CN217691652U - 偶极子天线和基站 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种偶极子天线和基站。偶极子天线包括第一辐射元件、第二辐射元件、馈线和匹配电路。第一辐射元件具有相对的第一端和第二端。第二辐射元件与第一辐射元件间隔设置。第二辐射元件具有相对的第一端和第二端。第一辐射元件的第一端邻近第二辐射元件的第一端。馈线具有相对的第一端和第二端。馈线的第一端邻近第一辐射元件的第一端和第二辐射元件的第一端并延伸穿过第一辐射元件。馈线电性连接到第一辐射元件的第一端。匹配电路包括第一电容和第一电感。第一电容的一端连接到馈线，另一端连接到第一电感的一端，第一电感的另一端连接到第二辐射元件的第一端。本申请的偶极子天线能够在宽的工作频率范围呈现出普遍恒定的抗性。

Description

偶极子天线和基站

技术领域

本申请涉及天线领域，尤其涉及一种偶极子天线和基站。

背景技术

天线的性能取决于天线元件的尺寸、形状和材料，还取决于一些天线物理参数(例如，线性天线的长度和环形天线的直径)与天线所接收或发射的信号波长之间的关系。这些关系决定了天线的运行参数，包括输入阻抗、增益、指向性、信号极性以及辐射模式等。

半波长偶极子天线是一种常见的天线，其辐射模式一般为全向辐射模式，大部分能量均匀地辐射在方位角方向，而在仰角方向的辐射很少。即，半波长偶极子天线的方向性好且因此应用广泛。然而，半波长天线通常为窄带宽的设备，只在一个小的频率范围内有效。

因此，有必要提供一种具有宽频带匹配技术的新型天线，以增强半波长偶极子天线的适用范围。

实用新型内容

为解决上述问题，本申请采用的一个技术方案是提供一种偶极子天线。偶极子天线包括第一辐射元件、第二辐射元件、馈线和匹配电路。第一辐射元件具有相对的第一端和第二端。第二辐射元件与第一辐射元件间隔设置。第二辐射元件具有相对的第一端和第二端。第一辐射元件的第一端邻近第二辐射元件的第一端。馈线具有相对的第一端和第二端。馈线的第一端邻近第一辐射元件的第一端和第二辐射元件的第一端并延伸穿过第一辐射元件。馈线电性连接到第一辐射元件的第一端。匹配电路，包括第一电容和第一电感。第一电容的一端连接到馈线，第一电容的另一端连接到第一电感的一端，第一电感的另一端连接到第二辐射元件的第一端。

为解决上述问题，本申请采用的另一个技术方案是提供一种基站。该基站包括上述偶极子天线和信号源。偶极子天线包括射频连接器，且射频连接器分别与信号源和同轴电缆的第二端连接；信号源通过偶极子天线的射频连接器为偶极子天线提供射频信号。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请通过提供一种改进的匹配电路，使偶极子天线在宽的工作频率范围内呈现出普遍恒定的抗性。

附图说明

为更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出根据本申请一实施例的偶极子天线的透视图；

图2示出根据本申请一实施例设有天线罩的偶极子天线的示意图；

图3示出根据本申请一实施例匹配电路的电路示意图；

图4示出根据本申请一实施例匹配电路与偶极子天线的第一辐射元件和第二辐射元件之间的连接的示意图；

图5示出根据本申请一实施例设有扼流环的固定板的示意图；

图6示出天线反射系数测量图；

图7示出根据本申请一实施例的基站的示意图；

图8示出根据本申请一实施例设置有间隔件的偶极子天线的截面示意图；以及

图9示出根据本申请一实施例设置有间隔件的偶极子天线的截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步的详细说明。

参考图1和图2，图1示出根据本申请一实施例的偶极子天线100的透视图，图2示出设有天线罩20的偶极子天线100的透视图。

具体的，图1和图2示出了一种偶极子天线100。偶极子天线100可选地为宽频VHF(Very high frequency)天线，其工作频率为136MHz-174 MHz。可选的，偶极子天线100也可以在UHF波段工作，例如在700/800MHz的宽工作频率内工作。

具体的，偶极子天线100包括射频连接器30、馈线40、第一辐射元件51和第二辐射元件52。第一辐射元件51也称第一振子，第二辐射元件52也称第二振子。在一些实施例中，第一辐射元件51用于发射和接收信号，第二辐射元件52用于接收信号。在一些实施例中，第一辐射元件51和第二辐射元件52都只用于发射信号，本申请对此不作限制。

具体的，第一辐射元件51和第二辐射元件52可以由具有良好导电性和导热性的材料制成，以减少天线过热的风险。优选的，所选材料具有良好的耐腐蚀性、延展性和强度，从而为天线提供高抗弯曲和变形能力。当宽频带(或宽带)偶极子天线100遇到高风载变形时，高的弯曲强度可降低天线失效的风险。在一些实施例中，第一辐射元件51和第二辐射元件52由铜质材料制成。

第一辐射元件51和第二辐射元件52可选的沿其长度方向线性同轴间隔排列或设置，形成一个中心馈电的偶极子辐射源。射频连接器30连接信号源，用于通过馈线40为第一辐射元件51和第二辐射元件52提供射频电流。该偶极子天线100在一些实施例中在136MHz-174MHz的频段上对沿馈线40传输的信号产生谐振。

第一辐射元件51和第二辐射元件52为柱形辐射元件，诸如圆柱形辐射元件。在一些实施例中，第一辐射元件51和第二辐射元件52具有相同的直径。第一辐射元件51尤其具有中空柱形形状，用于允许馈线40穿过其中。在一些实施例中，馈线40包括位于第一辐射元件51内的第一部分以及位于第一辐射元件51外的第二部分412。在一些实施例中，第一辐射元件51和第二辐射元件52的直径也可以朝远离射频连接器30的方向渐缩，本申请对此不作限制。

在一些实施例中，偶极子天线100为1/2波长天线。可选的，第一辐射元件51和第二辐射元件52的长度小于偶极子天线100的最低频率对应的波长的四分之一。在一些实施例中，第一辐射元件51和第二辐射元件52的长度为偶极子天线100的中心工作频率对应波长的四分之一。以偶极子天线100的宽频工作频率为136MHz-174MHz，波长缩短率为0.96为例，偶极子天线100的中心工作频率为155MHz，第一辐射元件51和第二辐射元件52的长度各自为0.465米。

如图1所示，第一辐射元件51具有相对的第一端511和第二端512。其中，第二端512邻近射频连接器30设置，而第一端511远离射频连接器30设置。第二辐射元件52具有相对的第一端521和第二端522。其中，第一辐射元件51的第一端511和第二辐射元件52的第一端521相邻，而第二辐射元件52的第二端522远离第一辐射元件51的第一端511。

第一辐射元件51和第二辐射元件52会产生均匀的射频电流。该射频电流将被转化为电磁场向外部发射，电磁场分布在垂直于偶极子天线100的面，且以偶极子天线100的中心线为中心均匀分布。

在一些实施例中，馈线40将信号馈向第一辐射元件51和第二辐射元件52。馈线40具有相对的第一端401和第二端402。其中，馈线40的第一端401远离射频连接器30设置，用作偶极子天线100的辐射端或接收端。馈线40的第二端402连接到射频连接器30以接收或发送射频电流。具体的，馈线40的第一端401邻近第一辐射元件51的第一端511和第二辐射元件52的第一端521。馈线40电性连接到第一辐射元件51的第一端511。在一些实施例中，馈线40的第一端401延伸穿过第一辐射元件51。

具体的，上述馈线40优选地为同轴电缆。参考图4，同轴电缆包括外导体41和内导体42。例如，同轴电缆包括最内部的作为内导体42的芯线和在外侧的作为外导体41的网状导体。同轴电缆还包括设于内导体42和外导体41之间的绝缘层以及最外层的绝缘外皮。外导体41和内导体42优选地由铜质材料制成。在一些实施例中，外导体41和内导体42也可以由不同的导电材料制成，例如外导体41由铝制成，内导体42由铜制成，本申请对此不作限制。在一些实施例中，同轴电缆的内导体42和外导体41相互配合以形成50欧姆的传输线。

同轴电缆的内导体42电性连接到第二辐射元件52，同轴电缆的外导体41电性连接到第一辐射元件51。在一些实施例中，第二辐射元件52的直径大于同轴电缆的内导体42的直径。同轴电缆与第一辐射元件51和第二辐射元件52的具体连接形式将在下文中详细说明。

具体的，如图2所示，偶极子天线100还包括天线罩20。天线罩20容纳第一辐射元件51、第二辐射元件52以及馈线40的至少一部分，以保护偶极子天线100免受外界环境的不良影响。在一些实施例中，参考图8和图9，图8和图9分别示出根据本申请在不同位置设置有间隔件810的偶极子天线100的截面示意图。如图8所示，在至少部分馈线40(例如，如上文所述馈线40的第二部分412)与天线罩20之间设置有间隔件810，以减少馈线40，尤其是同轴电缆的移动，降低可能的噪声。而且，间隔件810的设置，还可以增强天线的耐用性和稳定性。其中，间隔件810例如可以是海绵、泡沫等具有吸音性的元件。在一些实施例中，如图9所示，间隔件810还可以包围同轴电缆位于第一辐射元件51内的部分(例如，如上文所述馈线40的第一部分411)，从而可以固定该同轴电缆。当天线遭受高风载和高频振动时，同轴电缆容易产生严重的移动，并进而影响天线的匹配情况。采用间隔件810，可以尽量减少同轴电缆的移动，从而提高天线的匹配。

天线罩20可采用低介电常数的非金属材料制成。在一些实施例中，天线罩20由玻璃纤维制成。如图2所示，天线罩20可线性延伸，其长度诸如为1.5米。图2还示出安装座60。天线罩20穿过安装座60以通过安装座60固定于载具、建筑物等的底座上。在一些实施例中，该安装座60可为中空的管状结构。在其他实施例中，该安装座60也可以为向外凸出形成收容空间的板状结构。本申请对安装座60的具体结构不做限定。在一些实施例中，如图2所示，安装座60还至少部分容纳射频连接器30。

再次参考图1，如图1所示，偶极子天线100还包括连接到第一辐射元件51和第二辐射元件52之间的匹配电路70。偶极子天线100的特征阻抗会随着偶极子天线100的工作频率而变化，匹配电路70可补偿第一辐射元件51、第二辐射元件52以及同轴电缆的阻抗，确保这些元件保持电流分布和阻抗的有效平衡，使它们在宽频带范围内相互匹配。

关于匹配电路70，具体参考图3和图4，图3示出匹配电路70的电路示意图，图4示出匹配电路70与偶极子天线100的第一辐射元件51和第二辐射元件52之间的连接的示意图。

具体的，如图所示，匹配电路70包括串联在同轴电缆的第一端401和第二辐射元件52的第一端521之间的第一电容C1和第一电感L1。具体的，第一电容C1的一端连接到同轴电缆的内导体42，第一电容C1的另一端连接到第一电感L1的一端。第一电容C1的一端尤其在同轴电缆的第一端401处连接到同轴电缆的内导体42。第一电感L1的另一端连接到第二辐射元件52的第一端521。在一些实施例中，第一电容C1的电容值为10^-12法拉，第一电感L1的电感值为10^-9H。

在一些实施例中，匹配电路70还包括第二电感L2。第二电感L2的一端连接到第一辐射元件51的第一端511，另一端连接到上述第一电容C1和第一电感L1之间。在一些实施例中，第二电感的电感值为10^-9H。

在一些实施例中，匹配电路70还包括第二电容C2。第二电容C2的一端连接到第一辐射元件51的第一端511，第二电容C2的另一端连接到第二辐射元件52的第一端521。在一些实施例中，第二电容C2的电容值大小为10^-12H。

取决于偶极子天线100的工作频率、同轴电缆的阻抗等，第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1以及第二电容C2可具有其他值，本申请对此不作限制。通过合理地设置这些元件的值，使馈线40与天线的阻抗匹配。匹配电路70可以减少第一辐射元件51和第二辐射元件52末端反射的电流，增强对反射电流的吸收作用，从而极大地拓展偶极子天线100的工作带宽，进一步提高偶极子天线100的探测精度。

进一步，本申请的匹配电路70不使用电阻，避免了增大功率损耗。本申请的偶极子天线100例如在1.5:1的带宽比上产生相对恒定的增益，与一般的电阻加载天线相比，本申请的偶极子天线100可获得更好的增益和更高的效率。

在一些实施例中，匹配电路70被调谐到对应136MHz-174MHz的谐振，这有助于总体上降低电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)。优选地，匹配电路70在136MHz-174MHz之间的调谐VSWR<1.5：1。优选地，匹配电路70被调谐到在136MHz-174MHz之间的中间工作频率155MHz处谐振。

如图3和图4所示，第一辐射元件51以及同轴电缆的外导体41可视为天线接地GND或者接地端GND。

再次参考图1，如图1所示，偶极子天线100还包括环绕同轴电缆设置的扼流环80。扼流环80可例如为铁氧体磁环。在一些实施例中，扼流环80的数量可以是一个或多个。例如在图4所示的实施例中，可包括多个扼流环80，多个扼流环80依次间隔套设在同轴电缆的外侧，并具体套设在同轴电缆的位于射频连接器30和第一辐射元件51之间的部分上。在一些实施例中，多个扼流环80套设在馈线40的第二部分412上。在一些实施例中，铁氧体磁环通过热缩管固定在同轴电缆的外侧。优选的，铁氧体磁环采用镍锌铁氧体磁环。

通过在同轴电缆外侧设置诸如铁氧体磁环的扼流环80，可利用扼流环80的高阻扼流功能，有效扼制偶极子天线100的辐射元件上的电流流向同轴电缆外侧的表面，从而确保第一辐射元件51和第二辐射元件52的电流相等，实现了平衡馈电。如此，可避免天线方向图的畸变，实现全向天线，提高馈线40与辐射元件的适配性能。

进一步，参考图1和图5。如图所示，该偶极子天线还包括固定板，且扼流环80安装在固定板上。固定板可选的为印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB板)90。馈线40从扼流环80中穿过且固定在PCB板90上。而PCB板90通过焊接连接到第一辐射元件51。通过使用PCB板90，可增加偶极子天线100的整体抗弯强度。这降低了偶极子天线100在负载和振动下断裂的风险。优选的，PCB板90的宽度大于第一辐射元件51的宽度，以增加与第一辐射元件51的焊接连接面积，增强两者之间的结合强度，提高二者之间连接的可靠性。优选的，PCB板90的至少部分延伸到第一辐射元件51内，以辅助定位和固定PCB板90。优选的，PCB板90的至少部分被焊接连接到第一辐射元件51。

在一些实施例中，PCB板90开设有多个槽口92，以容纳扼流环80。槽口92优选地为方形的槽口。在一些实施例中，多个槽口92线性排列。在具体的安装过程中，首先将馈线40穿过多个扼流环80，然后扼流环80被放置到槽口92内且露出一部分。优选的，扼流环80嵌设在槽口92内。在一些实施例中，扼流环80可以通过黏胶固定到PCB板90的槽口92内。在一些实施例中，馈线40和扼流环80通过扎带94(例如自锁式扎带)固定到PCB板90上。扎带94可以减少馈线40和扼流环80相互移动的风险。而移动的扼流环80会将馈线40拉向各个方向，从而对馈线40造成不必要的张力。因此，扎带94的使用可以增加偶极子天线100的功能稳定性，提高偶极子天线100的使用寿命。

参考图6，图6的横坐标表示频率值，纵坐标表示驻波值刻度。如图6所示，在该实施例中，偶极子天线100在136MHz和174MHz之间的宽频带中工作，反射系数小于-14dB。

参考图7，图7示意性示出了一种基站10。具体地，基站10包括信号源110和上文中所述的偶极子天线100。信号源110与偶极子天线100的射频连接器30连接，并通过偶极子天线100的射频连接器30为偶极子天线100提供射频信号。

本申请实现了一种在宽无线电频率范围内具有恒定阻抗的偶极子天线100。具体的，该宽带高效准直全向的偶极子天线100在宽的工作频率范围内呈现出普遍恒定的阻抗，同时保持合理的天线增益。由电容和电感组成的匹配电路70被有效地添加到偶极子天线100上，以提高偶极子天线100的带宽。该宽频率范围例如为VHF 136MHz-174 MHz整个频段或UHF或700/800MHz的频段。本领域技术人员应当理解，通过设置匹配电路70中的元件的容抗和阻抗，偶极子天线的工作频率也可以为其他范围，本申请对此不作限制。

根据本实用新型的教导，可以采用不同大小和形状的元件来形成天线。因此，本实用新型并不局限于作为实施本实用新型的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本实用新型将包括属于所附权利要求范围的所有实施方案。凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种偶极子天线，其特征在于，包括：

第一辐射元件，具有相对的第一端和第二端；

第二辐射元件，与所述第一辐射元件间隔设置，所述第二辐射元件具有相对的第一端和第二端，所述第一辐射元件的第一端邻近所述第二辐射元件的第一端；

馈线，具有相对的第一端和第二端，所述馈线的第一端邻近所述第一辐射元件的第一端和第二辐射元件的第一端并延伸穿过所述第一辐射元件，所述馈线电性连接到所述第一辐射元件的第一端；

匹配电路，包括第一电容和第一电感；

其中，所述第一电容的一端连接到所述馈线，所述第一电容的另一端连接到所述第一电感的一端，所述第一电感的另一端连接到所述第二辐射元件的第一端。

2.根据权利要求1所述的偶极子天线，其特征在于，

所述匹配电路还包括第二电容，所述第二电容的一端连接到所述第一辐射元件的第一端，所述第二电容的另一端连接到所述第二辐射元件的第一端。

3.根据权利要求2所述的偶极子天线，其特征在于，

所述匹配电路还包括第二电感，所述第二电感的一端连接到所述第一电容和第一电感之间，所述第二电感的另一端连接到所述第一辐射元件的第一端。

4.根据权利要求1所述的偶极子天线，其特征在于，

所述第一辐射元件和所述第二辐射元件线性同轴设置，且所述第一辐射元件和所述第二辐射元件的长度均小于所述偶极子天线的最低频率对应波长的四分之一。

5.根据权利要求1所述的偶极子天线，其特征在于，所述馈线为同轴电缆，所述同轴电缆包括内导体和围绕所述内导体的外导体，所述外导体电性连接到所述第一辐射元件的第一端，所述第一电容的一端连接到所述内导体。

6.根据权利要求5所述的偶极子天线，其特征在于，所述第一辐射元件的形状为中空柱形形状，所述第二辐射元件的形状为柱形形状，所述第二辐射元件的直径大于所述内导体的直径，所述第一辐射元件和所述第二辐射元件的直径在沿远离所述馈线的第二端的方向上依次递减。

7.根据权利要求1所述的偶极子天线，其特征在于，所述馈线包括位于所述第一辐射元件内的第一部分以及位于所述第一辐射元件外的第二部分；

所述偶极子天线还包括至少一个扼流环，所述至少一个扼流环套设于所述第二部分上。

8.根据权利要求7所述的偶极子天线，其特征在于，还包括：固定板，所述固定板上设有用于放置所述扼流环的槽口。

9.根据权利要求7所述的偶极子天线，其特征在于，

所述偶极子天线还包括：

天线罩，所述第一辐射元件、所述第二辐射元件和所述馈线的第二部分收容于所述天线罩内；以及

间隔件，设置于所述第一辐射元件和所述馈线的第一部分之间，和/或设置于所述馈线的第二部分与所述天线罩之间。

10.一种基站，其特征在于，包括根据权利要求1-9中的任一项所述的偶极子天线和信号源，所述偶极子天线包括射频连接器，且所述射频连接器分别与所述信号源和所述偶极子天线的馈线的第二端连接；所述信号源通过所述射频连接器为所述偶极子天线提供射频信号。

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