CN105514581A - 一种超宽频带全向吸顶天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超宽频带全向吸顶天线，包括辐射单元、接地单元、天线探针和馈线，其特征在于：所述辐射单元采用三维空间的单锥螺旋结构，且该单锥螺旋结构采用渐变式单锥螺旋金属片；具体为：该单锥螺旋金属片沿天线探针的轴向呈圆锥形螺旋状延伸，单锥螺旋金属片的直径自端部向尾部逐渐增大，且单锥螺旋金属片的片宽自端部向尾部逐渐减小。与通常的螺旋结构不同，这里的单锥螺旋结构采用宽度渐变螺旋臂，并需要适当地控制螺旋臂的空中姿态，以打破通常意义上的螺旋天线辐射模式限制，实现超宽带宽波束辐射。这个结构中，单锥螺旋金属片与接地单元间形成垂直极化，而螺旋片在水平面内形成圆极化，提供必要的水平极化。

Description

一种超宽频带全向吸顶天线
技术领域
本发明涉及一种天线，特别涉及一种超宽频带全向吸顶天线。
背景技术
室内分布系统是解决室内覆盖，吸收话务和数据量，提高用户满意度的直接有效方式。随着4G的两种主流模式TDD-LTE和FDD-LTE步入商用，用户对室内分布天线的要求也向全频段和双极化转变。全频段天线是为了满足运营商多网公用的要求，双极化是为了在TDD系统中有效提高空间复用增益，提升数据吞吐量和接收信噪比。随着国内外运营商4G网络建设的深入，这两种类型的室内分布天线必将得到大量的应用。
覆盖2G/3G/4G/4G-LTE频段的室内分布天线如果全频段工作，需要宽带/超宽带设计。根据移动通信室内分布系统天线设备规范指标，天线产品必须提供必要的增益、宽波束、良好的极化隔离、较低的输入驻波比和极低的互调等。其中有些参数之间相互制约，比如高增益和宽波束，追求各指标的极限，就有必要采用多目标优化设计技术来优化天线结构。
同时，由于室内分布天线处于整个移动通信网络覆盖的最末端，采购数量会远远大于基站天线，因此在产品设计上要实现标准化、系列化、小型化，减少原材料的耗用，将会成为室内分布天线的关键研究课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、制造成本低且电气性能好的超宽频带全向吸顶天线。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种超宽频带全向吸顶天线，包括辐射单元、接地单元、天线探针和馈线，辐射单元通过绝缘结构支承在接地单元上，天线探针的一端与辐射单元端部连接，天线探针的另一端与馈线连接；其创新点在于：所述辐射单元采用三维空间的单锥螺旋结构，且该单锥螺旋结构采用渐变式单锥螺旋金属片；具体为：该单锥螺旋金属片沿天线探针的轴向呈圆锥形螺旋状延伸，单锥螺旋金属片的直径自端部向尾部逐渐增大，且单锥螺旋金属片的片宽自端部向尾部逐渐减小。
优选的，所述单锥螺旋金属片结构中，单锥螺旋金属片的内、外侧螺旋轮廓线分别通过围绕两个同轴但不同锥度的内、外侧圆锥体形成；所述内侧圆锥体的侧面与其轴线的夹角θ为25-27°。
优选的，所述单锥螺旋金属片的螺距为P，P=38-40mm；单锥螺旋金属片的圈数为N，N=16/9。
优选的，所述单锥螺旋金属片的端部片宽为W0，W0=14mm；单锥螺旋金属片的尾部片宽为W1，W1=5.2mm；所述单锥螺旋金属片的端部距其轴线的最短距离为r0，r0=4.9mm。
优选的，所述单锥螺旋金属片的端部距接地单元的高度为h，h=4.6mm。
本发明的优点在于：
与通常的螺旋结构不同，这里的单锥螺旋结构采用宽度渐变螺旋臂，并需要适当地控制螺旋臂的空中姿态，以打破通常意义上的螺旋天线辐射模式限制，实现超宽带宽波束辐射。这个结构中，单锥螺旋金属片与接地单元间形成垂直极化，而螺旋片在水平面内形成圆极化，提供必要的水平极化。
利用宽度渐变锥形螺旋单极天线，工作在3G/4G/4G-LTE频段，工作频率涵盖880MHz—2690MHz，可同时实现垂直极化及水平面的圆极化，既满足了移动通信室内分布系统升级的迫切需要，也可兼顾移动通信未来演进发展（5G）的需求。且结构简单、加工方便，制造成本低。
附图说明
图1为传统宽频全向吸顶天线结构示意图。
图2为本发明超宽频带全向吸顶天线结构示意图。
图3为本发明超宽频带全向吸顶天线的单锥螺旋金属片结构示意图。
图4为本发明中垂直极化驻波比曲线图。
图5为本发明中水平极化驻波比曲线图。
图6为本发明中天线的水平面方向图圆度。
图7为本发明中天线垂直面辐射方向图。
图8为本发明中天线交叉极化比。
图9为本发明中天线隔离度视图。
具体实施方式
图1示出了传统宽频全向吸顶天线的结构，其采用双锥结构，包括单锥辐射单元1、天线探针2、接地板3和馈线4，现有的室内分布宽频天线的频率范围是800~960/1710~2500MHz，在上述两个频度范围内驻波＜1.4，而在960~1710频段范围内驻波严重超标，甚至大于2，因此上述结构的天线只能工作在低频800~960MHz，高频1710~2500MHz范围内，而其更宽频段范围内无法满足系统对天线的要求。
本发明中超宽频带全向吸顶天线结构，如图2所示，其主要包括辐射单元1、接地单元、天线探针2和馈线，辐射单元1通过绝缘结构支承在接地单元3上，天线探针2的一端与辐射单元1底部连接，天线探针的另一端与馈线连接。
本发明中，如图2所示，辐射单元采用三维空间式单锥螺旋金属片结构，该单锥螺旋金属片沿天线探针的轴向呈螺旋状延伸，单锥螺旋金属片延伸形成的螺旋线直径自接地单元侧向外逐渐增大，且单锥螺旋金属片横截面宽度自接地单元侧向外逐渐减小。
本发明中单锥螺旋金属片结构中，单锥螺旋金属片的内、外侧螺旋轮廓线分别通过围绕两个同轴但不同锥度的内、外侧圆锥体形成；所述内侧圆锥体的侧面与其轴线的夹角θ为25-27°。单锥螺旋金属片的螺距为P，P=38-40mm；单锥螺旋金属片的圈数为N，N=16/9。单锥螺旋金属片的端部片宽为W0，W0=14mm；单锥螺旋金属片的尾部片宽为W1，W1=5.2mm；单锥螺旋金属片的端部距其轴线的最短距离为r0，r0=4.9mm。单锥螺旋金属片的端部距接地单元的高度为h，h=4.6mm。
图4、5示出了本发明天线的电压驻波比曲线图；该图可以看出该天线在整个频带内垂直极化和水平极化驻波比均小于1.5。
表1示出了本发明天线的增益测试数据；
该图结论：天线在工作频带内增益符合设计要求。
图6为本发明中天线的水平面方向图圆度。该图结论：天线在工作频带内方向图圆度满足≤±2的要求。
图7为本发明中天线垂直面辐射方向图，该图结论：天线垂直面波瓣宽度满足40±10(V)要求。
图8为本发明中天线交叉极化比，该图结论：天线交叉极化比满足≥10的要求。
图9为本发明中天线隔离度视图，该图结论：天线隔离度满足≥25的要求。
表2为本发明室内分布天线的电气性能和机械指标
综上所述：本发明中的超宽频全向吸顶天线各项主要电气参数均符合国家电气指标要求。

Claims (5)

1.一种超宽频带全向吸顶天线，包括辐射单元、接地单元、天线探针和馈线，辐射单元通过绝缘结构支承在接地单元上，天线探针的一端与辐射单元端部连接，天线探针的另一端与馈线连接；其特征在于：
所述辐射单元采用三维空间的单锥螺旋结构，且该单锥螺旋结构采用渐变式单锥螺旋金属片；具体为：该单锥螺旋金属片沿天线探针的轴向呈圆锥形螺旋状延伸，单锥螺旋金属片的直径自端部向尾部逐渐增大，且单锥螺旋金属片的片宽自端部向尾部逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的超宽频带全向吸顶天线，其特征在于：所述单锥螺旋金属片结构中，单锥螺旋金属片的内、外侧螺旋轮廓线分别通过围绕两个同轴但不同锥度的内、外侧圆锥体形成；所述内侧圆锥体的侧面与其轴线的夹角θ为25-27°。
3.根据权利要求2所述的超宽频带全向吸顶天线，其特征在于：所述单锥螺旋金属片的螺距为P，P=38-40mm；单锥螺旋金属片的圈数为N，N=16/9。
4.根据权利要求2所述的超宽频带全向吸顶天线，其特征在于：所述单锥螺旋金属片的端部片宽为W0，W0=14mm；单锥螺旋金属片的尾部片宽为W1，W1=5.2mm；所述单锥螺旋金属片的端部距其轴线的最短距离为r0，r0=4.9mm。
5.根据权利要求1所述的超宽频带全向吸顶天线，其特征在于：所述单锥螺旋金属片的端部距接地单元的高度为h，h=4.6mm。
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