CN108321535B - 小型化低剖面双极化全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种小型化低剖面双极化全向天线，包括垂直极化天线上锥体、垂直极化天线下锥体、垂直极化天线金属地、水平极化天线、垂直极化天线馈电结构和水平极化天线馈电结构，水平极化天线包括一分四馈电网络、第一寄生贴片、第二寄生贴片、第三寄生贴片和平面微带对称振子，水平极化天线馈电结构的外导体与平面微带对称振子电连接，水平极化天线馈电结构的内导体与一分四馈电网络电连接，第二寄生贴片和第三寄生贴片均位于第一寄生贴片之间。本发明可以有效改善天线阻抗匹配，抑制电抗，提升带宽，提高了天线的辐射增益，整体尺寸小，适用范围广。

Description

小型化低剖面双极化全向天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种小型化低剖面双极化全向天线。

背景技术

随着移动通信及移动数据业务的快速发展，室内通话业务和数据流量在很多国家和地区正快速增长，室内信号覆盖在通信系统中占据着举足轻重的地位。为了满足室内信号覆盖系统的发展，近年来，随着通信系统的发展，人们研制了很多时分天线，主要在于改善其频率带宽、尺寸等指标，且逐步线性单极化向线性双极化发展。

随着MIMO天线技术的推广和数据业务的发展需求，运营商更倾向于使用双极化全向吸顶天线，并对双极化全向天线提出了小尺寸、宽频带、高隔离度等指标。目前室内双极化全向天线主要是采用垂直线极化和水平线极化组成实现的双极化全向天线。但是目前的设计都存在一定的缺陷：

采用印刷对数周期天线环形排列组成水平极化天线，并内嵌于实现垂直极化全向辐射的单锥里，虽然能够实现吸顶天线的全向辐射特性和双极化工作性能。但是该类天线的工作频带较窄；通过在单锥上方用4个对称阵子组阵构成双极化全向天线，能够有效扩展工作频带，但结构尺寸较大，外观美化难以设计；通过3个折合振子组阵实现水平极化全向辐射，并将其通过支撑柱支撑在单锥上构成双极化全向天线，但其高度和水平度在安装过程中容易出现偏差，性能不够稳定，难以在现实通信网络中应用。

发明内容

本发明提供了一种隔离度高、工作频带宽且整体尺寸小的小型化低剖面双极化全向天线。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：小型化低剖面双极化全向天线，包括垂直极化天线上锥体、垂直极化天线下锥体、垂直极化天线金属地、水平极化天线、垂直极化天线馈电结构和水平极化天线馈电结构，垂直极化天线下锥体的锥底连接在垂直极化天线金属地的上表面，水平极化天线设置在垂直极化天线上锥体的锥顶和垂直极化天线下锥体的锥顶之间，垂直极化天线馈电结构的内导体与垂直极化天线上锥体相连，垂直极化天线馈电结构的外导体与垂直极化天线下锥体相连，水平极化天线包括一分四馈电网络、第一寄生贴片、第二寄生贴片、第三寄生贴片和平面微带对称振子，一分四馈电网络、第一寄生贴片、第二寄生贴片和第三寄生贴片均设置在介质基板的上表面，平面微带对称振子设置在介质基板的下表面，水平极化天线馈电结构的外导体与平面微带对称振子电连接，水平极化天线馈电结构的内导体与一分四馈电网络电连接，第二寄生贴片和第三寄生贴片均位于第一寄生贴片之间。

作为本发明的优化方案，平面微带对称振子为四组弧形偶极子，第一寄生贴片设置在弧形偶极子两臂之间的矩形缝隙的前方。

作为本发明的优化方案，一分四馈电网络由四组同幅同向的L型馈电结构组成。

作为本发明的优化方案，小型化低剖面双极化全向天线还包括第一支撑柱和第二支撑柱，水平极化天线通过第一支撑柱和第二支撑柱设置在垂直极化天线上锥体的锥顶和垂直极化天线下锥体的锥顶之间。

作为本发明的优化方案，第一支撑柱和第二支撑柱为塑料件。

作为本发明的优化方案，水平极化天线馈电结构为50欧姆的半柔导线，50欧姆的半柔导线的外导体与平面微带对称振子通过接地点进行电连接，50欧姆的半柔导线的内导体与一分四馈电网络通过馈电点进行电连接。

本发明具有积极的效果：1)本发明可以提供880-960MHz与1710-2690MHz的工作频带，满足宽带要求，能提供稳定的增益和良好的不圆度，其中垂直极化天线同时工作于880-960MHz与1710-2690MHz高低两个频带，水平极化天线工作于1710-2690MHz频带；

2)本发明小型化低剖面双极化全向天线的垂直极化天线部分巧妙有效地利用了垂直极化天线上锥体和垂直极化天线下锥体的非对称双锥结构，在减小天线整体高度的同时，保持水平面具有良好的全向性，与垂直极化天线的宽频特性；

3)本发明的垂直极化天线部分巧妙有效地利用了垂直极化天线金属地来减小天线整体的高度，通过改变垂直极化天线金属地的大小能够改变垂直极化天线的工作频带；

4)本发明的水平极化天线部分的设计与其工作频带的波长密切相关，当需要工作在其它频段时，只需要更改相应的长度即可达到需要的效果，简单快捷；

5)本发明的水平极化天线部分大量加入了的寄生贴片可以有效改善天线阻抗匹配，抑制电抗，提升带宽，由于增加了电流的流通面积，从而提高了天线的辐射增益；

6)本发明的水平极化天线与垂直极化天线之间具有高隔离度，能够很好地完成通信功能；

7)本发明的水平极化天线安装在垂直极化天线的上下锥体之间，减小了天线的整体尺寸，使得小型化的目标得以实现；

8)本发明结构简单，易于加工组装，天线的结构稳固、不易变形，在一定程度上可以保持天线性能稳定。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明的整体结构侧视图；

图3是本发明的整体结构俯视图；

图4是水平极化天线的结构图；

图5是平极化天线的俯视图；

图6是平极化天线的仰视图；

图7是垂直极化天线的低频驻波实测图；

图8是水平极化天线与垂直极化天线的高频驻波实测图；

图9是垂直极化天线的低频带内增益曲线图；

图10是水平极化天线与垂直极化天线的高频带内增益曲线图；

图11是水平极化天线与垂直极化天线的低频隔离曲线图；

图12是水平极化天线与垂直极化天线的高频隔离曲线图。

其中：1、垂直极化天线上锥体，2、垂直极化天线下锥体，3、垂直极化天线金属地，4、水平极化天线，5、第一支撑柱，6、第二支撑柱，7、垂直极化天线馈电结构，8、水平极化天线馈电结构，41、一分四馈电网络，42、第一寄生贴片，43、第二寄生贴片，44、第三寄生贴片，45、平面微带对称振子，9、接地点，10、馈电点。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明公开了一种小型化低剖面双极化全向天线，包括垂直极化天线上锥体1、垂直极化天线下锥体2、垂直极化天线金属地3、水平极化天线4、垂直极化天线馈电结构7和水平极化天线馈电结构8，垂直极化天线下锥体2的锥底连接在垂直极化天线金属地3的上表面上，水平极化天线4设置在垂直极化天线上锥体1的锥顶和垂直极化天线下锥体2的锥顶之间，垂直极化天线馈电结构7的内导体与垂直极化天线上锥体1相连，垂直极化天线馈电结构7的外导体与垂直极化天线下锥体2相连，水平极化天线4包括一分四馈电网络41、第一寄生贴片42、第二寄生贴片43、第三寄生贴片44和平面微带对称振子45，一分四馈电网络41、第一寄生贴片42、第二寄生贴片43和第三寄生贴片44均设置在介质基板的上表面，平面微带对称振子45设置在介质基板的下表面，水平极化天线馈电结构8的外导体与平面微带对称振子45电连接，水平极化天线馈电结构8的内导体与一分四馈电网络41电连接，第二寄生贴片43和第三寄生贴片44均位于第一寄生贴片42之间。

其中，小型化低剖面双极化全向天线为立体结构。垂直极化天线下锥体2与垂直极化天线金属地3通过垂直极化天线下锥体2的下边缘物理连接，在不增加天线整体尺寸的情况下，通过两者之间的物理连接延长垂直极化天线的长度。改变垂直极化天线下锥体2的高度与垂直极化天线金属地3的大小能够调整垂直极化天线的工作频带。垂直极化天线上锥体1与垂直极化天线下锥体2之间有一定的距离，通过调整两者之间的距离可以改变垂直极化天线工作频带的输入阻抗以及匹配程度。垂直极化天线上锥体1与垂直极化天线下锥体2之间结构不对称，但高度接近，使上下锥电流近似对称，从而使得水平面有着良好的全向性，并同时保持垂直极化天线的宽频特性。垂直极化天线馈电结构7采用50欧姆的半柔导线馈电，其中50欧姆的半柔导线的外导体与垂直极化天线下锥体2电连接，50欧姆的半柔导线的内导体与垂直极化天线上锥体1电连接，通过螺母来调节垂直极化天线上锥体1与垂直极化天线下锥体2之间的高度。

平面微带对称振子45为四组弧形偶极子，第一寄生贴片42设置在弧形偶极子两臂之间的矩形缝隙的前方。第一寄生贴片42起到了类似于八木天线增加带宽与增益的作用。通过四组弧形偶极子在水平面上的组阵，使电磁场在水平面方向进行叠加，控制辐射，把信号集中到水平面方向上，补充水平面所有方向的辐射空白，从而实现全向辐射。平面微带对称振子45的每个弧形偶极子的长度约为半个波长，调节弧形偶极子的长度即可改变水平极化天线的工作频带。第一寄生贴片42、第二寄生贴片43和第三寄生贴片44为不对称的寄生贴片结构。第二寄生贴片43和第三寄生贴片44均位于第一寄生贴片42之间可以有效改善天线阻抗匹配，抑制电抗，提升带宽。由于增加了电流的流通面积，从而提高了天线的辐射增益。同时进一步加强了水平极化天线与垂直极化天线之间的隔离度。

一分四馈电网络41由四组同幅同向的L型馈电结构组成，L型馈电结构良好的解决了空间限制带来的设计问题，并且在馈线终端开路部分增加一矩形金属片，以达到增加带宽和阻抗匹配的目的。L型馈电结构设置在弧形偶极子两臂之间的矩形缝隙的正上方。

小型化低剖面双极化全向天线还包括第一支撑柱5和第二支撑柱6，水平极化天线4通过第一支撑柱5和第二支撑柱6设置在垂直极化天线上锥体1的锥顶和垂直极化天线下锥体2的锥顶之间。水平极化天线4的介质基板中间开孔，可以放置于垂直极化天线上锥体1与垂直极化天线下锥体2之间，通过第一支撑柱5和第二支撑柱6支撑，这样的放置能够有效缩小天线的整体尺寸，达到天线小型化的目的。

第一支撑柱5和第二支撑柱6为水平极化天线的支撑结构塑料件，为对称结构。通过在垂直极化天线金属地3与水平极化天线4上开孔，并用塑料件螺丝固定，能够精准的保持与支撑水平极化天线4的高度。相关的支撑结构件全部采用塑料件，能够在最大程度上减轻支撑件对天线整体性能的影响。

水平极化天线馈电结构8为50欧姆的半柔导线，50欧姆的半柔导线的外导体与平面微带对称振子45通过接地点9进行电连接，50欧姆的半柔导线的内导体与一分四馈电网络41通过馈电点10进行电连接。

图7为垂直极化天线的低频驻波实测图，从图中可以看出，在880-960MHz的工作频带内，驻波均小于1.8。

图8为水平极化天线与垂直极化天线的高频驻波实测图，从图中可以看出，在1710-2690MHz的工作频带内，驻波均小于1.8。

图9为垂直极化天线的低频带内增益曲线，从图中可以看出，低频带内增益均大于2.5dB。

图10为水平极化天线与垂直极化天线的高频带内增益曲线，从图中可以看出，水平极化天线高频带内增益均大于3dB，垂直极化天线高频带内增益均大于2.5dB。

图11为水平极化天线与垂直极化天线的低频隔离曲线，从图中可以看出，水平极化天线与垂直极化天线低频隔离均大于20dB。

图12为水平极化天线与垂直极化天线的高频隔离曲线，从图中可以看出，水平极化天线与垂直极化天线高频隔离均大于25dB。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.小型化低剖面双极化全向天线，其特征在于：包括垂直极化天线上锥体(1)、垂直极化天线下锥体(2)、垂直极化天线金属地(3)、水平极化天线(4)、垂直极化天线馈电结构(7)和水平极化天线馈电结构(8)，垂直极化天线下锥体(2)的锥底连接在垂直极化天线金属地(3)的上表面上，所述的水平极化天线(4)设置在垂直极化天线上锥体(1)的锥顶和垂直极化天线下锥体(2)的锥顶之间，垂直极化天线馈电结构(7)的内导体与垂直极化天线上锥体(1)相连，垂直极化天线馈电结构(7)的外导体与垂直极化天线下锥体(2)相连，所述的水平极化天线(4)包括一分四馈电网络(41)、第一寄生贴片(42)、第二寄生贴片(43)、第三寄生贴片(44)和平面微带对称振子(45)，所述的一分四馈电网络(41)、第一寄生贴片(42)、第二寄生贴片(43)和第三寄生贴片(44)均设置在介质基板的上表面，所述的平面微带对称振子(45)设置在介质基板的下表面，水平极化天线馈电结构(8)的外导体与平面微带对称振子(45)电连接，水平极化天线馈电结构(8)的内导体与一分四馈电网络(41)电连接，第二寄生贴片(43)和第三寄生贴片(44)均位于第一寄生贴片(42)之间，第一寄生贴片(42)、第二寄生贴片(43)和第三寄生贴片(44)为不对称的寄生贴片结构；平面微带对称振子(45)为四组弧形偶极子，第一寄生贴片(42)设置在弧形偶极子两臂之间的矩形缝隙的前方，第一寄生贴片(42)起到了增加带宽与增益的作用，第二寄生贴片(43)和第三寄生贴片(44)均位于第一寄生贴片(42)之间能有效改善天线阻抗匹配，抑制电抗，提升带宽。

2.根据权利要求1所述的小型化低剖面双极化全向天线，其特征在于：所述的一分四馈电网络(41)由四组同幅同向的L型馈电结构组成。

3.根据权利要求2所述的小型化低剖面双极化全向天线，其特征在于：所述的小型化低剖面双极化全向天线还包括第一支撑柱(5)和第二支撑柱(6)，所述的水平极化天线(4)通过第一支撑柱(5)和第二支撑柱(6)设置在垂直极化天线上锥体(1)的锥顶和垂直极化天线下锥体(2)的锥顶之间。

4.根据权利要求3所述的小型化低剖面双极化全向天线，其特征在于：所述的第一支撑柱(5)和第二支撑柱(6)为塑料件。

5.根据权利要求3所述的小型化低剖面双极化全向天线，其特征在于：水平极化天线馈电结构(8)为50欧姆的半柔导线，50欧姆的半柔导线的外导体与平面微带对称振子(45)通过接地点(9)进行电连接，50欧姆的半柔导线的内导体与一分四馈电网络(41)通过馈电点(10)进行电连接。