CN219892401U - 高增益宽带天线和通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高增益宽带天线和通信设备。一种高增益宽带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，上天线单元和下天线单元的工作频段不同，上天线单元和下天线单元之间设置有双工器；第一同轴线从位于下天线单元下端的馈电端口穿过下天线单元内部连接至双工器，第一同轴线的内导体连接馈电端口和双工器的合路端口，第一同轴线的外导体与双工器的第一分路端口连接；上天线单元通过双工器的第二分路端口馈电；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。本实用新型实施例提供高增益宽带天线和通信设备，提供了一种宽频、高增益且可调的全向天线。

Description

高增益宽带天线和通信设备

技术领域

本实用新型实施例涉及天线技术，尤其涉及一种高增益宽带天线和通信设备。

背景技术

天线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，对天线的工作频率带宽要求越来越宽。特别是对于调频电台，在通信过程中为了方式泄密以及对抗干扰，更加要求天线具有更高的带宽。另外，在保证天线工作带宽的基础上，还需要保证天线的增益。而目前的宽带天线增益有限，特别是对于全向天线，如何在提高工作带宽的基础上提高增益，是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种高增益宽带天线和通信设备，提供了一种宽频、高增益的全向同时同频全双工天线。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种高增益宽带天线，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同极化轴，所述上天线单元和所述下天线单元的工作频段不同，所述上天线单元和所述下天线单元之间设置有双工器；

第一同轴线从位于所述下天线单元下端的馈电端口穿过所述下天线单元内部连接至所述双工器，所述第一同轴线的内导体连接所述馈电端口和所述双工器的合路端口，所述第一同轴线的外导体与所述双工器的第一分路端口连接；

所述上天线单元通过所述双工器的第二分路端口馈电；

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，所述柔性金属管与所述下天线上辐射体通过第一转接件连接，所述柔性金属管与所述馈电端口通过第二转接件连接。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述柔性金属管与所述馈电端口之间包括第一扼流组件，所述柔性金属管与所述第二扼流组件通过第三转接件连接，所述第一扼流组件与所述馈电端口通过所述第二转接件连接。

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靠近所述双工器的一端缠绕形成第二扼流组件。

在第一方面一种可能的实现方式中，所述双工器包括所述合路端口与所述第一分路端口之间的第一通路和所述合路端口与所述第二分路端口之间的第二通路，所述第一通路根据所述下天线单元的工作频段设计，所述第二通路根据所述上天线单元的工作频段设计。

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双工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双工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，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高增益宽带天线，和用于实现所述通信设备所需功能的器件，所述高增益宽带天线通过双端口连接器的两个端口与所述通信设备的射频收发端口连接。

本实用新型实施例提供的高增益宽带天线和通信设备，将两个工作频段不同的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高增益宽带天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的双工器的结构示意图；

图3A为图2所示双工器第一通路的传输性能示意图；

图3B为图2所示双工器第二通路的传输性能示意图；

图3C为图2所示双工器的驻波比示意图；

图4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5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高增益宽带天线的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的高增益宽带天线包括：

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的工作频段不同，也就是说，上天线单元11和下天线单元12工作于不同的频段，那么整个高增益宽带天线的带宽就将被扩展。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和下天线单元12的天线形式不限，在本实施例中，以上天线单元11为四臂螺旋天线，下天线单元12为偶极天线为例。

上天线单元11与下天线单元12之间具有双工器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内部连接至双工器13，第一同轴线14的内导体与馈电端口15和双工器13的合路端口21连接，第一同轴线14的外导体与双工器13的第一分路端口22连接。所述上天线单元11通过所述双工器13的第二分路端口23馈电。

上天线单元11和下天线单元12通过双工器13与第一同轴线14连接，第一同轴线14作为整个高增益宽带天线的馈线连接双工器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与双工器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与双工器13的合路端口21。然后双工器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通过双工器13的第二分路端口23直接馈电。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，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。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26。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27。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26、下天线下辐射体25和第二转接件27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26到第二转接件27。第一转接件26和第二转接件27可以根据实际连接需要选择适合的转接件。

双工器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通过不同的通路分别与第一分路端口22和第二分路端口23连接。由于上天线单元11和下天线单元12的工作频段不同，因此合路端口21与第一分路端口22和第二分路端口23之间的通路性能不同。所述双工器13中，所述合路端口21与所述第一分路端口22之间的为第一通路，所述合路端口21与所述第二分路端口23之间的为第二通路，所述第一通路根据所述下天线单元12的工作频段设计，所述第二通路根据所述上天线单元11的工作频段设计。

图2为本实用新型实施例提供的双工器的结构示意图，如图2所示，双工器13包括合路端口21、第一分路端口22和第三分路端口23。本实施例所示的双工器由分立元件构成双工器的两个通路。其中合路端口21和第一分路端口22之间的第一通路由串联的第一电感211、第二电感212、第三电感213，以及并联的第一电容214和第二电容215构成。合路端口21和第二分路端口23之间的第二通路由串联的第三电容221、第四电容222、第五电容223，以及并联的第四电感224和第五电感225构成。

将图2所示双工器中的各器件的参数设置为表1中参数时，该双工器的工作性能示意图如图3A-图3C所示。

表1

第一电感	16.114nH	第三电容	1.6pF
				第二电感	23.9nH	第四电容	1.1pF
第三电感	16.355nH	第五电容	1.4pF
				第一电容	4.7pF	第四电感	4.79nH
第二电容	4.7pF	第五电感	4.99nH

图3A为图2所示双工器第一通路的传输性能示意图，曲线311为合路端口21与第一分路端口22的传输系数曲线，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为衰减量，单位为dB。图3B为图2所示双工器第二通路的传输性能示意图，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为衰减量，单位为dB。图3C为图2所示双工器的驻波比示意图，横坐标为频率，单位为GHz，纵坐标为电压驻波比。

本实用新型实施例提供的宽带高增益天线，将两个工作频段不同的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4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4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：

所述下天线单元12靠近所述双工器13的部分包括第一匹配部31，所述第一匹配部31用于对所述下天线单元12进行阻抗匹配。

第一同轴线14穿过下天线单元12，且第一同轴线14的内导体用于向双工器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靠近双工器13的部分可能由于接地而失配。因此可以在下天线单元12靠近双工器13的部分配置第一匹配部31，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32和第二匹配介质33。

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组件35。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独立设置第一扼流组件36，第一扼流组件36与柔性金属管之间通过连接件连接，第一扼流组件36与馈电端口15之间也通过连接件连接。如图中所示，所述柔性金属管与所述第一扼流组件36通过第三转接件37连接，所述第一扼流组件36与所述馈电端口15通过所述第二转接件27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和双工器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5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5所示，该宽带高增益天线包括：

上天线单元41为四臂螺旋天线。下天线上辐射体42和下天线下辐射体43通过第一转接件44固定连接在一起，下天线上辐射体42和下天线下辐射体43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42可以由空心铜管制成，下天线下辐射体43由鹅颈管制成。在上天线单元41和下天线上辐射体42之间通过中间支架45固定连接在一起，中间支架45上设置有双工器46，双工器46的结构可以如图2所示。

第一同轴线(图中未示出)的内导体的一端与馈电端口47连接，第一同轴线从馈电端口47向上延伸，穿过下天线下辐射体43和下天线上辐射体42，第一同轴线的内导体的另一端与双工器46的合路端口连接。双工器46的第一分路端口与第一同轴线的外导体连接，双工器46的第二分路端口与上天线单元41连接。宽带高增益天线通过第一同轴线的内导体向双工器46馈电，第一同轴线的外导体向下天线单元馈电，双工器46向上天线单元馈电，实现整个天线的馈电。

在下天线上辐射体42上端包括由第一同轴线缠绕形成的第二扼流线圈51。在下天线下辐射体43下端包括第一扼流线圈52，第二扼流线圈52为单独设置的扼流线圈。第一扼流线圈52、第二扼流线圈51均可以设置于相应的扼流线圈支架上。

下天线下辐射体43与第一扼流线圈52通过第二转接件61连接，第一扼流线圈52与馈电端口47通过第三转接件62连接。另外，第一扼流线圈52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43、第二转接件61、第一扼流线圈52和第三转接件62共同组成下天线下辐射体。

在下天线上辐射体42处设置有第一匹配介质53和第二匹配介质54，第一匹配介质53和第二匹配介质54的介电常数不同。第一匹配介质53和第二匹配介质54可以设置于下天线上辐射体42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5任一实施例所示高增益宽带天线和用于实现所述通信设备所需功能的器件，所述高增益宽带天线通过双端口连接器的两个端口与所述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，可以是需要进行全双工全向辐射的天线，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)

1.一种高增益宽带天线，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同极化轴，所述上天线单元和所述下天线单元的工作频段不同，所述上天线单元和所述下天线单元之间设置有双工器；

第一同轴线从位于所述下天线单元下端的馈电端口穿过所述下天线单元内部连接至所述双工器，所述第一同轴线的内导体连接所述馈电端口和所述双工器的合路端口，所述第一同轴线的外导体与所述双工器的第一分路端口连接；

所述上天线单元通过所述双工器的第二分路端口馈电；

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所述的高增益宽带天线，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2所述的高增益宽带天线，其特征在于，所述柔性金属管与所述下天线上辐射体通过第一转接件连接，所述柔性金属管与所述馈电端口通过第二转接件连接。

4.根据权利要求3所述的高增益宽带天线，其特征在于，所述柔性金属管与所述馈电端口之间包括第一扼流组件，所述柔性金属管与所述第一扼流组件通过第三转接件连接，所述第一扼流组件与所述馈电端口通过所述第二转接件连接。

5.根据权利要求4所述的高增益宽带天线，其特征在于，所述第一同轴线在所述下天线单元靠近所述双工器的一端缠绕形成第二扼流组件。

6.根据权利要求1～5任一项所述的高增益宽带天线，其特征在于，所述双工器包括所述合路端口与所述第一分路端口之间的第一通路和所述合路端口与所述第二分路端口之间的第二通路，所述第一通路根据所述下天线单元的工作频段设计，所述第二通路根据所述上天线单元的工作频段设计。

7.根据权利要求1～5任一项所述的高增益宽带天线，其特征在于，所述上天线单元靠近所述双工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双工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。

8.根据权利要求7所述的高增益宽带天线，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。

9.根据权利要求1～5任一项所述的高增益宽带天线，其特征在于，所述上天线单元、所述下天线单元和所述双工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任一项所述的高增益宽带天线，和用于实现所述通信设备所需功能的器件，所述高增益宽带天线通过双端口连接器的两个端口与所述通信设备的射频收发端口连接。