CN207602782U - 一种水平全向天线 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种水平全向天线，其包括耦合馈电网络单元、辐射基板和辐射片单元；辐射基板包括相对的第一表面和第二表面；耦合馈电网络单元设置于辐射基板的第一表面，包括至少一路微带支路；辐射片单元设置于辐射基板的第二表面，包括共用地模块和与其连接的至少一组微带偶极子；耦合馈电网络单元与辐射片单元连通。本申请的天线具有小型化、低剖面、结构简单、易于加工和装配、易于与其他设备集成的特点，具有巨大的市场前景。

Description

一种水平全向天线

技术领域

本实用新型涉及天线全向技术领域，具体涉及一种水平全向天线。

背景技术

全向天线具有水平面内360°的全向辐射特性，能够实现宽角度扫描和全方位覆盖，有利于减少信号源天线(如基站天线)的数量。其被广泛应用于点对点通讯、广播、数据传输和组建无线扩频网等领域。按照极化方向来分类，全向天线可分为垂直极化全向天线、水平极化全向天线和圆极化全向天线。垂直极化全向天线易于实现并已经得到广泛的工程应用，其辐射类型类似于电偶极子，常见的实现形式有单极天线，双锥天线等。水平极化全向天线辐射类似磁偶极子，由于磁偶极子并不存在，其实现形式一般为Alford环多偶极子圆形阵或方形阵等，实现较为复杂，同时水平极化全向天线带宽一般较窄，约为0.1*f0至0.2*f0的带宽(f0为天线工作的中心频率)。由于极化分集技术在通信系统中的不断运用，水平极化全向天线有利于增加极化多样性和提高系统的通信容量，使得水平全向天线的运用越来越广泛。

宽带通信技术凭借其超高速、超大容量、低成本、低复杂度等优点而成为无线通信的一大研究热点。宽带通信的关键技术之一就是宽带天线的研究和设计设置。常见的增加天线带宽的方法有使用宽或粗的偶极子、加载开路和短路枝节、加载寄生单元，现有技术的相关方法容易使得天线的尺寸变得更大，不利于天线小型化。

实用新型内容

本申请提供一种水平全向天线，其包括耦合馈电网络单元、辐射基板和辐射片单元；所述辐射基板为片状或块状，包括相对的第一表面和第二表面；所述耦合馈电网络单元设置于所述辐射基板的第一表面，包括至少一路微带支路；所述辐射片单元设置于所述辐射基板的第二表面，包括共用地模块和与其连接的至少一组微带偶极子；所述耦合馈电网络单元与所述辐射片单元连通。

本申请的天线具有小型化、低剖面、结构简单、易于加工和装配、易于与其他设备集成的特点，具有巨大的市场前景。

附图说明

图1为实施例一的天线结构示意图；

图2为实施例一的天线上表面结构示意图；

图3为实施例一的天线侧面结构示意图；

图4为实施例一的天线下表面结构示意图；

图5为实施例一的天线下表面结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一：

如图1至图5所示为本实施例的小型化水平全向宽带天线，其包括耦合馈电网络单元3、辐射基板2、辐射片单元1和同轴4。

辐射基板2为片状或块状的正方形低损耗介质板，其介电系数为3至5，其边长为0.42λ，以满足天线电气性能要求。辐射基板2包括相对的第一表面和第二表面，本实施例中，第一表面为上表面，第二表面为下表面。

耦合馈电网络单元3为蚀刻于辐射基板2上表面的铜箔，包括四路微带支路；四路微带支路绕辐射基板2的中心沿辐射基板2呈均匀中心对称分布。

如图2所示，具体地，耦合馈电网络单元3的每一路微带支路均包括依次连接的第一阻抗变换段、第二阻抗变换段和终端开路结构。第一阻抗变换段为弯曲弧形或圆弧形，将第一阻抗变换段设计为弧形，有利于降低反射损耗，提高天线驻波比；第一阻抗变换段与第二阻抗变换段平滑连接；终端开路结构为扇形，扇形的终端开路结构有利于阻抗匹配和扩展带宽。以第一微带支路31为例，第一微带支路的第一阻抗变换段311为弧形、弯钩形或“J”形，第一微带支路的第二阻抗变换段312为长方形片状或“L”形，第一微带支路的终端开路结构313为扇形或三角形，第一微带支路31与其他三个微带支路共同构成类似“卐”形的图案。

每一路微带支路的第一阻抗变换段长度为0.25λ(即1/4波长)，宽度为0.005至0.007λ，阻抗为120Ω；第二阻抗变换段长度为0.25λ，宽度为0.018λ至0.022λ，阻抗为60Ω；终端开路结构的半径为0.05λ至0.06λ，扇形张角为15°至30°；本实施例中，λ为天线的最低工作频率f0在空气中对应的工作波长。微带支路的第一阻抗变换段为高阻抗匹配段，第二阻抗变换段为低阻抗匹配段。单个偶极子经过阻抗变换使得每条微带耦合支路的阻抗约为200Ω，四条微带支路并联合成的馈电网络阻抗就约为50Ω。

如图3所示，本实施例的天线通过同轴中心馈电，同轴内芯连接耦合馈电网络单元3，同轴外芯连接辐射片单元1，从而耦合馈电网络单元3与辐射片单元1连通；同轴4还连接至射频接头。

如图4所示，辐射片单元1为蚀刻于辐射基板2下表面的铜箔，形成下层辐射贴片，包括共用地模块12和与其连接的四路微带偶极子11；四路微带偶极子绕辐射基板2的中心间隔90°沿辐射基板2均匀对称分布；共用地模块为以辐射基板2的中心为中心的对称形状。

辐射片单元1的每一组微带偶极子均包括一组对称的偶极子臂即第一偶极子臂和第二偶极子臂。共用地模块为共用金属地，包括四个金属地子模块，四个金属地子模块之间具有缝隙13。微带偶极子中，其第一偶极子臂连接一个金属地子模块，其第二偶极子臂连接于与该金属地子模块相邻的金属地子模块。共用金属地的设计进一步使得天线达到小型化。

如图5所示，以组一微带偶极子111为例，组一微带偶极子的第一偶极子臂1111连接第一金属地子模块121，其从第一金属地子模块121伸出并沿辐射基板2边沿分布；组一微带偶极子的第二偶极子臂1112连接第二金属地子模块122，其从第二金属地子模块122伸出并沿辐射基板2边沿分布。单个偶极子臂类似于“L”形，所构成的偶极子类似于“╦”或“Ⅱ”形。

每一组微带偶极子的长度为0.32λ至0.36λ，第一偶极子臂与第二偶极子臂之间的间距为0.024λ至0.03λ。

共用金属地为正方形(不计两金属地子模块之间的间隙)，其边长为0.26λ至0.3λ(不计两金属地子模块之间的间隙宽度)，相邻金属地子模块之间的缝隙宽度为0.006λ至0.01λ，缝隙深度为0.07至0.09λ。

本实施例的天线通过对绕中心轴对称的四组微带偶极子并联馈电，使得四组微带偶极子辐射的水平极化波实现水平方位的360°全向波束覆盖，从而实现天线的水平全向辐射性能，且共用一部分金属地更好地实现天线的小型化。同时，通过天线的上层耦合馈电网络部分的四组并联微带支路，每组微带支路包括高低阻抗匹配段和末端开路的扇形结构，四组并联微带支路的耦合馈使得天线实现良好的阻抗匹配和比较宽的工作频带。

本实施例的小型化水平全向宽带天线其工作频率为f0到2*f0，f0为天线最低工作频率，倍频程大于2；天线方向图为水平全向，不圆度小于2dB；在实现水平全向的同时，保证天线的小尺寸(小于天线最低工作频率的0.44倍波长)，同时实现了天线的宽频工作(频带范围为f0至2*f0，两倍的倍频程)。本实施例的天线具有小型化、低剖面、宽带、结构简单、量轻、馈电简单、易于加工和装配、易于与其他设备集成的特点，具有巨大的市场前景。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种水平全向天线，其特征在于，

包括耦合馈电网络单元(3)、辐射基板(2)和辐射片单元(1)；

所述辐射基板包括第一表面和第二表面；

所述耦合馈电网络单元设置于所述辐射基板的第一表面，包括至少一路微带支路；

所述辐射片单元设置于所述辐射基板的第二表面，包括共用地模块(12)和与其连接的至少一组微带偶极子(11)；

所述耦合馈电网络单元与所述辐射片单元连通。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述耦合馈电网络单元包括四路微带支路(31)；

所述四路微带支路绕所述辐射基板的中心呈均匀中心对称分布；

所述辐射片单位包括四路微带偶极子(11)；

所述四路微带偶极子绕所述辐射基板的中心均匀对称分布；

所述共用地模块为以所述辐射基板的中心为中心的对称形状。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述天线还包括同轴(4)，所述同轴的内芯连接所述耦合馈电网络单元，所述同轴的外芯连接所述辐射片单元，所述同轴还连接至射频接头；

所述天线通过同轴中心馈电。

4.如权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，

所述耦合馈电网络单元的每一路微带支路均包括依次连接的第一阻抗变换段(311)、第二阻抗变换段(312)和终端开路结构(313)。

5.如权利要求4所述的天线，其特征在于，

所述第一阻抗变换段为弯曲弧形；

所述第一阻抗变换段与所述第二阻抗变换段平滑连接；

所述终端开路结构为扇形或三角形。

6.如权利要求5所述的天线，其特征在于，

所述耦合馈电网络单元中，每一路微带支路的第一阻抗变换段长度为0.25λ，宽度为0.005λ至0.007λ，阻抗为120Ω；第二阻抗变换段长度为0.25λ，宽度为0.018λ至0.022λ，阻抗为60Ω；所述终端开路结构的半径为0.05λ至0.06λ，扇形张角为15°至30°；

其中，λ为所述天线的最低工作频率在空气中对应的工作波长；

所述微带支路的第一阻抗变换段为高阻抗匹配段，第二阻抗变换段为低阻抗匹配段。

7.如权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，

所述辐射片单元的每一组微带偶极子均包括一组对称的偶极子臂即第一偶极子臂(1111)和第二偶极子臂(1112)；

所述共用地模块为共用金属地，包括四个金属地子模块，所述四个金属地子模块之间具有缝隙；

所述微带偶极子中，其第一偶极子臂连接一个金属地子模块，其第二偶极子臂连接于与该金属地子模块相邻的金属地子模块。

8.如权利要求7所述的天线，其特征在于，

所述辐射片中，每一组微带偶极子的长度为0.32λ至0.36λ，第一偶极子臂与第二偶极子臂之间的间距为0.024λ至0.03λ；

其中，λ为所述天线的最低工作频率在空气中对应的工作波长。

9.如权利要求7所述的天线，其特征在于，

所述共用金属地为正方形，其边长为0.26λ至0.3λ，相邻金属地子模块之间的缝隙宽度为0.006λ至0.01λ，缝隙深度为0.07λ至0.09λ；

其中，λ为所述天线的最低工作频率在空气中对应的工作波长。

10.如权利要求1-3任一项所述的天线，其特征在于，

所述辐射基板为正方形，其边长为0.42λ至0.46λ；

其中，λ为所述天线的最低工作频率在空气中对应的工作波长；

所述耦合馈电网络单元被蚀刻于所述辐射基板上，其材料为铜箔；

所述辐射基板为低损耗的介质板；

所述辐射片单元被蚀刻于所述辐射基板上，其材料为铜箔。