CN111463568A - 一种120°扇区双极化宽频带高增益天线 - Google Patents

一种120°扇区双极化宽频带高增益天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，包括双极化微带振子阵列、馈电微带线路板、反射底板和天线外罩等。双极化微带振子按一定顺序排列成一直线阵列，并分别连接到馈电微带线路板上，馈电微带线路板固定在反射底板上，然后套入本发明的天线外罩。本发明的天线性能十分优越：具120°扇区精确覆盖(精确到±5°)、双极化(±45°)、宽频带(如4.9～6.4GHz频带宽26.5％)、高增益(全频带内G≥17dBi)、具电下倾角1～10°；全模块加工工艺精度高、成本低，便于批量生产和快捷安装；天线抗风、防腐、防水，可经久耐用。

Description

一种120°扇区双极化宽频带高增益天线
技术领域
本发明涉及移动通信和无线传输技术领域，更具体的说是涉及一种120°扇区双极化宽频带高增益天线。
背景技术
信息化时代的到来，超高速、超宽频带的5G网络技术，正在改变人们的生产和生活方式，哪里有人类活动的踪迹，哪里就需要快速传输的无线信息网络保障。然而，至今诸多的120°扇区天线还只能覆盖100°～108°扇区面，与要求120°±5°的精确覆盖相差甚远，而且甚缺双极化、宽频带、高增益120°扇区天线。存在这些问题和缺陷主要原因还是技术问题，这问题虽早已提出，但终究未获得解决。
因此，如何提供一种120°扇区双极化宽频带高增益天线是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，在造型上罩面设计为圆弧形，起到抑制副瓣的作用；罩面两侧设有滑槽组装边。天线外罩材料以塑料为主，渗入了一些其他成分，使外罩具有抗老化、抗腐蚀、经久耐用的特点。同时天线外罩还采取了防水、防渗漏措施。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，包括：双极化微带振子、馈电微带线路板和反射壳体；所述双极化微带振子顺序排列成双极化微带振子阵列，并连接到所述馈电微带线路板上，所述馈电微带线路板固定在所述反射壳体内；所述双极化微带振子由极化正交的两个T型单极化振子相互垂直并交合组成。
优选的，在上述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线中，所述T型单极化振子刻制在聚四氟乙烯双面敷铜板上，一面刻制半波振子，另一面刻制阻抗匹配器。
进一步，本发明的双极化微带振子阵列，采用半波振子形状，每个T型单极化振子的尺寸包括其长度、宽度及离地高度等尺寸，由所设计的工作频段来确定。为实现双极化，用两个单极化微带振子作相互垂直且交合为一体；根据天线增益的要求，确定双极化微带振子的数目，并把所有双极化微带振子排成一直线阵列，振子间距离取0.75个波长。
优选的，在上述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线中，所述馈电微带线路板的材料是聚四氟乙烯双面敷铜板，所述聚四氟乙烯双面敷铜板的一面刻制馈电网络，另一面接地。
优选的，在上述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线中，所述馈电网络包括馈电微带线路及阻抗匹配器；所述微带线路的长度、宽度、走向及阻抗匹配器的尺寸均由天馈线仿真确定。
优选的，在上述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线中，所述反射壳体包括反射底板和天线外罩；所述馈电微带线路板固定在所述反射底板上，所述反射底板与所述天线外罩套接。
优选的，在上述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线中，所述反射底板由金属材料成型，所述反射底板两侧设置有安装滑槽、反射边A和反射边B。
优选的，在上述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线中，所述天线外罩包括圆弧顶和滑槽组装边。
优选的，在上述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线中，所述反射底板的长宽尺寸和反射边A、反射边B的尺寸均由天馈线仿真确定。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，在造型上罩面设计为圆弧形，起到抑制副瓣的作用；罩面两侧设有滑槽组装边，方便与反射底板组装。天线外罩材料以塑料为主，渗入了一些其他成分，使外罩具有抗老化、抗腐蚀、经久耐用的特点。同时天线外罩还采取了防水、防渗漏措施。
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，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1本发明的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线的安装示图。
图2(a)本发明的双极化微带振子阵列结构示图。
图2(b)本发明的T型单极化振子A、T型单极化振子结构示图。
图2(c)本发明的双极化微带振子垂直交合图。
图3本发明的双极化微带线路板结构示图。
图4本发明的反射底板结构示图。
图5本发明的天线外罩结构示图。
图6本发明的实施方式两端口VSWR测试结果图。
图7本发明的实施方式两端口垂直波束测试结果图。
图8本发明的实施方式两端口水平波束测试结果图。
图9本发明的实施方式两端口增益测试结果图。
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。
本发明实施例公开了一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，在造型上罩面设计为圆弧形，起到抑制副瓣的作用；罩面两侧设有滑槽组装边，方便与反射底板组装。天线外罩材料以塑料为主，渗入了一些其他成分，使外罩具有抗老化、抗腐蚀、经久耐用的特点。同时天线外罩还采取了防水、防渗漏措施。
为了实现双极化、宽频带、高增益、120°±5°扇区精确覆盖，本发明以5.8GHz频段为例，结合附图说明，进一步阐述一种120°扇区双极化宽频带高增益天线的开发实施过程。
一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，包括：双极化微带振子1、馈电微带线路板2和反射底板；双极化微带振子1顺序排列成双极化微带振子阵列，并连接到馈电微带线路板2上，馈电微带线路板2固定在反射底板内；双极化微带振子1由极化正交的T型单极化振子A、T型单极化振子B相互垂直并交合组成。
由图2可见，本发明采用的T型单极化振子11，刻制在厚0.5mm聚四氟乙烯双面敷铜板上。T型单极化振子11的尺寸被天馈线仿真优化为：T型单极化振子11长L2＝0.528λ0＝27.4mm(λ0——中心频率的波长，下同)，振子宽度W2＝0.138λ0＝7mm，振子离地高度h1＝0.371λ0＝19.0mm。T型单极化振子11的阻抗匹配器刻在T型单极化振子11背面。为了实现双极化，把两T型振子A、T型单极化振子B做成互相垂直并交合为一体，其中一振子极化+45°，另一振子极化-45°。本发明所用这种微带振子既实现了双极化又获得了4.9～6.4GHz频带宽度。
为了提高天线增益，可用数个双极化微带振子1排成一直线阵列。如图3所示，本发明用16个双极化微带振子1以一定的间距排列直线阵，安装在厚0.5mm聚四氟乙烯馈电微带线路板2上。馈电微带线路板2正面的各种微带线长度、宽度、走向以及各种阻抗匹配器的尺寸，均经天馈线仿真优化，最后确定的尺寸如下：馈电微带线路板2总长L1＝11.8λ0＝600mm，馈电微带线路板2宽W1＝0.9λ0＝46mm，双极化微带振子1间距r＝0.741λ0＝38mm。本发明的这一案例天线增益高达G≥17dBi。
如图4所示，本发明天线的反射底板31由金属材料成型，所述反射底板两侧设置有安装滑槽312、反射边A313和反射边B314。反射底板31的两侧斜边311、安装滑槽312和反射边A313和反射边B314，是为了扩展水平波束并精确控制120°±5°扇区覆盖而设计的。为了精确达到制120°±5°扇区均匀覆盖，反射底板31的具体形状和尺寸如下：反射底板31总长L4＝12.7λ0＝650mm，反射底板31宽W4＝3λ0＝154mm，反射边A313距中轴线W5＝0.91λ0＝47amm，高度h2＝0.23λ0＝11.5mm,反射边B314距中轴线W6＝1.02λ0＝53.3mm，高度h3＝0.2λ0＝10.3mm。两侧斜边夹角X°＝140λ0＝72°本发明依靠这种形状和尺寸研发的结果，实现了120°±5°扇区的精确覆盖。
如图5所示，本发明的天线外罩32结构独特之处，天线面罩呈R＝6.36λ0＝330mm圆弧形，安装滑槽312与滑槽组装边322滑动连接，将天线外罩与反射底板固定。这圆弧顶321起到抑制天线副瓣的作用，天线外罩32总长L5＝12.7λ0＝650mm，宽W5＝3λ0＝154mm，厚D＝0.6λ0＝13.5mm。材料以塑料为主，渗入一些其他成分注塑而成，这样的外罩不但改善了天线辐射性能，还增强了抗风、抗老化、抗腐蚀能力，使天线可经久耐用。
把排列成直线阵列的16个双极化微带振子1接到馈电微带线路板2上，馈电微带线路板2固定在反射底板31上，并套入天线外罩32，即是本发明的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线。
图6～图9示出了本实施方式的天线在天线测试平台上得到的实测结果。图6表示4.9～6.4GHz频段两端口的电压驻波比VSWR≤1.8；图7～图8表示4.9～6.4GHz频段两端口的垂直、水平方向波束图，由图可见垂直波束HPBWV均是4.2°±0.2°，水平波束HPBWH均在120°±5°(即表示精确覆盖120°扇区面)。图9示出了4.9～6.4GHz频段内天线增益G≥17dBi。由以上测试结果可见，各项电性指标都达到了预设要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，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特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，其特征在于，包括：双极化微带振子、馈电微带线路板和反射壳体；所述双极化微带振子顺序排列成双极化微带振子阵列，并连接到所述馈电微带线路板上，所述馈电微带线路板固定在所述反射壳体内；所述双极化微带振子由极化正交的两个T型单极化振子相互垂直并交合组成。
2.根据权利要求1所述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，其特征在于，所述T型单极化振子刻制在聚四氟乙烯双面敷铜板上，一面刻制半波振子，另一面刻制阻抗匹配器。
3.根据权利要求1所述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，其特征在于，所述馈电微带线路板的材料是聚四氟乙烯双面敷铜板，所述聚四氟乙烯双面敷铜板的一面刻制馈电网络，另一面接地。
4.根据权利要求3所述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，其特征在于，所述馈电网络包括馈电微带线路及阻抗匹配器；所述微带线路的长度、宽度、走向及阻抗匹配器的尺寸均由天馈线仿真确定。
5.根据权利要求1所述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，其特征在于，所述反射壳体包括反射底板和天线外罩；所述馈电微带线路板固定在所述反射底板上，所述反射底板与所述天线外罩套接。
6.根据权利要求5所述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，其特征在于，所述反射底板由金属材料成型，所述反射底板两侧设置有安装滑槽、反射边A和反射边B。
7.根据权利要求6所述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，其特征在于，所述天线外罩包括圆弧顶和滑槽组装边。
8.根据权利要求6所述的一种120°扇区双极化宽频带高增益天线，其特征在于，所述反射底板的长宽和反射边A、反射边B的尺寸均由天馈线仿真确定。
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