CN202103159U - 一种700MHz-960MHz新型宽带八木天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的宽带八木天线，其工作频段范围是700MHz-960MHz，其特征是包括一个带有翻折的反射器，一个带有翻折的钻石形有源振子，一个宽带巴伦，以及八个片状引向器和一个支杆，支杆贯穿于反射器，有源阵子及引向器的中心。

Description

一种700MHz-960MHz新型宽带八木天线

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，具体来说是一种适用于移动通信的室内覆盖天线。 

背景技术

由于增益高，价格低廉，架设方便，八木天线在移动通信系统中得到了十分广泛的应用。通常八木天线由一个有源振子，一个反射器和若干个引向器组成。有源振子通常采用的形式是偶极子或者折合振子，有源振子与馈电系统相连，所有振子及反射器均处在同一平面内，并按照一定的间距平行的固定在一根横贯各振子中心的金属横杆上。 

根据电磁学理论，与天线电气指标密切相关的是波长λ，长度略长于λ/4整数倍的导线呈感性，而长度略短于λ/4整数倍的导线呈容性。 

在常规八木天线中，有源振子的长度L一般取约λ/2，在中心频点工作时处于谐振状态，其阻抗为纯电阻。反射器比有源振子略长，呈感性。而引向器一般比有源振子略短，呈容性。 

通过合理的设计反射器以及各引向器离有源振子的距离可以使得从有源振子辐射出的原始场，以及该原始场打在反射器和引向器上感应出的电流所生成的二次辐射场在八木天线的后方反相叠加，而在八木天线正前方同相叠加，最终获得了较好的方向性，提高了天线增益。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作频段范围是700MHz-960MHz的宽带八木天线。在移动通信爆炸式发展的今天，各种移动通信方式层出不穷，它们各自占据电磁频谱当中一定的频段。而每种通信方式它们各自建站，各自使用其频段内的天线。为了节约初期投入成本，减少设备维护费用，降低系统复杂度，我们希望有一种天线能够尽可能的同时覆盖多个移动通信频段。 

对于市面上现有的常规八木天线，其频带宽度一般就在100MHz左右，很难满足以上所提出的要求。然而本发明所设计的新型宽带八木天线带宽达到了31.3％，完全能很好的覆盖中国移动通信公司以及中国联通通信公司的GSM频段。同时，该天线对于我国即将上马的TD-LTE(3.9G)所在频段也能进行很好的覆盖，这使得本发明的市场潜力大大的提高。 

技术方案 

本发明所提出的技术方案是：采用一个带有翻折的钻石形有源振子，一个带有翻折的反射器，一个宽带巴伦，以及八个片状引向器和一个支杆来组成该八木天线。支杆贯穿于反射 器，有源阵子及引向器的中心。 

进一步的，这个有源阵子是由一个带有翻折的钻石形天线构成的，而带有翻折的反射器的翻折角度为90°。另外，馈线是通过宽带巴伦直接向有源振子馈电的，且有源阵子及馈线间也没有使用阻抗变换器。 

附图说明：

图1为本发明-宽带八木天线前斜视三维图 

图2为本发明-宽带八木天线后斜视三维图 

图3为本发明-宽带八木天线后视图 

图4为有源振子结构示意图 

图5为宽带巴伦结构示意图 

图6为支杆后端结构示意图 

图7为反射器结构示意图 

图8为本发明-宽带八木天线700MHZ-960MHz频段范围内的驻波系数VSWR 

图9为本发明-宽带八木天线在直角坐标系下的H面方向图 

图10为本发明-宽带八木天线在直角坐标系下的E面方向图 

基本原理： 

八木天线的带宽主要由有源阵子，反相器以及第一二根引向器所决定，而这其中又以有源振子本身对整个天线的影响最大。于是，为了能够实现这种宽频带的八木天线，我们首先改进出了一种宽带振子，其结构示意图如图4所示。 

这种宽带振子是在钻石形天线基础上演变出来的。为了解决钻石形天线因其与反射器耦合所造成的阻抗带宽减小的问题，我们将钻石形天线两翼向前翻折。这相当于拉远了有源振子与反射器的距离，减小了它们之间的互耦。同时这种振子经过调试，包括对其翻折倾角的优化设计等等，可以很好的将其输入阻抗控制在50欧姆左右，这就省却了馈线到有源振子的阻抗变换，避开了由阻抗变换网络带来的带宽的问题，同时也大大节省了成本。 

同时，我们对宽带振子馈电使用的巴伦也是一种宽带巴伦，其结构示意图如图5所示，图中同时画出了该巴伦接于一半波振子的情况。 

该巴伦将同轴线的内导体穿出一个孔接入巴伦的右半部分内，接入的内导体的电长度约等于中心频率的λ/4，末端开路。设天线阻抗为Z_A，故从输入端口看去的总的输入阻抗是Z_A＝jX_p+jX_s。由于jX_p与jX_s总是反号，使得总的输入阻抗总是恒定在Z_A左右，于是获得了宽频带的特性。 

另一方面，我们此处所使用的反射器与普通的反射器相比多了一部分向前的翻折，和前面有源阵子类似，这里的翻折倾角是经过优化设计的。由仿真测试比较，加有翻折的反射器比一般的反射器能有效的改善天线的前后比，提高天线的增益，同时也能改善其与有源阵子的耦合，获得较宽的阻抗频带。 

具体实施方案：

图1和图2以及图3描述了本发明的具体实施方案。依据图示描述，本天线包括一个反射器3，一个有源振子4，八根引向器6-13，一个馈电巴伦5以及一根支杆14所组成。反射器，有源振子和引向器均使用铝制成；为加强支杆的机械强度，这里支杆选用的材料是钢。当然，以上组件也可以由其它金属材料制成，使用其他材料制作本天线当然应当属于本发明的涉及范围。 

八木天线的支杆14穿过反射器3，有源振子4，引向器6-13的中点。反射器以及八根引向器直接连接于支杆上，无须做绝缘处理。有源阵子4通过介质块5固定在支杆上，这里介质块采用的材料是聚四氟乙烯，介质块同样也可以使用其他材料制作。支杆14使用的是一根宽8mm，高2mm，长为1000mm的钢棒。引向器6-13宽度均为10mm，高度均为120mm。它们距有源振子的距离分别为148mm。258mm，368mm，478mm，578mm，678mm，778mm，878mm。 

在本方案中，馈电巴伦5使用的是50欧姆的硬同轴线。上下两同轴线平行于支杆架设，离支杆高度均为0.7mm。同时，在反射器中心位置上下对称的开有两半径与同轴线外半径相当的圆孔16让巴伦通过，如图7。由图4所示，最终，同轴线的外导体连接到有源振子的两个圆孔15，孔15与有源振子边缘相切。两同轴线的内导体通过支杆上的过孔17相连接，如图6。在具体的产品中，馈电巴伦的走线方式不一定与上文所述完全一致，包括上下同轴线离支杆的高度以及是否通过在反射器打孔的方式让巴伦通过反射器来对有源振子馈电等等。同时，此处的巴伦也可以使用软同轴实现。只要实现了图5的巴伦并将其使用于该天线中，就应当属于本发明所涉及的范围。 

如图4所示，有源振子的纵向尺寸H₁约为206mm，横向尺寸L₃约为96mm，中间的矩形片宽度L₁为10mm，矩形片两侧的铝片大约向引向器方向翻折了45°。如图7，反射器两侧的铝片约向引向器方向翻折了90°，其纵向尺寸H₂约为240mm，横向尺寸L₂为10mm，反射器离有源振子的距离约为70mm。 

我们采用了Ansoft公司的HFSS三维电磁仿真软件对本发明进行了仿真。 

图8是仿真得到的关于该天线的驻波系数(VSWR)曲线图。由图可以看到，在几乎整个700MHZ-960MHz频段范围内，天线的驻波系数都小于1.5，最低值接近1。相较于目前市面上 存在的八木天线，在机械尺寸相当，甚至略小的情况下，本发明的阻抗带宽大约增加了1.5倍。 

图9以及图10是绘制于直角坐标系下的天线的H面及E面方向图。这里，我们选取了位于整个频段范围内的700MHz，800MHz，900MHz，960MHz等四个频点进行考察。可以发现，天线的增益随着频率的提高而变大。在低端频率700MHz处，增益约为8.2dB，而在高端960MHz处达到了12dB左右。本发明在大大扩展八木天线带宽的情况下依然维持了其高增益的特点，大大扩展了八木天线的应用范围。 

以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，自然也可以据以上所述对实施方案做一系列的变更。而且，本发明并不局限于700MHz-960MHz频段，本发明的结构自然可以移植到其它不同的频段的八木天线。上述这些都应被视为本发明的涉及范围。 

Claims (5)

1.一种新型的宽带八木天线，其工作频段范围是700MHz-960MHz，其特征是包括一个带有翻折的反射器，一个带有翻折的钻石形有源振子，一个宽带巴伦，以及八个片状引向器和一个支杆，支杆贯穿于反射器，有源阵子及引向器的中心。

2.根据权利1要求所述的新型宽带八木天线，其特征在于包含了一个带有翻折的钻石形天线作为有源振子。

3.根据权利1要求所述的新型宽带八木天线，其特征在于包含了带有90°翻折的反射器。

4.根据权利1要求所述的新型宽带八木天线，其特征在于馈线通过宽带巴伦直接向有源振子馈电。

5.根据权利4要求所述的新型宽带八木天线，其特征在于有源阵子及馈线间没有使用阻抗变换器。 

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