CN110112561A - 一种单极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种单极化天线。其中，单极化天线包括：功分器和Vivaldi振子组阵；所述Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元；所述功分器包括与所述Vivaldi振子单元一一对应的多个输出端口，所述功分器的输出端口与所述Vivaldi振子单元一一对应耦合连接。本发明实施例提供的单极化天线，可实现覆盖带宽较窄、全向性能较好的小型化天线。

Description

一种单极化天线
技术领域
本发明实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种单极化天线。
背景技术
随着第五代移动通信技术(5th-Generation，5G)时代的到来，数据请求越来越大，3G/4G(third/fourth generation，第三/四代移动通讯)时代的通讯系统带宽已经不能满足未来通信需求，系统需要更高的带宽，随之，多种天线带宽也需要拓宽，多种场合的无线保真(Wireless-Fidelity，WiFi)覆盖需求也越普及，为了节省资源，降低网络安装困难，多个运营商共用网络，这样，系统就需要更宽的频段，同时为以后的系统扩展，网络建设者也希望将WiFi的覆盖也包含在一套网络系统里，因此，运营商急需一种超宽带天线。
目前市场上天线覆盖带宽多为698-960MHz或1695-2700MHz，且天线的全向性能很差。其通常存在以下问题：首先，覆盖带宽较窄，达不到超宽带的要求；此外，因为传统设计原理的局限性，产品本身尺寸较大，即便可以做到较小尺寸，但多以牺牲产品性能为代价，本身的全向特性也会很差。
发明内容
本发明提供一种单极化天线，以实现一种覆盖带宽较窄、全向性能较好的小型化天线。
本发明实施例提供了一种单极化天线，包括：功分器和Vivaldi振子组阵；
所述Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元；
所述功分器包括与所述Vivaldi振子单元一一对应的多个输出端口，所述功分器的输出端口与所述Vivaldi振子单元一一对应耦合连接。
可选的，所述单极化天线还包括：第一基板；所述Vivaldi振子组阵设置于所述第一基板的一侧；所述功分器设置于所述第一基板远离所述Vivaldi振子组阵的一侧。
可选的，所述单极化天线还包括：第二基板和第三基板；所述第二基板和所述第三基板固定连接；所述Vivaldi振子组阵设置于所述第二基板上；所述功分器设置于所述第三基板上。
可选的，所述Vivaldi振子组阵设置于所述第二基板靠近所述第三基板的一侧；所述功分器设置于所述第三基板远离所述第二基板的一侧。
可选的，所述Vivaldi振子组阵设置于所述第二基板远离所述第三基板的一侧；所述功分器设置于所述第三基板远离所述第二基板的一侧。
可选的，所述Vivaldi振子单元包括：刻蚀金属层形成的谐振腔，以及与所述谐振腔连通的辐射区域；所述辐射区域由指数渐变槽线和矩形槽线围绕而成。
可选的，所述谐振腔为圆形、椭圆形或者矩形。
可选的，所述Vivaldi振子单元的矩形槽线上形成有多个矩形波纹槽。
可选的，Vivaldi振子单元的个数为8、12或16。
可选的，所述单极化天线还包括：线缆；所述线缆的内导体穿过所述Vivaldi振子组阵与所述功分器电连接；所述线缆的外导体与所述Vivaldi振子组阵电连接。
本发明实施例提供的单极化天线，包括Vivaldi振子组阵以及为Vivaldi振子组阵提供馈电的功分器，其中，Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元，功分器包括多个输出端口，多个输出端口与Vivaldi振子单元一一对应耦合连接，则功分器能够通过输出端口与Vivaldi振子单元进行耦合馈电，使得Vivaldi振子单元能够向外辐射电信号。因为Vivaldi振子单元具有宽频带、小尺寸的优势，能够实现单极化天线在较小尺寸下覆盖较宽的带宽，解决了现有单极化天线覆盖带宽较窄的问题，并且因为Vivaldi振子单元沿圆周方向均匀分布，Vivaldi振子组阵沿圆周辐射出均匀的电信号，具有较好的全向特性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种单极化天线的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种单极化天线的一侧的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种单极化天线的另一侧的结构示意图；
图4是本发明提供的一种Vivaldi振子单元的结构示意图；
图5是本发明提供的另一种Vivaldi振子单元的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种单极化天线的爆炸图；
图7是本发明实施例提供的另一种单极化天线的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供一种单极化天线，该单极化天线包括：
功分器和Vivaldi振子组阵；
Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元；
功分器包括与Vivaldi振子单元一一对应的多个输出端口，功分器的输出端口与Vivaldi振子单元一一对应耦合连接。
本发明实施例提供的单极化天线，包括Vivaldi振子组阵以及为Vivaldi振子组阵提供馈电的功分器，其中，Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元，功分器包括多个输出端口，多个输出端口与Vivaldi振子单元一一对应耦合连接，则功分器能够通过输出端口与Vivaldi振子单元进行耦合馈电，使得Vivaldi振子单元能够向外辐射电信号。因为Vivaldi振子单元具有宽频带、小尺寸的优势，能够实现单极化天线在较小尺寸下覆盖较宽的带宽，解决了现有单极化天线覆盖带宽较窄的问题，并且因为Vivaldi振子单元沿圆周方向均匀分布，Vivaldi振子组阵沿圆周辐射出均匀的电信号，具有较好的全向特性。
以上是本发明的核心思想，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。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。
参考图1，图1是本发明实施例提供的一种单极化天线的结构示意图，单极化天线包括功分器12和Vivaldi振子组阵11，功分器12包括一个输入端口121和多个输出端口122，功分器12通过输入端口121接入电流信号，并通过馈线123将电流信号分散到多个输出端口122输出。可选的，功分器12为等功率分配功分器，能够将输入端口121接入的电路信号平均分为与输出端口122个数相同的等份，从而每个输出端口122可输出相同的电流信号。继续参考图1，Vivaldi振子组阵11包括多个与输出端口122一一对应的Vivaldi振子单元，多个Vivaldi振子单元沿圆周方向均匀分布，则能够将输出端口122输出的信号均匀地在圆周上进行辐射，具有较好的全向特性。并且，Vivaldi振子单元覆盖带宽较宽，能够实现小型化、超宽带的单极化天线。示例性的，本实施例提供的超宽带单极化天线能够覆盖700～6000MHz的带宽，能够覆盖移动通讯频段以及wimax、WiFi、GPS、BD等频段，多个运营商可共用网络，节省资源，降低网络安装的困难。
值得注意的是，图1中实线部分为可见部分，虚线部分为不可见部分，本实施例中，Vivaldi振子单元与对应输出端口122耦合连接，则功分器12和Vivaldi振子组阵11间隔绝缘层设置固定，若当前时刻功分器12是可见的，则Vivaldi振子组阵11为不可见结构，如图1所示，可选的，绝缘层可以为基板，若功分器12位于基板的一侧，则Vivaldi振子组阵11位于基板的另一侧，则本实施例中的单极化天线可为扁平的盘形结构，实现了超薄型单极化天线，占用空间小，通用性强。具体的，参考图2和图3，图2是本发明实施例提供的一种单极化天线的一侧的结构示意图，图3是本发明实施例提供的一种单极化天线的另一侧的结构示意图。如图2所示，单极化天线的基板的一侧设置功分器12，单极化天线的基板的另一侧设置Vivaldi振子组阵11，多个Vivaldi振子单元111的结构沿圆周方向排布，形成如图3所示的花瓣形结构。Vivaldi振子组阵11由一整层的金属刻蚀形成，即相邻的Vivaldi振子单元111相互连接设置。可选的，Vivaldi振子单元111的个数可以为8、12或16。当然，Vivaldi振子单元111的个数也可以为15或17等奇数，甚至，Vivaldi振子单元111的个数为三个或者三个以上，保证Vivaldi振子单元111的个数能形成围绕形成圆周即可，Vivaldi振子单元111在圆周方向上均匀分布，在可实现的数量范围内，Vivaldi振子单元111的设置数量越多，辐射的均匀性越高。
可选的，参考图4，图4是本发明提供的一种Vivaldi振子单元的结构示意图，Vivaldi振子单元111可以包括：刻蚀金属层形成的谐振腔112，以及与谐振腔112连通的辐射区域113；辐射区域由指数渐变槽线114和矩形槽线116围绕而成。功分器12的输出端口122与对应Vivaldi振子单元111的谐振腔112对应设置，参考图1，可知在垂直于基板的方向上，输出端口122与谐振腔112一一对应耦合连接，便于输出端口122对Vivaldi振子单元111进行馈电，馈电信号经过谐振腔112产生谐振，并经过辐射区域113进行放大和辐射，产生定向辐射，定向辐射的Vivaldi振子单元111围绕圆周360度环绕，使得Vivaldi振子组阵11实现全向辐射。
对于整个Vivaldi振子组阵11，可将整层的金属层刻蚀镂空结构，形成每个Vivaldi振子单元111的谐振腔112和辐射区域113，指数渐变槽线114和矩形槽线116即为镂空结构辐射区域113的边缘。
可选的，谐振腔112可以为圆形、椭圆形或者矩形。图4仅示出了谐振腔112为圆形的结构，谐振腔112还可以为椭圆形、矩形以及其他根据用户需要设置的规则或不规则形状。
可选的，参考图5，图5是本发明提供的另一种Vivaldi振子单元的结构示意图，Vivaldi振子单元111的矩形槽线116上形成有多个矩形波纹槽115。Vivaldi振子单元111的边缘，即相邻两个Vivaldi振子单元111之间的金属层上可刻蚀形成有多个矩形波纹槽115。对Vivaldi振子单元111的矩形槽线116进行开槽处理具有如下优点：第一，可以延长电流路径，抑制表面波的产生，进而降低天线的最低工作频率，拓宽天线的工作频段；第二，可以抑制高次谐波，产生更高的增益和更窄的波束。本实施例通过刻蚀矩形波纹槽115，拓宽单极化天线的带宽，优化单极化天线的性能。
可选的，继续参考图1至图3，单极化天线还可以包括：第一基板13；Vivaldi振子组阵11设置于第一基板13的一侧；功分器12设置于第一基板13远离Vivaldi振子组阵11的一侧。
单极化天线可以包括一个基板，即第一基板13，如图2和图3所示，Vivaldi振子组阵11设置于第一基板13的一侧；功分器12设置于第一基板13远离Vivaldi振子组阵11的一侧，则Vivaldi振子组阵11和功分器12设置于同一基板上，减小单极化天线的整体厚度。第一基板13的边缘处可设置至少一对定位槽131，用于在安装单极化天线时，对单极化天线进行位置固定。
可选的，如图6和图7所示，图6是本发明实施例提供的另一种单极化天线的爆炸图，图7是本发明实施例提供的另一种单极化天线的结构示意图。单极化天线还可以包括：第二基板14和第三基板15；第二基板14和第三基板15固定连接；Vivaldi振子组阵11设置于第二基板14上；功分器12设置于第三基板15上。
单极化天线还可以包括两个基板：第二基板14和第三基板15；Vivaldi振子组阵11设置于第二基板14上，功分器12设置于第三基板15上，则Vivaldi振子组阵11和功分器12分别设置于不同的基板上，使得功分器12和Vivaldi振子组阵11可以各自在基板上进行集成和制作，最后将第二基板14和第三基板15进行固定组装，加快制作工艺。具体的，第二基板14和第三基板15可通过螺钉螺接，或者可以通过铆钉铆接。
此外，因为影响宽带性能的主要因素为功分器12，功分器12所在的第二基板14的要求性能较高，则第三基板15的制作成本较高，而Vivaldi振子组阵11对第二基板14的性能要求相对较低，可采用成本较低的第二基板14，从而节约单极化天线的生产成本，进一步的，第三基板15的直径可设置的小于第二基板14，以进一步减小单极化天线的基板材料成本。可选的，上述第一基板13、第二基板14和第三基板15可为PCB板。
可选的，继续参考图6和图7，Vivaldi振子组阵11设置于第二基板14靠近第三基板15的一侧；功分器12设置于第三基板15远离第二基板14的一侧。
Vivaldi振子组阵11设置于第二基板14靠近第三基板15的一侧，功分器12设置于第三基板15远离第二基板14的一侧，则Vivaldi振子组阵11和功分器12之间仅间隔一个第三基板15，耦合效果较佳，加大电信号辐射强度。当然，Vivaldi振子组阵11也可设置于第二基板14远离第三基板15的一侧，功分器12设置于第三基板15远离第二基板14的一侧，则Vivaldi振子组阵11和功分器12之间间隔第二基板14和第三基板15，本实施例对Vivaldi振子组阵11和功分器12的设置位置不进行具体限定。
可选的，单极化天线还可以包括：线缆(图7中未示出)；线缆的内导体穿过Vivaldi振子组阵11与功分器12电连接；线缆的外导体与Vivaldi振子组阵11电连接，线缆使得单极化天线形成信号传输通路，实现本发明实施例提供的水平极化的单极化天线，在平行于基板的水平方向上，本实施例提供的单极化天线辐射均匀，全向特性较佳。
当单极化天线仅包括第一基板13时，线缆由第一基板13设置Vivaldi振子组阵11的一侧接入，线缆的外导体直接与Vivaldi振子组阵11中心的金属层电连接，线缆的内导体穿过第一基板13，与第一基板13另一侧的功分器12的输入端口电连接。
当单极化天线包括第二基板14和第三基板15时，线缆由第二基板14远离第三基板15的一侧接入，线缆的外导体穿过第二基板14直接与Vivaldi振子组阵11中心的金属层电连接，线缆的内导体穿过第二基板14和第三基板15，与第三基板15远离第二基板14的一侧的功分器12的输入端口电连接。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种单极化天线，其特征在于，包括：功分器和Vivaldi振子组阵；
所述Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元；
所述功分器包括与所述Vivaldi振子单元一一对应的多个输出端口，所述功分器的输出端口与所述Vivaldi振子单元一一对应耦合连接。
2.根据权利要求1所述的单极化天线，其特征在于，所述单极化天线还包括：第一基板；
所述Vivaldi振子组阵设置于所述第一基板的一侧；
所述功分器设置于所述第一基板远离所述Vivaldi振子组阵的一侧。
3.根据权利要求1所述的单极化天线，其特征在于，所述单极化天线还包括：第二基板和第三基板；所述第二基板和所述第三基板固定连接；
所述Vivaldi振子组阵设置于所述第二基板上；所述功分器设置于所述第三基板上。
4.根据权利要求3所述的单极化天线，其特征在于，
所述Vivaldi振子组阵设置于所述第二基板靠近所述第三基板的一侧；所述功分器设置于所述第三基板远离所述第二基板的一侧。
5.根据权利要求3所述的单极化天线，其特征在于，
所述Vivaldi振子组阵设置于所述第二基板远离所述第三基板的一侧；所述功分器设置于所述第三基板远离所述第二基板的一侧。
6.根据权利要求1所述的单极化天线，其特征在于，所述Vivaldi振子单元包括：刻蚀金属层形成的谐振腔，以及与所述谐振腔连通的辐射区域；
所述辐射区域由指数渐变槽线和矩形槽线围绕而成。
7.根据权利要求6所述的单极化天线，其特征在于，所述谐振腔为圆形、椭圆形或者矩形。
8.根据权利要求6所述的单极化天线，其特征在于，
所述Vivaldi振子单元的矩形槽线上形成有多个矩形波纹槽。
9.根据权利要求1所述的单极化天线，其特征在于，Vivaldi振子单元的个数为8、12或16。
10.根据权利要求1所述的单极化天线，其特征在于，还包括：线缆；
所述线缆的内导体穿过所述Vivaldi振子组阵与所述功分器电连接；
所述线缆的外导体与所述Vivaldi振子组阵电连接。
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