CN109599669A - 一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信及空间测控天线技术领域，尤其涉及一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线。本发明通过天线主辐射阵元、天线副辐射阵元、主寄生套筒条组、副寄生套筒条组、固定支架、反射安装底座射频馈电电缆的优化设计，调整天线主辐射阵元、天线副辐射阵元、主寄生套筒条组、副寄生套筒条组的尺寸、分布关系等参数将天线整体结构尺寸缩小的同时，进一步展宽工作频带同时，使天线调谐在不同的工作频段内，实现了天线整体的安装与固定。通过采用以上设计使得天线满足垂直极化、宽频带工作和限制空间安装的要求，天线增益大于0dB，方位向波束宽度为360°，俯仰向波束宽度为60°，多波段工作数目大于等于3个，每频带相对宽度大于10％。
Description
技术领域
本发明属于通信及空间测控天线技术领域，尤其涉及一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线。
背景技术
目前，在无人/有人机载、特种移动车辆，高速移动数据终端通信传输系统中，射频前端天线多选择为工作在L及S等频段的垂直极化，全向辐射的偶极子天线形式，如刀形天线、螺旋法向模天线，鞭状天线或是平面微带天线阵列补全系统等。随着通信系统容量的不断增加，以及信道内电磁兼容性要求的提升，大量移动终端设备要求系统能够工作在多个频段内，且各频段内工作的系统要具有较高的隔离度。原有天线产品往往存在机械结构复杂，天线馈电系统匹配复杂，工程调试周期长，加工成本较高等问题。在无人/有人机载、特种移动车辆，高速移动平台要满足小型化、制作安装简便等特性，新的垂直极化、满足多频带工作、具有优良的全向辐射特性天线的设计日趋重要。在垂直极化多频段天线的形式中，微带套筒天线具有尺寸适中，俯仰面方向图覆盖范围大，方位面方向图全向辐射波动小，工作频带宽等优良特性。如Thomas G.Spence和Douglas H.Werner在《A Novel MiniatureBroadband/Multiband Antenna Based on an End-Loaded Planar Open-Sleeve Dipole》(Thomas G.Spence，Douglas H.Werner,“A Novel Miniature Broadband/MultibandAntenna Based on an End-Loaded Planar Open-Sleeve Dipole”TRANSACTIONS ONANTENNAS AND PROPAGATION,IEEE,VOL.54,NO.12,DECEMBER，2006)中提出了一种基于微带介质板的套筒天线的物理模型。按照Thomas G.Spence和Douglas H.Werner的模型，天线辐射单元采用标准PCB工艺在微带介质板上加工成型出来，整体由两个四分之一波长长度的金属阵子形成的偶极子天线，两个四分之一波长尺寸的寄生部件位分布于偶极子天线两侧构成。Thomas G.Spence和Douglas H.Werner在文章中仅是对这种天线进行了原理性的说明，对于天线的工程实现与馈电方式未做具体分析与说明。Pascal Hirsch在ThomasG.Spence和Douglas H.Werner的研究基础上提出了一种工作在S和C波段上的天线模型(Pascal Hirsch，“Compact Dual-Band Parasitic Dipole Antenna for HarmonicTransponders”，ISAP2015,2015)该模型基于Thomas G.Spence和Douglas H.Werner提出的模型构建形式，只是对模型的端口阻抗特性，电场辐射特性进行了简单分析。上述天线模型只是基于理论建模分析，并未涉及具体的工程设计，结构方式与实施方式，因此其得出的各项结论与分析存在诸多的理想状况，尤其是在工作带宽的调整、控制和方向图的优化与改善作用，不满足工程实践与加工测试要求，天线的整体结构也很难满足一些限制空间及隐蔽安装的技术要求。
发明内容
本发明提供了一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线；目的之一是提供一种满足工程实践与加工测试对工作带宽的调整、控制和方向图的优化与改善作用要求的通信天线；本发明的目的之二是提供一种整体结构满足限制空间及隐蔽安装技术要求的通信天线。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，至少包括天线介质板，还包括：
天线主辐射阵元，刻蚀在天线介质板中轴线的中上部；
天线副辐射阵元，刻蚀在天线介质板中轴线的中下部，与天线主辐射阵元径向对称设置；
主寄生套筒条组，刻蚀在天线介质板中部；
副寄生套筒条组，刻蚀在天线介质板中部，与主寄生套筒条组关于天线介质板中轴线轴对称，中心位于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴上；
固定支架，
反射安装底座，通过固定支架与天线介质板垂直连接；
射频馈电电缆，穿过反射安装底座连接在天线介质板轴向中轴线上，与反射安装天线主辐射阵元和天线副辐射阵元电连接。
所述的天线主辐射阵元包括主天线阵子和主天线阵子加载条；主天线阵子加载条设置在主天线阵子上部并将主天线阵子上段包围且主天线阵子加载条与主天线阵子间有间隙；所述的天线副辐射阵元与天线主辐射阵元结构相同。
所述的主天线阵子至少包括上、中、下三段；上段和中段均为矩形，上段与中段两矩形垂直连接；下段为梯形，梯形的上底边边长与中段矩形的宽度相同，下段梯形的中轴线上开有通孔，主天线阵子的上、中、下三段为一体。
所述的主天线阵子加载条是由一矩形的一长边中间被截取的直边的“C”形结构。
所述的固定支架设置有两个，分别为固定支架一和固定支架二，固定支架一是由垂直面和水平面组成的“L”形结构；“L”形垂直面的中心轴上从上至下开有三个通孔，垂直面上的三个通孔与天线介质板匹配；“L”形水平面上开有两个通孔，水平面上的两个通孔与反射安装底座匹配；固定支架一和固定支架二结构和尺寸均相同。
所述的主寄生套筒条组包括主寄生套筒条一、主寄生套筒条二和主寄生套筒条三，所述的主寄生套筒条一、主寄生套筒条二和主寄生套筒条三是宽度相同，长度依次递增的矩形结构；主寄生套筒条一、主寄生套筒条二和主寄生套筒条三关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称。
所述的副寄生套筒条组包括副寄生套筒条一、副寄生套筒条二和副寄生套筒条三，所述的副寄生套筒条一、副寄生套筒条二和副寄生套筒条三是宽度相同，长度依次递增的矩形结构；副寄生套筒条一、副寄生套筒条二和副寄生套筒条三关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称。
所述的反射安装底座包括圆盘和支撑板；所述的圆盘的中心开有通孔，圆盘面上以圆盘圆心为对称中心开有两组通孔，每组两个；所述的支撑板为矩形板，支撑板与圆盘垂直连接；支撑板的径向宽度与天线介质板的宽度相同，支撑板轴向的两边的内侧开有两组对称的通孔。
所述的天线介质板为矩形PCB板材，天线介质板下部两长边内侧开有关于纵向中轴对称的两组通孔，每组为三个通孔，两组通孔与固定支架匹配。
所述的天线副辐射阵元与天线主辐射阵元结构相同；所述的天线主辐射阵元包括主天线阵子和主天线阵子加载条；主天线阵子加载条设置在主天线阵子上部并将主天线阵子上段包围且主天线阵子加载条与主天线阵子间有间隙；所述的主天线阵子至少包括上、中、下三段；上段和中段均为矩形，上段与中段两矩形垂直连接；下段为梯形，梯形的上底边边长与中段矩形的宽度相同，下段梯形的中轴线上开有通孔，主天线阵子的上、中、下三段为一体；所述的主天线阵子加载条是由一矩形的一长边中间被截取的直边的“C”形结构；所述的天线介质板为矩形PCB板材，天线介质板下部两长边内侧开有关于纵向中轴对称的两组通孔，每组为三个通孔；所述的反射安装底座包括圆盘和支撑板；所述的圆盘的中心开有通孔，圆盘面上以圆盘圆心为对称中心开有两组通孔，每组两个；所述的支撑板为矩形板，支撑板与圆盘垂直连接；支撑板的径向宽度与天线介质板的宽度相同，支撑板轴向的两边的内侧开有两组对称的通孔；所述的固定支架设置有两个，分别为固定支架一和固定支架二，固定支架一是由垂直面和水平面组成的“L”形结构；“L”形垂直面的中心轴上从上至下开有三个通孔，垂直面上的三个通孔与天线介质板下部的通孔匹配；“L”形水平面上开有两个通孔，水平面上的两个通孔与反射安装底座圆盘上开店两组通孔匹配；固定支架一和固定支架二结构和尺寸均相同；所述的主寄生套筒条组包括主寄生套筒条一、主寄生套筒条二和主寄生套筒条三，所述的主寄生套筒条一、主寄生套筒条二和主寄生套筒条三是宽度相同，长度依次递增的矩形结构，主寄生套筒条一、主寄生套筒条二和主寄生套筒条三关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称；所述的副寄生套筒条组包括副寄生套筒条一、副寄生套筒条二和副寄生套筒条三，所述的副寄生套筒条一、副寄生套筒条二和副寄生套筒条三是宽度相同，长度依次递增的矩形结构；副寄生套筒条一、副寄生套筒条二和副寄生套筒条三关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称。
有益效果：
本发明通过天线主辐射阵元、天线副辐射阵元、主寄生套筒条组、副寄生套筒条组、固定支架、反射安装底座射频馈电电缆的优化设计，调整天线主辐射阵元、天线副辐射阵元、主寄生套筒条组、副寄生套筒条组的尺寸、分布关系等参数将天线整体结构尺寸缩小的同时，进一步展宽工作频带同时，使天线调谐在不同的工作频段内，实现了天线整体的安装与固定。通过采用以上设计使得天线满足垂直极化、宽频带工作和限制空间安装的要求，天线增益大于0dB，方位向波束宽度为360°，俯仰向波束宽度为60°，多波段工作数目大于等于3个，每频带相对宽度大于10％。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明俯视图；
图3是本发明侧视图；
图4是本发明仰视图；
图5是本发明后视图；
图6是本发明爆炸结构示意图；
图7是本发明S1,1参数曲线图；
图8是本发明的E面方向图；
图9是本发明的H面方向图。
图中：1-天线介质板；2-主天线阵子；3-副天线阵子；4-主天线阵子加载条；5-副天线阵子加载条；6-主寄生套筒条一；7-主寄生套筒条二；8.-主寄生套筒条三；9-副寄生套筒条一；10-副寄生套筒条二；11-副寄生套筒条三；12-反射安装底座；13-第一固定支架；14-第二固定支架；15-射频馈电电缆；16-固定螺钉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
根据图1-9所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，至少包括天线介质板1，还包括：
天线主辐射阵元，刻蚀在天线介质板1中轴线的中上部；
天线副辐射阵元，刻蚀在天线介质板1中轴线的中下部，与天线主辐射阵元径向对称设置；
主寄生套筒条组，刻蚀在天线介质板1中部；
副寄生套筒条组，刻蚀在天线介质板1中部，与主寄生套筒条组关于天线介质板1中轴线轴对称，中心位于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴上；
固定支架，
反射安装底座12，通过固定支架与天线介质板1垂直连接；
射频馈电电缆15，穿过反射安装底座12连接在天线介质板1轴向中轴线上，与反射安装天线主辐射阵元和天线副辐射阵元电连接。
优选的是所述的天线介质板1为矩形PCB板材，天线介质板1下部两长边内侧开有关于中轴对称的两组通孔，每组为三个通孔，两组通孔与固定支架匹配。
在实际使用时，天线介质板1是天线辐射阵元及射频馈电电缆15的承载结构，采用市售标准FR4标准单面PCB板材，覆铜厚度为0.035毫米，其中间介质介电常数在4.1～4.4范围内，天线介质板1加工成长为136毫米，宽为40毫米的矩形形状，选天线介质板1一端固定为底端，将天线介质板1通过固定支架与反射安装底座12连接，连接均采用可拆卸连接的方式。天线主辐射阵元、天线副辐射阵元、主寄生套筒条组和副寄生套筒条组均刻蚀在天线介质板1上。
本发明通过天线主辐射阵元、天线副辐射阵元、主寄生套筒条组、副寄生套筒条组、固定支架、反射安装底座12、射频馈电电缆15的优化设计，调整天线主辐射阵元、天线副辐射阵元、主寄生套筒条组、副寄生套筒条组的尺寸、分布关系等参数将天线整体结构尺寸缩小的同时，进一步展宽工作频带同时，使天线调谐在不同的工作频段内，实现了天线整体的安装与固定。通过采用以上设计使得天线满足垂直极化、宽频带工作和限制空间安装的要求，天线增益大于0dB，方位向波束宽度为360°，俯仰向波束宽度为60°，多波段工作数目大于等于3个，每频带相对宽度大于10％。
实施例二：
根据图1和图6所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，与实施例一不同之处在于：所述的天线主辐射阵元包括主天线阵子2和主天线阵子加载条4；主天线阵子加载条4设置在主天线阵子2上部并将主天线阵子2上段包围且主天线阵子加载条4与主天线阵子2间有间隙；所述的天线副辐射阵元与天线主辐射阵元结构相同。
优选的是所述的主天线阵子2至少包括上、中、下三段；上段和中段均为矩形，上段与中段两矩形垂直连接；下段为梯形，梯形的上底边边长与中段矩形的宽度相同，下段梯形的中轴线上开有通孔，主天线阵子2的上、中、下三段为一体。
优选的是所述的主天线阵子加载条4是由一矩形的一长边中间被截取的直边的“C”形结构。
本实施例中，主天线阵子2由PCB刻蚀加工工艺在FR4标准单面PCB板材上加工而成，是天线的主辐射阵元，由上段、中段、下段和主天线阵子加载条4四部分结构共同组成，上段由一个边长为0.123倍波长，宽度为0.0165倍波长的矩形构成，上段靠近天线介质板1顶端边沿的外沿距离天线介质板顶端边沿为5毫米，中段也为一个长度为0.132倍波长，宽度为0.062倍波长矩形，下段为一个梯形结构与中段连接的梯形上底边边长为0.062倍波长，梯形的下底边边长为0.022倍波长，梯形高度为0.106倍波长。在下段梯形结构中距离梯形下底边距离为0.975毫米的位置，开有与天线介质板1上通孔形式及大小相同的通孔，其与天线介质板1配合作为射频馈电电缆15与主反射阵子2锡焊固定安装使用。主天线阵子加载条4靠近主天线阵子2上段外围，整体成一个“C”型结构，将主天线阵子2上段包裹起来，形成一条与主天线阵子2上段结构的最外面长边平行的部分，两条与最外面短边平行的部分以及两条与主天线阵子2上段结构下边沿平行部分，一共五个部分。主天线阵子加载条4宽度为0.011倍波长，主天线阵子加载条4的“C”型结构与主天线阵子上段结构的最外面长边平行的部分长度为0.156倍波长，与最外面短边平行的部分为0.049倍波长，与主天线阵子2上段结构下边沿平行部分长度为0.044倍波长。主天线阵子加载条4的内边沿与主天线阵子2上段外边沿间距保持在0.006倍波长，两条与主天线阵子2上段结构下边沿平行部分边沿，最靠近主天线阵子2中段外边沿部分的间距为0.003倍波长。天线阵子加载条4起到对辐射阵子进行空气电容加载，缩小天线尺寸的目的。副天线阵子3与主天线阵子2尺寸、结构及形式相同位于矩形长边方向的中轴线与主天线阵镜像对称分布，其下端梯形部分不设馈电通孔，主天线阵子2底端梯形下底边与副天线阵子3底端梯形下底边间距为0.011倍波长。
实施例三：
根据图1、图2和图6所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，与实施例一不同之处在于：所述的固定支架设置有两个，分别为固定支架一13和固定支架二14，固定支架一13是由垂直面和水平面组成的“L”形结构；“L”形垂直面的中心轴上从上至下开有三个通孔，垂直面上的三个通孔与天线介质板1匹配；“L”形水平面上开有两个通孔，水平面上的两个通孔与反射安装底座12匹配；固定支架一13和固定支架二14结构和尺寸均相同。
在实际使用时，固定支架一13和固定支架二14通过对应通孔固定在反射安装底座12上表面和天线介质板1上，使得连接更加稳定。
实施例四：
根据图1和图6所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，与实施例一不同之处在于：所述的主寄生套筒条组包括主寄生套筒条一6、主寄生套筒条二7和主寄生套筒条三8，所述的主寄生套筒条一6、主寄生套筒条二7和主寄生套筒条三8是宽度相同，长度依次递增的矩形结构；主寄生套筒条一6、主寄生套筒条二7和主寄生套筒条三8关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称。
优选的是所述的副寄生套筒条组包括副寄生套筒条一9、副寄生套筒条二10和副寄生套筒条三11，所述的副寄生套筒条一9、副寄生套筒条二10和副寄生套筒条三11是宽度相同，长度依次递增的矩形结构；副寄生套筒条一9、副寄生套筒条二10和副寄生套筒条三11关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称。
在实际使用时，主寄生套筒条一6、主寄生套筒条二7、主寄生套筒条三8与副寄生套筒条一9、副寄生套筒条二10、副寄生套筒条三11各对应部件结构与位置分布相同，均为矩形结构，由PCB刻蚀加工工艺在FR4标准单面PCB板材上加工而成，纵向以天线介质板1矩形长边方向的中轴线对应次序镜像对称分布，横向以主天线阵子2、副天线阵子3镜像对称的轴线对称分布，距离天线辐射阵子距离远近依次为，主(副)寄生套筒条一、主(副)寄生套筒条二和主(副)寄生套筒条三。主(副)寄生套筒条一距离天线主、副天线阵子镜像对称的轴线为0.0365倍波长，主寄生套筒条组与副寄生套筒条组各部件之间位置分布相同，各对应部件之间间隔距离为0.0244倍波长。主(副)寄生套筒条一宽度为0.0165倍波长，长度为0.2002倍波长，主(副)寄生套筒条二宽度为0.0165倍波长，长度为0.247倍波长，主(副)寄生套筒条三宽度为0.0165倍波长，长度为0.302倍波长。各主(副)寄生套筒条起到展宽工作频带，调谐工作频点的作用。
实施例五：
根据图1-6所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，与实施例一不同之处在于：所述的反射安装底座12包括圆盘和支撑板；所述的圆盘的中心开有通孔，圆盘面上以圆盘圆心为对称中心开有两组通孔，每组两个；所述的支撑板为矩形板，支撑板与圆盘垂直连接；支撑板的径向宽度与天线介质板1的宽度相同，支撑板轴向的两边的内侧开有两组对称的通孔。
在实际使用时，射安装底座12主体为圆柱体的圆盘加支撑板组成，为金属铝采用机加工艺制造，作为天线介质板1、射频馈电线缆15等固定安装和改善调整天线辐射方向的作用。圆柱体的圆盘直径为0.308倍波长，厚度为0.022倍波长，在圆盘的几何中心位置开有一个直径为3.6毫米的通孔，是为导出射频馈电线缆15便利。支撑板轴向两边的内侧开有两组对称的通孔，是为了便于与天线介质板1的固定连接。
实施例六：
根据图1-3、图5和图6所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，与实施例一不同之处在于：所述的天线介质板1为矩形PCB板材，天线介质板1下部两长边内侧开有关于纵向中轴对称的两组通孔，每组为三个通孔，两组通孔与固定支架匹配。
在实际使用时，在天线介质板1矩形长边方向的中轴线上，距离天线介质板顶端中心50.24毫米处开有一个直径为1.1毫米的馈电通孔，作为射频馈电电缆15内导体与主反射阵子2锡焊固定安装使用。
实施例七：
根据图1-9所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，与实施例一不同之处在于：所述的天线副辐射阵元与天线主辐射阵元结构相同；所述的天线主辐射阵元包括主天线阵子2和主天线阵子加载条4；主天线阵子加载条4设置在主天线阵子2上部并将主天线阵子2上段包围且主天线阵子加载条4与主天线阵子2间有间隙；所述的主天线阵子2至少包括上、中、下三段；上段和中段均为矩形，上段与中段两矩形垂直连接；下段为梯形，梯形的上底边边长与中段矩形的宽度相同，下段梯形的中轴线上开有通孔，主天线阵子2的上、中、下三段为一体；所述的主天线阵子加载条4是由一矩形的一长边中间被截取的直边的“C”形结构；所述的天线介质板1为矩形PCB板材，天线介质板1下部两长边内侧开有关于纵向中轴对称的两组通孔，每组为三个通孔；所述的反射安装底座12包括圆盘和支撑板；所述的圆盘的中心开有通孔，圆盘面上以圆盘圆心为对称中心开有两组通孔，每组两个；所述的支撑板为矩形板，支撑板与圆盘垂直连接；支撑板的径向宽度与天线介质板1的宽度相同，支撑板轴向的两边的内侧开有两组对称的通孔；所述的固定支架设置有两个，分别为固定支架一13和固定支架二14，固定支架一13是由垂直面和水平面组成的“L”形结构；“L”形垂直面的中心轴上从上至下开有三个通孔，垂直面上的三个通孔与天线介质板1下部的通孔匹配；“L”形水平面上开有两个通孔，水平面上的两个通孔与反射安装底座12圆盘上开店两组通孔匹配；固定支架一13和固定支架二14结构和尺寸均相同；所述的主寄生套筒条组包括主寄生套筒条一6、主寄生套筒条二7和主寄生套筒条三8，所述的主寄生套筒条一6、主寄生套筒条二7和主寄生套筒条三8是宽度相同，长度依次递增的矩形结构，主寄生套筒条一6、主寄生套筒条二7和主寄生套筒条三8关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称；所述的副寄生套筒条组包括副寄生套筒条一9、副寄生套筒条二10和副寄生套筒条三11，所述的副寄生套筒条一9、副寄生套筒条二10和副寄生套筒条三11是宽度相同，长度依次递增的矩形结构；副寄生套筒条一9、副寄生套筒条二10和副寄生套筒条三11关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称。
如图1所示的天线介质板1是天线辐射阵元及馈电电缆的承载结构，采用市售标准FR4标准单面PCB板材，覆铜厚度为0.035毫米，其中间介质介电常数在4.1～4.4范围内，天线介质板1加工成长为136毫米，宽为40毫米，板厚为2毫米的矩形体形状，选天线介质板一端固定为底端，在底端边沿起，开有两组以天线介质板矩形长边方向的中轴线镜像对称，且每组3个，两组共6个直径为3毫米的机械安装通孔。各组通孔最靠近天线介质板底部边沿处的通孔距离矩形底部窄边边沿8毫米，距离长边6毫米处，一组3个通孔依次顺天线介质板矩形长边方向，沿天线介质板1顶端方向间隔为9.5毫米，两组共6个通孔起到将天线介质板1与反射安装底座固定安装的作用。在天线介质板1矩形长边方向的中轴线上，距离天线介质板顶端中心50.24毫米处开有一个直径为1.1毫米的馈电通孔，作为射频馈电电缆15内导体与主反射阵子锡焊固定安装使用。主天线阵子由PCB刻蚀加工工艺在FR4标准单面PCB板材上加工而成，是天线的主辐射阵元，由上段、中段、下段和主天线阵子加载条四部分结构共同组成，上段由一个边长为22.38毫米，宽度为3毫米的矩形构成，上段靠近天线介质板顶端边沿的外沿距离天线介质板顶端边沿为5毫米，中段也为一个长度为24毫米，宽度为11.28毫米矩形，下段为一个梯形结构与中段连接的梯形上底边边长为11.28毫米，梯形的下底边边长为4毫米，梯形高度为19.22毫米。在下端梯形结构中距离梯形下底边距离为0.975毫米的位置，开有与天线介质板上馈电通孔形式及大小相同的通孔，其与天线介质板上的通孔配合作为电缆内导体与主反射阵子锡焊固定安装使用。主天线阵子加载条靠近主天线阵子上段外围，整体成一个“C”型结构，将主天线阵子上段包裹起来，形成一条与主天线阵子上段结构的最外面长边平行的部分，两条与最外面短边平行的部分以及两条与主天线阵子上段结构下边沿平行部分，一共五个部分。主天线阵子加载条宽度为2毫米，主天线阵子加载条的“C”型结构与主天线阵子上段结构的最外面长边平行的部分长度为28.38毫米，与最外面短边平行的部分为9毫米，与主天线阵子2上段结构下边沿平行部分长度为8毫米。主天线阵子加载条4的内边沿与主天线阵子2上段外边沿间距保持在1毫米，两条与主天线阵子2上段结构下边沿平行部分边沿，最靠近主天线阵子2中段外边沿部分的间距为0.56毫米。天线阵子加载条4起到对辐射阵子进行空气电容加载，缩小天线尺寸的目的。副天线阵子3与主天线阵子2尺寸、结构及形式相同位于矩形长边方向的中轴线与主天线阵子镜像对称分布，其下端梯形部分不馈电通孔，主天线阵子底端梯形下底边与副天线阵子底端梯形下底边间距为2毫米。主寄生套筒条一6、主寄生套筒条二7、主寄生套筒条三8与副寄生筒条套一9、寄生筒条套二10、寄生筒条套三11各对应部件结构与位置分布相同，均为矩形结构，由PCB刻蚀加工工艺在FR4标准单面PCB板材上加工而成，纵向以天线介质板1矩形长边方向的中轴线对应次序镜像对称分布，横向以主天线阵子2、副天线阵子3镜像对称的轴线对称分布，距离天线辐射阵子距离远近依次为，主(副)寄生套筒条一、主(副)寄生套筒条二和主(副)寄生套筒条三。主(副)寄生套筒条一距离天线主、副天线阵子镜像对称的轴线为6.64毫米，主寄生套筒条组与副寄生套筒条组各部件之间位置分布相同，各对应部件之间间隔距离为2毫米。主(副)寄生套筒条一宽度为3毫米，长度为36.44毫米，主(副)寄生套筒条二宽度为3毫米，长度为45毫米，主(副)寄生套筒条三宽度为3毫米，长度为55毫米。各主(副)寄生套筒条起到展宽工作频带，调谐工作频点的作用。射频馈电线缆15为天线射频能量馈入器件，采用市售标准141型电缆加工制作而成。在副天线阵子一侧，连接射频馈电线缆15上端(与天线辐射振子连接端)须将外导体层、中间介质层和中心导体逐层剥离出来使外导体层外漏长度为92毫米，中间介质层外漏长度应高于外导体层1mm，中心导体外漏长度为8毫米。外漏的中心导体应在不伤害外漏的中间介质层的情况下，向下呈90度角弯折后穿过天线介质板1上的通孔及主天线阵子上的馈电通孔紧密锡焊。将外导体屏蔽层边沿与副天线阵子3最低端梯形的下底边边沿相交固定后沿天线介质板长轴方向将外导体屏蔽层与主天线阵子和副天线阵子紧密锡焊，并使整个射频馈电线缆15穿过反射安装底座12上对应的中心通孔。
图6所示的反射安装底座主体为圆柱体的圆盘加支撑板组成，为金属铝采用机加工艺制造，作为天线介质板1、射频馈电线缆15等固定安装和改善调整天线辐射方向的作用。圆柱体的圆盘直径为56毫米，厚度为4毫米，在圆柱的几何中心位置开有一个直径为3.6毫米的通孔，目的是为导出射频馈电线缆15而设。在反射安装底座12上表面上，以反射安装底座的一条轴线为镜像对称，加工有两组，共4个，直径为2毫米的内螺纹机械安装通孔用于将固定支架一13和固定支架二14通过对应通孔固定在反射安装底座上表面上。以反射安装底座上表面中心通孔为水平面中心坐标，先固定一条反射安装底座上表面轴线为X轴，另一条就为Y轴，四个安装通孔全部位于Y轴的负半轴，其中一组两个通孔位置坐标X与Y值一个为+10毫米和-3.175毫米，另一个为+18毫米和-3.175毫米。另一组通孔位置坐标将关于Y轴镜像对称分布即为-10毫米和-3.175毫米和-18毫米和-3.175毫米。在反射安装底座上表面，位于Y轴的正半轴区域，距离中心通孔为2.825毫米的位置有一个宽度与天线介质板的宽度相同，高度为33毫米，厚度为4毫米矩形棱柱形成的支撑板，支撑板起到将天线介质板1固定在反射安装底座上的作用。在接近反射安装底座中心通孔的表面上，支撑板与天线介质板1内的6个机械安装通孔分布及位置对应关系均相同的地方同样开有6个直径为3毫米的内螺纹孔，起到将天线介质板1通过螺钉固定在反射安装底座上的作用。固定支架一13与固定支架二14为结构、形式与作用均相同的支撑体，采用金属铝机加工艺制造完成，固定支架整体成“L”型，分为垂直面和水平面，厚度均为2毫米，“L”型的垂直面宽度为12毫米，高度为30毫米，在其表面沿高度轴线上开有3个等间距与反射安装底座支撑板中位于同一侧的3个通孔大小、分布及位置对应关系均相同通孔，该通孔用于将一只固定支架与天线介质板和反射安装底座固定安装。“L”型的垂直面的宽度也为2毫米，长度为6毫米，在水平面上沿宽度轴线开有两个与反射安装底座上一边两个固定安装机械通孔大小、分布及对应关系相同的通孔。固定支架一13与固定支架二14通过固定螺钉16穿过对应的安装孔位分别将支架、反射安装底座和天线介质板1对应装配牢固安装，成为一体。固定螺钉16为市售标准规格M3和M2大小的金属螺钉。
综上所述，本发明通过天线主辐射阵元、天线副辐射阵元、主寄生套筒条组、副寄生套筒条组、固定支架、反射安装底座射频馈电电缆的优化设计，调整天线主辐射阵元、天线副辐射阵元、主寄生套筒条组、副寄生套筒条组的尺寸、分布关系等参数将天线整体结构尺寸缩小的同时，进一步展宽工作频带同时，使天线调谐在不同的工作频段内，实现了天线整体的安装与固定。通过采用以上设计使得天线满足垂直极化、宽频带工作和限制空间安装的要求，天线增益大于0dB，方位向波束宽度为360°，俯仰向波束宽度为60°，多波段工作数目大于等于3个，每频带相对宽度大于10％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，至少包括天线介质板(1)，其特征在于，还包括：
天线主辐射阵元，刻蚀在天线介质板(1)中轴线的中上部；
天线副辐射阵元，刻蚀在天线介质板(1)中轴线的中下部，与天线主辐射阵元径向对称设置；
主寄生套筒条组，刻蚀在天线介质板(1)中部；
副寄生套筒条组，刻蚀在天线介质板(1)中部，与主寄生套筒条组关于天线介质板(1)中轴线轴对称，中心位于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴上；
固定支架，反射安装底座(12)，通过固定支架与天线介质板(1)垂直连接；
射频馈电电缆(15)，穿过反射安装底座(12)连接在天线介质板(1)轴向中轴线上，与反射安装天线主辐射阵元和天线副辐射阵元电连接。
2.如权利要求1所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，其特征在于：所述的天线主辐射阵元包括主天线阵子(2)和主天线阵子加载条(4)；主天线阵子加载条(4)设置在主天线阵子(2)上部并将主天线阵子(2)上段包围且主天线阵子加载条(4)与主天线阵子(2)间有间隙；所述的天线副辐射阵元与天线主辐射阵元结构相同。
3.如权利要求2所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，其特征在于：所述的主天线阵子(2)至少包括上、中、下三段；上段和中段均为矩形，上段与中段两矩形垂直连接；下段为梯形，梯形的上底边边长与中段矩形的宽度相同，下段梯形的中轴线上开有通孔，主天线阵子(2)的上、中、下三段为一体。
4.如权利要求2所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，其特征在于：所述的主天线阵子加载条(4)是由一矩形的一长边中间被截取的直边的“C”形结构。
5.如权利要求1所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，其特征在于：所述的固定支架设置有两个，分别为固定支架一(13)和固定支架二(14)，固定支架一(13)是由垂直面和水平面组成的“L”形结构；“L”形垂直面的中心轴上从上至下开有三个通孔，垂直面上的三个通孔与天线介质板(1)匹配；“L”形水平面上开有两个通孔，水平面上的两个通孔与反射安装底座(12)匹配；固定支架一(13)和固定支架二(14)结构和尺寸均相同。
6.如权利要求1所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，其特征在于：所述的主寄生套筒条组包括主寄生套筒条一(6)、主寄生套筒条二(7)和主寄生套筒条三(8)，所述的主寄生套筒条一(6)、主寄生套筒条二(7)和主寄生套筒条三(8)是宽度相同，长度依次递增的矩形结构；主寄生套筒条一(6)、主寄生套筒条二(7)和主寄生套筒条三(8)关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称。
7.如权利要求1所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，其特征在于：所述的副寄生套筒条组包括副寄生套筒条一(9)、副寄生套筒条二(10)和副寄生套筒条三(11)，所述的副寄生套筒条一(9)、副寄生套筒条二(10)和副寄生套筒条三(11)是宽度相同，长度依次递增的矩形结构；副寄生套筒条一(9)、副寄生套筒条二(10)和副寄生套筒条三(11)关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称。
8.如权利要求1所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，其特征在于：所述的反射安装底座(12)包括圆盘和支撑板；所述的圆盘的中心开有通孔，圆盘面上以圆盘圆心为对称中心开有两组通孔，每组两个；所述的支撑板为矩形板，支撑板与圆盘垂直连接；支撑板的径向宽度与天线介质板(1)的宽度相同，支撑板轴向的两边的内侧开有两组对称的通孔。
9.如权利要求1所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，其特征在于：所述的天线介质板(1)为矩形PCB板材，天线介质板(1)下部两长边内侧开有关于纵向中轴对称的两组通孔，每组为三个通孔，两组通孔与固定支架匹配。
10.如权利要求1所述的一种小型化垂直极化多频段工作的通信天线，其特征在于：所述的天线副辐射阵元与天线主辐射阵元结构相同；所述的天线主辐射阵元包括主天线阵子(2)和主天线阵子加载条(4)；主天线阵子加载条(4)设置在主天线阵子(2)上部并将主天线阵子(2)上段包围且主天线阵子加载条(4)与主天线阵子(2)间有间隙；所述的主天线阵子(2)至少包括上、中、下三段；上段和中段均为矩形，上段与中段两矩形垂直连接；下段为梯形，梯形的上底边边长与中段矩形的宽度相同，下段梯形的中轴线上开有通孔，主天线阵子(2)的上、中、下三段为一体；所述的主天线阵子加载条(4)是由一矩形的一长边中间被截取的直边的“C”形结构；所述的天线介质板(1)为矩形PCB板材，天线介质板(1)下部两长边内侧开有关于纵向中轴对称的两组通孔，每组为三个通孔；所述的反射安装底座(12)包括圆盘和支撑板；所述的圆盘的中心开有通孔，圆盘面上以圆盘圆心为对称中心开有两组通孔，每组两个；所述的支撑板为矩形板，支撑板与圆盘垂直连接；支撑板的径向宽度与天线介质板(1)的宽度相同，支撑板轴向的两边的内侧开有两组对称的通孔；所述的固定支架设置有两个，分别为固定支架一(13)和固定支架二(14)，固定支架一(13)是由垂直面和水平面组成的“L”形结构；“L”形垂直面的中心轴上从上至下开有三个通孔，垂直面上的三个通孔与天线介质板(1)下部的通孔匹配；“L”形水平面上开有两个通孔，水平面上的两个通孔与反射安装底座(12)圆盘上开店两组通孔匹配；固定支架一(13)和固定支架二(14)结构和尺寸均相同；所述的主寄生套筒条组包括主寄生套筒条一(6)、主寄生套筒条二(7)和主寄生套筒条三(8)，所述的主寄生套筒条一(6)、主寄生套筒条二(7)和主寄生套筒条三(8)是宽度相同，长度依次递增的矩形结构，主寄生套筒条一(6)、主寄生套筒条二(7)和主寄生套筒条三(8)关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称；所述的副寄生套筒条组包括副寄生套筒条一(9)、副寄生套筒条二(10)和副寄生套筒条三(11)，所述的副寄生套筒条一(9)、副寄生套筒条二(10)和副寄生套筒条三(11)是宽度相同，长度依次递增的矩形结构；副寄生套筒条一(9)、副寄生套筒条二(10)和副寄生套筒条三(11)关于天线主辐射阵元和天线副辐射阵元对称的径向轴对称。
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