一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，包括天線輻射部分、柔性介質(zhì)板、寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)和饋電基板，天線輻射部分包括四個(gè)傾斜振子，每個(gè)傾斜振子由一個(gè)主輻射振子和一個(gè)寄生振子組成，主輻射振子與寄生振子的長(zhǎng)度和傾斜角度都不同，柔性介質(zhì)板彎曲成空心圓柱狀，四個(gè)傾斜振子在柔性介質(zhì)板上呈等分均勻環(huán)狀排列，寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)則印制在饋電基板的正、反面上，其水平放置于介質(zhì)空心圓柱中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)四個(gè)傾斜振子等幅同相饋電。本實(shí)用新型具有左、右旋圓極化實(shí)現(xiàn)靈活、全向性好和寬帶的優(yōu)點(diǎn)，適用于移動(dòng)通信基站領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
—種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)天線的性能要求也越來(lái)越高，在現(xiàn)代的無(wú)線應(yīng)用系統(tǒng)中，單純的線極化天線已很難滿足人們的需求，圓極化天線越來(lái)越受到更為廣泛的關(guān)注，而全向圓極化天線更是因?yàn)槠涮厥獾男阅?，廣泛應(yīng)用于在通信、遙感遙測(cè)、雷達(dá)、電子偵察與電子干擾等方面。
[0003]在天線理論中，垂直于地面的電偶極子輻射全向垂直極化波，平行于地面的均勻電流環(huán)輻射全向水平極化波，兩者輻射的垂直、水平極化電場(chǎng)自然產(chǎn)生90°相位差，當(dāng)其幅度相等時(shí)，兩正交極化波在遠(yuǎn)場(chǎng)疊加可產(chǎn)生全向圓極化波，從而實(shí)現(xiàn)全向圓極化輻射。當(dāng)使用傾斜振子陣實(shí)現(xiàn)全向圓極化天線時(shí)，每個(gè)傾斜振子可以分解為一個(gè)水平分量和一個(gè)垂直分量，當(dāng)多個(gè)傾斜振子圍繞圓周排列時(shí)，其水平分量可等效為一個(gè)水平均勻電流環(huán)，垂直分量等效為一個(gè)垂直偶極子，兩者在遠(yuǎn)場(chǎng)產(chǎn)生全向圓極化波。由此方法實(shí)現(xiàn)的全向天線可實(shí)現(xiàn)較寬的圓極化帶寬，但阻抗匹配較難實(shí)現(xiàn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型提供一種低剖面、寬帶寬和水平面全向輻射的基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線。
[0005]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，包括天線輻射部分、柔性介質(zhì)板、寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)及饋電基板，所述寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)印制在饋電基板的正反兩面，所述柔性介質(zhì)板彎曲成空心圓柱，所述饋電基板水平放置于空心圓柱的中心，所述天線輻射部分包括四個(gè)傾斜振子，所述四個(gè)傾斜振子在空心圓柱外表面呈等分均勻環(huán)狀排列。
[0007]所述傾斜振子由主輻射振子和寄生振子構(gòu)成，主輻射振子與水平面正方向夾角為0〈α〈180°，所述寄生振子與水平面正方向夾角為0〈β〈180°。
[0008]所述空心圓柱的直徑為0.17 λ ^?0.2 λ ^，高度為0.4 λ ^，其中Atl為中心頻率2GHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)。
[0009]所述主輻射振子和寄生振子的寬度分別是0.05 λ ^和0.02 λ ^，長(zhǎng)度分別是
0.47 λ。和 0.31 λ 0。
[0010]所述主輻射振子和寄生振子無(wú)直接連接，其中，主輻射振子最高點(diǎn)與寄生振子最高點(diǎn)垂直方向上距離Cl1是0.1 λ C1，水平方向上距離d2是0.05 λ。。
[0011]所述主輻射振子在長(zhǎng)度方向的中間位置斷開裂縫，該裂縫通過(guò)焊點(diǎn)與寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)連接。
[0012]寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)包括四個(gè)寬帶巴倫及阻抗匹配電路，每個(gè)寬帶巴倫由在饋電基板背面的縫隙和正面的帶45°倒角的L型微帶線構(gòu)成，L型微帶線的末端開路，另一端與阻抗匹配電路一端連接，阻抗匹配電路的另一端與空心圓柱的中央饋電點(diǎn)連接。
[0013]所述饋電基板背面還印制有帶45°倒角的十字型導(dǎo)體貼片。
[0014]所述阻抗匹配網(wǎng)路在饋電基板中央呈十字形交叉連接。
[0015]當(dāng)傾斜振子與水平面正方向的夾角為0〈α〈90°時(shí)，構(gòu)成右旋圓極化全向天線，當(dāng)傾斜振子與水平面正方向的夾角為90° <α〈180°時(shí)，則構(gòu)成左旋圓極化全向天線。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果:
[0017](I)本實(shí)用新型采用的四個(gè)傾斜振子圍繞空心圓柱等分均勻環(huán)狀排列實(shí)現(xiàn)了全向圓極化輻射，利用寄生振子和寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了寬帶圓極化；
[0018](2)圓極化全向天線的極化旋向由傾斜振子與水平面正方向的傾斜角度α決定，當(dāng)傾斜振子與水平面正方向的夾角為0〈α〈90°時(shí)，構(gòu)成右旋圓極化全向天線，而傾斜振子與水平面正方向的夾角為90° <α〈180°時(shí)，則構(gòu)成左旋圓極化全向天線，轉(zhuǎn)換方式靈活；
[0019](3)每個(gè)傾斜振子包括一個(gè)主輻射振子和一個(gè)寄生振子，它們都圍繞空心圓柱等分均勻環(huán)狀排列，主輻射振子傾斜角度和圓柱半徑是實(shí)現(xiàn)全向圓極化輻射的關(guān)鍵，利用寄生振子與主輻射振子之間耦合展寬了天線帶寬，從而實(shí)現(xiàn)寬帶圓極化特性；
[0020](4)寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)僅影響天線阻抗性能，對(duì)天線圓極化和全向特性幾乎無(wú)影響；寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)對(duì)四個(gè)傾斜振子等幅同相饋電，實(shí)現(xiàn)了寬帶阻抗匹配，此圓極化全向天線的1dB的回波損耗帶寬可達(dá)到61% (1.35-2.54GHz)，3dB軸比帶寬為44% (1.69-2.64GHz)，在1.7-2.4GHz頻段內(nèi)，水平面方向圖不圓度小于1.5dB，交叉極化小于_15dB，容易實(shí)現(xiàn)雙圓極化功能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1中的傾斜振子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是圖1中寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4(a)是本實(shí)用新型實(shí)施例回波損耗的仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖，圖4(b)是本實(shí)用新型實(shí)施例軸比的仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖。
[0025]圖中示出:
[0026]1-天線輻射部分；2_柔性介質(zhì)板；3_寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)；4_饋電基板；5_主輻射振子；6-寄生振子；7-焊點(diǎn)；8_中央饋電點(diǎn)；9-縫隙；10-L型微帶線；11_阻抗匹配電路；12_十字型導(dǎo)體貼片。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0028]實(shí)施例
[0029]如圖1所示，一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，包括天線輻射部分1、柔性介質(zhì)板2、寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)3及饋電基板4，所述寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)3印制在饋電基板4的正、反兩面，所述柔性介質(zhì)板2彎曲成空心圓柱，所述空心圓柱的直徑為0.17 λ ^?0.2 λ μ高度為0.4 λ ^，其中λ ^為中心頻率2GHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)，所述饋電基板4水平放置于空心圓柱的中心，且饋電基板的直徑與空心圓柱直徑相等，所述天線輻射部分I包括四個(gè)傾斜振子，所述四個(gè)傾斜振子在空心圓柱外表面呈等分均勻環(huán)狀排列。
[0030]如圖2所示，每個(gè)傾斜振子由一個(gè)主輻射振子5和一個(gè)寄生振子6構(gòu)成，本實(shí)施例中主輻射振子的長(zhǎng)度匕為73mm，寬度Ii1是7.5mm，與水平面正方向夾角α為35°，寄生振子的長(zhǎng)度k2為47mm,寬度h2是3mm,與水平面正方向夾角β為40°。所述主福射振子和寄生振子無(wú)直接連接，其中，主輻射振子最高點(diǎn)與寄生振子最高點(diǎn)垂直方向上距離Cl1是14.8mm，水平方向上距離d2是7.3mm。主輻射振子在長(zhǎng)度方向的中間位置斷開裂縫，所述裂縫寬度為1.2_，該裂縫通過(guò)焊點(diǎn)7與寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)3連接。
[0031]本實(shí)施例的柔性介質(zhì)板厚度為0.05mm高頻板Panasonic R-F775板材,相對(duì)介電常數(shù)3.2，損耗角正切是0.0015，直徑為0.185 λ 0,高度為0.4 λ ^，其中λ ^為中心頻率2GHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)。
[0032]饋電基板4是厚度為0.8mm介質(zhì)板Taconic TLY-5板材，相對(duì)介電常數(shù)2.2，損耗角正切是0.0009，直徑為27.95mm。
[0033]同軸線米用柔性同軸線Johnson/Emerson RG-178,直徑為2.5mm,特征阻抗為50 Ω。
[0034]如圖3所示，所述饋電基板水平放置于柔性介質(zhì)板彎曲的空心圓柱的中心，寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)3印制在基板的正、反兩面上，寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)包括四個(gè)寬帶巴倫及阻抗匹配電路11，寬帶巴倫由在饋電基板背面的縫隙9和正面的帶45度倒角的L型微帶線10構(gòu)成，L型微帶線的末端開路，另一端與阻抗匹配電路11相連，阻抗匹配電路的另一端則連接到圓柱的中央饋電點(diǎn)8上，接到饋電所用50Ω同軸線上，饋電基板背面還印制有帶倒角的十字型導(dǎo)體貼片12，導(dǎo)體貼片的倒角角度是45°，倒角的第一段部分長(zhǎng)度I8為2mm，倒角的第二部分長(zhǎng)度I9也為2mm，貼片上蝕刻了縫隙，貼片寬度Wg是12mm。
[0035]寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)四個(gè)傾斜振子等幅同相饋電，其中參數(shù)說(shuō)明如下山是縫隙長(zhǎng)度為19mm，Ws是縫隙寬度為1.2mm, I1是阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)第一段的長(zhǎng)度為4mm，I2是阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)第二段部分的長(zhǎng)度為23.5mm, I3是阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)第三段部分長(zhǎng)度為3_，W1是阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)第一、二和三段的寬度均為0.4_，I4是帶倒角的微帶線長(zhǎng)度為4_，倒角角度也是45°，I5是微帶線倒角第一段部分長(zhǎng)度為1.5mm，I6是微帶線倒角第二段部分長(zhǎng)度為
1.5mm, I7是帶倒角的微帶線的彎折部分長(zhǎng)度為15.5mm, W2是帶倒角微帶線寬度為1.5mm。
[0036]傾斜振子與寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)相連的焊點(diǎn)長(zhǎng)度Wf是1.5mm，焊點(diǎn)7與十字型導(dǎo)體貼片12連接的距離長(zhǎng)度hf是2.5mm。
[0037]阻抗匹配電路在饋電基板中央呈十字形交叉連接。當(dāng)傾斜振子與水平面正方向的夾角為0〈α〈90°時(shí)，構(gòu)成右旋圓極化全向天線，而傾斜振子與水平面正方向的夾角為90° <α〈180°時(shí)，則構(gòu)成左旋圓極化全向天線，轉(zhuǎn)換方法簡(jiǎn)單、靈活。
[0038]如圖4(a)，圖4(b)所示本實(shí)施例的天線通過(guò)寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)對(duì)四個(gè)傾斜振子等幅同相饋電，實(shí)現(xiàn)了寬帶阻抗匹配，此圓極化全向天線的1dB的回波損耗帶寬可達(dá)到61%(1.35-2.54GHz)，3dB 軸比帶寬為 44% (1.69-2.64GHz)，在 1.7-2.4GHz 頻段內(nèi)，水平面方向圖不圓度小于1.5dB，交叉極化小于-15dB，容易實(shí)現(xiàn)雙圓極化功能。
[0039]本實(shí)用新型提供一種利用多個(gè)傾斜振子進(jìn)行排列組合的方式，通過(guò)將同樣四單元的傾斜振子共形于空心圓柱表面，使得每個(gè)天線單元在遠(yuǎn)場(chǎng)疊加產(chǎn)生了全向圓極化波原理，再通過(guò)寄生單元和寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)寬帶圓極化全向輻射。
[0040]利用該實(shí)用新型還可進(jìn)行天線組陣，形成多單元水平極化全向天線陣列，提高天線增益，從而滿足移動(dòng)通信基站天線高增益的需求。
[0041]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，包括天線輻射部分、柔性介質(zhì)板、寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)及饋電基板，所述寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)印制在饋電基板的正、反兩面，其特征在于，所述柔性介質(zhì)板彎曲成空心圓柱，所述饋電基板水平放置于空心圓柱的中心，所述天線輻射部分包括四個(gè)傾斜振子，所述四個(gè)傾斜振子在空心圓柱外表面呈等分均勻環(huán)狀排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述傾斜振子由主輻射振子和寄生振子構(gòu)成，主輻射振子與水平面正方向夾角為0〈α〈180°，所述寄生振子與水平面正方向夾角為0〈β〈180°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述空心圓柱的直徑為0.17 λ ^?0.2 λ ^高度為0.4 λ ^，其中λ ^為中心頻率2GHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述主福射振子和寄生振子的寬度分別是0.05 λ。和0.02 λ 0,長(zhǎng)度分別是0.47 λ。和0.31 λ 0。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述主輻射振子和寄生振子無(wú)直接連接，其中，主輻射振子最高點(diǎn)與寄生振子最高點(diǎn)垂直方向上距離Cl1是0.1 λ。，水平方向上距離d2是0.05 λ。。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述主輻射振子在長(zhǎng)度方向的中間位置斷開裂縫，該裂縫通過(guò)焊點(diǎn)與寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)包括四個(gè)寬帶巴倫及阻抗匹配電路，每個(gè)寬帶巴倫由饋電基板背面的縫隙和正面的帶45°倒角的L型微帶線構(gòu)成，L型微帶線的末端開路，另一端與阻抗匹配電路一端連接，阻抗匹配電路的另一端與空心圓柱的中央饋電點(diǎn)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述饋電基板背面還印制有帶45°倒角的十字型導(dǎo)體貼片。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述阻抗匹配網(wǎng)路在饋電基板中央呈十字形交叉連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，傾斜振子與水平面正方向的夾角為0〈α〈90°時(shí)，構(gòu)成右旋圓極化全向天線，當(dāng)傾斜振子與水平面正方向的夾角為90° <α〈180°時(shí)，則構(gòu)成左旋圓極化全向天線。
【文檔編號(hào)】H01Q21/24GK203983456SQ201420353247
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】李融林, 范藝, 全旭林 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)