CN116598773A - 宽带高增益全向天线和通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带高增益全向天线和通信设备。一种宽带高增益全向天线包括位于一条直线上的上天线单元和下天线单元，上天线单元和下天线单元尺寸相同且共极化轴；上天线单元与下天线单元之间具有合路器，第一同轴线由位于下天线单元下方的馈电端口穿过下天线单元内部连接至合路器，第一同轴线的内导体与馈电端口和合路器的合路端口连接，第一同轴线的外导体与合路器的第一分路端口连接；第二同轴线由合路器穿过上天线单元的内部连接至位于上天线单元上方的接地点，第二同轴线的外导体与合路器的第二分路端口连接，第二同轴线的内导体与接地点连接。本发明实施例提供的宽带高增益全向天线和通信设备，提供了一种宽频、高增益的全向天线。

Description

宽带高增益全向天线和通信设备

技术领域

本发明实施例涉及天线技术，尤其涉及一种宽带高增益全向天线和通信设备。

背景技术

全向天线一般是指在水平方向上各方向均匀辐射的天线，但全向天线的全向辐射将导致增益受限。为了提高全向天线的增益，可以将多个相同的天线单元通过合路器连接在一起，从而提高增益。但多个天线单元需要位于同一条轴线上，为各天线单元馈电的馈线将会对馈线附近的天线单元的辐射性能产生性能，如何能够提高全向天线的辐射性能是目前亟待解决问题。

发明内容

本发明提供一种宽带高增益全向天线和通信设备，提供了一种高带宽、高增益的全向天线。

第一方面，本发明实施例提供了一种宽带高增益全向天线，包括：

位于一条直线上的上天线单元和下天线单元，上天线单元和下天线单元尺寸相同，且上天线单元和下天线单元共极化轴；

上天线单元与下天线单元之间具有合路器，第一同轴线由位于下天线单元下方的馈电端口穿过下天线单元内部连接至合路器，第一同轴线的内导体与馈电端口和合路器的合路端口连接，第一同轴线的外导体与合路器的第一分路端口连接；

第二同轴线由合路器穿过上天线单元的内部连接至位于上天线单元上方的接地点，第二同轴线的外导体与合路器的第二分路端口连接，第二同轴线的内导体与接地点连接。

在第一方面一种可能的实现方式中，上天线单元和下天线单元为偶极天线。

在第一方面一种可能的实现方式中，合路器为威尔金森合路器。

在第一方面一种可能的实现方式中，上天线单元靠近接地点的部分包括匹配介质，匹配介质用于对上天线单元进行阻抗匹配。

在第一方面一种可能的实现方式中，匹配介质为至少两种不同介电常数的介质。

在第一方面一种可能的实现方式中，其特征在于，第二同轴线在上天线单元的两端缠绕形成扼流组件。

在第一方面一种可能的实现方式中，第一同轴线在下天线单元的两端缠绕形成扼流组件。

在第一方面一种可能的实现方式中，上天线单元、下天线单元和合路器外侧包裹非金属外壳。

在第一方面一种可能的实现方式中，馈电端口外侧设置有内螺纹接口，内螺纹接口与安装宽带高增益全向天线的底座上的外螺纹结构匹配，内螺纹接口与外螺纹接口紧密连接时，馈电端口与底座上的馈电连接器连接。

第二方面，本发明实施例提供一种通信设备，包括如第一方面任一种实现方式的宽带高增益全向天线，和用于实现通信设备所需功能的器件，宽带高增益全向天线通过馈电端口与通信设备的射频收发端口连接。

本发明实施例提供的宽带高增益全向天线和通信设备，将两个相同的天线单元设置于同一条直线上且共极化轴，且在两个天线单元之间设置合路器，通过将为天线单元馈电的同轴线穿过天线单元内部，且复用同轴线的内外导体，增加了天线的物理尺寸，提高了天线的带宽，减少了为天线馈电的馈线的长度，减小了由于传输引起的损耗，并降低了馈线对天线单元辐射性能的影响，从而提高了全向天线的增益和带宽。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种宽带高增益全向天线的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种合路器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种宽带高增益全向天线的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种宽带高增益全向天线的具体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种宽带高增益全向天线的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的宽带高增益全向天线包括：

位于一条直线上的上天线单元11和下天线单元12，上天线单元11和下天线单元12尺寸相同，且上天线单元11和下天线单元12共极化轴。

上天线单元11与下天线单元12之间具有合路器13，第一同轴线14由位于下天线单元12下方的馈电端口15穿过下天线单元12内部连接至合路器13，第一同轴线14的内导体与馈电端口15和合路器13的合路端口21连接，第一同轴线14的外导体与合路器13的第一分路端口22连接。

第二同轴线16由合路器13穿过上天线单元11的内部连接至位于上天线单元11上方的接地点17，第二同轴线16的外导体与合路器13的第二分路端口23连接，第二同轴线16的内导体与接地点17连接。

上天线单元11和下天线单元12尺寸相同，也就是上天线单元11和下天线单元12的辐射性能相同。上天线单元11和下天线单元12位于一条直线上且共极化轴，那么上天线单元11和下天线单元12的辐射方向相同，上天线单元11和下天线单元12的辐射能量将能够合成，从而提高二者组成的天线整体的增益。同时，将上天线单元11和下天线单元12放置于一条直线上时，天线的整体尺寸增加，也能够提高天线的带宽。上天线单元11和下天线单元12通过合路器13与第一同轴线14连接，第一同轴线14作为整个全向天线的馈线连接合路器13与馈电端口15。馈电端口15作为整个全向天线对外的接口与各种通信设备的射频收发端口连接。

同轴线由外导体、内导体和位于内导体和外导体之间的填充介质组成，传统的同轴线在应用时，外导体接地，内导体传输射频信号。而在本申请实施例中，对同轴线的内外导体进行了复用。首先，第一同轴线14连接馈电端口15与合路器13的合路端口21，这个连接是通过第一同轴线14的内导体进行的，也就是通过第一同轴线14的内导体连接馈电端口15与合路器13的合路端口21。然后合路器13的第一分路端口22与第一同轴线14的外导体连接，也就是通过第一同轴线14的外导体向下天线单元12馈电。由于第一同轴线14穿过下天线单元12的内部，且复用了第一同轴线14的内导体和外导体，采用第一同轴线14的外导体向下天线单元12馈电，避免了使用额外的馈线向下天线单元12馈电，也就降低了下天线单元12受到的干扰。上天线单元11通过第二同轴线16馈电，第二同轴线16穿过上天线单元11内部，第二同轴线16用于为上天线单元11馈电。第二同轴线16同样采用外导体为上天线单元11馈电，也就是第二同轴线16的外导体与合路器13的第二分路端口23连接并向上天线单元11方向延伸。第二同轴线16的内导体用于接地，与位于上天线单元11末端的接地点17连接。

本实施例提供的宽带高增益全向天线是为了提高天线的增益和带宽，并且使用了尺寸相同的上天线单元11和下天线单元12，因此上天线单元11和下天线单元12应处于相同的工作状态，上天线单元11和下天线单元12辐射的能量应相同。那么合路器13的合路端口21到第一分路端口22和第二分路端口23的信号合成以及分路均应是平均的，也就是合路端口21输入的信号平均分配到第一分路端口22和第二分路端口23。

合路器13可以为3dB合路器，也就是合路器13的第一分路端口22和第二分路端口23输入的信号在合路端口21合成后，信号强度相比于各分路端口将增加3dB，也就是增强一倍；相应地，合路端口21输入的信号由第一分路端口22和第二分路端口23输出后，信号强度相比于合路端口21将降低3dB，也就是降低一半。合路器13例如为威尔金森合路器。

图2为本发明实施例提供的一种合路器的结构示意图，如图2所示，合路器13由介质基板24、位于介质基板24上的金属传输线、合路端口21、第一分路端口22、第二分路端口23和合路器外壳25组成。介质基板24例如为聚四氟乙烯基板。介质基板24可以为一块，位于介质基板24上的金属传输线呈微带线结构；或者介质基板24可以为两块，金属传输线位于两块介质基板24之间，此时金属传输线呈带状线结构。合路器中13由合路端口21到第一分路端口22的金属传输线的宽度和长度与合路端口21到第二分路端口23的金属传输线宽度和长度相同。图2示出的合路器的结构仅为一种可能的实现方式。

上天线单元11和下天线单元12可以为任意形式的线天线，且上天线单元11和下天线单元12为全向天线，例如上天线单元11和下天线单元12可以为偶极天线。上天线单元11和下天线单元12分别由两个辐射体组成。上天线单元11的两个辐射体之间可以通过上固定支架18连接，下天线单元12的两个辐射体之间可以通过下固定支架19连接，上天线单元11和下天线单元12可以通过中间固定支架10连接，合路器13设置于中间固定支架10上。上固定支架18、下固定支架19和中间固定支架10可以为非金属材质的支架，以降低对上天线单元11和下天线单元12辐射性能的影响。

本发明实施例提供的宽带高增益全向天线，将两个相同的天线单元设置于同一条直线上且共极化轴，且在两个天线单元之间设置合路器，通过将为天线单元馈电的同轴线穿过天线单元内部，且复用同轴线的内外导体，增加了天线的物理尺寸，提高了天线的带宽，减少了为天线馈电的馈线的长度，减小了由于传输引起的损耗，并降低了馈线对天线单元辐射性能的影响，从而提高了全向天线的增益和带宽。

图3为本发明实施例提供的另一种宽带高增益全向天线的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的宽带高增益全向天线在图1所示全向天线的基础上，还包括如下结构：

上天线单元11靠近接地点17的部分包括匹配介质31，匹配介质31用于对上天线单元11进行阻抗匹配。

第二同轴线16穿过上天线单元11并在上天线单元11末端的接地点17接地，其中第二同轴线16的内导体用于与接地点17连接，第二同轴线16的外导体用于为上天线单元11馈电。那么上天线单元11靠近接地点17的部分可能由于接地而失配。因此可以在上天线单元11靠近接地点17的部分配置匹配介质31，对上天线单元11进行阻抗匹配。

为了提高对上天线单元11的匹配性能，匹配介质31可以为至少两种不同介电常数的介质，如图中所示的第一匹配介质32和第二匹配介质33。

进一步地，第二同轴线17在上天线单元11的两端缠绕形成扼流组件。如图中所示，第二同轴线17在上天线单元11上端缠绕形成第一扼流圈34，第二同轴线17在上天线单元11下端缠绕形成第二扼流圈35。

进一步地，第一同轴线14在下天线单元12的两端缠绕形成扼流组件。如图中所示，第一同轴线14在下天线单元12上端缠绕形成第三扼流圈36，第一同轴线14在下天线单元12下端缠绕形成第四扼流圈37。

进一步地，馈电端口15外侧设置有内螺纹接口，内螺纹接口与安装宽带高增益全向天线的底座38上的外螺纹结构匹配，内螺纹接口与外螺纹接口紧密连接时，馈电端口15与底座38上的馈电连接器连接。由于整个宽带高增益全向天线的尺寸较长，为了便于携带和运输，整个宽带高增益全向天线可以采用快装结构，也就是在馈电端口15外侧设置内螺纹结构，整个宽带高增益全向天线采用螺纹连接的方式与安装宽带高增益全向天线的底座38连接。底座38可以由法兰盘41、底座垫块42和鼓型弹簧43组成，鼓型弹簧43上端设置有外螺纹结构44。

进一步地，本发明实施例提供的宽带高增益全向天线中的上天线单元11、下天线单元12和合路器13外侧可以包裹非金属外壳，该非金属外壳例如由玻璃钢制成。

图4为本发明实施例提供的一种宽带高增益全向天线的具体结构示意图。

如图4所示，该宽带高增益全向天线包括：

上天线上辐射体51和上天线下辐射体52通过上固定支架53固定连接在一起，上天线上辐射体51和上天线下辐射体52共同构成上天线单元，上天线单元为偶极天线。下天线上辐射体54和下天线下辐射体55通过下固定支架56固定连接在一起，下天线上辐射体54和下天线下辐射体55共同构成下天线单元，下天线单元为偶极天线。在上天线下辐射体52和下天线上辐射体54之间通过中间固定支架57固定连接在一起，中间固定支架57上设置有合路器58。

第一同轴线59的内导体的一端与馈电端口50连接，第一同轴线59从馈电端口50向上延伸，穿过下天线下辐射体55和下天线上辐射体54，第一同轴线59的内导体的另一端与合路器58的合路端口连接。合路器58的第一分路端口与第一同轴线59的外导体连接，合路器58的第二分路端口与第二同轴线61的外导体连接。第二同轴线61从合路器58的第二分路端口向上延伸，穿过上天线下辐射体52和上天线上辐射体51到达位于上天线上辐射体51上端的接地点，第二同轴线61的内导体与接地点连接。宽带高增益全向天线通过第一同轴线59的内导体向合路器58馈电，第一同轴线59的外导体向下天线单元馈电，第二同轴线61的外导体向上天线单元馈电，实现整个天线的馈电。

在上天线上辐射体51上端包括由第二同轴线61缠绕形成的第一扼流线圈62，在上天线下辐射体52下端包括由第二同轴线61缠绕形成的第二扼流线圈63。在下天线上辐射体54上端包括由第一同轴线59缠绕形成的第三扼流线圈64，在下天线下辐射体55下端包括由第一同轴线59缠绕形成的第四扼流线圈65。

在上天线上辐射体51处设置有第一匹配介质和第二匹配介质(图中未示出)，第一匹配介质和第二匹配介质的介电常数不同。第一匹配介质和第二匹配介质可以设置于匹配铜管内，匹配铜管位于上天线上辐射体内部，第二同轴线59穿过匹配铜管。在上天线上辐射体51的上端还设置有封闭端66。另外，在整个宽带高增益全向天线的外侧还可以包裹一层由非金属材料制成的保护层，例如玻璃钢外壳67。为了避免宽带高增益全向天线后底座对天线辐射性能的影响，还可以在下天线下辐射体55和馈电端口50之间设置支撑架67，支撑架67可以由非金属材料制成。支撑架67与下天线下辐射体55之间还可以设置扼流支架68。馈电端口50可以为任一种形式的连接器，与设置于底座上的馈电连接器连接。馈电端口50外侧设置有内螺纹接口，与设置于底座上的外螺纹接口匹配。馈电端口50外侧还可以设置保护套69。

本发明实施例还提供一种通信设备，包括图1至图4任一实施例所示宽带高增益全向天线和用于实现通信设备所需功能的器件，宽带高增益全向天线通过馈电端口与通信设备的射频收发端口连接。本发明实施例提供的通信设备，可以是需要进行全向辐射的设备，例如电台等。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种宽带高增益全向天线，其特征在于，包括：

位于一条直线上的上天线单元和下天线单元，所述上天线单元和所述下天线单元尺寸相同，且所述上天线单元和所述下天线单元共极化轴；

所述上天线单元与所述下天线单元之间具有合路器，第一同轴线由位于所述下天线单元下方的馈电端口穿过所述下天线单元内部连接至所述合路器，所述第一同轴线的内导体与所述馈电端口和所述合路器的合路端口连接，所述第一同轴线的外导体与所述合路器的第一分路端口连接；

第二同轴线由所述合路器穿过所述上天线单元的内部连接至位于所述上天线单元上方的接地点，所述第二同轴线的外导体与所述合路器的第二分路端口连接，所述第二同轴线的内导体与所述接地点连接。

2.根据权利要求1所述的宽带高增益全向天线，其特征在于，所述上天线单元和所述下天线单元为偶极天线。

3.根据权利要求1所述的宽带高增益全向天线，其特征在于，所述合路器为威尔金森合路器。

4.根据权利要求1～3任一项所述的宽带高增益全向天线，其特征在于，所述上天线单元靠近所述接地点的部分包括匹配介质，所述匹配介质用于对所述上天线单元进行阻抗匹配。

5.根据权利要求4所述的宽带高增益全向天线，其特征在于，所述匹配介质为至少两种不同介电常数的介质。

6.根据权利要求1～3任一项所述的宽带高增益全向天线，其特征在于，其特征在于，所述第二同轴线在所述上天线单元的两端缠绕形成扼流组件。

7.根据权利要求1～3任一项所述的宽带高增益全向天线，其特征在于，所述第一同轴线在所述下天线单元的两端缠绕形成扼流组件。

8.根据权利要求1～3任一项所述的宽带高增益全向天线，其特征在于，所述上天线单元、所述下天线单元和所述合路器外侧包裹非金属外壳。

9.根据权利要求1～3任一项所述的宽带高增益全向天线，其特征在于，所述馈电端口外侧设置有内螺纹接口，所述内螺纹接口与安装所述宽带高增益全向天线的底座上的外螺纹结构匹配，所述内螺纹接口与所述外螺纹接口紧密连接时，所述馈电端口与所述底座上的馈电连接器连接。

10.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的宽带高增益全向天线，和用于实现所述通信设备所需功能的器件，所述宽带高增益全向天线通过馈电端口与所述通信设备的射频收发端口连接。