第一天线单元为垂直极化八木天线单元，所述第二天线单元为水平极化八木天线单元

根据本发明的另一个方面，本发明一种双极化共轴八木天线系统，其包括：

若干个天线阵子，每个天线阵子以特定布局排列以形成特有的辐射方向图，每个天线阵子包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元和第二天线单元共轴并正交放置，所述第一天线单元为垂直极化八木天线单元，所述第二天线单元为水平极化八木天线单元，

其中根据指示与采用该天线系统的设备通讯的通讯设备的天线类型的信号，激励所述垂直极化八木天线和水平极化八木天线，以所述通讯设备提供垂直和水平两种极化链路。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明一种双极化共轴八木天线系统，其具有如下优点：

(1)能够同时提供水平极化和垂直极化的射频链路。

(2)体积小、工作频带宽、方向图性能强并且成本更低更容易制造的天线。

附图说明

图1所示为具有水平、垂直极化的共轴八木天线单元在一个实施例中的立体示意图；

图2所示为利用印刷电路板(PCB)和覆铜设计八木天线的结构示意图；

图3所示为中心开槽的一个八木天线单元的结构示意图；

图4所示为穿插开槽的另一个八木天线单元的结构示意图；

图5所示为用于连接另一个中心开槽的八木天线单元用的过孔的结构示意图；

图6所示为两个八木天线单元的激励点的结构示意图；

图7所示为一种应用于高密度用户覆盖场景的该天线单元的排布结构组成的天线阵列示意图；

图8A所示为该天线阵列的水平极化水平面方向图；

图8B所示为该天线阵列的垂直极化水平面方向图；

图9A所示为该天线阵列的水平极化垂直面方向图；

图9B所示为该天线阵列的垂直极化垂直面方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

运营商一直在寻找一种方向性好并且体积小的天线系统。另外，理想状况下是能够根据不同的应用场景，部署合适的天线系统。本发明的一个实施例提供了一种天线阵列的设计，包括若干个天线阵子，每个天线阵子包括第一天线单元和第二天线单元，其中，所述每个天线阵子的第一天线单元和第二天线单元共轴并正交放置，每个天线阵子的第一天线单元和第二天线单元均由方向性良好的八木天线组成，包含共轴的水平、垂直双极化天线单元，在保证天线方向性的同时，又减小了天线的物理尺寸。此外，本发明的一个实施例为一种特殊的应用场景——高密度应用场景，本发明提供了一种特别的排布方式，根据指示与采用该天线系统的设备通讯的通讯设备的天线类型的信号，激励所述垂直极化八木天线和水平极化八木天线，以所述通讯设备提供垂直和水平两种极化链路，以满足需求。

参照附图说明，其中相同的数字标号在不同附图中指代相同的部分。在一个具体实施例中，图1所示为天线单元100的立体图，由两个共轴正交放置的印刷电路板(PCB)组成，其中101为第一天线单元，102为第二天线单元。所述第一天线单元101和第二天线单元102均包括基板以及基板上的覆铜，所述基板是印刷电路板(PCB)，所述第一天线单元101和第二天线单元102的形状由PCB上的刻蚀铜箔制作。并且，所述第一天线单元101和第二天线单元102由各自的覆铜制作成辐射体覆在所述基板的一侧。在一个实施例中，所述第一天线单元101为垂直极化八木天线单元，所述第二天线单元102为水平极化八木天线单元。

在此具体实施例中，图2为两个八木天线单元的结构示意图，其中201为八木天线单元的反射器，通过调整反射器201与有源振子202间距，调整其本身长度，将后向的能量向前方反射。202为八木天线的有源振子，本实施例中有源振子202为半波长折合振子，其阻抗是普通对称振子的4倍，通过改变折合振子202的高度、以及折合振子上臂2021和折合振子下臂2022的宽度，调整有源振子202与馈线的阻抗匹配。203、204以及205均为八木天线单元的引向器，通过调整引向器203、204以及205的间距、长度来提高天线单元100的增益，确保良好的方向性。206为第二开槽，其是为了方便馈线穿插及焊接。

在此具体实施例中，图3所示中101为垂直极化八木天线单元的结构示意图，在它的中轴线有一条预先设计好的垂直于所述折合振子202、反射器201和引向器203、204以及205的第一开槽301。所述第一开槽301将所述折合振子202、反射器201和引向器203、204以及205分为沿所述第一开槽301对称的两部分。所述第一开槽301的宽度W稍大于印刷电路板(PCB)的厚度。图4所示102为水平极化八木天线单元，所述第二天线单元102分为第一部分4011和第二部分4012，它的第二部分4012插入所述第一天线单元101的第一开槽301中，使得所述第一天线单元101与所述第二天线单元102相垂直。所以第二天线单元201的第二部分4012的长度L2稍小于第一开槽301的长度L1，第一部分4011长度不变。这样垂直极化八木天线单元101与水平极化八木天线单元102就可以实现正交放置，并限位锁紧，其中垂直极化八木天线单元101与水平极化八木天线单元102共轴。

图4中所示分别为水平极化八木天线单元的反射器、折合振子上臂以及三个引向器中心位置的过孔的结构示意图，其中，402为反射器中心位置的过孔，403为折合振子上臂2021的过孔，404、405及406分别为三个引向器中心位置的过孔。图5中502-506所示分别为图4中402-406过孔的背面焊盘，通过这些过孔402、403、404、405和406及焊盘，可以使得被分开的垂直极化八木天线单元101中的反射器、折合振子上臂以及三个引向器重新连接在一起。

如图6所示，其为两个八木天线单元的激励点的结构示意图。水平极化天线单元102的折合振子下臂2022底部两侧分别为激励点601、602；垂直极化天线单元101的折合振子下臂2022底部内侧分别为激励点603、604，这样的设计使得两个极化的激励点错位，同时方便馈线焊接。在该实施例中，所述垂直极化天线单元101和水平极化天线单元102使用两根同轴馈线激励。

请参阅图7，其为一种应用于高密度用户覆盖场景的该天线单元的排布结构组成的天线阵列示意图。如图7所示，利用图1所示的水平极化八木天线单元和垂直极化八木天线单元构成的天线单元100，按照图7的排布方式，四个天线单元100同时激励。图8A所示为本发明实施例图7所示的排布方式的天线系统的水平极化水平面方向图。图8B所示为该天线系统的垂直极化水平面方向图。图9A所示为该天线系统的水平极化垂直面方向图。图9B所示为该天线系统的垂直极化垂直面方向图。由图8A至9可见，本发明的系统能够提供水平面和垂直面半功率波束宽度均约为40度的窄波束辐射方向图。

本发明一种双极化共轴八木天线系统，其具有如下优点：

(1)能够同时提供水平极化和垂直极化的射频链路。

(2)体积小、工作频带宽、方向图性能强并且成本更低更容易制造的天线。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (15)

1.一种双极化共轴八木天线系统，其特征在于：其包括：

若干个天线阵子，每个天线阵子包括第一天线单元和第二天线单元，其中，所述每个天线阵子的第一天线单元和第二天线单元共轴并正交放置，每个天线阵子的第一天线单元和第二天线单元均由八木天线组成。

2.根据权利要求1所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述第一天线单元和第二天线单元均包括基板以及基板上的覆铜。

3.根据权利要求2所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述基板是印刷电路板(PCB)，所述第一天线单元和第二天线单元的形状由PCB上的覆铜制作。

4.根据权利要求1所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述第一天线单元和第二天线单元由各自的覆铜制作成辐射体覆在所述基板的一侧。

5.根据权利要求2所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述天线阵子中的每个八木天线均有一个折合振子、一个反射器及三个引向器组成，所述折合振子、反射器和引向器在所述基板上相互平行排列。

6.根据权利要求5所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：

沿所述第一天线单元的中轴线开设有垂直于所述折合振子、反射器和引向器的第一开槽，所述第二天线单元垂直插入所述第一天线单元的第一开槽中。

7.根据权利要求6所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述第一开槽将所述折合振子、反射器和引向器分为沿所述第一开槽对称的两部分。

8.根据权利要求6所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述第一开槽的宽度与所述PCB的厚度相适应。

9.根据权利要求6所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述第二天线单元分为第一部分和第二部分，所述第二部分插入所述第一天线单元的第一开槽中，使得所述第一天线单元与所述第二天线单元相垂直。

10.根据权利要求6所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述第二天线单元的折合振子、反射器及三个引向器的中心位置开设有过孔，所述第一天线单元中的反射器、折合振子的上臂及三个引向器通过金属化过孔焊接以实现连接。

11.根据权利要求10所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述第一天线单元的反射器和第二天线单元的反射器正交相连，所述第一天线单元三个引向器和第二天线单元的三个引向器正交相连，所述第一天线单元的折合振子和第二天线单元的折合振子正交相连。

12.根据权利要求1所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述第一天线单元和第二天线单元使用两根同轴馈线激励。

13.根据权利要求12所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述第一天线单元和第二天线单元的基板上分别开设有第二开槽以便同轴馈线焊接。

14.根据权利要求1所述的双极化共轴八木天线系统，其特征在于：所述第一天线单元为垂直极化八木天线单元，所述第二天线单元为水平极化八木天线单元。

15.一种双极化共轴八木天线系统，其特征在于：其包括：

若干个天线阵子，每个天线阵子以特定布局排列以形成特有的辐射方向图，每个天线阵子包括第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元和第二天线单元共轴并正交放置，所述第一天线单元为垂直极化八木天线单元，所述第二天线单元为水平极化八木天线单元，

其中根据指示与采用该天线系统的设备通讯的通讯设备的天线类型的信号，激励所述垂直极化八木天线和水平极化八木天线，以所述通讯设备提供垂直和水平两种极化链路。