CN108376841B - 一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，包括振子、巴伦、反射板、边墙和馈电接头，所述振子、巴伦和反射板均印刷于介质基板，所述振子固定在巴伦上方，所述反射板中心与振子中心处在同一垂直线上，所述巴伦垂直地焊接在反射板上，所述边墙为半圆柱状，所述边墙从四周紧密包围反射板，所述馈电接头设置在反射板下方。本发明由于反射板四周围合的边墙采用半圆柱结构的优化方式，使得在满足宽频带和双极化要求的同时，前后比进一步提高，系统性能更优。

Description

一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线。
背景技术
宽带双极化天线在移动通信领域的应用越来越广泛，这些天线除了具有较大的带宽，还需要具有较高的前后比，才能够有效地抗多径衰落，提高信息传输速度和系统容量。
但现有的满足移动通信双极化天线性能要求的天线虽然具有较大的带宽，但是只能在某个特定的频段实现较好的前后比，无法满足能够在较大频率范围内实现高前后比的性能要求。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构合理、工艺简单、产品质量稳定的边墙结构宽带双极化天线，具有高前后比、宽频带和双极化三种性能，能够有效提高系统容量和信息传输速度。
本发明为解决其问题所采用的技术方案是：
一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，包括振子、巴伦、反射板、边墙和馈电接头，所述振子、巴伦和反射板均印刷于介质基板，所述振子固定在巴伦上方，所述反射板中心与振子中心处在同一垂直线上，所述巴伦垂直地焊接在反射板上，所述边墙为半圆柱状，所述边墙从四周紧密包围反射板，所述馈电接头设置在反射板下方。
进一步地，所述边墙内部中空，所述边墙平行于反射板的边缘放置。
进一步地，所述反射板为正方形结构，所述反射板中间位置开出一个圆孔，所述馈电接头穿过圆孔至反射板下方。
进一步地，所述振子开有四个用于与巴伦连接的槽孔，所述振子通过槽孔扣接在巴伦上方。
进一步地，所述巴伦有两幅，两幅巴伦互相垂直，所述巴伦由两个对称且共面的金属贴片组成。
进一步地，所述巴伦的外露边缘呈圆弧渐变状。
进一步地，所述巴伦上端设有用于与振子相连的过渡段。
进一步地，所述振子为正方形结构，所述振子被两条互相垂直的缝隙划分成四块相同的方块区域。
进一步地，所述方块区域的两个对角被切除以形成圆弧状。
进一步地，所述馈电接头连接有馈线，所述馈线焊接在巴伦内侧边缘。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，由于反射板四周围合的边墙采用半圆柱结构的优化方式，使得在满足宽频带和双极化要求的同时，前后比进一步提高，系统性能更优。
附图说明
图1是平面反射板天线的辐射场示意图；
图2是圆柱体表面爬行波示意图；
图3是半圆柱边墙爬行波衰减示意图；
图4是爬行波随半圆柱半径衰减曲线图；
图5是本发明实施例的立体图；
图6是本发明实施例的主视图；
图7是本发明实施例的左视图；
图8是本发明实施例的俯视图；
图9是本发明实施例的天线振子示意图；
图10是本发明实施例的天线巴伦示意图；
图11是本发明实施例的天线反射板示意图；
图12是本发明实施例的天线的驻波比VSWR(1)曲线；
图13是本发明实施例的天线的驻波比VSWR(2)曲线；
图14是本发明实施例的天线的隔离度S12曲线；
图15是本发明实施例的天线在2.2GHz上的辐射方向图；
图16是图11的二维表示图；
图17是本发明实施例天线有边墙与无边墙时前后比曲线对比；
图中标号：1－振子；2－巴伦；3－反射板；4－边墙；5－馈电接头。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
如图5－8所示，本发明提供一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，由振子1、巴伦2、反射板3、边墙4和馈电接头5组成，且振子1、巴伦2以及反射板3均印刷于介质基板的平面上，介质基板相对介电常数为4.4，介质基板厚度均为0.8mm；巴伦2的外侧采用圆弧形状，双极化天线的两对巴伦2正交放置，每个巴伦2上端有一段过渡段，用于与振子1电路板相连；天线的辐射单元是类似箭头形状的振子1，并且在振子1的印刷电路上开出四个槽孔，用于与巴伦 2连接；天线的反射板3为正方形，在反射板3的四周，采用四个相同的半圆柱结构紧密包围，有效地提高前后比。天线的巴伦2垂直地焊接在反射板3上，半圆柱边墙4平行于反射板3的边缘放置，振子 1通过槽孔扣在巴伦2上方，且反射板3中心和振子1中心在同一垂直直线上，馈线焊接在巴伦2的直角腰边缘，通过馈线将馈电结头穿过反射板3的圆孔至反射板3下方。
之所以天线设置的边墙4为半圆柱状。这是由于根据几何绕射理论，当辐射体位于反射板3上方时，电磁波的辐射会形成三个不同的区域，分别是亮区，半阴影区和全阴影区，如图1所示。衍射是指声波、光波等各种波在传播时，如果被一个大小近于或小于波长的物体阻挡，就绕过这个物体，继续进行的现象，也称绕射。而在全阴影区只有衍射波的存在，这一衍射波是产生天线辐射后瓣的根源，因此，要想抑制后瓣辐射，必须要降低电磁波的衍射。
当反射板3周围有障碍物时，电磁波会发生绕射，当有射线向光滑的理想导电曲面入射时，它将分为两部分：一部分入射能量继续前进，另一部分入射能量则沿着物体表面传播，成为表面射线，又称爬行波，如图2所示，表面射线在传播时将不断沿切向发出绕射线，电磁波传播时入射线和绕射线分别和表面上Q1和Q2相切，能量不断衰减，理论上说他要环绕封闭曲面爬行无穷多次，实际它的能量衰减很快，不会环绕一周以上，而由于天线的后瓣是绕射到天线反射板3后方的电磁波形成的，所以采用半圆柱的结构，从而减少正后方的电磁波，示意图如图3所示，爬行波随圆柱半径衰减曲线如图4所示，可以看出，圆柱半径越大，衰减越大。
本实施例中，为了减轻天线重量，边墙4内部为中空结构，且边墙4平行于反射板3的边缘放置。反射板3为正方形结构，正方形的反射板3的使用是基于该双极化天线的对称性，从而形成对称的方向图。在反射板3中间位置开出一个圆孔，馈电接头5穿过圆孔至反射板3下方。振子1开有四个用于与巴伦2连接的槽孔，振子1通过槽孔扣接在巴伦2上方。巴伦2有两幅，两幅巴伦2互相垂直，巴伦2 由两个对称且共面的金属贴片组成。
巴伦2的外露边缘呈圆弧渐变状。这是由于任意实数负载阻抗在所希望的带宽上，都可以用多节匹配变换器匹配，当分立的节数增加时，各节之间的特性阻抗的阶跃变化随之减小，所以在无限多节的极限情况下，就形成了连续的渐变线，从而实现了较宽带宽的匹配，且圆弧所在圆的圆心和半径根据天线的性能及阻抗匹配要求确定。
巴伦2上端设有用于与振子1相连的过渡段。振子1为正方形结构，振子1被两条互相垂直的缝隙划分成四块相同的方块区域。方块区域的两个对角被切除以形成圆弧状。馈电接头5连接有馈线，馈线焊接在巴伦2内侧边缘。
具体实施时，天线的辐射振子1印刷在正方形介质基板上，如图 9所示，介质基板边长l1＝56mm，再将印刷电路分成大小相等的四个小正方形块，相邻的两块间距为l4＝2mm，在距离边沿l5＝2mm处为圆心，以r1＝8mm为半径做圆。并且在电路板上开出四个槽孔，长度为 l2＝5mm，宽为l3＝0.8mm，用于与巴伦2相连。
天线巴伦2也采用了印刷电路加工制作，如图10所示，一对巴伦2包括完全相同的两片，距离l6＝2mm，高度为h2＝45mm，单片宽度 l11＝38mm，在巴伦2的上端有一段过渡段，用于将天线巴伦2电路板与辐射振子1所在的电路板连接，长为l7＝5mm，高为h3＝2mm，位置距离边缘l12＝2mm，圆弧状的尺寸为，圆心位于l8＝40mm，h1＝32mm处，半径为r2＝30mm。天线的馈电位置位于高度h4＝41mm处。
天线的反射板3为正方形，如图11所示，边长l9＝170mm，同时沿着反射板3外边，紧密包围着四个完全相同的半圆柱状边墙4，边墙4的直径d＝40mm，成螺旋状排列，在反射板3的正中央位置有一个半径为r3＝4mm的圆孔，用于馈线的引入。
采用全波电磁仿真软件对该天线进行了性能仿真，其两个端口的电压驻波比VSWR(1)和VSWR(2)分别如图12和图13所示，可以看出，天线在1.52GHz－3.08GHz频率范围内，电压驻波比均小于1.5，相对带宽可以到达67.8％。两个端口的隔离度S12如图14所示，在满足驻波比的带宽范围内，隔离度均大于22dB。图15所示是双极化天线xoz面的辐射方向图，图16是该方向图所对应的二维图，从中可以看出，半功率波束宽度为60－70度。图17是该天线的有边墙4 与无边墙4前后比曲线对比，从图中可以看出，有半圆柱边墙4时，天线的前后比频段两边大约为20dB，最大处则达到26.5dB，而当不加半圆柱边墙4结构时，前后比最大只能达到16dB，前后比最小处只有大约8dB，可见半圆柱边墙4结构使该天线的前后比得到了大大地改善。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，其特征在于：包括振子、巴伦、反射板、边墙和馈电接头，所述振子、巴伦和反射板均印刷于介质基板，所述振子固定在巴伦上方，所述反射板中心与振子中心处在同一垂直线上，所述巴伦垂直地焊接在反射板上，所述边墙为半圆柱状，所述边墙从四周紧密包围反射板，所述馈电接头设置在反射板下方，所述巴伦有两幅，两幅巴伦互相垂直，所述巴伦由两个对称且共面的金属贴片组成，所述巴伦的外露边缘呈圆弧渐变状。
2.根据权利要求1所述的一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，其特征在于：所述边墙内部中空，所述边墙平行于反射板的边缘放置。
3.根据权利要求1所述的一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，其特征在于：所述反射板为正方形结构，所述反射板中间位置开出一个圆孔，所述馈电接头穿过圆孔至反射板下方。
4.根据权利要求1所述的一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，其特征在于：所述振子开有四个用于与巴伦连接的槽孔，所述振子通过槽孔扣接在巴伦上方。
5.根据权利要求1所述的一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，其特征在于：所述巴伦上端设有用于与振子相连的过渡段。
6.根据权利要求1所述的一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，其特征在于：所述振子为正方形结构，所述振子被两条互相垂直的缝隙划分成四块相同的方块区域。
7.根据权利要求6所述的一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，其特征在于：所述方块区域的两个对角被切除以形成圆弧状。
8.根据权利要求1所述的一种具有边墙结构的高前后比宽带双极化天线，其特征在于：所述馈电接头连接有馈线，所述馈线焊接在巴伦内侧边缘。
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