CN110416714A - 一种非对称偶极子广播电视多媒体发射天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，包括辐射部件、馈电部件。辐射部件包括设于反射板上的至少两组辐射组件，辐射组件包括一对中心对称设置的辐射单元，每个辐射单元包括两个相互垂直的发射端。馈电部件包括连接每组辐射组件的第一功分电路，以及连接每组辐射组件中的辐射单元的第二功分电路。第二功分电路均与第一功分电路连接，第一功分电路采用馈线与电信号源连接。本发明提供的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，采用硬同轴线作为馈电电路的传输线，同时也作为信号辐射部件的支撑结构，能够使传输线与辐射单元之间的阻抗匹配，从而降低驻波比，使得馈电部件能够承受大功率信号，保护信源设备。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是，涉及一种非对称偶极子广播电视多媒体发射天线。
背景技术
电台或电视台通过运用稳定的传播信号，利用短波射频信号完成发射传播，经过内部处理后，再利用电磁波的方式完成二次发射，由终端接受设备对接受的信号进行处理，进而为用户呈现视频、声音及图像等。目前，广播电视天线多采用水平极化或垂直极化方式发射，覆盖效果不甚理想，存在用户接受不到信号，或信号不稳定的情况。而圆极化天线发射的信号具有，在与传播方向垂直的平面内各个方向信号均布的特性，信号传输和覆盖都较为稳定。
现有一种差分馈电圆极化天线，其采用蚀刻在介质基板上的馈电结构给设置在介质基本上的辐射单元馈电，通过弯折的辐射单元发射圆极化的电磁波，实现基站的信号收发功能。而降低了天线阵列的体积，使其能够满足移动通信的需求
但是在广播电视天线中，通常工作功率为几千瓦，而基站的天线功率远小于广播电视电线。由于天线中不可避免的会产生反射，反射波信号会回到信号源设备上。若直接将基站天线应用于广播电视信号发射，由于使用频段不同，会造成很强的反射，功率增大后的反射波信号功率也随之增大，会直接烧毁印刷电路板形式的馈电网络或信号源。因此采用阵列式的天线发射大功率信号时，还需要根据所使用频段的不同解决馈电系统与发射单元之间阻抗匹配问题，降低驻波比，以保护馈电系统和信源。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的差分馈电圆极化天线应用于大功率广播电视信号发送时，由于天线反射波较大以及功率容量有限，易损坏天线本身及信源的缺陷，从而提供一种驻波比较小能够适用于大功率发射的非对称偶极子广播电视多媒体圆极化发射天线。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：1.一种非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，包括，
辐射部件，包括至少两组辐射组件，所述辐射组件包括一对中心对称设置的辐射单元，每个所述辐射单元包括两个相互垂直的辐射端；
馈电部件，包括连接每组所述辐射组件的第一功分电路，以及连接每组所述辐射组件中的辐射单元的第二功分电路；所述第二功分电路均与所述第一功分电路连接，所述第一功分电路采用馈线与电信号源连接。
作为本发明所述非对称偶极子广播电视多媒体发射天线的一种优选方案，其中：所述第一功分电路具有第一分流点，所述电信号源从所述第一分流点接入。
作为本发明所述非对称偶极子广播电视多媒体发射天线的一种优选方案，其中：所述第一功分电路具有第一输出端，对称分布于所述第一分流点两侧，所述辐射组件分别连接所述第一输出端。
作为本发明所述非对称偶极子广播电视多媒体发射天线的一种优选方案，其中：所述第一功分电路使用硬同轴线作为馈线，所述第一分流点位于所述硬同轴线中点处。
作为本发明所述非对称偶极子广播电视多媒体发射天线的一种优选方案，其中：所述第一功分电路采用一段方形硬同轴线，其具有平整的顶面，用于安装所述辐射组件。
作为本发明所述非对称偶极子广播电视多媒体发射天线的一种优选方案，其中：所述第一输出端上连接有同轴巴伦，所述第二功分电路连接在所述同轴巴伦顶端。
作为本发明所述非对称偶极子广播电视多媒体发射天线的一种优选方案，其中：所述第二功分电路中点处设有第二分流点，所述第二分流点与所述第一输出端连接；所述第二功分电路的两端具有第二馈电端，分别连接所述辐射单元。
作为本发明所述非对称偶极子广播电视多媒体发射天线的一种优选方案，其中：所述第二馈电端位于所述辐射单元非中点处，将所述辐射单元分为第一发射端和第二发射端，所述第一发射端长度小于第二发射端。
作为本发明所述非对称偶极子广播电视多媒体发射天线的一种优选方案，其中：所述辐射单元为板状发射片，所述第一发射端与所述第二发射端分别从所述第二馈电端弯折，使得第一发射端与所述第二发射端在同一平面内正交。
作为本发明所述非对称偶极子广播电视多媒体发射天线的一种优选方案，其中：所述第二功分电路为板状馈电线，且包括两条平行的所述板状馈电线，在所述第二分流点处利用连接片连接。
本发明的有益效果：本发明提供的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，采用硬同轴线作为馈电电路的传输线，同时也作为信号辐射部件的支撑结构，能够使传输线与辐射单元之间的阻抗匹配，从而降低驻波比，使得馈电部件能够承受大功率信号，保护信源设备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为非对称偶极子广播电视多媒体圆极化天线立体示意图；
图2为电路原理结构示意图；
图3为非对称偶极子广播电视多媒体圆极化天线底面示意图
图4为第一功分电路示意图；
图5为同轴巴伦与第二功分电连接结构示意图；
图6为辐射组件的平面示意图；
图7为辐射组件另一种步骤方式结构示意图；
图8为非对称偶极子广播电视多媒体圆极化天线各个方向的波形示意图；
图9为非对称偶极子广播电视多媒体圆极化天线整体外观示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
本实施例提供了一种非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其结构如图1所示，包括反射板100、辐射部件200、馈电部件300。反射板100具有平整的反射面110，用于反射电磁波信号。辐射部件200包括设于反射板100上的至少两组辐射组件210，辐射组件210包括一对中心对称设置的辐射单元220，每个辐射单元220包括两个相互垂直的发射端。馈电部件300包括连接每组辐射组件210的第一功分电路310，以及连接每组辐射组件210中的辐射单元220的第二功分电路320。第二功分电路320均与第一功分电路310连接，第一功分电路310采用馈线与电信号源连接。作为优选的实施方式，本实施例中使用硬同轴线作为馈线。
如图2所示，从电信号源发出的电信号，进过第一功分电路310分流后发送至两个第二功分电路320上，第二功分电路320再将同一电信号分配至辐射组件210中的两个辐射单元220上，每个辐射单元220具有两个相互垂直的发射端，将经过馈电部件300传输过来的电信号转化成相位差为90度的电磁波。同时由于每组辐射组件210具有两个中心对称布置的辐射单元220，因此每个辐射组件210内的发射端与相邻的发射端的发出的电磁波信号相位差均为90度，且每个电磁波的电场矢量幅度相等，从而叠加后的电磁波形成了圆极化的电磁波。
利用该非对称偶极子(即辐射单元220)的天线，可以在仅设置一条馈线和一个电信号源接入口的情况下，对电信号等额地实施两级分流，并最终使得两组辐射组件210同时产生圆极化的电磁波，极大简化了馈电部件300的结构，在电信号源输入单一电信号即可获得圆极化的电磁波。同时，第一功分电路310采用硬同轴线作为馈线，在能够承受较大功率的电信号源发出的电信号的同时，实现良好的阻抗匹配，降低天线的驻波比，减小因驻波产生的反射功率，以保护电信号源。由于馈电部件300均采用的硬同轴线，可以通过计算选择最佳规格的同轴线，用于将电信号源和辐射单元220的阻抗进行匹配，以降低馈电部件300中的驻波比。利用硬同轴线提供了更多的阻抗调节空间，使得其在大功率工作环境下，能够承受更大的反射功率。
实施例2
本实施例提供了一种非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其结构如图1所示，包括反射板100、辐射部件200、馈电部件300。反射板100具有平整的反射面110，用于反射电磁波信号。辐射部件200包括设于反射板100上的至少两组辐射组件210，辐射组件210包括一对中心对称设置的辐射单元220，每个辐射单元220包括两个相互垂直的发射端。馈电部件300包括连接每组辐射组件210的第一功分电路310，以及连接每组辐射组件210中的辐射单元220的第二功分电路320。第二功分电路320均与第一功分电路310连接，第一功分电路310采用馈线与电信号源连接。作为优选的实施方式，本实施例中使用硬同轴线作为馈线。
如图4所示，本实施例中的第一功分电路310具有第一分流点311，电信号源从第一分流点311接入。如图3所示，本实施例中的电信号源与第一分流点311连接的馈电接口330进入，馈电接口330位于反射板100的底面。
如图4所示，本实施例中的第一功分电路310具有第一输出端312，对称分布于所述第一分流点311两侧，所述辐射组件210分别连接所述第一输出端312。具体的，第一功分电路310使用一条方形硬同轴线313作为馈线，第一分流点311位于硬同轴线的中点处。方形硬同轴线313具有平整的底面和顶面313a。底面和反射面110贴合，并利用螺栓将两端固定。顶面313a与反射面110平行，用于安装辐射组件210。
方形硬同轴线313具有内导体315和外导体316，内导体315为铜棒，外导体316为中空的方形管，顶面313a和底面分别为外导体316的外壁。内导体315通过聚四氟乙烯支持架同轴设置在外导体316中。内导体315与外导体316之间具有空隙。由于高频电流时产生的趋肤效应，电流在内导体315外壁与外导体316内壁上传导。在第一分流点311处，外导体316开设有出口连接馈电结构，内导体315中第一分流点311引出一部分导体与馈电接口330连接。当电信号到达第一分流点311后，由于第一分流点311在硬同轴线的中点出，因此电信号被分成等幅的两份分别向两端的第一输出端312传输。此时硬同轴线中的阻抗也被均匀分配，便于整体的阻抗匹配。
如图4和图5所示，本实施中的第一输出端312处设置了同轴巴伦314连接第二功分电路320。同轴巴伦314为圆形硬同轴管。同轴巴伦314的的轴向垂直于顶面313a固定连接在方形硬同轴线313上。同轴巴伦314同样具有内导体315和外导体316，分别和第一功分电路310的方形硬同轴线313的内导体315和外导体316连接。
设置同轴巴伦314能够更好地进行整体阻抗匹配和信号平衡，同时还能作为辐射组件210的支撑件，避免了现有技术中当使用印刷电路板作为馈电电路后还需要的单独设置支撑件的情况发生，简化了天线整体的结构，使得同轴巴伦314兼具阻抗匹配和支撑结构的作用。良好地适应了广播电视多媒体发射天线大功率的工作状况。
如图5和图6所示，本实施例中的第二功分电路320设置在同轴巴伦314的顶端，与同轴巴伦314的外导体316连接，向辐射组件210传输电信号。如图6所示，第二功分电路320中点处设有第二分流点321，第二分流点321与第一输出端312电气连接；第二功分电路320的两端具有第二馈电端322，分别连接辐射单元220。
具体的，如图6所示，本实施例中的第二功分电路320中的第二馈电端322位于辐射单元220的非中点处，将辐射单元220分为第一发射端221和第二发射端222，第一发射端221长度小于第二发射端222。
为了在第二分流点321出将分流后的电信号同时传输至辐射单元220的两个发射端，本实施例中的同轴巴伦314由两根平行的圆形同轴线组成，其中一根圆形硬同轴线的内导体315与第一功分电路310的内导体315连接后，进过顶端的连接片324跳接至另一根圆形硬同轴线的内导体315上。而第二个圆形硬同轴线的内导体315不与第一分流点311的内导体315连接，从而实现了在第二分流点321的电信号分流传输。
如图5和图6所示，本实施例中的第二功分电路320为板状馈电线323，且具有两个平行的板状馈电线323。第二分流点321位于板状馈电线323的中点处，连接片324连接两个板状馈电线323。
本实施例中的第一功分电路310、第二功分电路320对辐射单元220与电信号源兼起阻抗匹配作用。例如，辐射单元220的输入阻抗约为200欧，第二功分电路320的板状馈电线323的特性阻抗取200欧，两个辐射单元220的阻抗通过板线并联成100欧，同轴巴伦314与方形硬同轴线313的特性阻抗均取100欧，两路100欧在馈电接口330处并联成50欧，即可与电信号源进行良好匹配。
如图6所示，本实施例中的辐射单元220为板状金属片，所述第一发射端221与所述第二发射端222分别从所述第二馈电端322弯折，使得第一发射端221与所述第二发射端222在同一平面内正交。
具体的，如图6所示，将辐射单元220曲线弯折部分近似为直角弯折，BC为馈电点，取在辐射单元220的1/4位置左右，经NEC电磁仿真软件计算，可近似得出天线辐射单元220上的电流分布情况。在所设计频率的低端，辐射单元220上AB段(即第一发射端221)与EF段(即第二发射端222)的电流相位相差90°，且幅度也近似相等，同时辐射单元220通过弯折使得AB段与EF段在空间上相互正交，所以在低端频率附近通过AB段与EF段产生圆极化波的辐射；同理，在中高端频率附近通过AB段与CD段和CD段与EF段产生圆极化波的辐射。
作为优选的方式的一种，本实施例中的辐射单元220的长度取0.78波长，辐射单元220的板状发射片距离反射板100为0.25波长。经过试验证实，该天线小于3dB的轴比在频率470-860MHz的范围内具有45％的相对带宽，在所设计频段上具有良好的圆极化性能。其各方向的波束形状如图8所示。
如图9所示，本实施例中的反射板100上方还罩设有罩体120，罩体120由玻璃钢材质构成，能够有效保护内部的辐射部件200和馈电部件300。
实施例3
本实施例提供一种非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，如图7所示，其与实施例2中的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线区别在于，本实施例中的辐射组件210的方向相比实施例2中的辐射组件210旋转了90度。相应的，将第一功分电路310向反射板100中轴线的一侧偏移一定距离，并将同轴巴伦314的两个圆形硬同轴线旋转90度，一个圆形硬同轴线连接在第一功分电路310的方形硬同轴线313上，另一个圆形硬同轴线的底部直接连接在反射板100上。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其特征在于：包括，
辐射部件(200)，包括至少两组辐射组件(210)，所述辐射组件(210)包括一对中心对称设置的辐射单元(220)，每个所述辐射单元(220)包括两个相互垂直的发射端；
馈电部件(300)，包括连接每组所述辐射组件(210)的第一功分电路(310)，以及连接每组所述辐射组件(210)中的辐射单元(220)的第二功分电路(320)；所述第二功分电路(320)均与所述第一功分电路(310)连接，所述第一功分电路(310)采用馈线与电信号源连接。
2.根据权利要求1所述的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其特征在于：所述第一功分电路(310)具有第一分流点(311)，所述电信号源从所述第一分流点(311)接入。
3.根据权利要求2所述的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其特征在于：所述第一功分电路(310)具有第一输出端(312)，对称分布于所述第一分流点(311)两侧，所述辐射组件(210)分别连接所述第一输出端(312)。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其特征在于：所述第一功分电路(310)使用硬同轴线作为馈线，所述第一分流点(311)位于所述硬同轴线中点处。
5.根据权利要求4所述的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其特征在于：所述第一功分电路(310)采用一段方形硬同轴线(313)，其具有平整的顶面(313a)，用于安装所述辐射组件(210)。
6.根据权利要求5所述的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其特征在于：所述第一输出端(312)上连接有同轴巴伦(314)，所述第二功分电路(320)连接在所述同轴巴伦(314)顶端。
7.根据权利要求5或6所述的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其特征在于：所述第二功分电路(320)中点处设有第二分流点(321)，所述第二分流点(321)与所述第一输出端(312)连接；所述第二功分电路(320)的两端具有第二馈电端(322)，分别连接所述辐射单元(220)。
8.根据权利要求7所述的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其特征在于：所述第二馈电端(322)位于所述辐射单元(220)非中点处，将所述辐射单元(220)分为第一发射端(221)和第二发射端(222)，所述第一发射端(221)长度小于第二发射端(222)。
9.根据权利要求8所述的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其特征在于：所述辐射单元(220)为板状发射片，所述第一发射端(221)与所述第二发射端(222)分别从所述第二馈电端(322)弯折，使得第一发射端(221)与所述第二发射端(222)在同一平面内正交。
10.根据权要求8或9所述的非对称偶极子广播电视多媒体发射天线，其特征在于：所述第二功分电路(320)为板状馈电线(323)，且包括两条平行的所述板状馈电线(323)，在所述第二分流点处利用连接片(324)连接。
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