CN219696703U - 宽带高增益天线和通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽带高增益天线和通信设备。一种宽带高增益天线包括位于一条直线上且共极化轴的上天线单元和下天线单元，下天线单元包括下天线上辐射体和下天线下辐射体，下天线下辐射体为柔性金属管；上天线单元与下天线单元之间具有合路器，第一同轴线由位于下天线单元下方的馈电端口穿过下天线单元内部连接至合路器，第一同轴线的内导体与馈电端口和合路器的合路端口连接且外导体与合路器的第一分路端口连接；第二同轴线由合路器穿过上天线单元的内部延伸至上天线单元的末端且外导体与合路器的第二分路端口连接，第二同轴线的内导体接地。本实用新型实施例提供的宽带高增益天线和通信设备，提供了一种宽频、高增益且可调的全向天线。

Description

宽带高增益天线和通信设备

技术领域

本实用新型实施例涉及天线技术，尤其涉及一种宽带高增益天线和通信设备。

背景技术

天线是将电信号转换为电磁波信号的器件，是无线通信系统中不可缺少的基本组件。在新一代通信技术背景下，对天线的工作带宽要求越来越宽。对于一些特殊的应用场景，如跳频电台在通信过程中有防止干扰或泄密的要求，对带宽的要求更好，同时还要天线的增益。但目前的宽带天线增益较低，高增益天线带宽又较低，亟需一种宽带高增益天线。

实用新型内容

本实用新型提供一种宽带高增益天线和通信设备，提供了一种高带宽、高增益且可调的的全向天线。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种宽带高增益天线，包括：

位于一条直线上的上天线单元和下天线单元，所述上天线单元和所述下天线单元共极化轴；

所述上天线单元与所述下天线单元之间具有合路器，第一同轴线由位于所述下天线单元下方的馈电端口穿过所述下天线单元内部连接至所述合路器，所述第一同轴线的内导体与所述馈电端口和所述合路器的合路端口连接，所述第一同轴线的外导体与所述合路器的第一分路端口连接；

第二同轴线由所述合路器穿过所述上天线单元的内部延伸至所述上天线单元的末端，所述第二同轴线的外导体与所述合路器的第二分路端口连接，所述第二同轴线的内导体接地；

所述下天线单元包括下天线上辐射体和下天线下辐射体，所述下天线下辐射体为柔性金属管。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述下天线下辐射体通过转接件与所述下天线上辐射体和所述馈电端口连接，所述柔性金属管和所述转接件组成所述下天线下辐射体。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述上天线单元和所述下天线单元为偶极天线。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述合路器为180°电桥。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述上天线单元靠近所述合路器的部分包括第一匹配部，所述第一匹配部用于对所述上天线单元进行阻抗匹配；

所述下天线单元靠近所述合路器的部分包括第二匹配部，所述第二匹配部用于对所述下天线单元进行阻抗匹配。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一匹配部包括至少两种不同介电常数的介质，所述第二匹配部包括至少两种不同介电常数的介质。

在第一方面一种可能的实现方式中，其特征在于，所述第二同轴线在所述上天线单元靠近所述合路器的一端缠绕形成扼流组件。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一同轴线在所述下天线单元的两端缠绕形成扼流组件。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述上天线单元、所述下天线单元和所述合路器外侧包裹非金属外壳。

第二方面，本实用新型实施例提供一种通信设备，包括如第一方面任一种实现方式的宽带高增益天线，和用于实现通信设备所需功能的器件，宽带高增益天线通过馈电端口与通信设备的射频收发端口连接。

本实用新型实施例提供的宽带高增益天线和通信设备，将两个天线单元设置于同一条直线上且共极化轴，且在两个天线单元之间设置合路器，通过将为天线单元馈电的同轴线穿过天线单元内部，且复用同轴线的内外导体，增加了天线的物理尺寸，提高了天线的带宽，减少了为天线馈电的馈线的长度，减小了由于传输引起的损耗，并降低了馈线对天线单元辐射性能的影响，从而提高了全向天线的增益和带宽，另外，使用柔性金属管作为下天线单元下辐射体，使得整个宽带高增益天线可弯折，一方面可以调节天线的辐射主瓣方向，另一方面也便于天线的携带和运输。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种宽带高增益天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种宽带高增益天线的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种宽带高增益天线的具体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种宽带高增益天线的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的宽带高增益天线包括：

位于一条直线上的上天线单元11和下天线单元12，上天线单元11和下天线单元12共极化轴。上天线单元11和下天线单元12可以为相同类型的天线也可以是不同类型的天线，只要上天线单元11和下天线单元12的极化方向相同且共极化轴即可，那么上天线单元和下天线单元的辐射方向相同。上天线单元11和下天线单元12可以均为全向的线天线。上天线单元11和下天线单元12的工作频段可以相同也可以不同，当上天线单元11和下天线单元12的工作频率相同时，上天线单元11和下天线单元12的辐射能量将能够合成，那么可以提高天线所在工作频段的增益；当上天线单元11和下天线单元12的工作频率不同时，可以提高天线的带宽。同时，将上天线单元11和下天线单元12放置于一条直线上时，天线的整体尺寸增加，也能够提高天线的带宽。

上天线单元11与下天线单元12之间具有合路器13，第一同轴线14由位于下天线单元12下方的馈电端口15穿过下天线单元12内部连接至合路器13，第一同轴线14的内导体与馈电端口15和合路器13的合路端口21连接，第一同轴线14的外导体与合路器13的第一分路端口22连接。

第二同轴线16由合路器13穿过上天线单元11的内部延伸至上天线单元11的末端，第二同轴线16的外导体与合路器13的第二分路端口23连接，第二同轴线16的内导体接地。

上天线单元11和下天线单元12通过合路器13与第一同轴线14连接，第一同轴线14作为整个天线的馈线连接合路器13与馈电端口15。馈电端口15作为整个天线对外的接口与各种通信设备的射频收发端口连接。

同轴线由外导体、内导体和位于内导体和外导体之间的填充介质组成，传统的同轴线在应用时，外导体接地，内导体传输射频信号。而在本申请实施例中，对同轴线的内外导体进行了复用。首先，第一同轴线14连接馈电端口15与合路器13的合路端口21，这个连接是通过第一同轴线14的内导体进行的，也就是通过第一同轴线14的内导体连接馈电端口15与合路器13的合路端口21。然后合路器13的第一分路端口22与第一同轴线14的外导体连接，也就是通过第一同轴线14的外导体向下天线单元12馈电。由于第一同轴线14穿过下天线单元12的内部，且复用了第一同轴线14的内导体和外导体，采用第一同轴线14的外导体向下天线单元12馈电，避免了使用额外的馈线向下天线单元12馈电，也就降低了下天线单元12受到的干扰。上天线单元11通过第二同轴线16馈电，第二同轴线16穿过上天线单元11内部，第二同轴线16用于为上天线单元11馈电。第二同轴线16同样采用外导体为上天线单元11馈电，也就是第二同轴线16的外导体与合路器13的第二分路端口23连接并向上天线单元11方向延伸。第二同轴线16的内导体用于接地，第二同轴线16的外导体在合路器13处接地。上天线单元11和下天线单元12为了在内部提供同轴线穿过的空间，也就是说，上天线单元11和下天线单元12可以为内部中空的金属管状结构。

所述下天线单元12包括下天线上辐射体24和下天线下辐射体25，所述下天线下辐射体25为柔性金属管。在本实施例中，下天线单元12采用了上下两个辐射体组成的天线结构，例如偶极天线。其中更靠近馈电端口15的下天线下辐射体25为柔性金属管，也就是下天线下辐射体25为可弯折的结构。一方面，可弯折的柔性金属管可以使整个宽带高增益天线的辐射方向可变，即使整个宽带高增益天线为全向天线，调整天线的方向也能够调整天线辐射方向图的主瓣方向。另一方面，可弯折的柔性金属管可以使整个宽带高增益天线弯折后便于携带和运输。同样地，上天线单元11也可以为偶极天线，如图中所示，上天线单元11包括上天线上辐射体26和上天线下辐射体27。其中，下天线下辐射体25可以为鹅颈管。

下天线下辐射体25为柔性金属管时，由于下天线下辐射体25与下天线上辐射体24的形式不同，可以通过转接件连接下天线下辐射体25和下天线上辐射体24，如图中示出的第一转接件28。另外，下天线下辐射体25与馈电端口15同样可以通过转接件连接，如图中示出的第二转接件29。由于转接件一般为金属材质，因此其长度同样会对天线的辐射性能产生影响，因此图1中的第一转接件28、下天线下辐射体25和第二转接件29共同构成下天线下辐射单元25。也就是说，下天线下辐射单元25的有效长度从第一转接件28到第二转接件29。第一转接件28和第二转接件29可以根据实际连接需要选择适合的转接件。

合路器13包括一个合路端口21和两个分路端口(第一分路端口22和第二分路端口23)，合路端口21通过不同的传输线路分别与第一分路端口22和第二分路端口23连接。合路端口21与第一分路端口22和第二分路端口23之间的传输线路可以相同也可以不同，也就是说，合路器13可以是两个输出端口的功率平均分配的合路器，也可以是两个输出端口的功率不平均分配的合路器。在本实施例中，以合路器13为两个输出端口的功率平均分配为例进行说明，也就是合路端口21输入的信号平均分配到第一分路端口22和第二分路端口23。

合路器13可以为任一种合路器，由于上天线单元11和下天线单元12的馈电位置相反，相位相差180°，因此可以采用180°3dB电桥作为合路器13。也就是合路器13的第一分路端口22和第二分路端口23输入的信号相位相差180°，且在合路端口21合成后，信号强度相比于各分路端口将增加3dB，也就是增强一倍；相应地，合路端口21输入的信号由第一分路端口22和第二分路端口23输出后相位相差180°，且信号强度相比于合路端口21将降低3dB，也就是降低一半。

本实用新型实施例提供的宽带高增益天线，将两个天线单元设置于同一条直线上且共极化轴，且在两个天线单元之间设置合路器，通过将为天线单元馈电的同轴线穿过天线单元内部，且复用同轴线的内外导体，增加了天线的物理尺寸，提高了天线的带宽，减少了为天线馈电的馈线的长度，减小了由于传输引起的损耗，并降低了馈线对天线单元辐射性能的影响，从而提高了全向天线的增益和带宽，另外，使用柔性金属管作为下天线单元下辐射体，使得整个宽带高增益天线可弯折，一方面可以调节天线的辐射主瓣方向，另一方面也便于天线的携带和运输。

图2为本实用新型实施例提供的另一种宽带高增益天线的结构示意图，如图2所示，本实施例提供的宽带高增益天线在图1所示宽带高增益天线的基础上，还包括如下结构：

上天线单元11靠近合路器13的部分包括第一匹配部31，第一匹配部31用于对上天线单元11进行阻抗匹配。第一匹配部31设置于上天线下辐射体27处。所述下天线单元12靠近所述合路器13的部分包括第二匹配部32，所述第二匹配部32用于对所述下天线单元12进行阻抗匹配。

第二同轴线16穿过上天线单元11，且第二同轴线16的内导体用于在合路器13处接地，第二同轴线16的外导体用于为上天线单元11馈电。那么上天线单元11靠近合路器13的部分可能由于接地而失配。因此可以在上天线单元11靠近合路器13的部分配置第一匹配部31，对上天线单元11进行阻抗匹配。为了提高对上天线单元11的匹配性能，第一匹配部31可以为至少两种不同介电常数的介质，如图中所示的第一匹配介质33和第二匹配介质34。

同样地，第一同轴线14穿过下天线单元12，且第一同轴线14的内导体用于向合路器13馈电，第一同轴线14的外导体用于为下天线单元12馈电。那么下天线单元12靠近合路器13的部分可能由于接地而失配。因此可以在下天线单元12靠近合路器13的部分配置第二匹配部32，对下天线单元12进行阻抗匹配。为了提高对下天线单元12的匹配性能，第二匹配部32可以为至少两种不同介电常数的介质，如图中所示的第一匹配介质35和第二匹配介质36。

进一步地，第二同轴线16在上天线单元11的两端缠绕形成扼流组件。如图中所示，第二同轴线16在上天线单元11靠近合路器13的一端缠绕形成第一扼流线圈37。

进一步地，第一同轴线14在下天线单元12的两端缠绕形成扼流组件。如图中所示，第一同轴线14在下天线单元12上端缠绕形成第二扼流线圈38，第一同轴线14在下天线单元12下端缠绕形成第三扼流线圈39。另外，由于下天线下辐射体25为柔性金属管，那么位于下天线单元12下端，即下天线下辐射体下端的第三扼流线圈39也可以是独立设置的。也就是说，第三扼流线圈39并不是由第一同轴线14缠绕形成的，那么第三扼流线圈39与柔性金属管之间通过连接件连接，第三扼流线圈39与馈电端口15之间也通过连接件连接。

进一步地，本实用新型实施例提供的宽带高增益天线中的上天线单元11、下天线单元12和合路器13外侧可以包裹非金属外壳，该非金属外壳例如由玻璃钢制成。

图3为本实用新型实施例提供的一种宽带高增益天线的具体结构示意图。

如图3所示，该宽带高增益天线包括：

上天线上辐射体41和上天线下辐射体42通过上支架43固定连接在一起，上天线上辐射体41和上天线下辐射体42共同构成上天线单元，上天线单元为偶极天线。上天线上辐射体41和上天线下辐射体42可以均由空心铜管制成。下天线上辐射体44和下天线下辐射体45通过第一转接件46固定连接在一起，下天线上辐射体44和下天线下辐射体45共同构成下天线单元，下天线单元为偶极天线。下天线上辐射体44可以由空扼流线圈心铜管制成，下天线下辐射体45由鹅颈管制成。在上天线下辐射体42和下天线上辐射体44之间通过中间支架47固定连接在一起，中间支架47上设置有合路器48，合路器48可以为180°3dB电桥。

第一同轴线(图中未示出)的内导体的一端与馈电端口49连接，第一同轴线从馈电端口49向上延伸，穿过下天线下辐射体45和下天线上辐射体44，第一同轴线的内导体的另一端与合路器48的合路端口连接。合路器48的第一分路端口与第一同轴线的外导体连接，合路器48的第二分路端口与第二同轴线52的外导体连接。第二同轴线从合路器48的第二分路端口向上延伸，穿过上天线下辐射体42和上天线上辐射体41到达位于上天线上辐射体41上端，第二同轴线(图中未示出)的内导体在合路器48处接地。宽带高增益天线通过第一同轴线的内导体向合路器48馈电，第一同轴线的外导体向下天线单元馈电，第二同轴线的外导体向上天线单元馈电，实现整个天线的馈电。

在上天线下辐射体42下端包括由第二同轴线缠绕形成的第一扼流线圈51。在下天线上辐射体44上端包括由第一同轴线缠绕形成的第二扼流线圈52。在下天线下辐射体45下端包括第三扼流线圈53，第三扼流线圈53为单独设置的扼流线圈。第一扼流线圈51、第二扼流线圈52和第三扼流线圈53均可以设置于相应的扼流线圈支架上。

下天线下辐射体45与第三扼流线圈53通过第二转接件61连接，第三扼流线圈53与馈电端口49通过第三转接件62连接。另外，第三扼流线圈55外还可以设置扼流线圈保护套63。这样，实际上，下天线下辐射体45、第二转接件61、第三扼流圈55和第三转接件62共同组成下天线下辐射体。

在上天线下辐射体42处设置有第一匹配介质56和第二匹配介质57，第一匹配介质56和第二匹配介质57的介电常数不同。第一匹配介质56和第二匹配介质57可以设置于上天线下辐射体42内。在下天线上辐射体44处设置有第三匹配介质58和第四匹配介质59，第三匹配介质58和第四匹配介质59的介电常数不同。第三匹配介质58和第四匹配介质59可以设置于下天线上辐射体44内。

在上天线上辐射体41的上端还设置有封闭端64。另外，在整个宽带高增益天线的外侧还可以包裹一层由非金属材料制成的保护层，例如玻璃钢外壳65。

本实用新型实施例还提供一种通信设备，包括图1至图3任一实施例所示宽带高增益天线和用于实现通信设备所需功能的器件，宽带高增益天线通过馈电端口与通信设备的射频收发端口连接。本实用新型实施例提供的通信设备，可以是需要进行全向辐射的设备，例如电台等。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种宽带高增益天线，其特征在于，包括：

位于一条直线上的上天线单元和下天线单元，所述上天线单元和所述下天线单元共极化轴；

所述上天线单元与所述下天线单元之间具有合路器，第一同轴线由位于所述下天线单元下方的馈电端口穿过所述下天线单元内部连接至所述合路器，所述第一同轴线的内导体与所述馈电端口和所述合路器的合路端口连接，所述第一同轴线的外导体与所述合路器的第一分路端口连接；

第二同轴线由所述合路器穿过所述上天线单元的内部延伸至所述上天线单元的末端，所述第二同轴线的外导体与所述合路器的第二分路端口连接，所述第二同轴线的内导体接地；

所述下天线单元包括下天线上辐射体和下天线下辐射体，所述下天线下辐射体为柔性金属管。

2.根据权利要求1所述的宽带高增益天线，其特征在于，所述下天线下辐射体通过转接件与所述下天线上辐射体和所述馈电端口连接，所述柔性金属管和所述转接件组成所述下天线下辐射体。

3.根据权利要求1所述的宽带高增益天线，其特征在于，所述上天线单元和所述下天线单元为偶极天线。

4.根据权利要求1所述的宽带高增益天线，其特征在于，所述合路器为180°电桥。

5.根据权利要求1～4任一项所述的宽带高增益天线，其特征在于，所述上天线单元靠近所述合路器的部分包括第一匹配部，所述第一匹配部用于对所述上天线单元进行阻抗匹配；

所述下天线单元靠近所述合路器的部分包括第二匹配部，所述第二匹配部用于对所述下天线单元进行阻抗匹配。

6.根据权利要求5所述的宽带高增益天线，其特征在于，所述第一匹配部包括至少两种不同介电常数的介质，所述第二匹配部包括至少两种不同介电常数的介质。

7.根据权利要求1～4任一项所述的宽带高增益天线，其特征在于，所述第二同轴线在所述上天线单元靠近所述合路器的一端缠绕形成扼流组件。

8.根据权利要求1～4任一项所述的宽带高增益天线，其特征在于，所述第一同轴线在所述下天线单元的两端缠绕形成扼流组件。

9.根据权利要求1～4任一项所述的宽带高增益天线，其特征在于，所述上天线单元、所述下天线单元和所述合路器外侧包裹非金属外壳。

10.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的宽带高增益天线，和用于实现所述通信设备所需功能的器件，所述宽带高增益天线通过馈电端口与所述通信设备的射频收发端口连接。