CN110197949A - 一种平面阵天线单元和通信天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种平面阵天线单元和通信天线，其中，平面阵天线单元包括反射板和依次排列在反射板上的第一至第三平面阵列，所述第一至第三平面阵列采用不同的极化方式，每一所述平面阵列均采用2×2谐振式矩形微带阵元，每一所述平面阵列对应连接一根极化馈线。本发明用于地铁移动场景里WiFi稳定高速上网，通过本发明技术方案的实现，能够解决地铁内同频段WiFi和CBTC系统天线干扰问题，提升密集人群WiFi高速接入大宽带车地传输。
Description
技术领域
本发明涉及通信天线技术领域，特别涉及一种平面阵天线单元和通信天 线。
背景技术
轨道无线通信系统是为了保证地铁安全、高密度、高效运营而建设的话 音、数据无线通信系统，相比基于通信的移动闭塞系统(CBTC)，只考虑了 地铁内部的抗干扰问题，未考虑来自地铁外部的干扰，而无线上网(WiFi) 成为时尚，在100km/h的速度下，追求高频率和服务质量的以乘客数据业务为 主体的宽带无线数据通信成为需要解决的关键问题，这迫切需要开发一款多 极化多端口高增益的轨道通信天线。
由于市面上的双极化阵列天线无法满足轨道通信的车地数据传输，无线 信号稳定性差，无法承载多业务模式，特别是人流量大的时候负载大无法满 足车地之前的通信问题。基于以上原因，需要一种增益高，高隔离，多端口， 多极化的天线，同时需要满足轨道高速的车地通信射频性能要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种平面阵天线单元和通信天线。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种平面阵天线单元，包括反射板和依次排列在反射板上的第一至第三 平面阵列，所述第一至第三平面阵列采用不同的极化方式，每一所述平面阵 列均采用2×2谐振式矩形微带阵元，每一所述平面阵列对应连接一根极化馈 线。
优选地，所述第一平面阵列采用水平极化，所述第二平面阵列采用-45° 极化，所述第三平面阵列采用+45°极化。
优选地，所述第二和第三平面阵列之间设有隔离片。
优选地，每相邻的两个阵元之间通过串联同馈的馈电网络连接，每一所 述平面阵列单元还通过并联侧馈的馈电网络进行阻抗匹配。
优选地，所述串联同馈的馈电网络为UT型垂直馈电网络。
优选地，所述并联侧馈的馈电网络为1/4λ阻抗T型馈电网络。
优选地，每一所述阵元为正方形阵元，所述正方形阵元上设有1/4λ的圆 形垫片。
优选地，所述极化馈线包括馈线和馈线端部的馈线母头，所述馈线通过 防水硅胶圈固定在反射板边缘。
优选地，所述反射板采用铝合金材质。
本发明还提供一种通信天线，包括防火PC机壳、底板，以及上述平面阵 天线单元，所述平面阵天线单元固定在底板上，最终封装在防火PC机壳和底 板组成的空间内。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
本发明用于地铁移动场景里WiFi稳定高速上网，通过本发明技术方案的 实现，能够解决地铁内同频段WiFi和CBTC系统天线干扰问题和提升密集人群 WiFi高速接入大宽带车地传输，具体有益效果如下：
1、可以满足多用户、高并发的上网(频段和信道不需要和轨道旁以及车 头车尾的AP一样)。
2、通过多极化进行WiFi无线全方位地覆盖，实现传输信息量大、传输速 度快的车地间双向通信，减少区间敷设电缆及日常维护工作。
3、在高速移动条件下，可实现地铁在无线数据业务可靠有效地提供给乘 客。
4、通过三个天线均匀平面阵单元组合成尺寸小、结构简单的，同时将天 线单元和馈电网络集成在一起节省了装配时间及空间。
附图说明
图1为本发明平面阵天线单元的立体图；
图2为本发明第一/二/三平面阵列的平面图；
图3为本发明通信天线结构爆炸图。
其中，1-防火PC机壳，2-阵列单元层，21-第一平面阵列，22-第二平面阵 列，23-第三平面阵列，24-隔离片，25-阵元，26-1/4λ阻抗T型馈电网络，27-UT 型垂直馈电网络，3-反射板，4-底板，5-馈线母头，6-防水硅胶圈，7-馈线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。
参照图1，本发明提供一种平面阵天线单元，包括反射板3和依次排列在 反射板3上的第一至第三平面阵列21、22、23，所述第一至第三平面阵列21、 22、23采用不同的极化方式，每一所述平面阵列21/22/23均采用2×2谐振式矩 形微带阵元25，每一所述平面阵列21/22/23对应连接一根极化馈线。
所述极化馈线包括馈线7和馈线7端部的馈线母头5，所述馈线7通过防水 硅胶圈6固定在反射板3边缘。
所述反射板3采用铝合金材质。
所述第一平面阵列21采用水平极化，所述第二平面阵列22采用-45°极化， 所述第三平23面阵列采用+45°极化。
所述第二和第三平面阵列22、23之间设有隔离片24。
参照图2，每相邻的两个阵元之间通过串联同馈的馈电网络连接，每一所 述平面阵列单元还通过并联侧馈的馈电网络进行阻抗匹配。
所述串联同馈的馈电网络为UT型垂直馈电网络27。
所述并联侧馈的馈电网络为1/4λ阻抗T型馈电网络26。
每一所述阵元25为正方形阵元，所述正方形阵元上设有1/4λ的圆形垫片。
本发明还提供一种通信天线，包括防火PC机壳1、底板4，以及上述平面 阵天线单元，所述平面阵天线单元固定在底板4上，最终封装在防火PC机壳1 和底板4组成的空间内。
本发明的工作原理为：
通过在铝合金材料的反射板3上做该平面阵天线单元，并对其方向图的水 平波瓣和垂直波瓣及输入驻波比进行了分析和测试，在5150-5350Mhz的工作 频率上，能获得较好的波瓣宽度和增益。
由于阵元25之间的互耦影响和天线馈电系统的影响，平面阵天线单元的 驻波比和理论值有一定的误差，通过引入1/4λ的圆片调整其VSWR。
考虑到由同轴电缆对阵元25的馈电为50Ω，而阵元25的阻抗为100多Ω， 因此需对阵元25进行阻抗匹配。
为节省空间，采用1/4λ阻抗T型馈电网络27和UT型垂直馈电网络26设计 了阻抗匹配网络，进行阻抗变换，以保证各阵元25的馈电电压的等幅同相。
同时由于馈电网络的存在，会产生寄生辐射，也会对该平面阵天线单元 的方向性产生影响，所以采用了三个2×2平面阵列21、22、23组合来实现极 化方式的最优化。
考虑到±45°平面阵列22、23之间的互耦的影响和天线馈电系统的影响， 其隔离度指标无法满足要求(≥30dBm)，于是在第二和第三平面阵列22、23 之间引入了45°隔离片，这样使得其隔离度得到了最优化设计，该设计保持 了微带天线的本身优点，其结构简单，尺寸小，便于加工制作和批量生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构 变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种平面阵天线单元，其特征在于，包括反射板和依次排列在反射板上的第一至第三平面阵列，所述第一至第三平面阵列采用不同的极化方式，每一所述平面阵列均采用2×2谐振式矩形微带阵元，每一所述平面阵列对应连接一根极化馈线。
2.根据权利要求1所述的平面阵天线单元，其特征在于，所述第一平面阵列采用水平极化，所述第二平面阵列采用-45°极化，所述第三平面阵列采用+45°极化。
3.根据权利要求2所述的平面阵天线单元，其特征在于，所述第二和第三平面阵列之间设有隔离片。
4.根据权利要求1所述的平面阵天线单元，其特征在于，每相邻的两个阵元之间通过串联同馈的馈电网络连接，每一所述平面阵列单元还通过并联侧馈的馈电网络进行阻抗匹配。
5.根据权利要求4所述的平面阵天线单元，其特征在于，所述串联同馈的馈电网络为UT型垂直馈电网络。
6.根据权利要求4所述的平面阵天线单元，其特征在于，所述并联侧馈的馈电网络为1/4λ阻抗T型馈电网络。
7.根据权利要求1所述的平面阵天线单元，其特征在于，每一所述阵元为正方形阵元，所述正方形阵元上设有1/4λ的圆形垫片。
8.根据权利要求1所述的平面阵天线单元，其特征在于，所述极化馈线包括馈线和馈线端部的馈线母头，所述馈线通过防水硅胶圈固定在反射板边缘。
9.根据权利要求1所述的平面阵天线单元，其特征在于，所述反射板采用铝合金材质。
10.一种通信天线，其特征在于，包括防火PC机壳、底板，以及权利要求1-9任意一项所述的平面阵天线单元，所述平面阵天线单元固定在底板上，最终封装在防火PC机壳和底板组成的空间内。
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