CN107134640B - 一种双极化全向天线 - Google Patents

Abstract

本专利涉及一种双极化全向天线，包括垂直极化天线及环状水平极化天线；所述垂直极化天线包括垂直固定罩及柱形天线，柱形天线固定安装在垂直固定罩中；所述水平极化天线包括水平固定罩及环状天线，环状天线固定安装在水平固定罩中，垂直固定罩固定安装在水平固定罩上。所述柱形天线接收垂直极化信号，环状天线接收水平极化信号，同时环状天线可以实现水平极化信号的全方向接收，保证较好的接收效果。

Description

一种双极化全向天线

技术领域

本专利涉及双极化信号接收领域，具体涉及一种双极化全向天线。

背景技术

天线是一种在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波未传递信息的，都依靠天线来进行工作。随着无线数字电视信号的普及，越来越多人在户外或移动中接收电视信号，而不只局限于室内。在户外特别是移动中接收电视信号，因为信号塔是固定的，而接收天线的位置会不断变化，电视信号还包括垂直极化信号和水平极化信号，因此需要研发一种全方向的双极化接收天线来保证较好的接收效果。

发明内容

为了解决现有技术的缺陷，本专利提供一种双极化全向天线，能够同时对垂直极化信号和水平极化信号进行全方向接收，接收效果好。

针对上述技术问题，本专利是这样解决的：一种双极化全向天线，包括垂直极化天线及环状水平极化天线；所述垂直极化天线包括垂直固定罩及柱形天线，柱形天线固定安装在垂直固定罩中；所述水平极化天线包括水平固定罩及环状天线，环状天线固定安装在水平固定罩中，垂直固定罩固定安装在水平固定罩上。所述柱形天线接收垂直极化信号，环状天线接收水平极化信号，同时环状天线还可以实现水平极化信号的全方向接收，保证较好的接收效果，而且一般无线信号经过发射端调制以后在空间中呈垂直信号和水平信号两种不同方向传播，接收端分别通过垂直极化天线和水平极化天线接收。垂直信号和水平信号在空间中传播的过程中有可能会改变其信号的方向，这样就导致了接收端的信号接收的损失，同时设置垂直极化天线和水平极化天线能够最大程度的减少该接收信号的损失，因为即使信号方向改变了，其另一方向的分解矢量也会被另一方向的天线所接收。

进一步地，所述垂直极化天线设置在水平极化天线中心垂直向上的方向，水平极化天线还包括设置在柱形天线和环状天线之间的金属屏蔽板。所述柱形天线和环状天线之间由金属屏蔽板隔开，使其具有较高的极化隔离度，避免两个天线在接收信号时相互干扰。

进一步地，所述环状天线包括至少两层上下叠加的全向环状振子。通过将全向环状振子多层叠加，一方面能够增强信号接收，一方面可以设置不同大小的全向振子用于接收不同频段的信号，而且通过层叠的安装结构，能够将整个振子安装在很小的空间内。

进一步地，一部分全向环状振子为UHF水平接收天线，另一部分为VHF水平接收天线。

这样设置，使得环状天线既能接收VHF频段的信号，也能接收UHF频段的信号，保证有较大的信号接收覆盖能力。

进一步地，还包括设在水平固定罩内的混合滤波放大电路，所述混合滤波放大电路包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第四滤波器、第一放大器、第二放大器、第三放大器及混合器，柱形天线依次通过第一滤波器及第一放大器与混合器的输入端电连接，UHF水平接收天线依次通过第二滤波器及第二放大器与混合器的输入端电连接，混合器的输出端与第三滤波器电连接，VHF水平接收天线与第四滤波器电连接，第三滤波器及第四滤波器的输出信号经混合后输送到第三放大器中。

所述第一滤波器、第二滤波器和第四滤波器分别将柱形天线、UHF水平接收天线和VHF水平接收天线接收到的杂波过滤掉，柱形天线、UHF水平接收天线接收到的信号经过滤波、放大后，通过混合器进行混合输出，第三滤波器可对在混合过程中产生的杂波进行进一步的过滤，最后再与VHF水平接收天线接收到的经第四滤波器过滤后的信号进行混合放大输出。

进一步地，所述混合滤波放大电路还包括与第三放大器电连接的LTE滤波器。

因为天线在使用过程中或多或少会接收到一些手机信号，因此混合滤波放大电路在最后的输出端设置LTE滤波器，排除手机信号的干扰，以获取有效信号。

进一步地，所述金属屏蔽板为圆形，其直径为30至120mm。金属屏蔽板的直径越小，所能起到的隔离效果越差，而直径越大虽然能够起到较好的隔离效果，但是由于体积所限，且设置过大也会对信号接收造成干扰，上述设置的金属屏蔽板直径在合适的范围内，使金属屏蔽板能够起到较好屏蔽隔离效果（可以有效降低相互干扰的50-80%）的同时也不会占用过大的面积和衰减信号。

进一步地，所述金属屏蔽板的厚度为0.1mm至0.6mm。

进一步地，所述金属屏蔽板平行设置在水平极化天线中心位置上，与垂直极化天线垂直，距离环状天线15mm至35mm，距离柱形天线5mm至12mm。可以看出金属屏蔽板离柱形天线较近，本专利是倾向于接收水平极化的电视信号，适用于水平极化信号较多的区域。

进一步地，所述柱形天线的水平截面为十字形，且从上到下水平截面的面积增大。所述柱形天线的下端与馈线连接，而天线离馈线的一端越粗，天线输入阻抗随频率的变化越小，容易和馈线保持阻抗匹配，这时天线的工作频率范围较宽，信号接收效果好，而且柱形天线的下端为金属屏蔽板和环状天线，较粗的下端能够保证更好的信号接收能力，减轻金属屏蔽板和环状天线对柱形天线的信号屏蔽和干扰。

相比于现有技术，本专利的有益效果为：

通过设置垂直极化天线及环状水平极化天线，保证能够接收到两个不同极化的电视信号，且均为全方向接收，接收效果好。

附图说明

图1是本专利的主视图。

图2是本专利的左视图。

图3是本专利的后视图。

图4是本专利的俯视图。

图5是本专利的仰视图。

图6是本专利的截面图。

图7是本专利的结构拆解图。

图8是本专利垂直极化天线的结构拆解放大图。

图9是本专利防水胶圈的示意图。

图10是本专利上壳体上方中心部位的结构示意图。

图11是本专利电路模块方框图。

图12是本专利LTE滤波电路的电路图。

图13是本专利高通滤波器的电路图。

图14是本专利放大器的电路图。

图15是本专利混合器的电路图。

图16是本专利柱形天线的接收波形图。

图17是本专利环状天线的接收波形图。

图18是本专利的总接收波形图。

图19是本专利在194MHZ频段的水平面方向图。

图20是本专利在214MHZ频段的水平面方向图。

图21是本专利在550MHZ频段的水平面方向图。

图22是本专利在670MHZ频段的水平面方向图。

图23是本专利在510MHZ频段的垂直面方向图。

图24是本专利在700MHZ频段的垂直面方向图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本专利进行详细说明。

如图1至10所示的一种双极化全向天线，包括垂直极化天线1及环状水平极化天线2，垂直极化天线1包括柱状的垂直固定罩10及安装在垂直固定罩10内的柱形天线100，环状水平极化天线2包括圆盘状的水平固定罩20及环状天线200，所述环状天线200包括上层全向环状振子208和下层全向环状振子209，垂直固定罩10内安装有柱形天线100，垂直固定罩10安装在水平固定罩20上方的中心位置，水平固定罩20的下方居中处设有支座3，支座3一侧还设有接线头4。

具体实施过程中，所述水平固定罩20的直径为479.85mm，误差范围在10mm左右；垂直固定罩10的高度为205mm，误差范围在5cm左右；柱形天线100的高度为138mm，误差范围在3cm左右。

如图7所示的双极化全向天线中的内部结构，所述垂直固定罩10由左壳体101和右壳体102拼接构成，水平固定罩20由上壳体201和下壳体202拼接构成。

左壳体101和右壳体102对应设有用于固定柱形天线100的夹持部103，柱形天线100上设有对应夹持部103的缺口104及设于底端的方块连接件105、圆柱形连接件106，且柱形天线100水平截面为十字形，且从上到下分为两段，上段水平截面面积不变，下段水平截面面积从上往下不断增大，拼接时左壳体101和右壳体102的夹持部103在缺口104处接合，还将方块连接件105及圆柱形连接件106的位置限定住，使柱形天线100不能转动和上下移动，增强结构稳定性。

柱形天线100底端设有螺孔107，螺孔107侧壁上开有从柱形天线100底端向上延伸的裂缝108，对应地，上壳体201设有穿孔203、固定槽204及安放于固定槽204的防水胶圈205，穿孔203设在固定槽204中间，且围有凸起的台阶206，穿孔203中间设有用六角螺母锁紧的金属连接头6，该金属连接头6用于与柱形天线100电连接，防水胶圈205中间设有对应金属连接头6的通孔。在安装时，柱形天线100底端通过螺孔107与金属连接头6相拧紧，此时螺孔107侧壁与台阶206过盈配合，将柱形天线100的底端的裂缝108压紧。左壳体101和右壳体102的底端还设有壳体固定螺孔5，对应地，防水胶圈205和上壳体201均设有壳体固定螺孔5，安装时，拼接好的左壳体101和右壳体102通过将螺丝拧入壳体固定螺孔5中来固定在上壳体201上。

上述防水胶圈205及台阶206的设置均能起到很好的防水作用，避免雨天时雨水渗透到柱形天线100的底端，干扰信号的接收。

水平固定罩20内从上到下依次安装有金属屏蔽板207、上层全向环状振子208、下层全向环状振子209和电路板210，其中上层全向环状振子208为UHF水平接收天线，下层全向环状振子209为VHF水平接收天线，柱形天线100为UHF垂直接收天线，且柱形天线100下段水平截面面积从上往下不断增大，也就是说柱形天线100距离金属屏蔽板207近的一端接收信号的能力更强，进一步降低金属屏蔽板207和环状天线200对柱形天线100造成的信号屏蔽和干扰，根据信号的干扰原理，低频信号对高频信号的影响明显，反之，高频信号对低频信号的影响却不大，对于上述接收不同频段信号的两个全向环状振子，采用直径由上自下递增的叠加方式，不仅可以减少信号干扰，而且重心更靠下，提高了结构稳定性。

电路板210上设置有混合滤波放大电路，如图11所示，所述混合滤波放大电路包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第四滤波器、第一放大器、第二放大器、第三放大器、用于过滤手机信号的LTE滤波器及混合器，UHF垂直接收天线（柱形天线100）依次通过第一滤波器及第一放大器与混合器的输入端电连接，UHF水平接收天线（上层全向环状振子208）依次通过第二滤波器及第二放大器与混合器的另一输入端电连接，混合器的输出端与第三滤波器电连接，VHF水平接收天线（下层全向环状振子209）与第四滤波器电连接，第三滤波器及第四滤波器均电连接第三放大器的输入端，第三放大器的输出端通过LTE滤波器与接线头4电连接。

所述第一滤波器、第二滤波器和第四滤波器分别将UHF垂直接收天线（柱形天线100）、UHF水平接收天线（上层全向环状振子208）和VHF水平接收天线（下层全向环状振子209）接收到的杂波过滤掉，UHF垂直接收天线（柱形天线100）、UHF水平接收天线（上层全向环状振子208）接收到的信号经过滤放大后，通过混合器进行混合输出，第三滤波器可对在混合过程中产生的杂波进行进一步的过滤，最后再与VHF水平接收天线（下层全向环状振子209）接收到的经第四滤波器过滤后的信号进行混合放大输出。

其中第一滤波器、第二滤波器及第三滤波器均为高通滤波器，第四滤波器为低通滤波器，第一放大器和第二放大器均为低噪声放大器。

具体实施过程中，所述金属屏蔽板207的直径为60mm。金属屏蔽板207的直径越小，所能起到的隔离效果越差，而直径越大虽然能够起到较好的隔离效果，但是由于体积所限，且设置过大也会对信号接收造成干扰，上述设置的金属屏蔽板207直径在合适的范围内，使金属屏蔽板207能够起到较好屏蔽隔离效果（可以有效降低相互干扰的50-80%）的同时也不会占用过大的面积和衰减信号；所述金属屏蔽板207的厚度为0.3mm；所述金属屏蔽板207距离环状天线200有26.35mm，距离柱形天线100有9mm。可以看出金属屏蔽板207离柱形天线100较近，本实施例倾向于接收水平极化的电视信号，适用于水平极化信号较多的区域。

所述柱形天线100的高度为138mm，垂直固定罩10的高度为205mm，垂直固定罩10比柱形天线100高约四分之一，这样设置能保证垂直固定罩10内的柱形天线100能有较大的缓冲空间，增强柱形天线10在振动下的稳定性。

本实施例整体高度为293.92mm，宽度（也即图4中所示的水平固定罩20的直径）为479.85mm，一只手即可拿起，方便携带，便于户外使用。

如图12所示，所述LTE滤波器包括依次串联的输入端，第一组并联的电感L9和电容C18，第一组并联的电感L10和电容C20，第三组并联的电感L10和电容C20，输出端。第一组并联电路和第二组并联电路之间的结点通过电容C19接地，第二组并联电路和第三组并联电路之间的结点通过电容C21接地；其中电感L9、L10和L11的参数均为10～18nH （2.5*1.5*0.5Q），电容C18、C19、C20、C21和C22的参数分别为2PF、2.2PF、3.3PF、1.8PF和2.5PF。

如图13所示，所述高通滤波器包括依次串联的输入端、电容C5、电容C6、电容C7及输出端，各电容间的结点分别通过电感L1、L2和L3接地；其中电容C5、C6、C7和C8的参数分别为10P、3.3P、3.3P和10P，电感L1、L2和L3的参数均为10～22nH（2*2.5*0.4Q）。

如图14所示，所述第三放大器包括电阻R10、电容C31、电容C17、电容C8、电感L8和三极管U1，第三放大器的输入端通过电容C8与三极管U1的基极电连接，+5V电源端连接电阻R10一端，电阻R10另一端除了通过电容C31接地外，还连接电感L8的一端，电感L8的另一端分别连接电容C17的一端和三极管U1的集电极，电容C17的另一端接输出端，三极管的发射极接地，具体地，所述三极管U1为BGA614；其中电阻R10为62Ω，电容C31、C17、C8分别为10KPF、330PF、330PF，电感L8的参数为470NH。

如图15所示，所述混合器包括电阻R7、电容C20、电容C18、电容C22、电容C19、磁芯电感L4及磁芯电感L5，混合器的两个输入端分别连接电容C20和电容C19的一端，电容C20和电容C19的另一端分别连接磁芯电感L4的两端，且磁芯电感L4的两端还与电阻R7并联（电阻R7与磁芯电感L4在此处可提高两个输入信号的隔离度15～30dB左右，能够极大地降低两个信号之间的相互干扰），磁芯电感L4和磁芯电感L5上分别有5圈绕线，图15中的结点T1分别连接磁芯电感L4绕线中间结点和将磁芯电感L5绕线分为比例1:3（或者是1:4）的结点，结点T1通过电容C18接地，磁芯电感L5绕线比重为3（或者是4）的一端接地，比重为1的一端接电容C22的一端，电容C22的另一端接输出端；其中电阻R7为180Ω，电容C20、C18、C22、C19分别为330PF、2PF、330PF及330PF。

如图16、17和18所示的柱形天线100接收信号的波形图、环状天线200的波形图以及本实施例的波形图，在其中选取四个点进行比较，分别是174MHz、230MHz、470MHz和700MHz，其中174MHz至230MHz属于VHF频段，470MHz至700MHz属于UHF频段，可以看出本实施例的174MHz的增益为25.915dB，230MHz的增益为11.989dB，470MHz的增益为24.873dB，700MHz的增益为26.404dB，比单独用柱形天线100或环状天线200来接收信号的增益持平或更高，因此柱形天线100和环状天线200一起设置还能够起到对信号进行补偿的效果，具体原理为水平极化信号和垂直极化信号可以在反射的过程中相互转换；另外，从三个图中可看出700MHZ以上的频段的增益为负，也即高通滤波器将700MHZ以上的频段进行过滤，因为现在大多数地区已经不使用700MHZ以上的频段的广播信号。

如图19至22所示，是本专利在水平面上接收频率分别为194MHz、214MHz、550MHz、670MHz的方向图；如图23至24所示，是本专利在垂直面上接收频率分别为510MHz、700MHz的方向图；可以看出，在各个方向上天线的辐射场强分布比较均匀，本专利对各个频率的信号实现了全方位的接收。

Claims (10)

1.一种双极化全向天线，其特征在于，包括垂直极化天线及环状水平极化天线；所述垂直极化天线包括垂直固定罩及柱形天线，柱形天线固定安装在垂直固定罩中，柱形天线从上到下水平截面的面积增大；所述水平极化天线包括水平固定罩及环状天线，环状天线固定安装在水平固定罩中，垂直固定罩固定安装在水平固定罩上；所述水平极化天线还包括设置在柱形天线和环状天线之间的金属屏蔽板。

2.根据权利要求1所述的一种双极化全向天线，其特征在于，所述垂直极化天线设置在水平极化天线中心垂直向上的方向。

3.根据权利要求2所述的一种双极化全向天线，其特征在于，所述环状天线包括至少两层上下叠加的全向环状振子。

4.根据权利要求3所述的一种双极化全向天线，其特征在于，一部分全向环状振子为UHF水平接收天线，另一部分为VHF水平接收天线。

5.根据权利要求4所述的一种双极化全向天线，其特征在于，还包括设在水平固定罩内的混合滤波放大电路，所述混合滤波放大电路包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第四滤波器、第一放大器、第二放大器、第三放大器及混合器，柱形天线依次通过第一滤波器及第一放大器与混合器的输入端电连接，UHF水平接收天线依次通过第二滤波器及第二放大器与混合器的输入端电连接，混合器的输出端与第三滤波器电连接，VHF水平接收天线与第四滤波器电连接，第三滤波器及第四滤波器的输出端均电连接第三放大器。

6.根据权利要求5所述的一种双极化全向天线，其特征在于，所述混合滤波放大电路还包括与第三放大器电连接的LTE滤波器。

7.根据权利要求2至6任一项所述的一种双极化全向天线，其特征在于，所述金属屏蔽板为圆形，其直径为30至120mm。

8.根据权利要求2至6任一项所述的一种双极化全向天线，其特征在于，所述金属屏蔽板的厚度为0.1mm至0.6mm。

9.根据权利要求2至6任一项所述的一种双极化全向天线，其特征在于，所述金属屏蔽板平行设置在水平极化天线中心位置上，与垂直极化天线垂直，距离环状天线15mm至35mm，距离柱形天线5mm至12mm。

10.根据权利要求1至6任一项所述的一种双极化全向天线，其特征在于，所述柱形天线的水平截面为十字形。