CN104916914B - 一种刀形宽带水平极化全向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种刀形宽带水平极化全向天线,包括天线罩,天线被封装在天线罩内,天线罩为刀形结构,包括天线辐射单元及馈电单元,所述天线辐射单元包括口径面开口的矩形喇叭,所述馈电单元位于天线辐射单元垂直方向的中央,所述馈电单元具体为渐变形式金属贴片。本发明依靠喇叭口径面开口所形成的缝隙产生辐射,并且在整个频带上都具有良好的全向性。本发明天线结构简单新颖、尺寸较小、且方向图稳定、全向性好、交叉极化小、带宽宽、增益高等优点,适用于移动通信领域。

Description

一种刀形宽带水平极化全向天线
技术领域
本发明涉及移动通信领域,特别涉及一种刀形宽带水平极化全向天线。
背景技术
随着社会的发展,科学技术的进步,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。一方面多种无线通信制式系统并存,为满足射频系统多频段的要求,天线需要具有宽带特性。宽带天线不仅能满足人与人之间大量的信息高速度传递的需求,并且可以使一副天线工作于多个通信系统频段,从而减少载体上天线的数目,实现通信设备的小型化
水平极化全向天线是指在水平面内实现360度均匀辐射,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,同时可接收水平面的各个方向的信号,在通信系统中一般应用大范围覆盖、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,发射端和接受端都采用水平极化天线的系统比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
为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种刀形宽带水平极化全向天线。
本发明采用如下技术方案:
一种刀形宽带水平极化全向天线,包括天线罩,所述天线被封装在天线罩内,所述天线包括天线辐射单元及馈电单元,所述天线辐射单元为一个口径面开口的矩形喇叭,所述馈电单元位于天线辐射单元垂直方向的中央。
所述馈电单元为渐变形式金属贴片,渐变形式具体为椭圆渐变、圆形渐变或抛物线渐变,该金属贴片与其距离最近的矩形喇叭的左侧面或者右侧面的距离渐变变化。
所述天线罩为刀形结构,所述刀形结构的刀背面与矩形喇叭的口径面共面,所述刀形结构的刀背面开口。
所述矩形喇叭的口径面长宽分别为0.5λo-1.5λo、0.05λo-0.5λo,与口径面相对的面的长宽分别为0.5λo-1.5λo、0.05λo-0.45λo,矩形喇叭的深度为0.1λo-0.5λo,其中λo为该天线中心谐振频率处所对应自由空间的波长。
所述渐变形式金属贴片的线长为0.1λo-0.5λo,线宽为0.05λo-0.15λo
所述渐变形式金属贴片靠近口径面一端开路,另一端中点与50欧姆同轴线连接。
本发明的有益效果:
(1)该天线的结构简单新颖,其天线罩部分为采用玻璃纤维增强塑料制成的流线型的刀形结构,可以很好的保护天线辐射体,采用流线型的刀结构在航空器系统的飞行中可以减少风阻。
(2)该天线的辐射体为一个矩形喇叭,结构简单新颖,且其口径面开口所形成的缝隙为实现水平极化全向辐射的关键,且喇叭形式的辐射体可获得较高的远场辐射增益,调节该缝隙的长与宽会对天线的全向性能有所影响。
(3)该天线的馈线部分,结构简单新颖,且能配合辐射体实现较宽的回波损耗带宽。
(4)该天线仅用一个辐射单元,便可以实现宽频带覆盖,且在整个频段都能获得良好的辐射方向图,有着良好的水平极化全向性能,且交叉极化非常小,均在-35dB以下;
(5)该天线的相对尺寸小,结构简单,仅由两部分组成,便于加工成型;
(6)传统的全向天线的增益普遍偏低,该天线的最大增益可达5dB,该天线的馈电方式简单,新颖,且该馈电网络仅对天线的阻抗特性产生影响,对天线的全向特性几乎不影响。且实现了宽带的阻抗匹配,10dB的回波损耗可达到35.5%。
附图说明
图1是本发明刀形宽带水平极化全向天线封装后的立体图;
图2是本发明刀形宽带水平极化全向天线封装前的立体图;
图3是本发明刀形宽带水平极化全向天线封装前的俯视图;
图4是本发明刀形宽带水平极化全向天线封装前的回波损耗图;
图5是本发明在1.373GHz处的XOY平面的辐射方向图;
图6是本发明在1.67GHz处的XOY平面的辐射方向图;
图7是本发明在1.965GHz处的XOY平面的辐射方向图。
图中示出:
K-天线罩,R-矩形喇叭,S-50欧姆同轴线,M-馈电单元。
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,一种刀形宽带水平极化全向天线,包括天线罩K,所述天线罩是一种采用玻璃纤维增强塑料制成的流线型的刀形结构,采用流线型的刀形结构在飞行的过程中可以减少风阻,整个天线位于天线罩内部,所述天线包括天线辐射单元及馈电单元M,所述天线辐射单元为一个口径面开口的矩形喇叭R,所述刀形结构的刀背面开口,有利于辐射,矩形喇叭R的口径面与刀背面共面。
本实施例中,口径面开口的矩形喇叭实现良好的水平极化全向辐射方向图,并且喇叭形式可以实现较高的增益,最高增益可达5dB。图2为整个天线的立体图,ABCD面为矩形喇叭的口径面,口径面的长宽分别为AC、AB,分别为0.67λo、0.21λo。与口径面相对的面的长、宽分别为GF、GH,其长度分别为0.67λo、0.17λo,其中λo为该天线中心谐振频率1.67GHz所对应自由空间的波长。
图3为天线的俯视图,矩形喇叭的深度为L,L为0.33λo,ABGH面为矩形喇叭的上表面,馈电点位置在与喇叭口径面相对的面的中央,且与矩形喇叭的EH边的距离为2mm;所述馈电单元M具体为渐变形式金属贴片,该金属贴片与其距离最近的矩形喇叭的左侧面或者右侧面的距离渐变变化,渐变形式具体为椭圆渐变、圆形渐变或抛物线渐变。本实施例中采用椭圆形式渐变金属贴片,其材料为铜,且恰好为1/4椭圆的渐变形式金属贴片,其以图2中的O为圆心,长轴在X轴上,短轴在Y轴上,且圆心O与馈电点的水平距离恰好为此椭圆的短轴长,椭圆的长轴为58mm,椭圆的短轴长22mm,该形如1/4椭圆渐变形式金属贴片的线宽MW为16mm,该1/4椭圆渐变形式金属贴片的线宽对此宽带天线阻抗带宽的宽度有较大的影响。
本实施例中椭圆渐变形式金属贴片一端靠近矩形喇叭的口径面开路,另一端与口径面的相对面距离2mm,其另一端的中点为馈电点并与50欧姆同轴线S连接,对其进行馈电。
该形如椭圆渐变形式金属贴片与喇叭形式的渐变的组合可以实现较宽且良好的回波损耗带宽,如图4所示。整个馈电单元位于辐射体矩形喇叭的中央位置,且调节馈电部分的参数对天线的全向辐射性能影响不大,该天线的水平极化全向辐射性能主要依靠喇叭的口径面所形成的缝隙,并且该天线在整个频段上均有良好的水平极化全向辐射特性,如图5、图6、图7所示。
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 (4)

1.一种刀形宽带水平极化全向天线,包括天线罩,天线被封装在天线罩内,所述天线包括天线辐射单元及馈电单元,其特征在于,所述天线辐射单元为一个口径面开口的矩形喇叭,所述馈电单元位于天线辐射单元内,且位于其垂直方向的中央;
所述馈电单元具体为渐变形式金属贴片,渐变形式具体为椭圆渐变;
所述馈电单元的馈电点位置在于喇叭口镜面相对的面的中央,具体采用椭圆形式渐变金属贴片,其长轴在X轴,短轴在Y轴上,且圆心与馈电点的水平距离为椭圆的短轴长,馈电单元与距离最近的距离喇叭的左侧面或者右侧面的距离渐变变化;
所述天线罩为刀形结构。
2.根据权利要求1所述的天线,其特征在于,所述矩形喇叭的口径面长宽分别为0.5λo-1.5λo、0.05λo-0.5λo,与口径面相对的面的长宽分别为0.5λo-1.5λo、0.05λo-0.45λo,矩形喇叭的深度为0.1λo-0.5λo,其中λo为该天线中心谐振频率处所对应自由空间的波长。
3.根据权利要求1所述的天线,其特征在于,所述渐变形式金属贴片的线长为0.1λo-0.5λo,线宽为0.05λo-0.15λo
4.根据权利要求1所述的天线,其特征在于,所述渐变形式金属贴片靠近口径面一端开路,另一端中点与50欧姆同轴线连接。
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