CN106207456A - 一种多频天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多频天线，包括反射板以及安装于反射板上的辐射单元，所述辐射单元包括在低频段工作的中心频率为f1的第一辐射单元，覆盖频段的中心频率为f2的第二辐射单元以及覆盖频段的中心频率为f3的第三辐射单元；其中f2＞f1，f3/f2＞1.45；在第二和/或第二辐射单元外罩设有金属外框。本发明的天线结构，改善了肩并肩多频天线辐射特性，提高了低频阵列波束收敛性。

Description

一种多频天线

技术领域

本发明涉及通讯领域，特别涉及一种多频调天线。

背景技术

在现有的多频天线，包括高频辐射单元以及低频辐射单元肩并肩排列于天线反射板上，从而覆盖较宽频段。然而，现有技术的多频天线中，高频与低频辐射单元之间辐射特性相互影响限制，因此天线的电性能降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种多频天线，改善现有肩并肩多频天线辐射特性低下的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种多频天线，包括反射板以及安装于反射板上的多个辐射单元，所述辐射单元包括在低频段工作的中心频率为f1的若干第一辐射单元，覆盖频段的中心频率为f2的若干第二辐射单元以及覆盖频段的中心频率为f3的若干第三辐射单元；其中f2＞f1，f3/f2＞1.45；在第二和/或第二辐射单元外罩设有金属外框。

所述金属外框内的辐射单元工作频段对应的波长为λ；所述金属外框侧壁上形成有用于控制和改善其内辐射单元的辐射特性以及提交其内辐射单元的波束收敛性的若干条有序排列的缝隙和开槽，所述缝隙沿金属外框侧壁上下竖直贯通至金属外框底边；所述开槽水平设置；金属外框的长度小于0.75λ。

所述缝隙的长度为1/8λ～1/4λ。

所述金属外框为四边形，形成有四条缝隙，分别位于四边形的四个角且竖直向上贯通。

所述金属外框包括围成环形的侧壁以及底边向内延伸形成环形水平底壁，环形水平底壁安装于反射板表面；所述金属外框为多边形结构，所述同一金属外框设有四条竖直缝隙，两两平行竖直向上与反射板垂直。

所述每一个金属外框由多层金属框架构成；每层金属框架之间以所述水平开槽间隔；每一层开槽包括若干段开槽形成不连续的环状；同一层开槽中的两段开槽分别位于对应竖直缝隙两侧边沿并排对齐，该两段开槽通过中间的竖直缝隙而相互贯通；所述各层对应的开槽平行排列；所述每层开槽形成的非连续环状沿金属外框侧壁不贯通。

第一辐射单元是由一组双极化半波单极子，压铸成“+”形状，λ2为第一辐射单元中心频率相对应的波长；在反射板上位于所述第一辐射单元的两侧、平行设置用以提高低频阵列波束收敛性的一组工作在窄频段扩展的寄生单元；寄生单元为λ2的1/2倍。其中第一辐射单元是水平或垂直极化单极子产生正负45度交叉极化；每个振子结构具有两个馈电点，两个馈电点位于离反射板的距离λ2的1/4倍(λ2为第一辐射单元中心频率相对应的波长)。

每个第二、第三辐射单元包括两对正交放置的偶极子构成，排列成四边形形状，单偶极子为环形；辐射单元表面正上方置有金属圆环；非导电介质单元为筒状结构，置于第二个或者第三个辐射单元于金属圆环之间，起到将金属圆环稳固置于二个或者第三个辐射单元之上的作用；金属圆环的直径以及距离对应辐射单元表面正上方的高度都是精心优化的以达到阻抗匹配。

所述第一、第二、第三辐射单元为若干个，分别排成三列形成天线阵列；第二和第三辐射单元形成的天线阵列之间设置有分界板；反射板沿长度方向的两侧设置竖直侧壁；所述分界板与反射板的两侧壁平行。

每两个第二辐射单元以及两个第三辐射单元排列成四边形，第一辐射单元位于该四边形中心且高出第二、三辐射单元；每个第二、第三辐射单元外围的金属外框为正方形；其内的辐射单元位于正方形中心；正方形金属框平行排列，边长与反射板长度方向一致；被安置在反射板上的开槽的金属外框与自身连接且形成缝隙控制第二、第三辐射单元的辐射特性；所述每一个第一辐射单元的一组寄生单元为两个，分别与第一辐射单元对称地排列于靠近反射板两侧壁内侧且位于第二、第三辐射单元外侧。

采用上述技术方案，本发明取得的有益效果：本发明的若干低频第一辐射单元、若干第二辐射单元和若干第三辐射单元并肩集成于反射板上形成三个天线阵列，通过在第二、第三辐射单元外部设置竖直缝隙以及水平开槽的金属外框，选择合适的工作频段，从而有效改善现有肩并肩多频天线辐射特性，提高各频段阵列波束收敛性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步详述。

图1是本发明实施例的多频天线的主视图。

图2是本发明实施例的多频天线的立体图。

图3是本发明实施例的多频天线的第二/第三天线装置立体图。

图4是本发明实施例的多频天线的一个开槽的框的立体图。。

图5是本发明实施例的多频天线的第一天线装置的第一辐射单元的立体图。

图6是本发明实施例的多频天线的第一天线装置的第一辐射单元的另一立体图。

图7是本发明实施例的第一天线装置的寄生单元的平面结构图。

图8是本发明实施例的多频天线不采用寄生单元时第一天天线装置的辐射特性图。

图9是本发明实施例的多频天线采用寄生单元时第一天天线装置的辐射特性图。

图10是本发明实施例的多频天线的第二辐射单元或者第三辐射单元未采用金属外框边界条件下的辐射特性图。

图11是本发明实施例的多频天线的第二辐射单元或者第三辐射单元采用金属外框边界条件下的辐射特性图。

具体实施方式

请参照图1-7，本发明的多频天线100包括反射板10，以及安装于反射板10上的若干个第一天线装置20，若干个第二天线装置30和若干个第三天线装置40。反射板10为长条平板形，沿长度方向的两侧边界形成有竖直的侧壁13。第二天线装置30和若干第三天线装置40分别排列成并肩的两列；两列之间设置有将两列分隔开的分界板51。分界板51至少为一条，位于反射板的两侧壁13且相互平行。

一个第一天线装置20、一个第二天线装置30、一个第三天线装置40构成一个多频天线单元，若干个多频天线单元在反射板10上排成列。多频天线100可根据具体需要在反射板10上设置多列多频天线单元。反射板10可以是一个常见的面板形状的盖子。

多频天线100的构造中，第一天线装置20包括第一辐射单元11和第一附加单元或称寄生单元21、22组成。寄生单元21、22提高了第一辐射单元11的波束收敛性，改善了第一辐射单元11的辐射特性。参照图7-8所示的频谱，其中图8为不增加寄生单元21、22边界条件下的辐射特性图，其半功率角波速宽度为65°～73°；频谱图9为增加寄生单元21、22边界条件下的辐射特性图，其半功率角波速宽度为65°～69°，相对于不加寄生单元，半功率角收敛性明显提高。

参照图5-6所示，第一辐射单元11的工作频段为低频段工作，其中心频率为f1。第一辐射单元11构成为第一天线阵，被集成到反射板10上。反射板10上形成对应的孔位(未图示)来固定第一辐射单元11。其中第一辐射单元11包括四个元素12、平衡巴伦13、馈电元素18、19以及非导电介质圆环9。每两个相对元素12通过平衡巴伦13连接形成一个单极子，其斜对角距离约为(λ2)/2倍(λ2为辐射单元11中心频率相对应的波长)。两个单极子正交放置形成“+”字状的双极化半波振子即辐射单元11。四个元素12两两并排从而构成一个压铸成“+”形状的元素，并通过平衡巴伦13将“+”形状的元素构成一体形成第一辐射单元11。平衡巴伦13包括四个圆柱状以及圆形底座，高度约为(λ₂)/4。圆柱中心镂空形成第一镂空部16，镂空部16的边界可为多边形或其他形状。四个元素12靠近交叉中心附近，两两连接形成一个四方形或基于它闭合形状的连接环17，从而将四个元素12连接成一体，以增强强度以及电性能。连接环17的各段与元素12交叉中心之间形成三角形的第二镂空部15。第一辐射单元进一步包括非导电介质圆环9，非导电介质圆环9由自反射板10上竖直向上延伸的支撑脚穿过三角形的第二镂空部15，从而将非导电介质圆环9固定于交叉元素12的顶部上方。第一辐射单元11上方的非导电介质圆环9，对每个元素12的外边条起到支撑作用，同时也对辐射单元11两极化之间的缝隙起到支撑作用，保证两极化之间的缝隙保持一致，改善辐射单元11的驻波比。

第一辐射单元11的元素12压铸成交叉结构，四组元素12两两并排排布形成“+”字形状，并通过平衡巴伦13连接成一体构成第一辐射单元11。

其中第一辐射单元11的每个元素的结构几乎都是具有两个馈电点的水平/垂直极化单极子，两个馈电点位于离反射板10距离为λ₂的四分之一倍(λ₂为第一辐射单元11中心频率相对应的波长)。

作为一个实施例，辐射单元11是由一组双极化半波单极子组成。

第一辐射单元11位于多频天线单元的中心位置。

第一附加单元21、22相比于第一辐射单元11是一组工作在窄频段扩展的寄生单元。

寄生单元21、22是由金属或者PCB材料制成的偶极子。实例中寄生单元21、22由介质板23以及覆铜层24构成。

寄生单元21、22的长度大约为λ2的二分之一(λ2为第一辐射单元11中心频率相对应的波长)。

寄生单元21、22被固定在反射板10侧边边板上。

寄生单元21、22根据第一辐射单元11的位置，可以是水平或垂直放置并正对第一辐射单元11。如图2所示，寄生单元21、22位于水平位置，靠近反射板10的两侧壁13的内壁，覆铜层24由介质板23支撑至离反射板10一定高度，与第一辐射单元11高度一致。作为一实例，介质板23包括中间的竖直臂、顶端的水平臂以及由上至下分散的两根侧臂，构成三角结构。

第二天线装置包括两个并列的第二辐射单元31、32，覆盖的工作频段的中心频率为f2；其中f2＞f1。第二天线装置30也称为第二天线阵被集成到反射板10上，其第二辐射单元31、32包括两对正交排列的偶极子33，偶极子33对称排列成四边形结构，每个偶极子33为环状，并通过平衡巴伦安置在反射板10上。每个辐射单元31、32正上方设有金属圆环8，非导电介质单元7向上延伸将金属圆环8固定于辐射单元31、32正上方一定高度的距离上。非导电介质单元7为筒状结构，置于第二个辐射单元31、32与金属圆环8之间，起到将金属圆环8稳固置于第二个辐射单元31、32之上的作用。金属圆环8的直径以及距离对应辐射单元表面正上方的高度都是精心优化的以达到阻抗匹配。介质单元7主要起到支撑固定金属环8的作用，其高度主要在1/8λ到1/4λ之间(其λ为对应的第二辐射单元及第三辐射单元的波长)，可根据辐射单元与金属环的阻抗匹配情况选择最佳的介质单元的高度。

第三天线装置40包括第三辐射单元41、42，覆盖频段的中心频率为f3；其中f3/f2＞1.45。

其中第三天线装置40也称为第三天线阵被集成到反射板10上。其第三辐射单元41、42包括两对正交排列的偶极子43，偶极子43对称排列成四边形结构，每个偶极子43为环状，并通过平衡巴伦安置在反射板10上。每个辐射单元41、42正上方设有金属圆环8，非导电介质单元7向上延伸将金属圆环8固定于辐射单元41、42正上方一定高度的距离上。非导电介质单元7为筒状结构，置于第三个辐射单元41、42与金属圆环8之间，起到将金属圆环8稳固置于第三个辐射单元41、42之上的作用。金属圆环8的直径以及距离对应辐射单元表面正上方的高度都是精心优化的以达到阻抗匹配。

第二、第三天线装置30、40的每一个辐射单元31、32、41、42外围还进一步分别设置有四条缝隙的外框61、62、63、64分别环绕在第二个辐射单元31、32和第三个辐射单元41、42周围。

其中每个外框61、62、63、64是开槽的金属外框，由多层金框架构成，每层框架之间是以不连续的水平开槽616分隔形成。该金属外框长度小于0.75λ，金属外框长度为是金属外框两相对单边之间的垂直距离，λ是相关辐射单元31、32、41、42对应的波长。该每层框架以镂空部分为一层，如图3-4中的616标示，框的每一侧都开有四组有序排列的缝616，实例中每组排列三个垂直方向高度一致的缝隙616，缝隙616的水平方向长度约为1/8λ到1/4λ(λ为对应的第二辐射单元及第三辐射单元的波长)。

其中开槽的金属外框61、62被安置在反射板10上与自身连接到形成缝隙610/620控制第二个辐射单元31、32。

开槽的金属外框63、64被安置在反射板10上与自身连接到形成缝隙630/640控制第三个辐射单元41、42。

以其中一个开槽的金属外框61为例进行说明，如图5，作为一种实施方式，金属外框61为四边形外框，当然其它形状的金属框也是适用的。金属外框61包括四条侧壁围成的上下敞口的框形结构，底部向内延伸形成一条用于安装于反射板10的环形底壁618。四条侧壁617上形成有4层开槽616，每层开槽包括多段不连续开槽，每条开槽616将金属框分隔为上下两层。本实施例中，一共有5层金属框，由底部向上，分别第一层金属框611、第二层金属框612、第三层金属框613、第四层金属框614、第五层金属框615。各层金属框611、612、613、614、615构成一个整体的四边形金属框61，两侧壁之间断开，形成间隙610。本实施例中，每两条侧壁617之间均断开各形成一条竖直间隙610，一共为四条竖直间隙610。其中，每层金属框对应的开槽616中，其中位于外侧的两段一样的开槽与相邻的侧壁开槽边沿端部相对，通过二者之间的间隙610贯通，用于分离两侧壁形成独立金属框架。在本实施例中，四层开槽616在金属外框61的四条侧壁边沿，均有一段开槽贯通侧壁的竖直边缘而与相邻侧壁上的一段开槽对应贯通。更具体地，本实施例中，各侧壁617上地应的四层开槽616，分别为三组，其中两组分别贯通对应侧壁的竖直边缘而与相邻侧壁之间的间隙贯通，另一组位于侧壁中部。

四个开槽的框61、62、63、64被安置在反射板10上与自身连接到形成缝隙控制第二个辐射单元31、32和第三个辐射单元41、42，改善了第二个辐射单元31、32和第三个辐射单元41、42的辐射特性，提高第二个辐射单元31、32和第三个辐射单元41、42的波束收敛性。

本实施例中，分界板51、52放在反射板10的中心。一组有四个缝隙的外框61、62、63、64，环绕在第二个辐射单元31、32和第三个辐射单元41、42。

其中每个开槽的框61、62、63、64是由多层金框架构成，其长度小于0.75λ(λ是相关辐射单元31、32、41、42对应的波长)。

每个开槽的框61、62、63、64长度小于0.75λ，其中λ是相关辐射单元31、32、41、42对应的波长。每个框的一侧都开有四组有序排列的缝610或620或630或640，缝的长度约为1/8λ到1/4λ。缝的长度为垂直方向的高度，即两两相邻的外边框之间构成的缝隙的垂直高度。

本发明各辐射单元的结构设计，均为了提高电辐射特性。频谱图10为第二辐射单元31、32或者第三辐射单元41、42未采用金属外框61边界条件下的辐射特性图，其半功率角波束宽度49°～67°，离散性大；频谱图11为采用金属外框61的边界条件下的辐射特性图，其半功率角波束宽度59°～71°，较频谱图10明显收敛。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多频天线，包括反射板以及安装于反射板上的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元包括在低频段工作的中心频率为f1的若干第一辐射单元，覆盖频段的中心频率为f2的若干第二辐射单元以及覆盖频段的中心频率为f3的若干第三辐射单元；其中f2＞f1，f3/f2＞1.45；在第二和/或第二辐射单元外罩设有金属外框。

2.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，所述金属外框内的辐射单元工作频段对应的波长为λ；所述金属外框侧壁上形成有用于控制和改善其内辐射单元的辐射特性以及提交其内辐射单元的波束收敛性的若干条有序排列的缝隙和开槽，所述缝隙沿金属外框侧壁上下竖直贯通至金属外框底边；所述开槽水平设置；金属外框两相对单边之间的垂直距离小于0.75λ。

3.如权利要求2所述的多频天线，其特征在于，所述缝隙的长度为1/8λ～1/4λ；所述金属外框为四边形，形成有四条缝隙，分别位于四边形的四个角且竖直向上贯通。

4.如权利要求2所述的多频天线，其特征在于，所述金属外框包括围成环形的侧壁以及底边向内延伸形成环形水平底壁，环形水平底壁安装于反射板表面；所述金属外框为多边形结构，所述同一金属外框设有四条竖直缝隙，两两平行竖直向上与反射板垂直。

5.如权利要求2所述的多频天线，其特征在于，所述每一个金属外框由多层金属框架构成；每层金属框架之间以所述水平开槽间隔；每一层开槽包括若干段开槽形成不连续的环状；同一层开槽中的两段开槽分别位于对应竖直缝隙两侧边沿并排对齐，该两段开槽通过中间的竖直缝隙而相互贯通；所述各层对应的开槽平行排列；所述每层开槽形成的非连续环状沿金属外框侧壁不贯通。

6.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，第一辐射单元是由一组双极化半波单极子，压铸成“+”形状，其中λ2为第一辐射单元中心频率的相应的波长；在反射板上位于所述第一辐射单元的两侧、平行设置用以提高低频阵列波束收敛性的一组工作在窄频段扩展的寄生单元；寄生单元为λ2的1/2倍。

7.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，其中第一辐射单元是水平或垂直极化单极子产生正负45度交叉极化；每个振子结构具有两个馈电点，两个馈电点位于离反射板距离为(λ2)/4，其中λ2为第一辐射单元中心频率的相应的波长。

8.如权利要求1所述的多频天线，其特征在于，每个第二、第三辐射单元包括两对正交放置的偶极子构成，排列成四边形形状，单偶极子为环形；辐射单元表面正上方置有金属圆环；非导电介质单元为筒状结构，置于第二个或者第三个辐射单元与金属圆环之间，起到将金属圆环稳固置于二个或者第三个辐射单元之上的作用；金属圆环的直径以及距离对应辐射单元表面正上方的高度都是精心优化的以达到阻抗匹配。

9.如权利要求1～8中任一项所述的多频天线，其特征在于，所述第一、第二、第三辐射单元为若干个，分别排成三列形成天线阵列；第二和第三辐射单元形成的天线阵列之间设置有分界板；反射板沿长度方向的两侧设置竖直侧壁；所述分界板与反射板的两侧壁平行。

10.如权利要求9所述的多频天线，其特征在于，每两个第二辐射单元以及两个第三辐射单元排列成四边形，第一辐射单元位于该四边形中心且高出第二、三辐射单元；每个第二、第三辐射单元外围的金属外框为正方形；其内的辐射单元位于正方形中心；正方形金属框平行排列，边长与反射板长度方向一致；被安置在反射板上的开槽的金属外框与自身连接且形成缝隙控制第二、第三辐射单元的辐射特性；所述每一个第一辐射单元的一组寄生单元为两个，分别与第一辐射单元对称地排列于靠近反射板两侧壁内侧且位于第二、第三辐射单元外侧。