CN211789550U - 立体式新型天线装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种立体式新型天线装置，包括基板以及设置于基板的天线阵列；天线阵列由阵列设置的双极化八木天线组成，上述立体式新型天线装置，采用双极化八木天线组成天线阵列，双极化八木天线通过设计新型反射器与有源振子，并采用双极化结构，可以有效提高天线增益系数，同时双极化还可以减少信号传输的极化损失，准确接收信号，并且通过设置反射盘，使得双极化有源振子能够感应反射盘上的同相电流，从而有效的提高天线的增益，最后还通过将各层基板上的双极化八木天线进行划分得到组阵，形成立体空间结构的天线阵列，增加了天线对垂直面上的波束的增益，提高整个天线装置的通信性能。

Description

立体式新型天线装置

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种立体式新型天线装置。

背景技术

天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分，各类无线电设备所要执行的任务虽然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的，任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息的，因此就必须有能辐射或接收电磁波的天线装置。

传统的天线通过装备大规模天线阵列，利用多根天线形成的空间自由度及有效的多径分量，以此来提高频谱利用效率，进而提高天线增益，改善通信系统性能，但是传统的天线对通信性能的提高有限，增益效果差。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的天线增益效果差的问题，提供一种能够提高增益的立体式新型天线装置。

一种立体式新型天线装置，包括：基板以及设置于基板的天线阵列；天线阵列由阵列设置的双极化八木天线组成，双极化八木天线包括反射盘、天线轴向杆、双极化反射器、双极化有源振子和双极化引向器；

双极化反射器、双极化有源振子、双极化引向器和反射盘依次设置在天线轴向杆上；双极化反射器设置于天线轴向杆的第一端，双极化引向器设置在天线轴向杆的第二端，反射盘与双极化引向器间隔设置且远离天线轴向杆的第一端，反射盘所在平面与天线轴向杆垂直；

双极化引向器包括正交设置的第一引向器和第二引向器，第一引向器和第二引向器包括若干根设置在天线轴向杆上的金属件，各金属件与天线轴向杆垂直，垂足与金属件中点重合，每一金属件的长度比与其相邻并靠近双极化有源振子的金属件短，且第一引向器和第二引向器正交组成双极化引向器时，每两根具有相同长度的金属件都保持正交并处于同一平面内；

双极化反射器包括正交设置的第一反射器和第二反射器，第一反射器和第二反射器分别包括一根设置在天线轴向杆两侧的金属件，双极化反射器的金属件与天线轴向杆垂直，垂足与金属件中点重合，且第一反射器与第一引向器处于同一平面内，第二反射器与第二引向器处于同一平面内，双极化反射器的金属件长度长于双极化引向器任意一根金属件的长度；

双极化有源振子包括正交设置的两个单极化有源振子即第一有源振子和第二有源振子，第一有源振子和第二有源振子分别由两根对称设置在天线轴向杆两侧的L型金属件组成，L型金属件的其中一臂为连接臂，贴合在天线轴向杆上，且连接臂的端口与双极化反射器连接，另一臂为功能臂，功能臂的长度长于引向器的长度，短于反射器的长度；同时第一有源振子与第一反射器处于同一平面内，第二有源振子与第二反射器处于同一平面内。

上述立体式新型天线装置，采用双极化八木天线组成天线阵列，双极化八木天线通过设计新型反射器与有源振子，并采用双极化结构，可以有效提高天线增益系数，同时双极化还可以减少信号传输的极化损失，准确接收信号，并且通过设置反射盘，使得双极化有源振子能够感应反射盘上的同相电流，从而有效的提高天线的增益，最后还通过将基板上的双极化八木天线进行划分组阵，形成立体空间结构的天线阵列，增加了天线对垂直面上的波束的增益，提高整个天线装置的通信性能。

在其中一个实施例中，反射盘为圆盘，反射盘的半径不超过双极化反射器的长度，且反射盘与双极化引向器之间的间隔距离为双极化有源化振子的四分之一个波长。

在其中一个实施例中，不同频段的双极化八木天线交叉设置于基板。

在其中一个实施例中，立体式新型天线装置还包括天线罩，天线罩为一端开口、另一端封闭的空腔结构，且开口端固定于基板上。

在其中一个实施例中，天线罩表面涂覆有左手材料。

在其中一个实施例中，阵列设置的八木天线之间的间隔距离为天线中心频率的波长的一半。

在其中一个实施例中，双极化有源振子还包括设置在第一有源振子上的馈电结构和第二有源振子上的馈电结构，各馈电结构包括：

金属凸块，设置于一功能臂上，用于接受馈电；

同轴线，一端端口与金属凸块连接，用于将电流传输至所在的单极化有源振子以驱动天线工作；

支撑件，包覆于同轴线外，用于将同轴线与外界环境隔离；

金属外壳，设置于支撑件外，同时金属外壳的一部分嵌入未设置金属凸块的功能臂内。

在其中一个实施例中，立体式新型天线装置还包括同轴馈电线，同轴馈电线连接第一有源振子上的馈电结构和第二有源振子上的馈电结构。

在其中一个实施例中，立体式新型天线装置还包括巴伦馈电装置，巴伦馈电装置连接第一有源振子上的馈电结构和第二有源振子上的馈电结构。

在其中一个实施例中，天线轴向杆包括第一馈电集合板、第二馈电集合板、第三馈电集合板以及第四馈电集合板，第一馈电集合板、第二馈电集合板、第三馈电集合板以及第四馈电集合板合围形成腔体，腔体内设置有介质条。

附图说明

图1为一实施例中立体式新型天线装置的结构示意图；

图2为一实施例中阵列设置的双极化八木天线在基板上的分布示意图；

图3为另一实施例中阵列设置的双极化八木天线在基板上的分布示意图；

图4为一实施例中双极化八木天线整体结构正视图；

图5为一实施例中双极化八木天线整体结构后视图；

图6为一实施例中双极化八木天线双极化反射器、双极化有源振子和双极化引向器结构示意图；

图7为一实施例中双极化八木天线双极化反射器、双极化有源振子和双极化引向器结构的侧视图；

图8为一实施例中双极化有源振子结构示意图；

图9为一实施例中双极化反射器、双极化有源振子和双极化引向器结构的俯视图；

图10为一实施例中馈电结构在一个方向的结构示意图；

图11为一实施例中馈电结构在另一个方向的结构示意图；

图12为另一实施例中双极化八木天线的整体结构的主视图；

图13为另一实施例中双极化八木天线的整体结构的主视图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，在一个实施例中，提供了一种立体式新型天线装置，包括基板11以及设置于基板11的天线阵列，天线阵列由阵列设置的双极化八木天线12组成，具体地，双极化八木天线12垂直设置于基板11，双极化八木天线12包括反射盘、天线轴向杆、双极化反射器、双极化有源振子和双极化引向器(后续将结合附图4-附图13对双极化八木天线12进行详细说明)。基板11的材质并不唯一，可以是金属板或塑料板等，本实施例中，基板11为金属基板，提高天线固定可靠性。不同双极化八木天线12的频段可相同也可不同。本实施例中，不同频段的双极化八木天线12交叉设置于基板11。如图2所示，双极化八木天线12包括频段1天线和频段2天线，且两种不同频段的天线之间交叉设置。不同频段的双极化八木天线12的具体结构尺寸也不相同，如图3所示为不同频段的双极化八木天线12之间的交错型的高增益组阵方式图，频段1天线为低频天线，高度较高，频段2天线为高频天线，高度较低。把不同频段的双极化八木天线12进行交叉放置，即拉大了两个双极化八木天线12的间距，间接的增大了有效口径面积，提高了天线增益。

如图4所示，双极化八木天线12包括有反射盘400、天线轴向杆140、双极化反射器130、双极化有源振子120和双极化引向器110；其中，天线轴向杆140为金属制支撑杆，形状可以是圆杆形、方杆形、轨道形等，用于搭载天线各组成部件。双极化反射器130、双极化有源振子120、双极化引向器110和反射盘400依次设置在天线轴向杆140上；双极化反射器130设置于天线轴向杆140的第一端，双极化引向器110设置在天线轴向杆140的第二端，反射盘400与双极化引向器110间隔设置且远离天线轴向杆140的第一端，反射盘400所在平面与天线轴向杆140垂直。其中，反射盘400与天线轴向杆140之间可以通过泡沫连接固定或者直接贴在天线轴向杆的第二端，还可通过柱子固定等等。

需要说明的是，图4中还示出了反射板300以及同轴馈电线500，后续本文将结合其它的实施例再对反射板300以及同轴馈电线500进行详细的解释，在此不做详细说明，图5为图4对应的后视图，图5中的双极化八木天线12与图4提供的双极化八木天线12的整体结构相同，故在此不再对附图5进行具体详细的说明。

进一步的，图6以及图7示出了双极化八木天线12中双极化反射器130、双极化引向器110以及双极化有源振子120的具体结构，首先需要说明的是，虽然图6以及图7中未示出反射盘400的位置，但反射盘400是可以通过连接件固定设置于天线轴向杆140(未图示)的第二端(后续将会代称为A端)。双极化引向器110、双极化有源振子120和双极化反射器130相对独立，依次从上至下设置在天线轴向杆140上，为方便描述，不妨将天线轴向杆140的两端分别称作A端和B端，双极化引向器110设置于A端，双极化反射器130设置于B端。

如图6和图7所示，双极化引向器110包括正交设置的第一引向器和第二引向器，第一引向器和第二引向器相同，由若干根设置在天线轴向杆(未图示)上的金属件组成，这里的金属件可以是金属棒或金属长条，金属件与天线轴向杆垂直，且垂足与金属件的中点重合，以使金属件两端对称地设置于天线轴向杆上。同时若干根金属件之间的长度关系是：金属件的长度都不同，每一金属件的长度比与其相邻的并靠近双极化有源振子的金属件短，即沿着B端至A端的方向，金属件的长度依次变短；或者还可以是沿着B端至A端的方向，金属件分为若干组，每一组内的若干根金属件的长度都相同，但每一组金属件的长度都比与之相邻的靠近B端的那一组金属件长度短。同时，当第一引向器和第二引向器正交组合成双极化引向器时，具有相同长度的金属件之间也保持正交并处于同一平面内，即具有相同长度的金属件组成如图所示的十字形并设置于天线轴向杆上。

双极化反射器130包括正交设置的第一反射器和第二反射器，第一反射器与第二反射器相同，分别由一根设置在天线轴向杆上的金属件组成，金属件与天线轴向杆垂直，且垂足与金属件的中点重合，以使金属件两端对称地设置于天线轴向杆上，第一反射器和第二反射器处于同一平面内。双极化反射器130的金属件的长度长于双极化引向器110任一金属件的长度。

如图8所示，双极化有源振子120包括正交设置的两个相同的单极化有源振子，即第一有源振子和第二有源振子，分别由两根对称设置在天线轴向杆(未图示)两侧的L型金属件组成，L型金属件的其中一臂为连接臂121，贴合在天线轴向杆上，且连接臂121上的端口122与双极化反射器130的相应金属件连接，即第一有源振子的一根L型金属件与第一反射器的一侧金属件连接，第一有源振子的另一根L型金属件与第一反射器的另一侧金属件连接，第二有源振子亦然，此不赘述，连接臂121的长度可根据实际需求如天线收发的信号波长等进行调整。L型金属件的另一臂为功能臂123，有源振子设置于天线轴向杆两侧的两个功能臂的长度之和大于双极化引向器101任意一根金属件的长度，小于双极化反射器130的金属件的长度。L型金属件的连接臂121和功能臂123之间的角度可根据实际信号收发需求进行调整，在一个实施例中，L型金属件的连接臂121和功能臂123之间的角度为90°。

再进一步的，如图9所示，双极化引向器110、双极化有源振子120和双极化反射器130之间的关系还包括：第一有源振子与第一反射器、第一引向器处于同一平面内，第二有源振子与第二反射器、第二引向器处于同一平面内，整个天线从A端向B端的视图大致呈一个十字形。

上述立体式新型天线装置，采用双极化八木天线12组成天线阵列，双极化八木天线12通过设计新型反射器与有源振子，并采用双极化结构，可以有效提高天线增益系数，同时双极化还可以减少信号传输的极化损失，准确接收信号，并且通过设置反射盘，使得双极化有源振子能够感应反射盘上的同相电流，从而有效的提高天线的增益，最后还通过将基板上的双极化八木天线12进行划分组阵，形成立体空间结构的天线阵列，增加了天线对垂直面上的波束的增益，提高整个天线装置的通信性能。

在一个实施例中，反射盘400为圆盘，反射盘400的半径不超过双极化反射器130的长度，且反射盘400与双极化引向器110之间的间隔距离为双极化有源化振子120的四分之一个波长。这种情况下双极化八木天线12的增益较高。反射盘400的形状、尺寸和其与天线轴向杆140的第二端之间的距离并不是唯一的，具体的，在其它实施例中，反射盘400的半径可在双极化反射器130长度的0.5—1倍之间，反射盘400距离双极化引向器110约四分之一波长附近。以工作在1.7—1.9Ghz频段的双极化八木天线12的仿真结果为例，将反射盘400的半径设置约为27.8mm，距离双极化引向器40mm，最终实现了最高11.4dB的高增益。

在一个实施例中，虽未图示，双极化八木天线12还包括天线罩，天线罩为一端开口、另一端封闭的空腔结构，且开口端固定于基板11上。双极化八木天线12可置于天线罩空腔结构内，保护天线各组件。进一步的，在其它实施例中，天线罩可以是一端开口，另一端为球形透镜结构，且开口端固定于基板11上，通过将天线罩的另一端做成球形透镜结构，能够对天线辐射的波形进行修正补偿，将不均匀的球面波修正为均匀的球面波，起到对天线的波形进行修正补偿的作用，提高天线的增益。

进一步的，在一个实施例中，天线罩表面涂覆有左手材料，其中，天线罩表面指的是天线罩的内表面，左手材料是一种介电常数和磁导率同时为负的人工周期性结构的材料，其中传播电磁波的电场分量、磁场分量和波矢量满足左手定则，相速度和群速度方向相反，可以呈现出许多自然界原本不存在的奇特物理光学现象，其主要具有负折射特性，通过在天线罩上涂敷左手材料，能够起到能量汇聚的作用。

在一个实施例中，阵列设置的双极化八木天线12之间的间隔距离为天线中心频率的波长的一半。具体的，多个双极化八木天线12按照一定的阵列规则设置在基板上，相邻的双极化八木天线12之间存在有一定的间隔距离，该间隔距离可以为其中一个双极化八木天线12中心频率的波长的一半，通过如此的阵列规则来设置双极化八木天线12，能够避免相邻的双极化八木天线12之间的互相干扰。

在一个实施例中，如图10和图11所示，双极化有源振子130的第一有源振子和第二有源振子上都设置有一个馈电结构200，包括：金属凸块201，作为馈电点，设置于单极化有源振子的其中一个功能臂123a上，用于接受馈电；

同轴线202，一端的端口与金属凸块201连接，用于将电流传输至有源振子上以驱动天线工作；

支撑件203，包覆于同轴线202外，用于将同轴线202与外界环境隔离，同时在一个实施例中，支撑件的材料为聚四氟乙烯，进一步起到绝缘作用；

金属外壳204，设置于支撑件203外，同时金属外壳204的一部分嵌入未设置金属凸块201的另一功能臂123b内，用于将金属外壳接地，使同轴线202与金属外壳204形成电位差。

在一个实施例中，立体式新型天线装置还包括馈电输入组件，馈电输入组件与第一有源振子上的馈电结构和第二有源振子上的馈电结构连接。馈电输入组件用于输入馈电给高增益双极化八木天线12，使得天线能够接受馈电正常工作。

进一步的，在一个实施例中，可继续参考图4以及图5，图4以及图5中示出了馈电输入组件的具体结构，即同轴馈电线500，同轴馈电线500连接上文中的第一有源振子上的馈电结构和第二有源振子上的馈电结构。具体的，同轴馈电线500可以为50欧姆同轴线，对应的，此时双极化八木天线12的输入阻抗为50欧姆。通过采用同轴馈电线提供馈电给双极化八木天线12的馈电结构，不需要使用阻抗变换器，节省了馈电成本。

在另外一个实施例中，可参考图12以及图13，图12与图4的区别之处在于馈电输入组件的结构不同，相应的，图13与图5的区别之处也在于馈电输入组件的结构不同，在图12以及图13中，馈电输入组件为巴伦馈电装置600，巴伦馈电装置600连接上文的第一有源振子上的馈电结构和第二有源振子上的馈电结构。巴伦馈电装置600为平衡-不平衡变换器，通过巴伦馈电装置600能够实现天线振子的平衡馈电。

在一个实施例中，如图4、图5、图12以及图13所示，双极化八木天线12还包括有反射板300，反射板300设置于天线轴向杆140的第一端，具体的，反射板300可以是具有矩形、圆形、正多边形等形状的金属平板，进一步的，可以将双极化反射器130设置于反射板300上。通过设置反射板，可以将天线后向波束通过反射板汇聚反射出去，从而有效地提高天线的前后比，对提高天线增益及定向性也有一定的效果。

在一个实施例中，天线轴向杆140包括第一馈电集合板、第二馈电集合板、第三馈电集合板以及第四馈电集合板，第一馈电集合板、第二馈电集合板、第三馈电集合板以及第四馈电集合板合围形成腔体，腔体内设置有介质条。可以理解，上文的双极化反射器、双极化有源振子以及双极化引向器是与上述馈电集合板连接的，从而固定在天线轴向杆上，例如双极化反射器可以与第一馈电集合板、第二馈电集合板、第三馈电集合板以及第四馈电集合板这四块集合板同时连接，也可以只与第一馈电集合板和第三馈电集合板连接，以固定在天线轴向杆上，进一步的，在一个实施例中，介质条的材料可以为无机陶瓷材料或有机介质材料，且介质条的横截面积与腔体的横截面积相等，从而方便介质条固定在腔体中，提高工作稳定性。通过在腔体内设置介质条，可以实现汉森-伍德亚德端射条件，形成强端射阵，每层振子之间的介电常数各不相同，形成强端射阵，以此来实现提高天线本身增益的目的。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种立体式新型天线装置，其特征在于，包括：基板以及设置于所述基板的天线阵列；

所述天线阵列由阵列设置的双极化八木天线组成，所述双极化八木天线包括反射盘、天线轴向杆、双极化反射器、双极化有源振子和双极化引向器；

所述双极化反射器、所述双极化有源振子、所述双极化引向器和所述反射盘依次设置在所述天线轴向杆上；所述双极化反射器设置于所述天线轴向杆的第一端，所述双极化引向器设置在所述天线轴向杆的第二端，所述反射盘与所述双极化引向器间隔设置且远离所述天线轴向杆的第一端，所述反射盘所在平面与所述天线轴向杆垂直；

所述双极化引向器包括正交设置的第一引向器和第二引向器，所述第一引向器和第二引向器包括若干根设置在所述天线轴向杆上的金属件，各所述金属件与所述天线轴向杆垂直，垂足与金属件中点重合，每一金属件的长度比与其相邻并靠近所述双极化有源振子的金属件短，且所述第一引向器和所述第二引向器正交组成所述双极化引向器时，每两根具有相同长度的金属件都保持正交并处于同一平面内；

所述双极化反射器包括正交设置的第一反射器和第二反射器，所述第一反射器和所述第二反射器分别包括一根设置在所述天线轴向杆两侧的金属件，所述双极化反射器的金属件与所述天线轴向杆垂直，垂足与金属件中点重合，且所述第一反射器与所述第一引向器处于同一平面内，所述第二反射器与所述第二引向器处于同一平面内，所述双极化反射器的金属件长度长于所述双极化引向器任意一根金属件的长度；

所述双极化有源振子包括正交设置的两个单极化有源振子即第一有源振子和第二有源振子，所述第一有源振子和所述第二有源振子分别由两根对称设置在所述天线轴向杆两侧的L型金属件组成，L型金属件的其中一臂为连接臂，贴合在所述天线轴向杆上，且连接臂的端口与所述双极化反射器连接，另一臂为功能臂，所述功能臂的长度长于所述引向器的长度，短于所述反射器的长度；同时所述第一有源振子与所述第一反射器处于同一平面内，所述第二有源振子与所述第二反射器处于同一平面内。

2.根据权利要求1所述的立体式新型天线装置，其特征在于，所述反射盘为圆盘，所述反射盘的半径不超过所述双极化反射器的长度，且所述反射盘与所述双极化引向器之间的间隔距离为所述双极化有源化振子的四分之一个波长。

3.根据权利要求1所述的立体式新型天线装置，其特征在于，不同频段的双极化八木天线交叉设置于所述基板。

4.根据权利要求1所述的立体式新型天线装置，其特征在于，所述立体式新型天线装置还包括天线罩，所述天线罩为一端开口、另一端封闭的空腔结构，且开口端固定于所述基板上。

5.根据权利要求4所述的立体式新型天线装置，其特征在于，所述天线罩表面涂覆有左手材料。

6.根据权利要求1所述的立体式新型天线装置，其特征在于，所述阵列设置的双极化八木天线之间的间隔距离为天线中心频率的波长的一半。

7.根据权利要求1所述的立体式新型天线装置，其特征在于，所述双极化有源振子还包括设置在所述第一有源振子上的馈电结构和所述第二有源振子上的馈电结构，各所述馈电结构包括：

金属凸块，设置于一所述功能臂上，用于接受馈电；

同轴线，一端端口与所述金属凸块连接，用于将电流传输至所在的单极化有源振子以驱动天线工作；

支撑件，包覆于所述同轴线外，用于将所述同轴线与外界环境隔离；

金属外壳，设置于所述支撑件外，同时金属外壳的一部分嵌入未设置所述金属凸块的功能臂内。

8.根据权利要求7所述的立体式新型天线装置，其特征在于，所述立体式新型天线装置还包括同轴馈电线，所述同轴馈电线连接所述第一有源振子上的馈电结构和所述第二有源振子上的馈电结构。

9.根据权利要求7所述的立体式新型天线装置，其特征在于，所述立体式新型天线装置还包括巴伦馈电装置，所述巴伦馈电装置连接所述第一有源振子上的馈电结构和所述第二有源振子上的馈电结构。

10.根据权利要求1所述的立体式新型天线装置，其特征在于，所述天线轴向杆包括第一馈电集合板、第二馈电集合板、第三馈电集合板以及第四馈电集合板，第一馈电集合板、第二馈电集合板、第三馈电集合板以及第四馈电集合板合围形成腔体，所述腔体内设置有介质条。

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