CN113871901A - 一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线 - Google Patents

一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线 Download PDF

Info

Publication number
CN113871901A
CN113871901A CN202111108136.0A CN202111108136A CN113871901A CN 113871901 A CN113871901 A CN 113871901A CN 202111108136 A CN202111108136 A CN 202111108136A CN 113871901 A CN113871901 A CN 113871901A
Authority
CN
China
Prior art keywords
oscillator
antenna
linear array
units
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111108136.0A
Other languages
English (en)
Inventor
杨成
申逸飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHINA COAL XI'AN DESIGN ENGINEERING CO LTD
Xi'an Mellon Control Engineering LLC
Original Assignee
CHINA COAL XI'AN DESIGN ENGINEERING CO LTD
Xi'an Mellon Control Engineering LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHINA COAL XI'AN DESIGN ENGINEERING CO LTD, Xi'an Mellon Control Engineering LLC filed Critical CHINA COAL XI'AN DESIGN ENGINEERING CO LTD
Priority to CN202111108136.0A priority Critical patent/CN113871901A/zh
Publication of CN113871901A publication Critical patent/CN113871901A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，包括底板以及通过底板呈十字型固定的四个侧板天线单元，四个侧板天线单元的结构相同，侧板天线单元均包括基板以及印刷在基板上的天线振子，相邻侧板天线单元的基板正交设置，天线振子包括位于基板上表面的第一振子结构和位于基板下表面的第二振子结构，第一振子结构和第二振子结构均由依次连接的若干个振子单元组成，第一振子结构的振子单元包括第一馈电带线以及垂直连接在第一馈电带线上的第一L型辐射臂，第二振子结构的振子单元包括第二馈电带线以及垂直连接在第二馈电带线上的第二L型辐射臂，四个侧板天线单元的第一馈电带线和第二馈电带线连接功率分配器进行馈电。本发明全向辐射特性良好。

Description

一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线。
背景技术
天线作为通信设备传递信号的关键部件，其性能往往依赖于所在通信环境，而不同的无线通信环境对天线的设计要求也不尽相同。天线按照辐射能量的均匀程度也即方向性，可以分类为定向性天线和全向性天线。定向性天线常应用在单点对有限个确定点的环境中，如在公路或近海地带的通信，这些区域要求定向天线在已知的特定方位产生一个或多个主波束，而在其他方向上形成零陷以削弱此方向的辐射(或接收)能力。由于定向性天线可以在特定的具体的方位辐射全部能量，因此其特征是増益较高、通信距离较远且不易被监听。而在单点对任意不确定多点的通信中常选择全向性天线，因为全向性天线能够在方位面内均辐射电磁波，从而实现信号的全方位覆盖。全向天线是指在水平面内实现360°均匀辐射，垂直面内有一定波束宽度的天线。全向天线发射的信号可以被水平面任意方位的接收端接收，同时可接收水平面各个方向的信号。全向天线在通信系统中一般应用于大范围覆盖，点对多点通讯系统中，如广播电视等场合。全向天线的特点是增益较低、通信距离短但覆盖范围很大，可应用在特殊的通信环境中。例如在广播、电视、移动通信基站等需要电磁波信号大范围覆盖的场景中，全向性天线比定向性天线更适用。在近距离无特定目标通信中，如室内WLAN、对讲机系统等通信设备中，全向性天线具有更可靠的优势。另外，全向性天线还普遍应用在路基导航、射频识别、雷达传感器网络及信道检测等工程中。相对于机械扫描天线和相控阵天线，全向天线可自然实现360°全向覆盖，且结构简单，制造成本低。
随着时代的发展，科技日新月异，无线通信技术的发展深入改变着人们的工作和生活，催生人们对更高性能、更快速的移动通信、互联和信息获取技术的执着追求。如第四代移动通信中信息量急剧增加，需要满足语言文字方面的数据传递外，还要求传输高质量的图片、音频及视频，而第五代更是要求具备大数量终端同时接入、超快速网络连接、稳定不间断的通讯和及时而又高品质的多媒体体验，而要达到此目标，要求对信息传输速率、信号频谱利用率以及网络容量都要有非常大的提升。这迫使无线通信系统向宽频带化和全面智能化的目标发展。军事上，基于保密通信的需要，广泛采用跳频扩频技术，同时还要保证大规模数字化的通信数据在高精尖的要求下实现信息快速无线传输，这必然要求系统中天线的带宽也要快速提升。另外，为了满足复杂电磁环境中各设备电磁兼容的需要，要求降低无线电设备上多个系统中的天线间的相互耦合和干扰，而用一个宽带或者超宽带天线适应多种不同的工作环境和覆盖所有的通讯频段是一个可行的方法，这可以大大减少工作环境中天线的数量，减小了系统间的干扰，并达到降低成本和优化系统性能的目的。因此，无论在民用上还是军事上，宽频带全向天线的研究与发展在现代无线通信系统中是一个值得关注的研究课题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，其全向辐射特性良好，并且保持良好工作特性所能够覆盖的频段较宽。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，包括底板以及通过底板呈十字型固定的四个侧板天线单元，四个侧板天线单元的结构相同，侧板天线单元均包括基板以及印刷在基板上的天线振子，相邻侧板天线单元的基板正交设置，天线振子包括位于基板上表面的第一振子结构和位于基板下表面的第二振子结构，第一振子结构和第二振子结构均由依次连接的若干个振子单元组成，第一振子结构的振子单元包括第一馈电带线以及垂直连接在第一馈电带线上的第一L型辐射臂，第二振子结构的振子单元包括第二馈电带线以及垂直连接在第二馈电带线上的第二L型辐射臂，四个侧板天线单元的第一馈电带线和第二馈电带线连接功率分配器进行馈电。
作为本发明的一种优选方案，所述的底板为圆形，底板上呈十字型开设有四个插槽，所述四个侧板天线单元的基板插入安装在底板的插槽上实现十字型固定。
作为本发明的一种优选方案，所述的基板为矩形，沿基板的长边间隔设置多个底板进行支撑。
作为本发明的一种优选方案，所述第一振子结构和第二振子结构的振子单元数量相等。
作为本发明的一种优选方案，所述第一振子结构和第二振子结构的振子单元在基板的上下表面均成对相对布置，且每一对第一L型辐射臂和第二L型辐射臂的朝向相反。
作为本发明的一种优选方案，相邻两个第一L型辐射臂之间或相邻两个第二L型辐射臂之间的距离为33mm。
作为本发明的一种优选方案，所述第二馈电带线的宽度大于第一馈电带线的宽度。
作为本发明的一种优选方案，所述的功率分配器设置在四个侧板天线单元的基板同一侧端部，所述的功率分配器为一分四功率分配器，由一个一分四功率分配器同时为四个侧板天线单元进行馈电。
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：将四个侧板天线单元呈十字型固定，四个侧板天线单元的基板两两正交排列组合成了最终的宽带全向高增益阵列，天线振子包括位于基板上表面的第一振子结构和位于基板下表面的第二振子结构，第一振子结构和第二振子结构均由依次连接的若干个振子单元组成，第一振子结构的振子单元包括第一馈电带线以及垂直连接在第一馈电带线上的第一L型辐射臂，第二振子结构的振子单元包括第二馈电带线以及垂直连接在第二馈电带线上的第二L型辐射臂，该振子单元阵列在整个垂直面上都具有良好的增益，本发明天线的全向辐射特性良好，并且保持良好工作特性所能够覆盖的频段较宽，频带宽度达到了2GHz。本发明天线的结构简单，性能优异，有很好的应用前景。
附图说明
图1本发明实施例第一振子结构的振子单元的结构示意图；
图2本发明实施例第二振子结构的振子单元的结构示意图；
图3本发明实施例全向天线振子单元的S11发生反射系数图；
图4本发明实施例全向天线振子单元第一方向的二维方向图；
图5本发明实施例全向天线振子单元第二方向的二维方向图；
图6本发明实施例基板上表面的第一振子结构示意图；
图7本发明实施例基板下表面的第二振子结构示意图；
图8本发明实施例侧板天线单元的S11发生反射系数图；
图9本发明实施例侧板天线单元第一方向的二维方向图；
图10本发明实施例侧板天线单元第二方向的二维方向图；
图11本发明实施例全向天线3D模型在坐标系下的结构示意图；
图12本发明实施例一分四功率分配器在坐标系下的结构示意图；
图13本发明实施例全向天线第一方向的仿真二维方向图；
图14本发明实施例全向天线第二方向的仿真二维方向图；
图15本发明实施例全向天线仿真S11反射系数图；
图16偶极子原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，包括底板以及通过底板呈十字型固定的四个侧板天线单元2，四个侧板天线单元2的结构相同，侧板天线单元2均包括基板21以及印刷在基板21上的天线振子22。所述的底板为圆形，底板上呈十字型开设有四个插槽，四个侧板天线单元2的基板21插入安装在底板的插槽上实现十字型固定。而所述的基板21为矩形，沿基板21的长边间隔设置多个底板进行支撑。
相邻侧板天线单元2的基板21正交设置，天线振子22包括位于基板21上表面的第一振子结构和位于基板21下表面的第二振子结构，第一振子结构和第二振子结构均由依次连接的若干个振子单元组成，参见图1，第一振子结构的振子单元包括第一馈电带线221以及垂直连接在第一馈电带线221上的第一L型辐射臂222，参见图2，第二振子结构的振子单元包括第二馈电带线223以及垂直连接在第二馈电带线223上的第二L型辐射臂224。对比图1和图2，本实施例中的第二馈电带线223的宽度大于第一馈电带线221的宽度。
图3示出了本发明实施例全向天线振子单元的S11发生反射系数，而图4和图5则分别示出了本发明实施例全向天线振子单元的两个二维方向图；
参见图6和图7，在本实施例中，第一振子结构和第二振子结构的振子单元数量相等。且第一振子结构和第二振子结构的振子单元在基板21的上下表面均成对相对布置，且每一对第一L型辐射臂222和第二L型辐射臂224的朝向相反，如图1和图2所示。相邻两个第一L型辐射臂222之间或相邻两个第二L型辐射臂224之间的距离为33mm。
图8示出了本发明实施例中侧板天线单元的S11发生反射系数，而图9和图10则分别示出了本发明实施例侧板天线单元2的两个二维方向图。四个这样的侧板天线单元2两两正交排列组合成了最终的宽带全向高增益阵列。
图11示出了本发明实施例全向天线在HFSS中的3D仿真模型。
本实施例中，四个侧板天线单元2的第一馈电带线221和第二馈电带线223连接功率分配器1进行馈电四个侧板天线单元2垂直插在底板上，功率分配器1设置在四个侧板天线单元2的基板21同一侧端部，功率分配器1为一分四功率分配器，由一个一分四功率分配器同时为四个侧板天线单元2进行馈电。一分四功率分配器的结构如图12所示。
图13和图14为本发明实施例全向天线两个方向的仿真二维方向图，可以看出，该全向天线在整个垂直面上都具有良好的增益，图15示出了本发明实施例全向天线仿真S11反射系数，从图中可以看出该阵列在5.07GHz到7GHz频段都具有良好的工作特性，也即频带宽度达到了2GHz，而在6.5GHz频率下，该本发明实施例全向天线的S11表现最好，达到了-42dB。
参见图16，对称振子也称偶极子，它由开放结构的传输线演变而来。它由两条等长等粗细的导线构成。其结构简单、应用最为广泛。
对振子表面电流分布的研究，能从理论的角度推导出它的辐射方向特性一般来说，振子臂上的电流分布可以看作是近似正弦分布。若把对称振子安放到Z轴，可以得到上面的电流分布为：
I＝Imsinβ(L-|z|) 0<z<L (1)
式中，Im为波腹电流，β为传播常数，L为振子一臂的长度。馈电后会在两臂激发高频电流，高频电流会在空间各个方向激励起辐射场。因而它在空间中的辐射场分布为：
Figure BDA0003273123890000061
归一化方向函数为：
Figure BDA0003273123890000062
可以看到上式与球坐标分量
Figure BDA0003273123890000065
无关，电场随着俯仰面角度θ变化。
当
Figure BDA0003273123890000063
时，
Figure BDA0003273123890000064
为常数，此时振子在水平面是全向辐射的。
但实际情况下，由于同轴线馈电结构导致电流不平衡的影响，会造成振子两臂上的电流不均衡，天线的性能受到巨大影响，全向辐射特性变差。
本发明针对这一问题，提出的一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，不仅具有结构简单的优点，而且全向辐射特性良好，并且保持良好工作特性所能够覆盖的频段较宽，频带宽度达到了2GHz。本发明天线的性能优异，因此具有很好的应用前景。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，其特征在于：包括底板以及通过底板呈十字型固定的四个侧板天线单元(2)，四个侧板天线单元(2)的结构相同，侧板天线单元(2)均包括基板(21)以及印刷在基板(21)上的天线振子(22)，相邻侧板天线单元(2)的基板(21)正交设置，天线振子(22)包括位于基板(21)上表面的第一振子结构和位于基板(21)下表面的第二振子结构，第一振子结构和第二振子结构均由依次连接的若干个振子单元组成，第一振子结构的振子单元包括第一馈电带线(221)以及垂直连接在第一馈电带线(221)上的第一L型辐射臂(222)，第二振子结构的振子单元包括第二馈电带线(223)以及垂直连接在第二馈电带线(223)上的第二L型辐射臂(224)，四个侧板天线单元(2)的第一馈电带线(221)和第二馈电带线(223)连接功率分配器(1)进行馈电。
2.根据权利要求1所述的基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，其特征在于：所述的底板为圆形，底板上呈十字型开设有四个插槽，所述四个侧板天线单元(2)的基板(21)插入安装在底板的插槽上实现十字型固定。
3.根据权利要求2所述的基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，其特征在于：所述的基板(21)为矩形，沿基板(21)的长边间隔设置多个底板进行支撑。
4.根据权利要求1所述的基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，其特征在于：所述第一振子结构和第二振子结构的振子单元数量相等。
5.根据权利要求4所述的基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，其特征在于：所述第一振子结构和第二振子结构的振子单元在基板(21)的上下表面均成对相对布置，且每一对第一L型辐射臂(222)和第二L型辐射臂(224)的朝向相反。
6.根据权利要求5所述的基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，其特征在于：相邻两个第一L型辐射臂(222)之间或相邻两个第二L型辐射臂(224)之间的距离为33mm。
7.根据权利要求1所述的基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，其特征在于：所述第二馈电带线(223)的宽度大于第一馈电带线(221)的宽度。
8.根据权利要求1所述的基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线，其特征在于：所述的功率分配器(1)设置在四个侧板天线单元(2)的基板(21)同一侧端部，功率分配器(1)为一分四功率分配器，由一个一分四功率分配器同时为四个侧板天线单元(2)进行馈电。
CN202111108136.0A 2021-09-22 2021-09-22 一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线 Pending CN113871901A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111108136.0A CN113871901A (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111108136.0A CN113871901A (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113871901A true CN113871901A (zh) 2021-12-31

Family

ID=78992959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111108136.0A Pending CN113871901A (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113871901A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114899619A (zh) * 2022-06-10 2022-08-12 西安电子科技大学 宽带全向高增益天线阵列

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114899619A (zh) * 2022-06-10 2022-08-12 西安电子科技大学 宽带全向高增益天线阵列

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11973280B2 (en) Antenna element and terminal device
US7889137B2 (en) Antenna structure with antenna radome and method for rising gain thereof
US9935373B2 (en) Self-grounded antenna arrangement
US20120115548A1 (en) Mobile communication base station antenna and mobile communication base station antenna system
WO2021104191A1 (zh) 天线单元及电子设备
Vuong et al. Design and measurement of 3D flexible antenna diversity for ambient RF energy scavenging in indoor scenarios
Semkin et al. Conformal antenna array for millimeter-wave communications: Performance evaluation
CN110085979A (zh) 一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列
CN112117532B (zh) 基于微带天线的紧凑型低耦合三极化回溯阵及三极化mimo天线单元
CN114256614B (zh) 一种应用于毫米波通信系统的超宽带平面天线阵列
Miao et al. A passive circularly polarized Van Atta reflector for vehicle radar applications
WO2019100376A1 (zh) 全向阵列天线及其波束赋形方法
CN210074166U (zh) 一种45°线极化毫米波微带阵列天线
CN113871901A (zh) 一种基于偶极子线阵的宽带高增益全向天线
Seker et al. Circular Microstrip Array Antenna Design for Advance Biomedical Applications
CN107978840B (zh) 一种双线极化天线馈源阵列组件
Elnour et al. A novel colocated cross-polarized two-loop PCB antenna in the ISM 2.4-GHz band
CN211376942U (zh) 一种移动通信基站的栅格式波导天线阵
US20200136272A1 (en) Dual-polarized Wide-Bandwidth Antenna
CN115207644B (zh) 宽带全向高增益线阵列天线
Keshavarz et al. Dual-Band, Slant-Polarized MIMO Antenna Set for Vehicular Communication
Lee et al. FR-4 PCB process-based mm-wave phased array antenna using planar high-impedance surfaces
CN110011028B (zh) 一种天线系统、通讯终端和基站
US11923620B1 (en) Compact ceramic chip antenna array based on ultra-wide band three-dimensional direction finding
CN114899619A (zh) 宽带全向高增益天线阵列

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination