CN201536155U - 一种用于移动通信的高增益宽频带全向天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的是一种用于移动通信的高增益宽频带全向天线。主馈线连接功分器，功分器的输出端口分成2-6路给辐射单元馈电；每个辐射单元包括上阵子和下阵子，上阵子和下阵子均有两个内套筒和和一个外套筒；各路馈电电缆的长度相等各路馈电电缆进入各个辐射单元的下阵子的套筒的下边沿分别给各辐射单元馈电，馈电电缆的外导体和每个辐射单元的下阵子的套筒连接构成馈电的负端，馈电电缆的内导体和每个辐射单元的上阵子的外套筒边沿连接。本实用新型有较高的辐射效率和高的增益；提高了通信质量，改善了通信环境；增加天线的工作带宽；改善天线的阻抗带宽；成本低，便于批量生产。

Description

一种用于移动通信的高增益宽频带全向天线

(一)技术领域

本实用新型涉及一种应用于通信，移动通信领域内所有通信网络中作为发射和接收无线电信号的宽频带全向天线。

(二)背景技术

由于无线电通信设备和电子信息设备朝着多功能化，小型化，超宽带以及与周围环境友好协调的方向发展，这使得宽频带，小型化成为国内外研究的热点课题之一。它涉及到天线的宽带阻抗匹配技术，天线的加载技术，天线的电抗补偿技术，小天线外形的优化设计等先进技术和工艺。同时解决现有天线的一些缺点：(1)目前要求天线的增益比较高，比如要求有6-9dBi的增益，而已有的天线大多数是偶极子天线和单极子天线，方向图上下相等，所以有一部分电波被消耗，因此曾一比较低。(2)目前用户使用的天线要求小型化，要求移动用天线能很好的安装在路灯、草坪灯、以及广告标语牌等场合，因此天线的小型化成为现代移动通信的重要发展方向。(3)现在的通信对带宽的要求越来越高，目前移动通信使用的天线要求既能实现向下兼容，有要求实现共站共址，已解决现有的资源紧缺现象。目前的天线不能满足现在的通信需求，特别是双频宽频带高增益天线达不到要求。(4)目前的小区覆盖和美化天线，大多采用单极子天线和偶极子天线，频带的控制比较困难，同时为了充分利用现有的资源，适应不同环境的需求，要求天线的设计灵活，能满足不同场合的需求。因此把多个频段的天线集成为一种天线结构，设计超宽带天线是当今技术发展的一种趋势，也是实现设备小型化的主要动力。以往的天线产品是针对不同的工作频段进行设计的，一般尺寸和体积都比较大，各不同的通信系统独立设计，能否兼容或兼容的程度取决于天线系统的带宽及成本。而且开发的产品都是定向天线产品，虽然也有为数不多的宽频带全向天线产品，但是结构复杂，设计繁琐，通用性差，加工成本高，且性能存在一定的缺陷，不宜推广，这个移动通信小区覆盖造成了一定的难度，因此开发多频段，小型化，结构简单，设计灵活，成本低廉的宽频带全向天线是当今研究的重中之重。

(三)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种有较高的辐射效率和高的增益、结构简单的一种用于移动通信的高增益宽频带全向天线。

本实用新型的目的是这样实现的：

主馈线6穿过下固定底座2进入支撑铜管14连接功分器16，功分器16的输出端口分成2-6路分别给2-6个辐射单元馈电；每个辐射单元包括上阵子7和下阵子7’，上阵子7和下阵子7’均有两个内套筒8和8’和一个外套筒29；各路馈电电缆的长度相等，给各个辐射单元进行等幅同相馈电，各路馈电电缆进入各个辐射单元的下阵子7’的套筒的下边沿分别给各辐射单元馈电，馈电电缆的外导体13和每个辐射单元的下阵子7’的外套筒连接构成馈电的负端，馈电电缆的内导体12和每个辐射单元的上阵子7的外套筒边沿连接馈电。

本实用新型还可以包括：

1、上阵子7和下阵子7’中间有塑料球支撑5，且间隙可调节。

2、上阵子7带有垂直补偿片9，并且垂直补偿片9与中心轴线平行。

3、在上阵子7和下阵子7’的夹角处设有垂直小补偿片10和倾斜补偿片11，垂直小补偿片10的两端分别接在上下阵子的外壁上，倾斜补偿片11与各个馈电点在电气特性上连接在一起，倾斜补偿片11与垂直小补偿片10位置相对称，且倾斜补偿片11的末端带有绝缘帽36。

本发明的主要特点体现在：(1)本实用新型利用偶极子天线和双锥天线以及套筒天线的宽频带特性，设计一款高增益宽频带全向天线，本实用新型的带宽超过130％，并且有较高的辐射效率和高的增益。(2)本实用新型是一款全向天线，可安装在塑料桶内和任何形状的天线罩内，方向图比较理想，能覆盖整个空间，电流分布均匀，实现无盲区覆盖，大大提高了通信质量，改善了通信环境。(3)本实用新型直流短路接地技术和电抗补偿技术，改善天线的宽频带阻抗匹配，增加天线的工作带宽。(4)本实用新型使用铜管组成中心支撑结构，便于馈电，同时馈电电缆从中心铜管的内部通过，避免了电磁波在高频时的泄露，提高天线的辐射效率。同时能通过改变馈电电缆的走向，改善馈电相位，提高善方向图的不圆度。(5)本实用新型采用槽钢支撑天线，不仅兼顾稳定的支撑设计的天线，同时起到扼流作用，改善天线的阻抗带宽。(6)本实用新型提出的天线，上下两个固定底座采用橡胶制作，不进能很好的支撑设计的天线，同时能保证天线在运输的过程中性能不变，起到减震作用。(7)本实用新型提出的天线，采用多套筒的实际方法，便于兼顾高低频段，起到展宽阻抗带宽的作用。(8)本实用新型提出的天线结构简单、设计灵活，可以根据不同的天线罩，优化相应的天线尺寸，便于实际生产和推广。(6)本实用新型采用较薄的铜箔作为上下振子，同时采用同轴馈电结构，材料简便，生产容易，成本低，便于批量生产。

(四)附图说明

图1为本实用新型的基本结构示意图；

图2为本实用新型另一种实施方式的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

实施实例1：

在现代通信等电子设备系统中，天线的种类繁多，双锥天线、偶极子天线以及套筒天线以其良好的宽频带特性得到了广泛的应用。但是其制作较为复杂，成本较高，带宽也不能很好的满足移动通信(800～2500MHz)的需求。与普通的双锥天线相比，该天线总宽度通常为设计通信频带的下限频率的半个波长，本方案为了实现小型化设计的需求，实际采用的尺寸，远远小于λ_max/2(λ_max为工作波段的最长工作波长)，在本实施实例中，我们采用的单元多套筒天线的最大长度为124mm，远远小于正常的λ_max/2。同时采用相等渐变圆锥结构，尺寸进一步缩小，其上圆锥的尺寸仅仅为0.2λ_max。这种宽频带天线的高度可以随着渐变结构的角度(即锥角的变化)变化而改变，以适应不同的安装环境需求。此宽频带全向天线，便于固定和设计，并且能克服因组阵带来的方向图畸变，同时能够展宽设计的阻抗带宽。

本实例采用如图1所示的较薄铜箔制成上振子7和下振子7’，这样不仅能起到很好的辐射效果，同时起到支撑作用。本案例采用的简单馈电结构，是主馈线6穿过固定底座2进入支撑铜管14直接给一分六的功分器16馈电，一分六功分器16的输出端口分成六路分别给六个辐射单元馈电。辐射单元由包括上阵子7和下阵子7’，上阵子7和下阵子7’均有两个内套筒8和8’和一个外套筒29组成。馈电电缆23、24、25、26、27和28长度相等，给六个辐射单元进行等幅同相馈电，他们通过中心导管上的孔进入其中，然后馈电电缆23、24、25、26、27和28进入每个辐射单元的下面套筒的下边沿分别给30、31、32、33、34和35馈电，馈电电缆23、24、25、26、27和28各自的外导体13和每个单元的下面套筒构成馈电的负端，内导体12在上面外套筒边沿处馈电。中心铜管4起着多重作用：作为支撑结构，稳定的支撑上振子7和下振子7’以及组成此高增益宽频带全向天线的阵元30、31、32、33、34和35的支撑结构；作为功分器16的支撑和接地，能稳定的支撑功分器，并使功分器的外壳与中心铜管连接，构成接地；同轴电缆馈电电缆23、24、25、26、27和28从下中心铜管4的内部通过，有效的避免了同轴电缆在高频时的天线作用，使电磁波的能量被屏蔽在中心铜管内，这样有效改善同轴电缆的辐射效应对方向图的影响。本实用新型的上阵子7和下阵子7’中间采用塑料球支撑5，并且间隙是可调节。本实用新型还可以增加垂直补偿片9的尺寸，并且使其与中心轴线平行，在上阵子7和下阵子7’的夹角地带设有垂直小补偿片10和倾斜补偿片11，垂直小补偿片10的两端分别接在上下阵子的外壁上，倾斜补偿片11与各个馈电点在电气特性上连接在一起，倾斜补偿片11的对面为垂直小补偿片10。

此结构的优点：

a.由于本结构采用了套筒天线和双锥天线的结合，既兼顾宽频带的阻抗匹配特性，同时有利于天线的小型化设计，使得天线能作为美化天线使用。

b.天线的天线罩上使用槽钢，能稳定的支撑设计的天线，同时起到扼流作用，很好的展宽天线的带宽。

c.馈线从中空的铜管中穿入和穿出，在铜管中铺设，有效的降低馈线对天线的方向图的影响，是馈线可以沿该管自由移动，有利于改变天线单元之间的间距和馈电相位，达到方便的改善天线的方向图的效果，调节天线波束宽度的作用。对于低增益天线而言，波束宽度已经足够宽，不需要调整，对于中高增益的全向天线，特别是被案例采用的阵列天线，根据实际需要，天线要覆盖高层建筑物，就需要展宽波束宽度，展宽的办法就是改变阵元之间的间距和馈电的相位(不再是各个阵元采用等长的馈线)，能在较大的范围内改变天线的波束宽度，比如达到50％的波束宽度是可以操作的，这样就降低了天线的增益，大约在2-3dBi，甚至可能更多。

d.设计的天线的阵元采用单外套筒和双内套筒的结构，可以很好的兼顾高频和低频，扩展带宽的作用，同时两个内套筒可以和中心铜管连接在一起，双层扼流的作用。同时套在上面的支撑塑料球(可以采用聚四氟乙烯)不仅起到支撑作用，而且起到调谐作用，省去多种补偿片，保持天线在结构上辐射的对称性，因此使天线有很好的方向性和均匀性。

e.总的阵列天线采用并联馈电方式，但是对于每一个天线单元而言，均采用边缘亏点的方法，如图1所示，馈线电缆从中心铜管穿出，在套筒阵子下边缘穿入，沿下臂边缘达到阵子上臂的下台阶(锥形渐变部分)，内导体就焊接在台阶渐变处，外导体焊接在套筒阵子下臂内侧边沿处，这样就形成一个馈电巴伦平衡机构，这种馈电方式保证天线能有更大的阻抗带宽，是一种宽带馈电巴伦方法，随着天线阵元的增加，这种馈电方式的各个馈电点交错排列，以有利于全向天线方位面方向图不圆度的改善。

f.为了改善天线的阻抗带宽，在两头的两个阵子上采用加载技术，有效的保证了天线的宽频带特性。

g.如图1所示，在馈电点处采用内补偿技术，采用补偿片抵消因馈电探针过长产生的电感效应，该补偿片一端与下套筒连接，另一端呈现悬空，并带有塑料帽，避免在运输过程中产生短路现象。此技术进一步改善天线的高低频特性，进一步提高了天线的阻抗特性。

h.这种天线设计结构简单，设计灵活，可以满足不同的设计需求，特别是能用在移动通信中作为美化天线。比如：可使用在路灯等美化通信中提供很好的全向辐射特性。

实施实例2：

如图2所示，设计的高增益全向天线，可以为二单元天线阵列，作为草坪灯、标语牌等美化天线使用，其基本思路为：主馈线6穿过定位板2与一分二的功分器16的输入端连接在一起，一分二功分器16的输出端口分为两路，分别经过馈电电缆17和18和给两个辐射单元8和15馈电，馈电电缆17和18的长度相等，给上下两个辐射单元8和15进行等副同相馈电，他们通过中心导管4上的孔进入其中，然后馈电电缆17穿过辐射单元8的下臂边缘进入套筒阵子内，至上臂下部边缘处，其内外导体分别焊接在上臂的边缘处和下臂的边缘处，同样馈电电缆穿18过中心导管并从其上的孔穿出，进入辐射单元15，沿其下臂内边缘至上臂下边缘，内外导体分别焊接在上臂下边缘和下臂内边缘。

Claims (6)

1.一种用于移动通信的高增益宽频带全向天线，其特征是：主馈线(6)穿过下固定底座(2)进入支撑铜管(14)连接功分器(16)，功分器(16)的输出端口分成2-6路分别给2-6个辐射单元馈电；每个辐射单元包括上阵子(7)和下阵子(7’)，上阵子(7)和下阵子(7’)均有两个内套筒(8)和(8’)和一个外套筒(29)；各路馈电电缆的长度相等，给各个辐射单元进行等幅同相馈电，各路馈电电缆进入各个辐射单元的下阵子(7’)的套筒的下边沿分别给各辐射单元馈电，馈电电缆的外导体(13)和每个辐射单元的下阵子(7’)的外套筒连接构成馈电的负端，馈电电缆的内导体(12)和每个辐射单元的上阵子(7)的外套筒边沿连接馈电。

2.根据权利要求1所述的一种用于移动通信的高增益宽频带全向天线，其特征是：上阵子(7)和下阵子(7’)中间有塑料球支撑(5)，且间隙可调节。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于移动通信的高增益宽频带全向天线，其特征是：上阵子(7)带有垂直补偿片(9)，并且垂直补偿片(9)与中心轴线平行。

4.根据权利要求3所述的一种用于移动通信的高增益宽频带全向天线，其特征是：在上阵子(7)和下阵子(7’)的夹角处设有垂直小补偿片(10)和倾斜补偿片(11)，垂直小补偿片(10)的两端分别接在上下阵子的外壁上，倾斜补偿片(11)与各个馈电在电气特性上连接在一起，倾斜补偿片(11)与垂直小补偿片(10)位置相对称，且倾斜补偿片(11)的末端带有绝缘帽(36)。

5.根据权利要求1所述的一种用于移动通信的高增益宽频带全向天线，其特征是：上振子(7)和下振子(7’)的渐变锥角在20°～45°之间。

6.根据权利要求1所述的一种用于移动通信的高增益宽频带全向天线，其特征是：各个辐射单元之间采用隔离片(22)隔离，天线罩采用一端加有槽钢(37)，一端直接固定；上固定底座(1)和下固定底座(2)采用橡胶制成。

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