一种宽频带水平极化全向天线

摘要

本发明公开了一种宽频带水平极化全向天线，适用于无线通信系统，包括一个固定微带板和四个辐射微带板。辐射微带板按照一定的角度安装在固定微带板上，并呈旋转对称方式排布。功分网络与耦合巴伦相连，并给每个开口缝隙进行馈电。本发明天线可以在工作在超过33.3％的频带上，并保持类似单极子天线的辐射性能，且为水平极化模式。本发明具有工作频段宽、安装方便、结构简单、且性能稳定，利用批量生产等优点。

权利要求

1.一种宽频带水平极化全向天线，其特征在于包括固定微带板、固定设置在固定微带板边沿的四个辐射微带板；其中辐射微带板与固定微带板间的角度可调；

所述的固定微带板主要由第一介质基板与分别印制在第一介质基板上下两侧的宽频带功分网络和第一金属底板构成；天线从固定微带板印制的功分网络进行馈电；

所述的辐射微带板主要由第二介质基板和印制在上下两侧的耦合巴伦和第二金属底板成，其中第二金属底板具有开口缝隙；

所述的固定微带板的第一金属底板与辐射微带板的第二金属底板在电气上联通；

所述的固定微带板上的功分网络与辐射微带板上的耦合巴伦电气上联通，并给开口缝隙馈电；

所述的四个辐射微带板相对于固定微带板中心呈对称分布；

所述的固定微带板边沿开有若干开槽，以便于将辐射微带板安装；

所述的功分网络主要由3个一分二功分器构成；采用两级分布形式，从而产生四个具有相同幅度和相位的输出信号。

2.如权利要求1所述的一种宽频带水平极化全向天线，其特征在于所述的不同辐射微带板上的开口缝隙的宽度相同或不同；开口缝隙的宽度决定巴伦馈电能力，影响天线的反射系数参数。

3.如权利要求1所述的一种宽频带水平极化全向天线，其特征在于所述的辐射微带板与固定微带板间形成90°或非90°的夹角，此角度影响天线的整体尺寸以及天线口径大小，决定天线的整体增益。

4.如权利要求1所述的一种宽频带水平极化全向天线，其特征在于所述的固定微带板的形状包括但不限定为方形、圆形、三角形或者多边形。

5.如权利要求1所述的一种宽频带水平极化全向天线，其特征在于所述的第一、二介质基板的介电常数和基板厚度，开口缝隙的形状与大小以及功分网络的尺寸决定天线的工作频率及其辐射特性，从而对天线性能进行调整。

6.如权利要求1所述的一种宽频带水平极化全向天线，其特征在于第一介质基板和第二介质基板采用同种或不同介质，介质不同指代材质或厚度。

7.如权利要求6所述的一种宽频带水平极化全向天线，其特征在于介质基板的厚度在

0.3mm 5mm之间。

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说明书

一种宽频带水平极化全向天线

技术领域

[0001] 本发明涉及一种全向天线，尤其是具有宽频带的水平极化全向天线，广泛应用在移动通信、卫星通信、雷达等无线通信系统中。

背景技术

[0002] 随着无线通信技术的飞速发展，单天线系统遇到了速率加快和容量增大的瓶颈。多输入多输出(MIMO)技术作为4G以及未来5G通信系统的关键技术之一，可以提高信道可靠性和信道容量。但是这种系统需要多个天线单元发送/接收电磁信号。通常MIMO天线是由具有相同极化或正交极化的多个单元构成的。对于360°全覆盖环境，如室内环境，由于空间有限，极化分集更受关注。全向辐射模式是室内无线通信的一个明确的选择。垂直极化单极子天线由于结构简单，锥形波束而得到广泛应用。然而，极化分集系统通常是由水平极化和垂直极化的天线单元组成。因此，具有全向辐射特性的水平极化天线备受关注。

[0003] 天线的工作带宽也是必须考虑的重要因素之一。目前的无线通信系统较多，如果天线不可以进行宽频带工作，就意味着需要架设不同系统的天线，这对于站址资源以及人力资源等都是巨大的浪费。比如我们希望天线可以同时在2G、3G、4G等移动通信频段，以及Wifi、WLAN等无线通信系统，这样就避免了重复建设与安装，节省了原材料等资源，降低了企业运营成本。

[0004] 不同于垂直极化天线单元的宽频带特性，水平极化天线单元一般采用电流环的方式实现，但是这种方式会导致其输入端口阻抗较小、电抗较大，不利于天线匹配。传统的方法一般都是采用Alford环结构来等效电流环，但是这类天线工作频带非常窄，无法在宽频带移动通信中使用。如果水平极化天线具有较高的增益，对于整个无线通信系统来讲，其信号覆盖效果将有极大的提高。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了克服传统水平极化天线的工作频带窄，增益偏低的问题，提供了一种结构简单，馈电方便的宽频带水平极化全向天线。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0007] 本发明宽频带水平极化全向天线，包括固定微带板、固定设置在固定微带板边沿的四个辐射微带板，辐射微带板与固定微带板间的角度可调；

[0008] 所述的固定微带板主要由第一介质基板与分别印制在第一介质基板上下两侧的宽频带功分网络和第一金属底板构成；

[0009] 所述的辐射微带板主要由第二介质基板和印制在上下两侧的耦合巴伦和第二金属底板成，其中第二介质基板的其中一表面印制有具有开口缝隙的第二金属底板，另一表面印制有耦合巴伦。天线从固定微带板印制的功分网络进行馈电。

[0010] 作为优选，所述的不同辐射微带板上的开口缝隙的宽度可以不同。开口缝隙的宽度决定巴伦馈电能力，可以影响天线的反射系数参数。

[0011] 所述的固定微带板的第一金属底板与辐射微带板的第二金属底板在电气上联通。

[0012] 所述的固定微带板上的功分网络与辐射微带板上的耦合巴伦电气上联通。

[0013] 作为优选，所述的辐射微带板与固定微带板垂直设置，或辐射微带板与固定微带板间形成非90°的夹角，此角度影响着天线的整体尺寸以及天线口径大小，决定着天线的整体增益。

[0014] 作为优选，所述的四个辐射微带板相对于固定微带板中心呈对称分布。

[0015] 作为优选，所述的固定微带板的形状不限定为方形、圆形、三角形或者多边形中一种，可根据场景做调整。

[0016] 作为优选，所述的固定微带板边沿开有若干开槽(15)，以便于将辐射微带板(2)安装。

[0017] 作为优选，所述的第一、二介质基板的介电常数和基板厚度，开口缝隙的形状与大小以及功分网络的尺寸等，决定天线的工作频率及其辐射特性，从而对天线性能进行调整。

[0018] 作为优选，第一介质基板和第二介质基板可以采用同种或不同介质，介质不同可以是材质、厚度。介质基板的厚度可以根据需要进行调节，一般在0.3mm～5mm之间。

[0019] 本发明采用功分网络，主要由3个一分二功分器构成。采用两级分布形式，从而产生四个具有相同幅度和相位的输出信号。由于功分网络与耦合巴伦相连接，则每个振子上的激励相同。因为四个振子旋转排列，则在四个振子上产生的相同电流分布组合成了一个电流环。沿着电流环具有相同的电流大小，可以等效于一个磁偶极子。这样便可以在水平面上产生全向辐射，而在垂直面上具有锥形方向图。

[0020] 本发明的有益效果是：

[0021] 本发明水平极化天线的工作带宽可以超过33％的基础上，同时在水平面方向图上具有小于2dB的不圆度，而其交叉极化电平值小于-15dB。天线在整个工作频带内都具有类似单极子天线的辐射方向图，即在垂直面方向图具有一个较深的零陷，而水平面方向图则保持着全向辐射的特性，且为水平极化模式。本发明具有工作频段宽、安装方便、结构简单、且性能稳定，利用批量生产等优点。

附图说明

[0022] 图1是本发明的宽频带水平极化全向天线总体结构示意图。

[0023] 图2是本发明的宽频带水平极化全向天线固定微带板示意图。

[0024] 图3是本发明的宽频带水平极化全向天线辐射微带板示意图。

[0025] 图4是本发明的宽频带水平极化全向天线电流分布图。

[0026] 图5是本发明的宽频带水平极化全向天线散射参数图。

[0027] 图6是本发明的宽频带水平极化全向天线H面辐射方向图。

[0028] 图7是本发明的宽频带水平极化全向天线E面辐射方向图。

[0029] 图8是本发明的宽频带水平极化全向天线增益图。

具体实施方式

[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0031] 本发明所述的低剖面双频带全向天线，由一个固定微带板(1)和四个辐射微带板(2)组成。其中固定微带板(1)由介质基板(11)和一侧印制着第一金属底板(12)，另一侧印制着功分网络(13)构成；而辐射微带板(2)由介质基板(21)以及印制在一侧带有开口缝隙(22)的第二金属底板(23)，另外一侧印制着耦合巴伦(24)构成。

[0032] 作为本发明的实施例的一优化方案，电磁波信号从固定微带板(1)处馈入。同轴电缆或者接头的内芯与功分网络(13)的输入端口(14)相连，而同轴电缆或者接头的外壁则与第一金属底板(12)相连。在天线作为发射状态时，信号便可以由外部馈入，经过固定微带板上(1)的功分网络(13)，信号被分成四份相同的信号，并经过与功分网络(13)相连接的耦合巴伦(24)，耦合到开口缝隙(22)之中，从而向外辐射电磁波。而天线如果用作接收状态时，信号过程正好相反。

[0033] 图1是本发明的宽频带水平极化全向天线总体结构示意图。其中辐射微带板(2)可以垂直地固定在固定微带板(1)上，也可以倾斜一定的角度固定。同时四个辐射微带板(2)分别固定在固定微带板(1)的四周，沿着其中心轴线旋转对称。

[0034] 图2是本发明实施例的固定微带板(1)示意图。在本实施例中，固定微带板(1)的形状为方形。而在其他不同场合，其外形轮廓可以为圆形、三角形或者多边形。同时在固定微带板(1)上留有部分开槽(15)，以便于将辐射微带板(2)安装。

[0035] 图3是本发明实施例的辐射微带板(2)示意图。在四个不同的第二金属底板(23)上留有的开口缝隙(22)，可以为同一宽度缝隙，也可以由不同宽度的缝隙组成。耦合巴伦(24)则穿过开口缝隙(22)的两侧，实现对开口缝隙(22)的耦合馈电。

[0036] 图4是本发明实施例的电流分布图。电磁波信号经过功分网络(13)后以相同信号给四个开口缝隙(22)馈电，从而每个辐射微带板(2)上的电流分布都相同。因为其排布方式为旋转对称，则所有的电流构成了一个方形环。

[0037] 本发明的宽频带水平极化全向天线，介质基板(11)和介质基板(21)可以为同种介质，也可以为不同种介质。介质基板的厚度可以根据需要进行调节，一般在0.3mm～5mm之间。

[0038] 作为本发明的一优化方案，馈电端口处采用50Ω的特性阻抗进行馈电。

[0039] 作为本发明的一具体实施例，介质基板(1)的尺寸为Φ84mm×1.5mm，辐射金属贴片的尺寸为Φ41mm。

[0040] 图5是本发明具体实施例的散射参数图。其横坐标为频率(GHz),纵坐标为分贝值(dB)。该天线可以在2.0～2.8GH频段上工作，相对带宽为33.3％。

[0041] 图6是本发明具体实施例在2.0GHz处的H面辐射方向图。H面辐射方向图都呈现圆形，即水平面全向辐射。其不圆度小于2.0dB，交叉极化小于-15dB。

[0042] 图7是本发明具体实施例在2.0GHz的E面辐射方向图。其E面辐射方向图都呈现锥形形状，并在宽边具有一个大于20dB的零陷。

[0043] 图8是本发明具体实施例的增益图。天线在整个工作频段内增益变化范围为1.5dBi到4.5dBi。

[0044] 作为本发明的具体实施例，天线可以产生等效的环形电流，从而产生水平极化全向辐射性能。此天线的工作频带相对带宽为33.3％，可以宽频带工作。

[0045] 本发明的宽频带水平极化全向天线可以使用在多无线通信系统信号的传输上，可以应用在移动通信系统的室内覆盖，也可以与其他设备集成到一起，也可以适用其他类似场合。本发明的天线结构简单，易加工，且性能稳定，利于批量生产。

[0046] 上述所述的宽频带水平极化全向天线，仅作为较佳的例子给出而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。