CN209001148U - 一种应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线，包括介质基板，所述介质基板为圆形，介质基板上设置有印刷弧形偶极子和中间圆环反射器，所述印刷弧形偶极子均为阵列单元，呈环形排列，沿介质基板边缘排列在0°，90°，180°，270°四个方向上，所述印刷弧形偶极子长度相等且均为驱动振子，所述中间圆环反射器设置于介质基板上中间位置。本实用新型利用偶极子的方向图特征，采用印刷偶极子作为阵元，将偶极子排列在介质基板上。由于基板上的等效波长要小于空气中波长，这样既有效减小了阵列天线的尺寸，且易于加工。本实用新型尺寸小，增益高，造价低，水平面具有波束扫描以及定向全向模式切换功能，可以用在室内基站设备上。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种天线技术领域，尤其涉及一种应用于室内的双模弧形偶极子阵列天线。
背景技术
传统的基站天线尺寸较大，带宽较窄，且模式单一，限于其馈电方式和体积大小，其应用范围受到约束。
随着移动通信的快速发展和移动用户的快速增长，智能天线已被广泛认为是提高通信质量和频谱利用率的关键技术。智能天线阵列可以产生空间定向波束，并可以自适应地将无线电信号引导到用户方向，而旁瓣和零点指向其他可能的干扰信号。移动通信系统经常要求智能天线针对不同的用户状态在全向模式和定向模式之间切换。当基站无法确定用户位置时，天线阵列以全向模式工作以获得更宽的覆盖区域。在确认用户位置之后，天线阵列切换到定向模式并将波束指向用户。因此，基站天线需要360°的方位角波束扫描能力。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型针对现有技术存在的问题，提出一种应用于室内的双模弧形偶极子阵列天线。
技术方案：为实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种双模弧形偶极子阵列天线，包括介质基板，所述介质基板为圆形，介质基板上设置有印刷弧形偶极子和中间圆环反射器，所述中间圆环反射器设置于介质基板上中间位置，所述印刷弧形偶极子均为阵列单元，呈环形排列，沿介质基板边缘排列在0°，90°，180°，270°四个方向上，所述印刷弧形偶极子长度相等且均为驱动振子。
进一步，所述介质基板为FR-4基板。
进一步，外接射频电路板作为馈电结构。
进一步，所述印刷弧形偶极子单元为四单元时，介质基板半径为40mm，高度为1.6mm，印刷弧形偶极子单元半径为37mm，宽度2mm，中间圆环反射器外半径为17mm,宽度2mm。
进一步，所述印刷弧形偶极子单元为八单元时，包括两块介质基板，每块介质基板上设置有四个单元的印刷弧形偶极子和中间圆环反射器，并且两块介质基板相对旋转45°，然后通过泡沫连接起来，所述泡沫长为50mm，宽为50mm，高为50mm。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益技术效果：
本实用新型利用偶极子的方向图特征，采用印刷弧形偶极子作为阵元，有效避免了采用微带天线作为单元时所产生的波束指向天空问题。将偶极子排列在介质基板上。由于基板上的等效波长要小于空气中波长，这样既有效减小了阵列天线的尺寸，且易于加工。本实用新型尺寸小，增益高，造价低，水平面具有波束扫描以及定向全向模式切换功能，可以用在室内基站设备上。
附图说明
图1是本实用新型四单元阵列结构示意图；
图2是本实用新型四单元阵列实测与仿真反射系数图；
图3是本实用新型四单元阵列实测与仿真全向方向图:(a)实测与仿真方向xoy面图，(b)实测与仿真方向yoz面图；
图4是本实用新型四单元阵列实测与仿真定向方向图：(a)实测与仿真定向θ＝0°图(b)实测与仿真定向θ＝90°图，(c)实测与仿真定向θ＝180°图，(d)实测与仿真定向θ＝270°图，(e)实测与仿真定向θ＝45°图，(f)实测与仿真定向θ＝135°图，(g)实测与仿真定向θ＝225°图，(h)实测与仿真定向θ＝315°图；
图5是本实用新型八单元阵列结构示意图；
图6是本实用新型八单元阵列实测与仿真反射系数图；
图7是本实用新型八单元阵列实测与仿真全向方向图：(a)实测与仿真方向xoy面图，(b)实测与仿真方向yoz面图；
图8是本实用新型八单元阵列实测与仿真定向方向图：(a)实测与仿真定向θ＝0°图(b)实测与仿真定向θ＝90°图，(c)实测与仿真定向θ＝180°图，(d)实测与仿真定向θ＝270°图，(e)实测与仿真定向θ＝45°图，(f)实测与仿真定向θ＝135°图，(g)实测与仿真定向θ＝225°图，(h)实测与仿真定向θ＝315°图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。
本实施例提供了一种双弧形偶极子阵列天线偶极子阵列天线，包括介质基板1，所述介质基板1为圆形，介质基板1上设置有印刷弧形偶极子2和中间圆环反射器3，所述印刷弧形偶极子2均为阵列单元，呈环形排列，沿介质基板1边缘排列在0°，90°，180°，270°四个方向上，所述印刷弧形偶极子2长度相等且均为驱动振子，所述中间圆环反射器3设置于介质基板1上中间位置，阵元的激励分布并不是等幅同相的，而是基于功率传输最大化理论优化得出。通过在远场特定位置(辐射方向)放置接收天线，优化所设计的发射天线与接收天线之间的传输效率，找到对应最大传输效率的一组发射天线的激励分布，这组激励就是设计发射天线所需要的最佳激励分布。为实现天线的小型化，本实用新型采用优化方法减小天线的三维尺寸，馈电方式采用射频电路板外接馈电，通过射频电路馈电的方式将这组激励赋给相应的阵元，从而实现定向的效果。将等幅同相的激励赋给相应的阵元时，就可以得到全向辐射模式。整个过程所需散射参数可以由电磁仿真软件HFSS得到。通过调节阵元之间间距，单个偶极子的长宽以及中间反射器的大小等参数，还可以优化整个阵列天线的定向增益。
实施例一
实施例一为四单元阵列天线，请参考图1，图2，图3，图4。本实施例中介质基板1半径R1为40mm，高度t为1.6mm，印刷弧形偶极子单元半径R2为37mm，宽度为2mm，中间圆环反射器外半径R3为17mm,宽度为2mm，如图1所示。
以上天线的设计过程中，所有散射参数均由电磁仿真软件HFSS15.0优化设计得到。
通过在FR-4基板1上贴覆铜皮制作出上述天线辐射单元，天线实物制作完成以后利用N9918A矢量网络分析仪测得天线的反射系数，将其与仿真得到的反射系数进行对比，得到四单元阵列反射系数，如图2所示。
在测天线方向图时，运用弗里斯传输公式：
(PR,dB-lR,dB)-(PT,dB+lT,dB)＝GT,dB+GR,dB-20log10f-20log10d+147.56
以喇叭为标准天线，测量需要的具体步骤如下：
步骤1：将标准天线与信号发生器通过传输线连接，用矢量网络分析仪代替功率计与被测天线通过传输线相连；
步骤2：设置信号发生器频率f，发射功率PT；
步骤3：通过矢量网络分析仪测得标准天线与信号发生器之间传输线的损耗lT，dB，被测天线与矢量网络分析仪之间传输线的损耗lR，dB；
步骤4：将标准天线与测试天线的高度调整到同一水平面，保证天线之间的距离d在远场。测出矢量网络分析仪接收到的功率PR；
步骤5：保持被测天线不动，将标准天线旋转θ角度，重复步骤4、5；
步骤6：然后再将射频馈电电路板的损耗计算在内，得到四单元阵列天线天线实测方向图并与仿真进行对比，如图3，图4所示。
本实用新型以能量传输效率最大化理论为基础。作为例子，所设计的双模弧形偶极子阵列天线工作在2.45GHz(本实用新型不限于特定频率)。频率改变时，设计方法类似。-10dB以下的工作频段为2.33-2.74GHz，带宽约410MHz，实测最大定向增益达到7.2dBi，全向增益达到1.4dBi；
实施例二
实施例二为八单元阵列天线，请参考图5，图6，图7，图8。本实施例中包括两块介质基板1，每块介质基板1上设置有四个单元的印刷弧形偶极子2以及中间圆环反射器3，只是两块介质基板1相对旋转45°，然后通过泡沫4连接起来，所述泡沫长为50mm、宽为50mm、高为50mm，如图5所示。
以上天线的设计过程中，所有散射参数均由电磁仿真软件HFSS15.0优化设计得到。
通过在FR-4介质基板1上贴覆铜皮制作出上述天线辐射单元，天线实物制作完成以后利用N9918A矢量网络分析仪测得天线的反射系数，将其与仿真得到的反射系数进行对比，得到八单元阵列反射系数，如图6所示。
在测天线方向图时，运用弗里斯传输公式：
(PR,dB-lR,dB)-(PT,dB+lT,dB)＝GT,dB+GR,dB-20log10f-20log10d+147.56
以喇叭为标准天线，测量需要的具体步骤如下：
步骤1：将标准天线与信号发生器通过传输线连接，用矢量网络分析仪代替功率计与被测天线通过传输线相连；
步骤2：设置信号发生器频率f，发射功率PT；；
步骤3：通过矢量网络分析仪测得标准天线与信号发生器之间传输线的损耗lT，dB，被测天线与矢量网络分析仪之间传输线的损耗lR，dB；
步骤4：将标准天线与测试天线的高度调整到同一水平面，保证天线之间的距离d在远场。测出矢量网络分析仪接收到的功率PR；
步骤5：保持被测天线不动，将标准天线旋转θ角度，重复步骤4、5；
步骤6：然后再将射频馈电电路板的损耗计算在内，得到八单元阵列天线实测方向图并与仿真进行对比，如图7，图8所示。
所设计的双模弧形偶极子阵列天线工作在2.45GHz(本实用新型不限于特定频率)。频率改变时，设计方法类似。-10dB以下的工作频段为2.33-2.74GHz，带宽约410MHz，实测最大定向增益达到8.2dBi，全向增益达到2.8dBi。更高单元阵列设计类似。
Claims (5)
1.一种应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线，包括介质基板，其特征在于：所述介质基板为圆形，介质基板上设置有印刷弧形偶极子和中间圆环反射器，所述中间圆环反射器设置于介质基板上中间位置，所述印刷弧形偶极子均为阵列单元，呈环形排列，沿介质基板边缘排列在0°，90°，180°，270°四个方向上，所述印刷弧形偶极子长度相等且均为驱动振子。
2.根据权利要求1所述的应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线，其特征在于：所述介质基板为FR-4基板。
3.根据权利要求1所述的应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线，其特征在于：外接射频电路板作为馈电结构。
4. 根据权利要求1所述的应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线，其特征在于：所述印刷弧形偶极子单元为四单元时，介质基板半径为40mm，高度为1.6mm，印刷弧形偶极子单元半径为37mm，宽度为2mm，中间圆环反射器外半径为17mm, 宽度为2mm。
5.根据权利要求1所述的应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线，其特征在于：所述印刷弧形偶极子单元为八单元时，包括两块介质基板，每块介质基板上设置有四个单元的印刷弧形偶极子和中间圆环反射器，并且两块介质基板相对旋转45°，然后通过泡沫连接起来，所述泡沫长为50mm，宽为50mm，高为50mm。
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| CN201821947366.XU CN209001148U (zh) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | 一种应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线 |
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| CN (1) | CN209001148U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109449609A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-08 | 南京信息工程大学 | 一种应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线 |
| CN112751208A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-05-04 | 连云港市气象局 | 一种应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线 |
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2018
- 2018-11-23 CN CN201821947366.XU patent/CN209001148U/zh active Active
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| CN112751208A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-05-04 | 连云港市气象局 | 一种应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线 |
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