CN105742827B - 基于角反射器的宽带高增益全向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于角反射器的宽带高增益全向天线，包括印刷在介质板的印刷偶极子、一分八并联馈电网络、角反射器、阵列馈电端口、上连接器、下连接器、一分四功分网络、底座和射频接头；其中，八个相同的印刷偶极子间隔一定距离排列组成偶极子阵列印刷在介质板上；偶极子阵列放置在角反射器的角平分线上。本发明通过对印刷偶极子组阵，实现了天线的高增益能量辐射；使用并联馈电网络保证天线在宽频带内能量辐射方向的稳定性，并实现了宽频带工作性能；将偶极子阵列在水平面内间隔90度均匀排列，并将其与角反射器组合，实现了高增益的全向辐射特性。

Description

基于角反射器的宽带高增益全向天线
技术领域
本发明涉及全向辐射天线，尤其是涉及一种宽带高增益的全向天线。
背景技术
随着科学技术的发展，无线通信事业得到大力的普及，全向天线在无线通信中需求广泛。通常，全向辐射特性的天线由振子型全向天线单元构成，如对称振子、单极子、双锥天线，印刷偶极子等，但是这类天线的主要缺点是增益较低。
为了实现全向天线的高增益，通常采用的方法是对全向天线单元进行组阵，形成同向叠加的直线阵。按给阵列馈电方式划分，全向阵列可以分为串联馈电阵列和并联馈电阵列。串联馈电阵列在简化馈电网络的同时，可以实现能量的全向辐射。但是，带来的问题是导致天线阵的最大辐射方向在高频点的上翘，导致高频段的水平增益急剧下降。因而串联馈电阵列工作带宽较窄，适用于对工作频带要求不宽的工作环境中。并联馈电网络可以有效地解决高频段方向图上翘的问题，在不同工作频率可以保证各单元激励能量的幅度和相位相等，从而在工作频带可以得到稳定方向图，因而可以实现宽频带工作。但是并联馈电阵列往往需要复杂的功分网络，尺寸加大而且水平面的不圆度往往也较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于角反射器的宽带高增益全向天线。
为实现上述目的，本发明的设计方案如下：
一种基于角反射器的宽带高增益全向天线，包括印刷在介质板的印刷偶极子、一分八并联馈电网络、角反射器、阵列馈电端口、上连接器、下连接器、一分四功分网络、底座和射频接头；八个相同的印刷偶极子间隔一定距离排列组成偶极子阵列，印刷在介质板上；偶极子阵列由一分八并联馈电网络馈电，并放置在角反射器的角平分线上；角反射器由两块正交的金属板所分成的四个角反射空间构成，每个角反射空间的角平分线上放置一个偶极子阵列；每一个偶极子阵列由一个阵列馈电端口馈电；使用同轴电缆连接馈电端口和一分四功分网络；一分四功分网络固定在底座上并由射频接头馈电；介质板由上连接器、下连接器与角反射器固定；下连接器固定连接角反射器和底座。
更具体地，一分四功分网络输入端口与射频接头相连接，其四个输出端口分别用同轴线与四个阵列馈电端口分别连接。
本发明的优点和有益效果在于：
(1)通过对印刷偶极子组合排列形成直线阵并馈以等幅同相的激励，实现了天线的高增益能量辐射；
(2)使用多级并联馈电网络可以对天线输入阻抗进行多级变换，从而大大展宽天线的工作带宽；
(3)使用并联馈电网络解决了天线辐射方向图在水平面内上翘或者下倾的问题，从而保证天线在宽频带内能量辐射方向的稳定性；
(4)将偶极子阵列放置于角反射器的角平分线上构成一个角反射器偶极子阵列，并将其在水平面内均匀排列，实现了能量在水平面的均匀分布，可以获得高增益的全向辐射特性。
附图说明
图1是本发明中基于角反射器的宽带高增益全向天线的整体装配示意图；
图2是本发明中基于角反射器的宽带高增益全向天线的分解结构示意图；
图3是本发明中基于角反射器的宽带高增益全向天线的实测电压驻波比；
图4是本发明中基于角反射器的宽带高增益全向天线的E面辐射方向图；
图5是本发明中基于角反射器的宽带高增益全向天线的H面辐射方向图；
图6是本发明中基于角反射器的宽带高增益全向天线的增益曲线；
其中，1、印刷偶极子；2、一分八并联馈电网络；3、介质板；4、角反射器；5、阵列馈电端口；6、上连接器；7、下连接器；8、一分四功分网络；9、底座；10、射频接头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例
参考图1和图2，一种基于角反射器的宽带高增益全向天线，包括印刷在介质板3的印刷偶极子1、一分八并联馈电网络2、角反射器4、阵列馈电端口5、上连接器6、下连接器7、一分四功分网络8、底座9和射频接头10；八个相同的印刷偶极子1间隔一定距离排列组成偶极子阵列印刷在介质板3上；偶极子阵列由一分八并联馈电网络2馈电，并放置在角反射器4的角平分线上；角反射器4由两块正交的金属板所分成的四个角反射空间构成，每个角反射空间的角平分线上放置一个偶极子阵列；每一个偶极子阵列由一个阵列馈电端口5馈电；使用同轴电缆连接阵列馈电端口5和一分四功分网络8；一分四功分网络8固定在底座9上并由射频接头10馈电；介质板3由上连接器6、下连接器7和角反射器4固定；下连接器7固定连接角反射器4和底座9。
将八个相同的印刷偶极子1间隔一定距离排列组成偶极子直线阵印刷在介质板3上，并使用一分八并联馈电网络2馈以等幅同相的激励，保证了天线在宽频带内能量辐射方向的稳定性并且天线在一定空域内可以获得高增益定向辐射特性。为实现水平全空域能量的均匀辐射，可以对所述偶极子直线阵在水平面内进行组阵。将四个偶极子直线阵均匀放置在由两块正交的金属板所分成的四个角反射空间中，可以得到天线的全向辐射特性。通过合理调节角反射器4的大小，可以调节每个空域中偶极子阵列辐射能量的集束程度，有效改善相邻空域能量的有效叠加，从而得到高增益的能量在水平面的均匀分布，也即天线在水平面的不圆度最小。另外，使用多级并联馈电网络对阻抗进行多级变换，可以大大展宽天线的工作带宽。
利用矢量网络分析仪Agilent E8363B和微波暗室对天线模型进行了测试，图3给出了天线的电压驻波比的实测结果。如图3所示，实物的测试结果表明，天线模型VSWR≤2的工作频带为7.2-8.7GHz，相对带宽为18.9％，可以满足宽带全向通信系统的要求。
图4和图5分别是对实物天线测试得到的E面和H面方向图。方向图表征工作频带内天线在空间的能量分布。图4表明天线的E面方向图主瓣为倒“8”字形，且副瓣电平在-20dB下，表明天线的能量主要集中在水平面。从图5结果可以看出本发明天线在工作频带内的不圆度小于2dB，表明本发明天线辐射的能量在水平面较为均匀分布，即在工作频带内都具有良好的全向性，可以较好地满足全向通信要求。
图6是对实施例天线测试得到的增益随工作频率变化的曲线。从图6可以看出，本发明天线在工作频带内具有较高的增益，全频带增益在10dB以上。
本发明提出的基于角反射器的宽带高增益全向天线具有良好的电性能指标，满足了宽频带、高增益工作的基本要求，同时天线具有较好的全向辐射特性，能较好地满足宽带高增益全向通信系统的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于角反射器的宽带高增益全向天线，其特征在于：
包括印刷在介质板(3)的印刷偶极子(1)、一分八并联馈电网络(2)、角反射器(4)、阵列馈电端口(5)、上连接器(6)、下连接器(7)、一分四功分网络(8)、底座(9)和射频接头(10)；八个相同的所述的印刷偶极子(1)排列组成偶极子阵列，印刷在所述的介质板(3)上；所述的偶极子阵列由所述的一分八并联馈电网络(2)馈电，并放置在所述的角反射器(4)的角平分线上；所述的角反射器(4)由两块正交的金属板所分成的四个角反射空间构成，每个角反射空间的角平分线上放置一个所述的偶极子阵列；每一个所述的偶极子阵列由一个所述的阵列馈电端口(5)馈电；使用同轴电缆连接所述的阵列馈电端口(5)和所述的一分四功分网络(8)；所述的一分四功分网络(8)固定在所述的底座(9)上，并由所述的射频接头(10)馈电；所述的介质板(3)由所述的上连接器(6)、所述的下连接器(7)和所述的角反射器(4)固定；所述的下连接器(7)连接固定所述的角反射器(4)和所述的底座(9)；
所述的一分四功分网络(8)输入端口与所述的射频接头(10)相连接，其四个输出端口分别用同轴线与四个所述的阵列馈电端口(5)分别连接。
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