CN108598706B - 全向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种全向天线，其中，该全向天线包括：介质基板、第一天线主体、第二天线主体、加载电阻和馈电接头。其中，第一天线主体包括若干第一导带和若干第一辐射元件，第一板面的第一侧端至第二侧端按照预设间隔设置各第一导带，两个相邻第一导带之间设有一个第一辐射元件；第二天线主体包括若干第二导带和若干第二辐射元件，第二板面的第一侧端至第二侧端按照预设间隔设置各第二辐射元件，两个相邻第二辐射元件之间设有一个第二导带；加载电阻设置于第一天线主体的第一侧端与第二天线主体的第一侧端之间；馈电接头设置于第一天线主体的第二侧端与第二天线主体的第二侧端之间。本发明实施例能够有效展宽天线工作频带，提高天线的工作带宽。

Description

全向天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种全向天线。
背景技术
随着无线通信技术的迅猛发展，出现了各种各样的通信技术，相应的通信系统也层出不穷，移动通信系统的工作环境越来越复杂，在这样的工作环境下，通信质量大打折扣。为了实现较好的通信质量，大多采用高增益全向辐射天线的形式，同时还要求尺寸较小、成本低廉。而全向天线由于其具有水平全向方向图，结构简单，加工方便，易于组阵等优点，许多通信系统或雷达系统都通过全向天线来组成大型阵列天线系统。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的阵列全向天线带宽不够宽，且方向图的副瓣电平较高，难以满足现代无线通信的宽带及高质量通信需求。
发明内容
基于此，有必要针对传统的阵列全向天线带宽不够宽，且方向图的副瓣电平较高的问题，提供一种全向天线。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种全向天线，包括：
介质基板，介质基板包括第一板面和与第一板面相对的第二板面；
第一天线主体，设置在第一板面上；第一天线主体包括若干第一导带和若干第一辐射元件，第一板面的第一侧端至第二侧端按照预设间隔设置各第一导带，两个相邻第一导带之间设有与之电连接的一个第一辐射元件；
第二天线主体，设置在第二板面上；第二天线主体包括若干第二导带和若干第二辐射元件，第二板面的第一侧端至第二侧端按照预设间隔设置各第二辐射元件，两个相邻第二辐射元件之间设有与之电连接的一个第二导带；
加载电阻，加载电阻设置于第一天线主体的第一侧端与第二天线主体的第一侧端之间，且加载电阻的一端与第一导带电连接，另一端与第二辐射元件电连接；及
馈电接头，馈电接头设置于第一天线主体的第二侧端与第二天线主体的第二侧端之间，且馈电接头的一端与第一导带电连接，另一端与第二辐射元件电连接。
在其中一个实施例中，各第一辐射元件的面积从靠近第一天线主体的第一预设位置的第一辐射元件分别向第一天线主体两侧端的第一辐射元件按照预设渐变量依次减小；
各第二辐射元件的面积从靠近第二天线主体的第二预设位置的第二辐射元件分别向第二天线主体两侧端的第二辐射元件按照预设渐变量依次减小。
在其中一个实施例中，第一预设位置为第一天线主体中部；第二预设位置为第二天线主体中部。
在其中一个实施例中，第一辐射元件为梯形结构；第二辐射元件为梯形结构。
在其中一个实施例中，从第一天线主体第一侧端到第一天线主体中部的各第一辐射元件的小端靠近第一天线主体第一侧端；从第一天线主体第二侧端到第一天线主体中部的各第一辐射元件的小端靠近第一天线主体第二侧端；
从第二天线主体第一侧端到第二天线主体中部的各第二辐射元件的小端靠近第二天线主体第一侧端；从第二天线主体第二侧端到第二天线主体中部的各第二辐射元件的小端靠近第二天线主体第二侧端。
在其中一个实施例中，第一导带的宽度小于第一辐射元件的小端边长；第二导带的宽度小于第二辐射元件的小端边长。
在其中一个实施例中，第一辐射元件为8个；第二辐射元件为9个。
在其中一个实施例中，加载电阻的阻值为50欧姆。
在其中一个实施例中，与馈电接头电连接的第二辐射元件的面积大于靠近该第二辐射元件的第二辐射元件的面积。
在其中一个实施例中，相邻两个第一辐射元件之间的间距范围为0.7λg到0.9λg；相邻两个第二辐射元件之间的间距范围为0.7λg到0.9λg；其中，λg为介质中的工作波长。
在其中一个实施例中，馈电接头为同轴接头。
在其中一个实施例中，第一天线主体为直立天线阵结构；第二天线主体为直流天线阵结构。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
在介质基板的第一板面上设置有第一天线主体，在介质基板的第二板面上设置有第二天线主体，第一天线主体的第一侧端与第二天线主体的第一侧端之间设置有加载电阻，第一天线主体的第二侧端与第二天线主体的第二侧端之间设置有馈电接头。其中，第一天线主体包括若干交替设置的第一导带和第一辐射元件，第二天线主体包括若干交替设置的第二导带和第二辐射元件。通过在天线的一侧端设置加载电阻，使得天线表面的电流成行波分布或者近似行波分布，从而降低了能量在天线内部及末端的反射，有效展宽了工作频带，提高了天线的工作带宽,减小了方向图的副瓣电平。
附图说明
图1为一个实施例中全向天线的第一结构示意图；其中图1(a)为全向天线的正面结构示意图；图1(b)为全向天线的侧面结构示意图；图1(c)为全向天线的背面结构示意图；
图2为一个实施例中第一天线主体的第一结构示意图；
图3为一个实施例中第一天线主体的第二结构示意图；
图4为一个实施例中第二天线主体的第一结构示意图；
图5为一个实施例中第二天线主体的第二结构示意图；
图6为一个实施例中第二天线主体的第三结构示意图；
图7为一个实施例中全向天线的有渐变结构与无渐变结构的反射系数波形示意图；
图8为一个实施例中全向天线的有渐变结构与无渐变结构的辐射方向示意图；
图9为一个实施例中全向天线的不同阻值的加载电阻时驻波的波形示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了解决传统的全向天线带宽不够宽的问题，本发明实施例提供了一种全向天线。图1为全向天线的第一结构示意图；其中图1a为全向天线的正面结构示意图；图1b为全向天线的侧面结构示意图；图1c为全向天线的背面结构示意图。如图1所示，包括：
介质基板11，介质基板11包括第一板面12和与第一板面12相对的第二板面13。
第一天线主体，设置在第一板面12上；第一天线主体包括若干第一导带122和若干第一辐射元件124，第一板面12的第一侧端至第二侧端按照预设间隔设置各第一导带122，两个相邻第一导带122之间设有与之电连接的一个第一辐射元件124。
第二天线主体，设置在第二板面13上；第二天线主体包括若干第二导带132和若干第二辐射元件134，第二板面13的第一侧端至第二侧端按照预设间隔设置各第二辐射元件134，两个相邻第二辐射元件134之间设有与之电连接的一个第二导带132。
加载电阻14，加载电阻14设置于第一天线主体的第一侧端与第二天线主体的第一侧端之间，且加载电阻14的一端与第一导带122电连接，另一端与第二辐射元件134电连接。
馈电接头15，馈电接头15设置于第一天线主体的第二侧端与第二天线主体的第二侧端之间，且馈电接头15的一端与第一导带122电连接，另一端与第二辐射元件134电连接。
其中，介质基板11可用于搭载天线主体(第一天线主体和第二天线主体)，介质基板可为陶瓷电路板、铝基电路板、PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)板等等，优选的，介质基板11为PCB板。进一步的，介质基板11为双面板。例如，介质基板11的材质可采用FR-4(环氧板)板材，介质基板11的相对介电常数为2.2，介质基板11的厚度为1mm(毫米)。
具体地，在介质基板11的第一板面12上设置第一天线主体，在介质基板11的第二板面13上设置第二天线主体。其中，第一天线主体可印制在第一板面12上，第二天线主体可印制在第二板面13上。优选的，第一天线主体的材质可以是铜材质，第二天线主体的材质可以是铜材质。
在第一天线主体的第一侧端与第二天线主体的第一侧端之间设置有加载电阻14。加载电阻14电连接在第一天线主体第一侧端的第一导带122与第二天线主体第一侧端的第二辐射元件134之间，使得第一天线主体与第二天线主体之间导通。其中，加载电阻14可以是贴片电阻。优选的，加载电阻14可焊接在第一导带122与第二辐射元件134之间。通过在第一天线主体的一侧端与第二天线主体的一侧端之间设置加载电阻14，可使得天线表面的电流成行波分布或者近似行波分布，从而降低了能量在天线内部及末端的反射，能有效的展宽天线的工作频带，改善辐射波形。
在第一天线主体的第二侧端与第二天线主体的第二侧端之间设置有馈电接头15。馈电接头15电连接在第一天线主体第二侧端的第一导带122与第二天线主体第二侧端的第二辐射元件134之间，给第一天线主体与第二天线主体进行馈电。优选的，馈电接头15可焊接在第一导带122与第二辐射元件134之间。
进一步的，在第一天线主体包括的各第一导带122按照预设间隔设置在第一板面12的第一侧端至第二侧端之间。两个相邻第一导带122之间设置有第一辐射元件124，且该第一辐射元件124电连接在该两个相邻第一导带122之间。进而有利于实现倒相。其中，预设间隔可以是预设等间隔，也可以是预设不等间隔。优选的，预设间隔为预设等间隔。各第一导带122在同一直线上。各第一辐射元件124的指向第一天线主体的第一侧端的中心轴线在同一直线上。优选的，第一导带122的指向第一天线主体的第一侧端的中心轴线与第一辐射元件124的指向第一天线主体的第一侧端的中心轴线在同一直线上。
需要说明的是，图1中的全向天线的结构是本实施例中的其中一种结构形式。本实施全向天线的第一辐射元件的形状结构不限于图1中的一种形状结构，还可以采用其他形状结构，优选的，第一辐射元件呈渐变结构。本实施全向天线的第一导带和第一辐射元件的数量图1中的一种数量，还可以采用其他数量的第一导带和第一辐射元件。
进一步的，在第二天线主体包括的各第二辐射元件134按照预设间隔设置在第二板面13的第一侧端至第二侧端之间。两个相邻第二辐射元件134之间设置有第二导带132，且该第二导带132电连接在该两个相邻第二辐射元件134之间，进而有利于实现倒相。其中，预设间隔可以是预设等间隔，也可以是预设不等间隔。优选的，预设间隔为预设等间隔。各第二导带132在同一直线上。各第二辐射元件134的指向第一天线主体的第一侧端的中心轴线在同一直线上。优选的，第二导带132的指向第一天线主体的第一侧端的中心轴线与第二辐射元件134的指向第一天线主体的第一侧端的中心轴线在同一直线上。
需要说明的是，图1中的全向天线的结构是本实施例中的其中一种结构形式。本实施全向天线的第二辐射元件的形状结构不限于图1中的一种形状结构，还可以采用其他形状结构。优选的，第一辐射元件呈渐变结构。本实施全向天线的第二导带和第二辐射元件的数量图1中的一种数量，还可以采用其他数量的第二导带和第二辐射元件。
上述实施例中，在介质基板的第一板面上设置有第一天线主体，在介质基板的第二板面上设置有第二天线主体，第一天线主体的第一侧端与第二天线主体的第一侧端之间设置有加载电阻，第一天线主体的第二侧端与第二天线主体的第二侧端之间设置有馈电接头。其中，第一天线主体包括若干交替设置的第一导带和第一辐射元件，第二天线主体包括若干交替设置的第二导带和第二辐射元件。通过在天线的一侧端设置加载电阻，使得天线表面的电流成行波分布或者近似行波分布，从而降低了能量在天线内部及末端的反射，有效展宽了工作频带，提高了天线的工作带宽，减小了方向图的副瓣电平。
在一个实施例中，如图2所示，各第一辐射元件124的面积从靠近第一天线主体的第一预设位置的第一辐射元件124分别向第一天线主体两侧端的第一辐射元件124按照预设渐变量依次减小。
如图4所示，各第二辐射元件134的面积从靠近第二天线主体的第二预设位置的第二辐射元件134分别向第二天线主体两侧端的第二辐射元件134按照预设渐变量依次减小。
具体地，假设第一天线主体包括N个第一辐射元件124，则第一天线主体的第一预设位置为N个第一辐射元件124中任意一个第一辐射元件124的位置。假设第二天线主体包括M个第二辐射元件134，则第一天线主体的第一预设位置为M个第二辐射元件134中任意一个第二辐射元件134的位置。将各不同面积大小的第一辐射元件124按照预设渐变量排列，以及将各不同面积大小的第二辐射元件134按照预设渐变量排列，有助于使得第一辐射元件上电流均匀分布，提高了天线的带宽和功率容量。
在一个实施例中，如图3和图5所示，第一预设位置为第一天线主体中部；第二预设位置为第二天线主体中部。
具体地，各第一辐射元件124的面积从靠近第一天线主体中部的第一辐射元件124分别向第一天线主体两侧端的第一辐射元件124按照预设渐变量依次减小。各第二辐射元件134的面积从靠近第二天线主体中部的第二辐射元件134分别向第二天线主体两侧端的第二辐射元件134按照预设渐变量依次减小。进而降低了旁瓣，提高了天线的带宽和功率容量。
在一个实施例中，第一辐射元件为梯形结构；第二辐射元件为梯形结构。
具体地，第一辐射元件的小端宽度和大端宽度分别从靠近第一天线主体的第一预设位置的第一辐射元件小端分别向第一天线主体两侧端的第一辐射元件小端按照预设渐变量依次减小。第二辐射元件的小端宽度和大端宽度分别从靠近第二天线主体的第二预设位置的第二辐射元件小端分别向第二天线主体两侧端的第二辐射元件小端按照预设渐变量依次减小，使得电流均匀分布在第一辐射元件和第二辐射元件上。优选的，第一辐射元件小端至大端的距离为半个微带波长，即λg/2；第二辐射元件小端至大端的距离为半个微带波长，即λg/2。
在一个实施例中，从第一天线主体第一侧端到第一天线主体中部的各第一辐射元件的小端靠近第一天线主体第一侧端；从第一天线主体第二侧端到第一天线主体中部的各第一辐射元件的小端靠近第一天线主体第二侧端。
从第二天线主体第一侧端到第二天线主体中部的各第二辐射元件的小端靠近第二天线主体第一侧端；从第二天线主体第二侧端到第二天线主体中部的各第二辐射元件的小端靠近第二天线主体第二侧端。
基于第一辐射元件的小端和大端均采用渐变结构的设计，以及第二辐射元件的小端和大端均采用渐变结构的设计，进一步提高了天线的带宽。
在一个实施例中，第一导带的宽度小于第一辐射元件的小端边长；第二导带的宽度小于第二辐射元件的小端边长。优选的，第一导带的宽度等于第二导带的宽度。
在一个实施例中，如图3和图5所示，第一辐射元件为8个；第二辐射元件为9个。
在一个实施例中，加载电阻的阻值为50欧姆。
具体地，在第一辐射元件为8个，第二辐射元件为9个时，且加载电阻的阻值为50欧姆时，天线辐射性能最好，带宽的展宽最宽，增益最高。在第一天线主体的第一侧端和第二天线主体的第二侧端设置加载电阻，由于加载点少，加载位置远离天线的馈电点、辐射脉冲幅度大，能够有效的提高天线的工作带宽。
在一个实施例中，如图6所示，与馈电接头电连接的第二辐射元件的面积大于靠近该第二辐射元件的第二辐射元件的面积。
具体地，将与馈电接头电连接的第二辐射元件的面积设计成大于其他的第二辐射元件的面积。优选的，将与馈电接头电连接的第二辐射元件的面积设计成大于靠近该第二辐射元件的第二辐射元件的面积，提高了天线的馈电性能。
在一个实施例中，相邻两个第一辐射元件之间的间距范围为0.7λg到0.9λg；相邻两个第二辐射元件之间的间距范围为0.7λg到0.9λg；其中，λg为介质中的工作波长。
具体地，相邻两个辐射元件(第一辐射元件或第二辐射元件)之间的间距可根据边射阵的经验公式计算得到，其中，方向性系统近似为：
D＝2Nd/λg
为了使D尽可能大而又不出现栅瓣，相邻两个辐射元件最佳间距为d＝0.7λg～0.9λg，其中，λg为介质中的工作波长。
在一个实施例中，馈电接头为同轴接头。
具体地，同轴接头一端连接同轴电缆，另一端连接天线主体(第一天线主体和第二天线主体)。
在一个实施例中，第一天线主体为直立天线阵结构；第二天线主体为直流天线阵结构。
具体地，介质基板呈长条矩形结构，优选的，介质基板的尺寸为836.5mm×28mm×1mm。
在一个实施例中，如图7所示，为全向天线的有渐变结构与无渐变结构的反射系数波形示意图。其中，图中横坐标Freq(GHz)为频率(吉赫兹)，纵坐标dB为分贝。如图可知，第一辐射元件和第二辐射元件采用渐变式结构时的天线反射系数优于第一辐射元件和第二辐射元件无渐变式结构的天线反射系数。改善了天线的辐射性能。
在一个实施例中，如图8所示，为全向天线的有渐变结构与无渐变结构的辐射方向示意图。如图可知，第一辐射元件和第二辐射元件采用渐变式结构时的天线方向图在整个频段内不圆度小于0.3dB，天线实测增益为7.62～9.05dB，极大的提高了天线的工作带宽，而且有效降低了旁瓣。
在一个实施例中，如图8所示，为全向天线的不同阻值的加载电阻时驻波的波形示意图。图中横坐标Freq(GHz)为频率(吉赫兹)，纵坐标VSWR(Voltage Standing WaveRatio)为电压驻波比。如图可知，加载电阻为50欧时，实测天线在1.500GHz-2GHz频段内的驻波比小于2，天线辐射性能最好，有效提高了天线的工作带宽。
上述各实施例中，在介质基板的第一板面上设置有第一天线主体，在介质基板的第二板面上设置有第二天线主体，第一天线主体的第一侧端与第二天线主体的第一侧端之间设置有加载电阻，第一天线主体的第二侧端与第二天线主体的第二侧端之间设置有馈电接头。其中，第一天线主体包括若干交替设置的第一导带和第一辐射元件，第二天线主体包括若干交替设置的第二导带和第二辐射元件。通过在天线的一侧端设置加载电阻，使得天线表面的电流成行波分布或者近似行波分布，从而降低了能量在天线内部及末端的反射，有效展宽了工作频带，进而提高了天线的工作带宽，而且天线结构简单，加工方便，可广泛应用在无线通信中。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种全向天线，其特征在于，包括：
介质基板，所述介质基板包括第一板面和与第一板面相对的第二板面；
第一天线主体，设置在所述第一板面上；所述第一天线主体包括若干第一导带和若干第一辐射元件，所述第一板面的第一侧端至第二侧端按照预设间隔设置各所述第一导带，两个相邻第一导带之间设有与之电连接的一个所述第一辐射元件；各所述第一辐射元件的面积从靠近第一天线主体的第一预设位置的所述第一辐射元件分别向第一天线主体两侧端的所述第一辐射元件按照预设渐变量依次减小；
第二天线主体，设置在所述第二板面上；所述第二天线主体包括若干第二导带和若干第二辐射元件，所述第二板面的第一侧端至第二侧端按照预设间隔设置各所述第二辐射元件，两个相邻第二辐射元件之间设有与之电连接的一个所述第二导带；各所述第二辐射元件的面积从靠近第二天线主体的第二预设位置的所述第二辐射元件分别向第二天线主体两侧端的所述第二辐射元件按照预设渐变量依次减小；
加载电阻，所述加载电阻设置于所述第一天线主体的第一侧端与所述第二天线主体的第一侧端之间，且所述加载电阻的一端与所述第一导带电连接，另一端与所述第二辐射元件电连接；及
馈电接头，所述馈电接头设置于所述第一天线主体的第二侧端与所述第二天线主体的第二侧端之间，且所述馈电接头的一端与所述第一导带电连接，另一端与所述第二辐射元件电连接。
2.根据权利要求1所述的全向天线，其特征在于，
所述第一预设位置为所述第一天线主体中部；所述第二预设位置为所述第二天线主体中部。
3.根据权利要求1至2任意一项所述的全向天线，其特征在于，所述第一辐射元件为梯形结构；
所述第二辐射元件为梯形结构。
4.根据权利要求3所述的全向天线，其特征在于，从第一天线主体第一侧端到所述第一天线主体中部的各所述第一辐射元件的小端靠近所述第一天线主体第一侧端；从第一天线主体第二侧端到所述第一天线主体中部的各所述第一辐射元件的小端靠近所述第一天线主体第二侧端；
从第二天线主体第一侧端到所述第二天线主体中部的各所述第二辐射元件的小端靠近所述第二天线主体第一侧端；从第二天线主体第二侧端到所述第二天线主体中部的各所述第二辐射元件的小端靠近所述第二天线主体第二侧端。
5.根据权利要求3所述的全向天线，其特征在于，所述第一导带的宽度小于所述第一辐射元件的小端边长；所述第二导带的宽度小于所述第二辐射元件的小端边长。
6.根据权利要求3所述的全向天线，其特征在于，所述第一辐射元件为8个；所述第二辐射元件为9个。
7.根据权利要求6所述的全向天线，其特征在于，所述加载电阻的阻值为50欧姆。
8.根据权利要求1所述的全向天线，其特征在于，与所述馈电接头电连接的第二辐射元件的面积大于靠近该第二辐射元件的所述第二辐射元件的面积。
9.根据权利要求1所述的全向天线，其特征在于，相邻两个第一辐射元件之间的间距范围为0.7λg到0.9λg；相邻两个第二辐射元件之间的间距范围为0.7λg到0.9λg；其中，λg为介质中的工作波长。
10.根据权利要求1所述的全向天线，其特征在于，所述馈电接头为同轴接头。
11.根据权利要求1所述的全向天线，其特征在于，所述第一天线主体为直立天线阵结构；所述第二天线主体为直流天线阵结构。
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