CN206673121U

CN206673121U - 超宽带高增益双极化全向天线

Info

Publication number: CN206673121U
Application number: CN201720239834.7U
Authority: CN
Inventors: 李道铁; 吴中林; 刘木林; 彭猛
Original assignee: Tongyu Communication Inc
Current assignee: Tongyu Communication Inc
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2027-03-13

Abstract

本实用新型超宽带高增益双极化全向天线包括V极化阵列和H极化阵列，该V极化阵列垂直放置，包括N个沿轴向间隔排列的两单元V极化子阵，该两单元V极化子阵包括两个轴向排列的宽带V极化振子单元，该宽带V极化振子单元包括镜像设置的U形的上臂和下臂，并设置平行双导线馈线及连接同轴电缆进行馈电；该H极化阵列水平排布，包括N个沿中心轴向平行间隔分布的Alford环天线，间距与该V极化阵列的各宽带V极化振子单元间距一致，且该H极化阵列的阵元中心与该V极化阵列的各阵元中心位于同一平面但不重合，该Alford环天线包括M个绕圆心旋转镜像设置的宽带H极化振子单元，该宽带H极化振子单元包括两段对称设置在介质基板两面的圆弧振子，并通过设置在圆心和圆弧振子之间的平行双导线馈线及连接同轴电缆进行馈电。本实用新型具有带宽高，增益提升，理想全向性，低旁瓣，高交叉极化比，高效率等优点。

Description

超宽带高增益双极化全向天线

【技术领域】

本实用新型涉及一种无线通信天线设备与技术，特别是涉及超宽带高增益双极化全向天线及其技术。

【背景技术】

全向天线是无线通信领域中的一种用途十分广泛的常用天线类型。然而，常见的全向天线一般为半波振子构造的单垂直极化天线。随着无线通信技术的演进，网络速度越来越快，迫切需要天线能够超宽带和MIMO化工作，以便提高数据传输率和频谱效率，从而提升系统容量。相比扇区化的定向天线，全向天线无法在方位面实现空间分集，故其频谱利用率较前者低。因此，在天线普遍MIMO化的背景下，全向天线的超宽带和双极化工作显得尤为必要。另外，考虑到基站的覆盖范围和工程造价，全向天线必须为高增益和高功率。再者，全向天线需要大量部署，还必须具有低互调、低成本、适合量产等特点。综上所述，在工程领域中，宽带宽、双极化、高增益、高效率、低成本、低互调、易生产的全向天线具有强烈的应用需求。但是，宽带高增益双极化全向天线产品仍不多见，主要原因归结如下：一、首先，与定向天线相比，全向天线的能量分布于360度方位面内，再加上应用需求、设计难度、尺寸限制等因素，增益G超过8dBi很困难；二、超宽带内无法保持一致的高增益，由于各阵元难以在超宽频带内满足幅相一致性条件。而且，随着增益增加，带宽将逐渐减小，即增益与带宽是一对矛盾；三、超宽带高增益水平极化全向天线设计难度大。常规宽带高增益全向振子阵列，通常选用直径较粗的金属管为辐射元，采用同轴电缆来构建馈电网络。这种方案可克服增益和带宽的矛盾，且功率容量大，但焊点多、互调差、尺寸大、成本高、量产困难。相比之下，PCB印制方案则具有低互调、高可靠性、低成本、适合批产等优点，但功率容量较低、阻抗带宽较窄，增益带宽更窄。鉴于上述优点，印制振子阵列已在无线领域尤其是终端设备上获得了广泛应用。若能解决大功率和带宽较窄的问题，印制振子阵列将成为全向基站天线的理想设计方案。综上所述，超宽带高增益双极化全向天线具有广阔的应用前景，但尚需突破诸多技术瓶颈，故仍是天线研究领域的重要方向。

【发明内容】

本实用新型旨在为蜂窝移动通信提供一种超宽带、高增益、双极化、全向性、低旁瓣、高交叉极化比、高效率，以及低互调、高可靠、结构简单、低成本、易生产的基站天线，并为低增益、窄频带的终端全向天线的设计和改进提供有益的参考方法。

为实现本实用新型目的，提供以下技术方案：

本实用新型提供一种超宽带高增益双极化全向天线，其包括V极化阵列和H极化阵列，该V极化阵列垂直放置，包括N个沿轴向间隔排列的两单元V极化子阵，该两单元V极化子阵包括两个轴向间隔排列的宽带V极化振子单元，该宽带V极化振子单元包括镜像设置的U形的上臂和下臂，并设置平行双导线馈线及连接同轴电缆进行馈电；该H极化阵列水平排布，包括N个沿中心轴向平行间隔分布的Alford环天线，间距与该V极化阵列的各宽带V极化振子单元间距一致，且该H极化阵列的阵元中心与该V极化阵列的各阵元中心位于同一平面但不重合，该Alford环天线包括M个绕圆心旋转镜像设置的宽带H极化振子单元，该宽带H极化振子单元包括两段对称设置在介质基板两面的圆弧振子，作为Alford环天线的上下两臂，并通过设置在圆心和圆弧振子之间的平行双导线馈线及连接同轴电缆进行馈电，其中N≥1，M≥1。

本实用新型超宽带高增益双极化全向天线获得优越效果，带宽显著增加，覆盖GSM900频段，增益明显提升，方向图带内一致性好，增益带宽与阻抗带宽几乎相等，理想全向性，低旁瓣，高交叉极化比，高效率，天馈系统一体化印制，低互调、高可靠性，功率承受高，设计简单，装配简便和低成本，是一种适用于全向基站的理想天线方案，适合批量生产，是取代常规全向天线的优选方案，而且对于低增益、窄频带的终端全向天线的设计和改进也是适用和有效的。

优选的，各两单元V极化子阵中心馈电点连接同轴电缆，通过馈电槽将各同轴电缆按照每两路合并为一路的层级方式，最终连接为一个端口输出；在Alford环天线上下两臂中心连接同轴电缆，该同轴电缆的内外导体分别与Alford环天线上下两臂相连，然后通过馈电槽将各同轴电缆按照每两路合并为一路的层级方式，最终连接为一个端口输出。

优选的，该V极化阵列包括两个沿轴向间隔排列的两单元V极化子阵，共四个宽带V极化振子单元，该H极化阵列包括四个沿中心轴向平行间隔分布的Alford环天线，间距与该V极化阵列的各宽带V极化振子单元间距一致，且该H极化阵列的Alford环天线中心与该V极化阵列的宽带V极化振子单元中心位于同一平面但不重合。

优选的，该Alford环天线包括四个绕圆心镜像设置均布在同一圆周面上的宽带H极化振子单元。

优选的，该H极化阵列的各Alford环天线间距，以及该V极化阵列的各宽带V极化振子单元间距均为d，d＝(0.55～0.85)×λ_c，其中λ_c为中心波长。

优选的，该宽带H极化振子单元的圆弧振子的圆弧长度L_a＝R·Φ≈0.25·λ_c，其中λ_c为中心波长。

优选的，在宽带H极化振子单元的平行双导线馈线靠近圆弧振子一侧设有一对与之正交的横向短路枝节，上下横向短路枝节通过末端的金属化过孔短路，平行双导线馈线采用不等宽的多节变换段级联设计。

优选的，该宽带V极化振子单元上臂和下臂之间有窄间隙，振子上下两臂分别设置在介质基板两面，在宽带V极化振子单元中间轴线位置、沿轴向设置平行双导线馈线，平行双导线馈线中间设置为连接馈电电缆的馈电点，两端则连接振子上臂或下臂。

优选的，该宽带V极化振子单元的U形臂的左右两臂对称，分别包括基部和宽度较宽的拓宽部。

优选的，该宽带V极化振子单元的U形臂的底端两侧直角处设置倒内角的切角，底端内侧中央有一朝下的矩形凹陷，该切角的倒角值范围为15°～60°。

优选的，该宽带V极化振子单元的U形上臂和下臂为半波振子，长度为0.20～0.25个中心波长，内外宽度与长度比例分别为0.25～0.35、0.45～0.75；该宽带H极化振子单元的圆弧振子亦为半波阵子，圆弧半径R为0.15～0.60个中心波长，圆弧宽度与中心长度之比为0.15～0.35。

优选的，所述宽带V极化振子单元还包括上下对称的长条形寄生枝节，设置在紧挨U形上下臂的左右两侧与之平行放置，寄生枝节的外边与U形上下臂的外边平齐，内边缘则与上下臂间隔有间隙，中间部分朝内凸入U形上下臂的底端两侧切角位置，寄生枝节的宽长比约为0.01～0.20，寄生枝节设置于介质基板的顶面或底面，或介质基板的顶底两面。

优选的，该介质基板厚度为T、介电常数和损耗角分别为ε_r1和tanδ₁，其长宽大小不小于阵列尺寸。

优选地，所述超宽带高增益双极化全向天线，V/H极化辐射单元的介质基板为包括空气在内的各种常见介质材料。

对比现有技术，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提出了一种超宽带高增益双极化全向天线，首先，分别构造一个超宽带V(垂直)极化振子单元和H(水平)双极化全向辐射振子单元。前者为两元U形半波振子阵列，在它的中间沿阵列方向设置一对平行双导线馈线，两侧设置有寄生单元；后者为四个半波振子，按圆周方式共面排列成Alford环天线。然后，分别为V/H极化阵列选择合适的阵元数目及间距，再将两阵列的辐射单元依次交错排列，最后分别用同轴网络馈电。通过采用上述措施，本实用新型的超宽带高增益双极化全向天线实现了GSM 900频段内超宽带(698-960MHz，VSWR≤1.50，BW＝262MHz，>31.6％)、高增益(G＝7.14-8.91dBi)、全向性(不圆度<1.5dB)、低旁瓣(SLL<-10dB)、高交叉极化比(XPD≥35dB)、高功率(≥200W量级)和高效率(η_A≥80％)。除此，该方案还具有功率承受高(200W)、尺寸小(长度L<2.43·λ_c,直径D<0.55·λ_c)、设计简单、装配简便和低成本等特点，是一种适用于全向基站的理想天线方案。另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、实现简单、低成本、适合批量生产等特点，是取代常规全向天线的优选方案，而且对于低增益、窄频带的终端全向天线的设计和改进也是适用和有效的。

本实用新型的积极进步效果在于，通过采取下列措施：1)设计超宽带V极化振子单元，即为U形振子设置合适的长宽值、两臂宽度、底端切角和凹陷尺寸，为寄生枝节选择合理参数和位置；2)设计超宽带H极化振子单元，即为Alford环天线的圆弧振子、平行馈线、短路枝节、介质基板选择合适的参数；3)构建U形振子的V极化阵列，先构建印制双导线馈电的U形振子子阵，再将多个子阵排成均匀直线阵，最后用同轴馈电网络将子阵与接头连接；4)Alford环天线组阵，将多个水平Alford环天线沿竖直方向等间隔排列，并同轴馈电网络将各阵元与接头连接；5)V/H极化单元彼此正交且交错排列，构成双极化全向阵列，获得了较常规方案显著的性能提升：一、带宽显著增加，覆盖GSM900频段(698-960MHz，VSWR≤1.50，BW＝262MHz，>31.6％)；二、增益明显提升，达到7.14～8.91dBi；方向图带内一致性好，增益带宽与阻抗带宽几乎相等；二、理想全向性(H面不圆度<2.5dB)；三、低旁瓣(SLL<-10dB)；四、高交叉极化比(XPD≥35dB)；五、高效率(η_A≥80％)；六、天馈系统一体化印制，低互调(PIM-3，-107dBm@43dBm)、高可靠性。除此，该方案还具有功率承受高(≥200W)、(长度L<2.43·λ_c,直径D<0.55iλ_c)、设计简单、装配简便和低成本等特点，是一种适用于全向基站的理想天线方案。

另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、实现简单、低成本、适合批量生产等特点，是取代常规全向天线的优选方案，而且对于低增益、窄频带的终端全向天线的设计和改进也是适用和有效的。

【附图说明】

图1为天线模型所采用的直角坐标系定义的示意图。

图2为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的宽带V极化振子单元单臂模型的示意图。

图3为本实用新型的宽带V极化振子单元双臂模型的示意图。

图4为本实用新型的宽带V极化振子单元两侧加载寄生枝节模型的示意图。

图5为本实用新型的宽带V极化振子单元组成两单元V极化子阵的示意图。

图6为本实用新型的两单元V极化子阵的侧视图。

图7为本实用新型的两单元V极化子阵模型上端或右端的局部正视图。

图8为本实用新型的两单元V极化子阵模型下端或左端的局部正视图。

图9为本实用新型的两单元V极化子阵模型中心馈点的局部正视图。

图10为本实用新型的两单元V极化子阵作为辐射元再组成V极化阵列的示意图。

图11为本实用新型的Alford环天线模型的正视图。

图12为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V/H极化阵列组合模型的正视图。

图13为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V/H极化阵列组合模型的俯视图。

图14为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V/H极化阵列组合模型的侧视图。

图15为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V/H极化阵列组合模型加同轴馈电网络的示意图。

图16为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V/H极化阵列的驻波比VSWR曲线。

图17为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V极化阵列的各频点竖直面(E面)增益方向图。

图18为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V极化阵列的各频点水平面(H面)增益方向图。

图19为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的H极化阵列的各频点竖直面(H面)增益方向图。

图20为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的H极化阵列的各频点水平面(E面)增益方向图。

图21为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V/H极化阵列的水平面不圆度随频率f变化曲线。

图22为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V极化阵列的各频点竖直面半功率波束宽度HBPW随频率f变化特性。

图23为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V/H极化阵列的最大增益G随频率f变化特性。

图24为超宽带高增益双极化全向天线的V极化阵列的效率η_A随频率f变化曲线。

图25为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的H极化阵列的效率η_A随频率f变化曲线。

本文附图是用来对本实用新型的进一步阐述和理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的具体实施例一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制或限定。

【具体实施方式】

下面结合附图给出实用新型的较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。这里，将给出相应附图对本实用新型进行详细说明。需要特别说明的是，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制或限定本实用新型。

请参阅图1～15，本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的构建方式：

步骤一，建立空间直角坐标系，见图1；

步骤二，设计宽带V极化振子单元：在XOZ平面，顺+Z轴方向构造一个开口朝上的U形片，U形片左右两臂对称15，两臂包括基部12和顶部宽度较宽的拓宽部11，见图2；然后，将U形片沿X轴进行镜像，构成宽带V极化振子单元的上下两臂1、2，上下两臂1、2间有窄间隙16，见图3、4；另外，在U形上下两臂1、2外侧平行地附加一对寄生枝节20，寄生枝节20上下对称，其内边和两端均与U形上下两臂1、2间隔有间隙21，其外边则与U形振子上下两臂1、2的最外侧平齐，见图4；

步骤三，构建两单元V极化子阵：将步骤二的宽带V极化振子单元，沿Z轴平移复制两次，组成一个间隔为d的两单元阵列。然后，在宽带V极化振子单元中间轴线位置、沿子阵方向设置一对平行双导线馈线40，平行双导线馈线40中间设置为馈电点42，以连接馈电电缆，两端41则连接振子上臂或下臂，振子上下两臂分别印制在基板30两面，见图5、6、7、8和9；

步骤四，两单元V极化子阵组成V极化阵列：将两单元V极化子阵作为一个基本辐射单元，再如步骤三那样，沿Z轴平移复制N次，组成一个间隔为2·d的N元均匀直线阵，使得两相邻子阵的最近两振子间距同样为d，见图10；

步骤五，填充介质层：在步骤四的平行双导线馈线40及振子阵列的上下两臂之间，填充厚度为T、介电常数和损耗角分别为ε_r1和tanδ₁的均匀介质基板30，其长宽大小不小于阵列尺寸，以对阵列起到支撑和阻抗匹配作用，见图6至图9；

步骤六，连接馈电电缆：在步骤四的各两单元V极化子阵中心馈电点连接50Ω同轴电缆，电缆顺着平行双导线馈线40或阵列轴线方向延伸至阵列中间，并将它们的外导体焊接于平行双导线馈线的一侧导线上，再用馈电槽64将各同轴电缆按照每两路合并为一路的层级方式，最终连接为一个端口从阵列一端输出，见图15的部分60、61、62、63和64。

步骤七，设计宽带H极化振子单元：在XOY平面，以原点O为圆心、+X轴为起点，构造一段半径为R、弧度为Φ、宽度为W_a的圆弧段，圆弧长度L_a＝R·Φ≈0.25·λ_c(λ_c为中心波长)，然后，以X轴为对称轴将圆弧段镜像复制，并将镜像段沿-Z轴移动距离T，从而构成偶极子的对称双臂，见图11的部分51、52。

步骤八，在步骤七中的宽带H极化单元设置平行双导线馈线：以坐标原点O为起点、以宽带H极化振子单元的圆弧振子两臂起始端为终点，作两条宽度为W_p、长度为L_p、间隔D_p的平行双导线馈线56，其末端与振子连接，以对振子进行平行馈电，见图11的部分56；

步骤九，设置横向短路枝节：在步骤八的平行双导线馈线靠近圆弧振子某处的一侧，设置一对与之正交的横向短路枝节53，上下枝节通过末端的金属化过孔54短路，用于调节阻抗匹配，见图11。为了进一步改善阻抗匹配，平行双导线馈线采用不等宽的多节设计，见图11；

步骤十，一体化天馈单元组圆阵：将步骤九的宽带H极化单元，以原点O为圆心、在XOY平面旋转或镜像复制M份(M≥1)，然后等间隔排成均匀圆阵，见图11，再分别将所有上层或下层单元连接为一体，构成Alford环天线的上下两臂，见图11；

步骤十一，设置介质基板：在步骤十的Alford环天线上下两臂中间，设置一层介电常数和损耗角分别为ε_r2和tanδ₂的介质基板50，其厚度等于平行双导线馈线的两平行导线的间距D，以调节阻抗和支撑天线，见图11；

步骤十二，组成均匀直线阵：将步骤十一的印制Alford环天线，沿着+Z轴方向平移复制N次，单元间距等于步骤五的垂直极化的V极化阵列间距d，组成全向水平极化阵列，且各阵元中心与步骤五的垂直极化的V极化阵列的各阵元中心位于同一平面，但不重合，见图12、13、14和15；

步骤十三，设置中心同轴馈电：在步骤十的Alford环天线上下两臂中心，分别作一圆形焊盘55，直径均大于平行导线线宽，然后将50Ω同轴电缆自下而上穿过步骤十一的介质基板50，其内外导体分别与Alford环天线上下两臂相连。然后，用馈电槽64将各同轴电缆按照每两路合并为一路的层级方式，最终连接为一个端口从阵列一端输出，见图11和部分55和图15的部分60、61和64。

通过上述方法构建出来的超宽带高增益双极化全向天线，其包括V极化阵列和H极化阵列，如图1～15，在本实施例中，该V极化阵列垂直放置，包括两个沿轴向间隔排列的两单元V极化子阵，该两单元V极化子阵包括两个轴向间隔排列的宽带V极化振子单元，该宽带V极化振子单元包括镜像设置的U形的上臂1和下臂2，并设置平行双导线馈线及连接同轴电缆进行馈电。

该宽带V极化振子单元的U形臂的左右两臂对称，分别包括基部12和宽度较宽的拓宽部11，该宽带V极化振子单元上臂和下臂之间有窄间隙16，振子上下两臂分别设置在介质基板30两面，在宽带V极化振子单元中间轴线位置、沿轴向设置平行双导线馈线40，平行双导线馈线40中间设置为连接馈电电缆的馈电点42，两端41则连接振子上臂或下臂，在两导体末端上下短路，馈线的馈电点处开有通孔，通孔环周为焊盘，50Ω电缆内导体穿过通孔后焊接在上导线的焊盘上，外导体则焊接在下导线的焊盘上。各两单元V极化子阵中心馈电点连接同轴电缆，通过馈电槽64将各同轴电缆61、62、63按照每两路合并为一路60的层级方式，最终连接为一个端口输出。

该宽带V极化振子单元的U形臂的底端两侧直角处设置倒内角的切角14，底端内侧中央有一朝下的矩形凹陷13，该切角的倒角值范围为15°～60°。

所述宽带V极化振子单元还包括上下对称的长条形寄生枝节20，设置在紧挨U形上下臂的左右两侧与之平行放置，寄生枝节的外边与U形上下臂的外边平齐，内边缘则与上下臂间隔有间隙21，中间部分朝内凸入U形上下臂的底端两侧切角位置，寄生枝节的宽长比约为0.01～0.20，寄生枝节设置于介质基板的顶面或底面，或介质基板的顶底两面。

该介质基板30厚度为T、介电常数和损耗角分别为ε_r1和tanδ₁，其长宽大小不小于阵列尺寸。

该H极化阵列水平排布，包括四个沿中心轴向平行间隔分布的Alford环天线，间距d与该V极化阵列的各宽带V极化振子单元间距d一致，且该H极化阵列的阵元中心与该V极化阵列的各阵元中心位于同一平面但不重合，该Alford环天线包括四个绕圆心旋转镜像设置均布在同一圆周面上的宽带H极化振子单元，该宽带H极化振子单元包括两段对称设置在介质基板两面的圆弧振子51、52，作为Alford环天线的上下两臂，并通过设置在圆心和圆弧振子之间的平行双导线馈线及连接同轴电缆进行馈电。

在宽带H极化振子单元的平行双导线馈线靠近圆弧振子一侧设有一对与之正交的横向短路枝节53，上下横向短路枝节通过末端的金属化过孔54短路，平行双导线馈线采用不等宽的多节变换段级联设计。馈线的馈电点处开有通孔55，通孔环周为焊盘，50Ω电缆内导体穿过通孔后焊接在上导线的焊盘上，外导体则焊接在下导线的焊盘上。

在Alford环天线上下两臂中心连接同轴电缆，该同轴电缆的内外导体分别与Alford环天线上下两臂相连，然后通过馈电槽64将各同轴电缆按照每两路合并为一路的层级方式，最终连接为一个端口输出。

该H极化阵列的各Alford环天线间距d，以及该V极化阵列的各宽带V极化振子单元间距d，d＝(0.55～0.85)×λ_c，其中λ_c为中心波长。

该宽带H极化振子单元的圆弧振子的圆弧长度L_a＝R·Φ≈0.25·λ_c，其中λ_c为中心波长。

该宽带V极化振子单元的U形上臂和下臂为半波振子，长度为0.20～0.25个中心波长，内外宽度与长度比例分别为0.25～0.35、0.45～0.75；该宽带H极化振子单元的圆弧振子亦为半波阵子，圆弧半径R为0.15～0.60个中心波长，圆弧宽度与中心长度之比为0.15～0.35。

所述超宽带高增益双极化全向天线，采用印制平行双导线和同轴电缆相结合的混合馈电方式，以实现馈电网络设计简化和高功率容量；V/H极化单元均采用印制平行馈线，单元连接则采用同轴电缆加馈电槽方式；印制平行馈线，由不等长宽的多节变换段级联而成，

所述超宽带高增益双极化全向天线，V/H极化辐射单元的介质基板为包括空气在内的各种常见介质材料。

本实用新型获得了较常规方案显著的性能提升：一、带宽显著增加，覆盖GSM900频段(698-960MHz，VSWR≤1.50，BW＝262MHz，31.6％)；二、增益明显提升，达到7.14～8.91dBi；方向图带内一致性好，增益带宽与阻抗带宽几乎相等；二、理想全向性(H面不圆度<2.5dB)；三、低旁瓣(SLL<-10dB)；四、高交叉极化比(XPD≥35dB)；五、高效率(η_A≥80％)；六、天馈系统一体化印制，低互调(PIM-3，-107dBm@43dBm)、高可靠性。除此，该方案还具有功率承受高(≥200W)、(长度L<2.43·λ_c,直径D<0.55·λ_c)、设计简单、装配简便和低成本等特点，是一种适用于全向基站的理想天线方案。

具体数据请参阅图16～25，其中：

图16为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V/H极化阵列的驻波比VSWR曲线。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为MHz；纵轴(Y轴)是VSWR；实线为V极化，虚线为H极化。由图知，V/H极化阵列天线在GSM900频段(698-960MHz，BW＝262MHz)，实现了良好的阻抗匹配，驻波比VSWR≤1.48，最小达到1.07，相对带宽大于31.6％，均实现了超宽带工作。

图17为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V极化阵列的各频点竖直面(E面)增益方向图。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为MHz；纵轴(Y轴)是增益，单位是dBi；光滑线表示主极化，点线表示交叉极化；实线表示f_L＝698MHz，虚线表示f_L＝830MHz，点线表示f_L＝960MHz。由图知，增益G＝8.91dBi，E面高中低频的旁边电平SLL低于-10dB，交叉极化比XPD>45dB，说明垂直极化纯度很高。

图18为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V极化阵列的各频点水平面(H面)增益方向图。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为MHz；纵轴(Y轴)是增益，单位是度dBi；实线表示f_L＝698MHz，虚线表示f_L＝830MHz，点线表示f_L＝960MHz。由图知，H面高中低频的增益G＝7.14～8.91dBi，不圆度小于2.5dB，全向性比较理想。

图19为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的H极化阵列的各频点竖直面(H面)增益方向图。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为MHz；纵轴(Y轴)是增益，单位是dBi；光滑线表示主极化，点线表示交叉极化；实线表示f_L＝698MHz，虚线表示f_L＝830MHz，点线表示f_L＝960MHz。由图知，增益G＝8.91dBi，H面高中低频的旁边电平SLL低于-12dB，交叉极化比XPD>35dB，说明水平极化纯度较高。

图20为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的H极化阵列的各频点水平面(E面)增益方向图。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为MHz；纵轴(Y轴)是增益，单位是度dBi；实线表示f_L＝698MHz，虚线表示f_L＝830MHz，点线表示f_L＝960MHz。由图知，E面高中低频的增益G＝7.20～8.08dBi，不圆度小于1.8dB，全向性比较理想。

图21为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V/H极化阵列的水平面不圆度随频率f变化曲线。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为MHz；纵轴(Y轴)是不圆度，单位是度dB；实线为V极化，虚线为H极化。由图知，整个频带内，V/H极化水平面(V极化是E面，H极化则是E面)方向图不圆度(全向性或均匀性)分别小于2.5dB和1.80dB，水平全向性比较理想。

图22为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V极化阵列的各频点竖直面半功率波束宽度HBPW随频率f变化特性。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为MHz；纵轴(Y轴)是波束宽度，单位是度(deg)。由图知，带内半功率波宽HPBW＝17.3°～23.5°，竖直面波宽较窄，且V/H极化的一致性很好。

图23为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的V/H极化阵列的最大增益G随频率f变化特性。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为MHz；纵轴(Y轴)是增益，单位是dBi。由图知，带内增益变化范围为G＝6.82～8.08dBi，V/H极化增益差异很小，且整个带内波动也较小。

图24为超宽带高增益双极化全向天线的V极化阵列的效率η_A随频率f变化曲线。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为MHz；纵轴(Y轴)是效率。由图知，整个带内天线效率η_A≥97.8％，非常理想。

图25为本实用新型超宽带高增益双极化全向天线的H极化阵列的效率η_A随频率f变化曲线。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为MHz；纵轴(Y轴)是效率。由图知，整个带内天线效率η_A≥80％，大部分频段η_A≥95％，比较理想。

以上仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制或限定本实用新型。对于本领域的研究或技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型所声明的保护范围之内。

Claims

1.一种超宽带高增益双极化全向天线，其特征在于，其包括V极化阵列和H极化阵列，

该V极化阵列垂直放置，包括N个沿轴向间隔排列的两单元V极化子阵，该两单元V极化子阵包括两个轴向间隔排列的宽带V极化振子单元，该宽带V极化振子单元包括镜像设置的U形的上臂和下臂，并设置平行双导线馈线及连接同轴电缆进行馈电，

该H极化阵列水平排布，包括N个沿中心轴向平行间隔分布的Alford环天线，间距与该V极化阵列的各宽带V极化振子单元间距一致，且该H极化阵列的阵元中心与该V极化阵列的各阵元中心位于同一平面但不重合，

该Alford环天线包括M个绕圆心旋转镜像设置的宽带H极化振子单元，该宽带H极化振子单元包括两段对称设置在介质基板两面的圆弧振子，并通过设置在圆心和圆弧振子之间的平行双导线馈线及连接同轴电缆进行馈电，

其中N≥1，M≥1。

2.如权利要求1所述的超宽带高增益双极化全向天线，其特征在于，各两单元V极化子阵中心馈电点连接同轴电缆，通过馈电槽将各同轴电缆按照每两路合并为一路的层级方式，最终连接为一个端口输出；在Alford环天线上下两臂中心连接同轴电缆，该同轴电缆的内外导体分别与Alford环天线上下两臂相连，然后通过馈电槽将各同轴电缆按照每两路合并为一路的层级方式，最终连接为一个端口输出。

3.如权利要求1或2所述的超宽带高增益双极化全向天线，其特征在于，该V极化阵列包括两个沿轴向间隔排列的两单元V极化子阵，共四个宽带V极化振子单元，该H极化阵列包括四个沿中心轴向平行间隔分布的Alford环天线，间距与该V极化阵列的各宽带V极化振子单元间距一致，且该H极化阵列的Alford环天线中心与该V极化阵列的宽带V极化振子单元中心位于同一平面但不重合。

4.如权利要求3所述的超宽带高增益双极化全向天线，其特征在于，该Alford环天线包括四个绕圆心镜像设置均布在同一圆周面上的宽带H极化振子单元。

5.如权利要求1所述的超宽带高增益双极化全向天线，其特征在于，该H极化阵列的各Alford环天线间距以及该V极化阵列的各宽带V极化振子单元间距均为d，d＝(0.55～0.85)×λ_c，其中λ_c为中心波长。

6.如权利要求1所述的超宽带高增益双极化全向天线，其特征在于，该宽带H极化振子单元的圆弧振子的圆弧长度L_a＝R·Φ≈0.25·λ_c，其中λ_c为中心波长。

7.如权利要求1所述的超宽带高增益双极化全向天线，其特征在于，在宽带H极化振子单元的平行双导线馈线靠近圆弧振子一侧设有一对与之正交的横向短路枝节，上下横向短路枝节通过末端的金属化过孔短路，平行双导线馈线采用不等宽的多节设计。

8.如权利要求1所述的超宽带高增益双极化全向天线，其特征在于，该宽带V极化振子单元上臂和下臂分别设置在介质基板两面，在宽带V极化振子单元中间轴线位置、沿轴向设置平行双导线馈线，平行双导线馈线中间设置为连接馈电电缆的馈电点，两端则连接振子上臂或下臂。

9.如权利要求1所述的超宽带高增益双极化全向天线，其特征在于，该宽带V极化振子单元的U形上臂和下臂为半波振子，长度为0.20～0.25个中心波长，内外宽度与长度比例分别为0.25～0.35、0.45～0.75；该宽带H极化振子单元的圆弧振子亦为半波阵子，圆弧半径R为0.15～0.60个中心波长，圆弧宽度与其中心长度之比为0.15～0.35。

10.如权利要求1所述的超宽带高增益双极化全向天线，其特征在于，所述宽带V极化振子单元还包括上下对称的长条形寄生枝节，设置在紧挨U形上下臂的左右两侧与之平行放置，寄生枝节的外边与U形上下臂的外边平齐，内边缘则与上下臂间隔有间隙，中间部分朝内凸入U形上下臂的底端两侧切角位置，寄生枝节设置于介质基板的顶面或底面，或介质基板的顶底两面。