CN112599970B - 一种双频率复合型引向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双频率复合型引向天线，属于通信天线技术领域，包括有三个绕底座中心线环向等间隔设置的天线单元，该天线单元由两天线组件组成，两天线组件均包括有复合型的螺旋天线结构，其靠近底座中心线的天线组件还设置有折合振子，并通过激励端口对其馈电，使得折合振子与螺旋天线相互耦合，实现天线的双频率功能。本发明的双频率复合型引向天线，其结构简单，方便设置，有效的实现天线双频率功能，以提高通信容量，并具有良好的全向性，同时可以根据实际情况，调整激励端口，对具体方向实施覆盖，可以适用于大多数应用场景，具有较好的应用前景和推广价值。

Description

一种双频率复合型引向天线
技术领域
本发明属于通信天线技术领域，具体涉及一种双频率复合型引向天线。
背景技术
自第一代移动通信系统诞生以来，移动通信发生了多次技术变革，目前第四代移动通信系统已成为主流。它集第三代系统和无线局域网于一体，其显著特点是智能、个性、多元等。
然而随着无线局域网的快速普及，使用者人数急剧增长，对通信质量和传输速率的要求愈来愈高。当下移动通信系统的容量问题亟待解决，以往的时分复用、频分复用和码分复用等技术已满足不了通信需求。与此同时对天线功能和性能的要求也越来越高，天线智能化已成为技术发展的必然趋势。
移动通信系统中实现智能天线的常见手段为自适应天线，但是自适应天线有求解算法繁杂和硬件复杂度大等缺点，因此越来越多的工程技术人员将目光转向其它方向。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种双频率复合型引向天线，其具有双频率的特点，提高通信容量，并能满足全方位覆盖的需要，同时，其结构简单，成本低廉，易于大规模推广。
为实现上述目的，本发明提供一种双频率复合型引向天线，包括接地板，其特征在于，还包括多个间隔设置在所述接地板上的天线单元；
所述天线单元包括间隔设置的两个天线组件；
所述天线组件包括中线重合设置的第一天线和第二天线，两天线的底部分别设置在所述接地板的顶面，并呈螺旋形式向上延伸；同时，所述第一天线的螺旋半径大于所述第二天线的螺旋半径，并使得两天线在所述接地板顶面上的投影为两个同心圆；且
对应靠近所述接地板中线位置的天线组件设置有折合振子，并在所述接地板的顶面上对应该折合振子的一端设置有激励端口；所述折合振子呈“门形”结构，其跨设在两天线的上方，其一端连接在所述激励端口上，另一端连接在所述接地板的顶面。
作为本发明的进一步改进，天线组件所述折合振子所处平面与两所述天线组件中线所处平面垂直。
作为本发明的进一步改进，所述天线单元为间隔设置于接地板上的三个。
作为本发明的进一步改进，所述天线单元中两天线组件的中线与所述接地板的中线共面，形成一个虚拟面，即三个虚拟面在所述接地板中线处相交并互呈120°。
作为本发明的进一步改进，相邻两所述天线单元以过所述接地板中线的平面对称设置。
作为本发明的进一步改进，各所述激励端口可独立运作、部分同步运作或者全部同步运作。
上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明的双频率复合型引向天线，其通过将“门形”结构的折合振子与复合型的螺旋结构天线相组合，利用激励端口对折合振子进行馈电，使得折合振子成为辐射器，并与螺旋结构天线相耦合，实现天线的双频段功能，增加通信容量；
(2)本发明的双频率复合型引向天线，其通过将三个天线单元绕底座中心线环向间隔120°设置，且三个天线单元结构相同，使该天线可以全方位覆盖，具有很好的全向性，同时不需要设置隔离板也能得到较好的增益；
(3)本发明的双频率复合型引向天线，其通过激励端口对折合振子进行馈电，激励端口之间是相互独立的，可以根据实际需求对相应方向上的折合振子馈电，使其在该方向上获得最大增益或者在全部端口同步激励的情况下实现较好的全向性。
附图说明
图1是本发明实施例中双频率复合型引向天线的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中双频率复合型引向天线的整体结构俯视图；
图3是本发明实施例中双频率复合型引向天线的单个天线单元结构示意图；
图4是本发明实施例中双频率复合型引向天线的第一天线组件结构俯视图；
图5是本发明实施例中双频率复合型引向天线的第二天线组件结构俯视图；
图6是本发明实施例中双频率复合型引向天线在不同结构组合下的反射系数变化图；
图7是本发明实施例中双频率复合型引向天线在单端口、双端口和三端口激励下的反射系数变化图；
图8是本发明实施例中双频率复合型引向天线在单端口、双端口和三端口激励下的增益变化图；
图9是本发明实施例中双频率复合型引向天线在单端口、双端口和三端口激励下的水平面方向图；
图10是本发明实施例中双频率复合型引向天线在单端口、双端口和三端口激励下的垂直面方向图；
图11是本发明实施例中双频率复合型引向天线在不同天线单元数量时天线的反射系数变化图；
图12是本发明实施例中双频率复合型引向天线在不同天线单元数量时天线的增益变化图；
图13是本发明实施例中双频率复合型引向天线在不同天线单元数量时天线的水平面方向图；
图14是本发明实施例中双频率复合型引向天线在不同天线单元数量时天线的垂直面方向图；
图15是本发明实施例中双频率复合型引向天线在有无隔离结构时的反射系数变化图；
图16是本发明实施例中双频率复合型引向天线在有无隔离结构时的增益变化图；
图17是本发明实施例中双频率复合型引向天线在有无隔离结构下天线的水平面方向图；
图18是本发明实施例中双频率复合型引向天线在有无隔离结构下天线的垂直面方向图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
1、底座；2、第一天线组件；3、第二天线组件；
201、第一天线；202、第二天线；203、折合振子；301、第三天线；302、第四天线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例：
本发明优选实施例中的双频率复合型引向天线如图1～5中所示。其包括底座1、以及设置在底座1上的三个天线单元，每个天线单元由第一天线组件2、第二天线组件3组成。
具体地，优选实施例中的第一天线组件2和第二天线组件3的底部分别设置在同一个水平面上，进一步优选设置在一个水平设置的底座1上。进一步地，三个天线单元绕底座1的中心线环向间隔设置，优选地，相邻两天线单元之间的间隔角度相等，即相邻两天线单元的中线与底座1中心线连线的夹角为120°。
进一步地，优选实施例中的天线单元包括第一天线组件2和第二天线组件3，两天线组件的中线与底座1的中心线共平面设置，记上述平面为一个虚拟面，即在底座1的上方形成有三个互成120°的虚拟面，且各天线单元中两天线组件的中线分别处于对应的虚拟面内。
进一步地，优选实施例中的第一天线组件2包括第一天线201、第二天线202和折合振子203。其中，两天线的底部分别设置在底座1的接地板上，并呈螺旋形式向上延伸，且两天线的中线相互重合；同时，第一天线201的螺旋半径大于第二天线202的螺旋半径，使得两天线在底座1顶面上的投影为两个同心圆形式，如图4中所示。
进一步地，第一天线组件2还包括呈“门形”结构的折合振子203，该折合振子203的中线与两天线的中线重合，并跨设在两天线的上方，即折合振子203的两端底部分别固定在对应虚拟面两侧的底座1顶面上，其折合振子203的一端与激励端口相连接，另一端则设置在底座1的接地板上。优选地，折合振子203所处平面与该第一天线组件2设置的虚拟面垂直。
进一步地，第二天线组件3设置在第一天线组件2背离底座1中心线的一侧，其第二天线组件3包括第三天线301和第四天线302。其中，第三天线301、第四天线302分别与第一天线201、第二天线202的结构完全相同，即两天线的底部分别设置在底座1的接地板上，并呈螺旋形式向上延伸，且两天线的中线相互重合；同时，第三天线301的螺旋半径大于第四天线302的螺旋半径，使得两天线在底座1顶面上的投影为两个同心圆形式，如图5中所示。
进一步地，螺旋天线中的一圈即为从螺旋天线与接地板连接的一点延伸至该点的正上方的一段，通过调节螺旋天线的圈数，实现对天线工作频率的调节，进一步优选地，两天线组件中心线之间的距离等于第一天线组件2中心线与底座1中心线的距离，通过这样的设置，控制天线之间的相互影响，实现天线的最优工作状态。
通过将第二天线组件3与第一天线组件2构成了一个天线单元，在该天线单元中，折合振子203在天线单元中起到辐射器的作用，两复合型螺旋天线结构为寄生单元，如图6中所示，折合振子203与复合螺旋天线的组合可以产生双频段，因此，本申请通过折合振子203与螺旋天线间的耦合，实现天线单元的双频段功能，增加通信系统运行时的容量。
进一步地，本申请提出的一种双频率复合型引向天线，包括有三个结构相同的天线单元绕底座1的中心线环向等间隔设置，以实现天线的全方位覆盖，同时，三个天线单元中的折合振子分别对应连接三激励端口，各激励端口独立运作、部分同步运作或者全部同步运作，通过对复合型引向天线在单端口、双端口和三端口激励的三种情况下进行仿真，得到结果如图7-10所示，三种情况下均至少有三个谐振频点，都具有多频段特点。其中双端口激励时可用频带最宽，反射系数在-10dB以下的频宽为0.26GHz。三端口激励时可用频宽最窄，为0.12GHz，总体来看，此时双端口激励下的反射系数特性较好；以及在三端口激励的情况下，其增益相对较低，但全向性较好。因此，在具体情况下，本申请可以对相应的天线单元中的折合振子203进行馈电作用，实现其各个方向上的运作，并均能实现双频率功效。
进一步地，该引向天线在实际设置时还可以设置为四个天线单元绕底座中心线环向间隔设置的形式(记为“四元结构”)，其与上述三个天线单元间隔设置形式下(记为“三元结构”)的引向天线相比，其仿真结果如图11～14所示。
可以看出：三元结构比四元结构在谐振点处反射系数更小，频带特性好，-10dB带宽更宽，具有双频段效果；同时，在2.4GHZ(即常用的频率)附近，两者的增益保持稳定，且三元结构的增益要优于四元结构。同时，两者的水平方向性都较好，垂直面方向图主瓣相差不大，四元结构较三元结构副瓣上翘角度较大。因此，在满足基本的双频段、方向性的需求下，采用三元结构，即将三个天线单元绕底座1的中心线环向间隔角度120°设置，还具有结构简单，减少成本等适用于大规模生产的特性，而对垂直面方向有较大需求的，可以采用四元结构。
进一步地，对于常规引向天线而言，其相邻两天线单元之间设置有隔离板，以使得天线具备更好的辐射特性，因此，通过对有无隔离结构下的天线进行仿真，得到的结果如图15-18所示，从图15可以看到增加隔离结构，谐振频率近似不变仍为2.35GHz和2.5GHz，反射系数在-10dB以下的频段却大幅度减少，分析可知隔离结构并没有改善天线频率特性，可用频段反而减小；并且，从图16可以看到，在2.4GHz附近，有隔离结构的天线增益曲线发生一定波动，时有陡降的现象，以及从图17-18可以看出，增加了隔离结构后，副瓣数量增加，方向性变差，可知隔离结构并没有改善水平面辐射特性；垂直面方向上增益总体变小，副瓣增大，天线性能变差。通过对有无隔离结构天线进行对比，发现隔离结构并没有起到改善天线性能的作用，反而使可用频段变窄，增大了副瓣和减小了增益，因此，本申请所提出的引向天线是不需要隔离板的，进一步节省了成本。
本发明中的双频率复合型引向天线，其中的天线单元包括“门形”结构的折合振子和复合的螺旋结构的天线，这样的组合使其具有双频率的功效，大大提高通信容量，同时将三个天线单元绕底座中心线环向间隔120°设置，通过这样的设置，实现天线的全方向覆盖，另外这样的组合并不需要设置隔离板以及更多的天线单元，使其结构简单，减少成本。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种双频率复合型引向天线，包括接地板，其特征在于，还包括多个间隔设置在所述接地板上的天线单元；
所述天线单元包括间隔设置的两个天线组件；
所述天线组件包括中线重合设置的第一天线和第二天线，两天线的底部分别设置在所述接地板的顶面，并呈螺旋形式向上延伸；同时，所述第一天线的螺旋半径大于所述第二天线的螺旋半径，并使得两天线在所述接地板顶面上的投影为两个同心圆；且
对应靠近所述接地板中线位置的天线组件设置有折合振子，并在所述接地板的顶面上对应该折合振子的一端设置有激励端口；所述折合振子呈“门形”结构，其跨设在两天线的上方，其一端连接在所述激励端口上，另一端连接在所述接地板的顶面；
天线组件所述折合振子所处平面与两所述天线组件中线所处平面垂直；
所述天线单元为间隔设置于接地板上的三个，所述天线单元中两天线组件的中线与所述接地板的中线共面，形成一个虚拟面，即三个虚拟面在所述接地板中线处相交并互呈120°，相邻两所述天线单元以过所述接地板中线的平面对称设置。
2.根据权利要求1所述的双频率复合型引向天线，其中，各所述激励端口可独立运作、部分同步运作或者全部同步运作。
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