一種高增益寬頻帶振子天線的制作方法
本發(fā)明涉及一種移動通信基站/終端天線設備與技術，特別是涉及一種高增益寬頻帶振子天線。
背景技術：
目前，人類已經(jīng)進入信息時代，獲取資訊成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡慕M成部分，以互聯(lián)網(wǎng)和無線通信為核心的信息技術深刻地改變了人類的生產(chǎn)生活方式。移動通信以其特有的便捷性和靈活性，已成為人們隨時隨地獲取信息和彼此聯(lián)絡的主要手段。利用遍布各處的蜂窩基站，2G/3G/4G移動通信網(wǎng)絡實現(xiàn)了信號廣域連續(xù)覆蓋，使得人們“任意時間、任意地點、與任何人以任何方式進行通信”的夢想基本成為了現(xiàn)實。人與人之間實現(xiàn)了自由溝通，而物與物之間、人與物之間尚未實現(xiàn)完全聯(lián)通。信息隨心所至、萬物互聯(lián)互通，才是人類的終極目標。建立在信息網(wǎng)基礎上的物聯(lián)網(wǎng)IoT(Internet of Thing)是下一代移動通信技術5G的關鍵技術及應用。然而，物聯(lián)網(wǎng)不能共享現(xiàn)有的蜂窩移動通信網(wǎng)絡，而需要建設專用移動通信網(wǎng)絡才能滿足自身的特殊需要。例如，利用交通專用移動網(wǎng)絡，交管部門可以對道路狀況進行實時監(jiān)控，引導整個道路網(wǎng)絡的車流均衡，從而減少交通擁堵和阻塞。再如，利用警務專用移動通信網(wǎng)絡，公安部門可以對安保重點區(qū)域進行全天不間斷高清視頻監(jiān)控，并實現(xiàn)視頻集群呼叫和海量節(jié)點實時、可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>
交通、警務和政務等專用物聯(lián)網(wǎng)，跟蜂窩移動通信一樣，需要在廣闊區(qū)域部署大量站點才能實現(xiàn)廣域覆蓋?？紤]到傳播特性、覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、站址選擇、建設成本等因素，這些無線專網(wǎng)所規(guī)劃的頻段往往優(yōu)先考慮UHF(Ultra-high Frequency)頻段，如300MHz-600MHz。然而，由于UHF頻段電波波長較長(0.5m-1.0m),按照與工作波長可比擬的特性，半波輻射單元的尺寸將在0.25m-0.5m量級。這種情況下，若將該單元按照常規(guī)基站天線方式共軸或共面組陣并后置反射板、然后排成圓陣以實現(xiàn)高增益全向覆蓋的話，天線總高度和直徑將達到數(shù)米量級，使得基站天線選址非常困難、安裝十分不便，而且風載較大，需要設計堅固的安裝組件。另外，多扇區(qū)配置的陣列天線設計復雜、成本較高。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種高增益寬頻帶振子天線，解決現(xiàn)有基站天線不適于無線專用網(wǎng)，增益低、結構復雜、尺寸大、成本高、選址難等缺陷。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：一種高增益寬頻帶振子天線，包括振子下臂以及振子上臂；所述振子上、下臂相互共軸或共線排列；所述振子上臂包括第一導體段以及若干加載導體段，第一導體段以及若干加載導體段共軸或共線級聯(lián)，其中兩兩相鄰導體段之間由復合反相器級聯(lián)；所述復合反相器包括若干螺旋以及彎折導體段；所述若干螺旋加載于彎折導體段上。
較佳地，所述第一導體段頂端以及加載導體段的底端和/或頂端切出朝內(nèi)側凹陷的窄槽。
較佳地，所述窄槽具有位于所述第一導體段的頂端或加載導體段的底端和/或頂端的切口，并沿其所在導體段的長度方向向內(nèi)延伸形成凹陷的槽底；所述窄槽為L型或倒L型凹槽。
較佳地，所述彎折導體段由一長條形導體沿長度方向重復彎折形成平面片狀結構，其包括若干節(jié)彎折的導體段以及上下兩自由端；所述上下兩自由端向上或向下延伸，并與所述相鄰導體段底端和頂端切出的窄槽形狀及尺寸相適配；所述彎折的導體段頂端面及底端面分別與所述第一導體段的頂端面或加載導體段的底端面和/或頂端面平行對接；所述每相鄰兩節(jié)彎折的導體段之間有一間隔；所述若干螺旋是金屬導線構造的左旋或右旋。
較佳地，所述彎折導體段的兩自由端分別抵持于所述窄槽內(nèi)，并與窄槽的槽底抵接；彎折導體段的兩個自由端分別與所述窄槽的左肩或右肩連接；所述彎折導體段的厚度與第一導體段以及加載導體段的厚度對應；所述彎折導體段的寬度與第一導體段以及加載導體段的寬度對應；所述窄槽及所述彎折導體段的兩自由端相互配合，均為L型或倒L型；所述彎折導體段的兩自由端分別封蓋所述窄槽的切口端。
較佳地，所述彎折導體段為矩形；所述彎折導體段的節(jié)數(shù)為6.5節(jié)；每一段彎折的水平寬度與第一導體段以及加載導體段等寬；彎折導體段的線寬與第一導體段以及加載導體段的厚度對應；彎折導體段的線寬為彎折導體段節(jié)距的一半。
較佳地，所述若干個螺旋軸向環(huán)繞地加載于所述彎折導體段外周，每節(jié)螺旋對應環(huán)繞于每節(jié)彎折導體段并卡持于兩節(jié)彎折導體段之間的間隙；所述螺旋的上下兩端分別與彎折導體段兩端部的左右邊緣相連。
較佳地，所述若干螺旋是金屬導線構造的兩支左旋或右旋、直徑Dh＝0.95·Dr的圓柱螺旋，兩螺旋相差180°，圈數(shù)分別為6和6.5，其中Dr是第一導體段的寬度。
較佳地，所述加載導體段及第一導體段為直導體段；所述振子下臂為豎直金屬套筒；所述第一導體段和加載導體段為片狀平面結構；所述第一導體段寬度與所述套筒直徑相當，厚度遠小于天線中心波長λc；所述加載導體段與所述第一導體段等寬等厚；所述彎折導體段與所述加載導體段及所述第一導體段等寬等厚。
較佳地，所述套筒最大直徑Ds和外壁總長度Ls分別為：Ds＝0.045·λc、Ls≈0.25·λc，壁厚大于0而小于其半徑；所述第一導體段的外邊緣總長度Lr、寬度Dr及厚度Tr分別為：Lr≈Ls＝0.25·λc、Dr≈Ds＝0.045·λc和Tr<<0.1·λc；所述加載導體段的長度為0.5·λc。
較佳地，所述振子下臂的中心軸線上，自下而上穿過一根天線同軸饋電電纜；所述同軸線的外導體在振子下臂的頂端斷開并與之焊接為一體，內(nèi)導體則朝上延伸至第一導體段的底部并與之焊接。
較佳地，所述天線在345MHz-395MHz頻段內(nèi)，在近8.48·λc電長度上實現(xiàn)了50Ω良好匹配，|S11|≤-10dB帶寬達6.1％；天線的效率大于88％且最高可達96％；低頻增益達到10.5dBi，高頻增益大于6.2dBi，帶內(nèi)H面不圓度小于0.25dB。
較佳地，所述振子下臂為頂部、中部和底部分別為圓柱、圓錐和圓柱的直徑依次增大的套筒。
較佳地，所述第一導體段的主體呈矩形，其底端與所述振子下臂對接設有小矩形，由該小矩形過渡至主體矩形的中間段為梯形；所述第一導體段為自小矩形、中間段梯形及主體矩形的寬度依次增大的平面結構；所述加載導體段與所述第一導體段的主體矩形寬度及厚度對應；第一導體段的主體矩形寬度與所述振子下臂的底部圓柱直徑對應；所述振子下臂頂部的圓柱直徑與第一導體段的小矩形寬度對應；所述振子下臂的圓錐直徑與第一導體段中間段梯形寬度對應。
較佳地，所述振子下臂、第一導體段、以及若干加載導體和復合反相器段均豎直共軸或共線排列；所述振子下臂、第一導體段、以及若干加載導體段和復合反相器均采用純銅、銅合金或鋁或鋁合金材料制作。
較佳地，所述天線饋電同軸線采用50Ω同軸電纜饋電，選自SMA、BNC、TNC、N型連接頭中任一種。
本發(fā)明的有益效果是：由于采用若干個螺旋加彎折的復合反相器將振子天線級聯(lián)若干加載段，本發(fā)明的高增益寬頻帶振子天線尺寸短小、結構強度高、經(jīng)濟耐用，是適合無線專網(wǎng)的理想基站/終端類天線。本發(fā)明的天線可在無線專網(wǎng)例如UHF頻段(345MHz-395MHz)、近8.48·λc電長度上實現(xiàn)了50Ω良好匹配(|S11|<-10dB，360-383MHz，23MHz)，增益達到10dBi，帶寬為6.1％(|S11|<-8dB，346-387MHz，41MHz，11.2％)，帶寬較螺旋加載方案寬約50％，方向圖旁瓣比彎折加載方案低約10dB；省去了復雜的饋電網(wǎng)絡設計，減小了損耗，提高了效率(≥88％)。
進一步地，將平直地板變成長度約0.25·λc的直徑較粗的豎直套筒，用作振子下臂，實現(xiàn)較大帶寬。
振子上臂選用較寬的導體片，以增大帶寬。
進一步地，導體片上的復合加載段兩端切出朝內(nèi)側凹陷的窄槽，使天線在無線專網(wǎng)獲得良好匹配。
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線建模所采用的直角坐標系定義的示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的半波振子的剖面示意圖。
圖3是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子天線的振子加載一個導體彎折反相器的剖面示意圖。
圖4是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的螺旋反相器的立體圖。
圖5是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的振子加載一個復合反相器及加載段平面視圖，其中圖5(a)為主視圖、圖5(b)為側視圖、圖5(c)為俯視圖。
圖6是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的振子加載兩個復合反相器及加載段的平面視圖。
圖7是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線具有若干復合反相器及加載段的平面視圖。
圖8是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的輸入阻抗Zin頻率特性曲線。
圖9是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的反射系數(shù)|S11|曲線。
圖10是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線在fL＝345MHz的實增益2D方向圖。
圖11是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線在fC＝365MHz的實增益2D方向圖。
圖12是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線在fH＝387.5MHz的實增益2D方向圖。
圖13是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線在H面方向圖的不圓度。
圖14是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的實增益G隨頻率f變化曲線。
圖15是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的的E面(豎直面)半功率波束寬度HPBW隨頻率f變化曲線。
圖16是本發(fā)明實施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的效率ηA隨頻率f變化曲線。
具體實施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的各實施例及實施例中的特征可以相互結合，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
本發(fā)明的天線尤其適用于通訊領域的無線專網(wǎng)，其為全向性、高增益、寬帶寬、高效率、小尺寸、結構堅固、經(jīng)濟耐用的基站/終端天線，也適合于全向偶極子單元陣列天線。參照圖1-7所示，以下實施例以一種高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線100為例進行具體說明。
本實施例的天線100為振子天線，包括振子下臂1和振子上臂10，振子上下臂相互共軸或共線排列。振子上臂10包括第一導體段2以及級聯(lián)的若干加載導體段8，相鄰加載導體段8之間以及與振子上臂第一導體段2之間通過反相器單元47連接(圖7所示)，從而實現(xiàn)電流方向一致。振子下臂1和振子上臂第一導體段2之間用同軸電纜6饋電。
作為一種實施方式，振子下臂1為豎直套筒，長度Ls約0.25·λc、直徑較粗的豎直套筒，其中λc為振子的中心波長，從而可實現(xiàn)較大帶寬。振子下臂1豎直套筒結構可由平直板制成。較佳地，振子下臂1頂部、中部和底部分別為圓柱面、圓錐面和圓柱面，直徑依次增大的套筒，套筒最大直徑和外壁總長度分別為：Ds＝0.045·λc、Ls≈0.25·λc(λc為天線的中心波長)，壁厚大于0而小于頂端半徑，見圖2的部分1。
上臂第一導體段2位于套筒振子下臂1的頂端上方。本實施例中，第一導體段2為平面片狀結構，大至呈長方形。作為較佳實施例，第一導體段2為下部、中部和頂部分別為矩形、梯形和矩形、寬度依次增大的導體片，外邊緣總長度、寬度及厚度分別為：Lr≈Ls＝0.25·λc、Dr≈Ds＝0.045·λc和Tr<<0.1·λc，見圖2的部分2。上臂第一導體段2與下臂套筒1構成一個半波振子，底端用同軸電纜6饋電，增益G約為2.15dBi，可通過構造更多半波振子來提高增益。
在第一導體段2的頂端切出朝內(nèi)側凹陷的窄槽3。較佳地，在第一導體段2頂端自上至下地、切出一個倒L型的凹槽3。倒L型凹槽3的水平方向槽體段31與第一導體段2頂端水平齊平且第一導體段2的一側即右側邊緣貫通齊平，豎直槽體段32豎直方向自上至下軸向延伸一定深度。
在第一導體段2的頂端切出朝內(nèi)側凹陷的窄槽3可用于加載反相器及級聯(lián)加載振子，更能有效增加天線100的帶寬，還可有效改善阻抗匹配；特別地，使天線100在無線專網(wǎng)例如UHF頻段(345MHz-395MHz)、近8.48·λc電長度上實現(xiàn)了50Ω良好匹配(|S11|<-10dB，360-383MHz，23MHz)。
為了實現(xiàn)更高增益，在天線100加載更多導體段，即第一導體段2頂端加載更多加載導體段8。級聯(lián)的相鄰加載段8之間，以及加載段8與第一導體段2之間通過反相器實現(xiàn)電性能一致。作為一個較佳實施方式，在第一導體段2頂端加載的加載段8也為平面片狀結構的導體片，導體片8與第一導體段2頂部的截面等寬、等厚，其長度約0.5·λc，因此，第一導體段2與加載的振子導體片8形成直導體段，總直導體段的電長度為：(0.25+0.50)＝0.75·λc。從而實現(xiàn)在天線100的上臂10的第一導體段2上通過反相器單元級聯(lián)半波振子8，并根據(jù)需要增加天線100的增益。
作為一種實例，加載的振子導體片8為矩形片狀結構，其寬度Dr≈Ds＝0.045·λc，長度Lr＝0.5·λc，厚度Tr<<0.1·λc。
加載段導體片8的底端和/或頂端切出朝內(nèi)側凹陷的窄槽，導體片8的端部切成的窄槽與第一導體段2頂端切出的窄槽3對應，作用相同。本實施例中，導體片8底端的窄槽為L型或倒L型凹槽，且窄槽水平段與導體片8的右側邊緣貫通齊平，與第一導體段2上形成的凹槽3相對應，導體片8頂端形成的窄槽為倒L型凹槽，與第一導體段2上形成的凹槽3相同，為便于對應，第一導體段2以及導體片8上下兩端形成的窄槽均以標號3標示。
可以理解，加載段導體片8上下兩端形成的凹槽也可以與第一導體段2上形成的凹槽不相同，也可以設計為其它形狀。或者，無需設計所述凹槽，反相器4直接焊接或通過其它適合方式將加載振子導體片8與第一導體段2之間連接。
加載段導體片8與第一導體段2之間通過反相器單元連接。如圖3所示，反相器單元包括彎折導體段4，由一長條形導體重復平行地沿長度方向彎折重疊形成整體呈平面片狀的結構，本實施例中彎折后的整體形狀為矩形。彎折導體段反相器4包括若干節(jié)彎折的導體段40以及上下兩端的自由端41、42；所述上下兩自由端41、42向上或向下延伸，并與所述第一導體段2的頂端或加載段8的底端和/或頂端切出的窄槽3形狀及尺寸相適配；所述彎折的導體段40頂端及底端兩端面分別與所述第一導體段2的頂端或加載段8的底端和/或頂端面平行對接；所述每相鄰兩節(jié)彎折的導體段之間有一間隔。上下自由端41、42則沿長度(或稱軸向)方向向上向下延伸，分別卡持于振子下臂第一導體段2以及加載段8對應端部形成的凹槽3內(nèi)。彎折導體段4的兩自由端41、42的形狀與第一導體段2及加載導體段8上的L型或倒L型凹槽3相適配。對應地，上自由端41為L型，向上延伸至加載振子導體片8底端向上形成的L型凹槽3內(nèi)，較佳地，抵接于凹槽3的頂壁內(nèi)，且抵接于凹槽3的左肩或右肩；下自由端42為倒L型，向下延伸至振子下臂2的頂端形成的凹槽3內(nèi)，較佳地，抵接于凹槽3的底壁(未圖標)，且抵接于凹槽3的左肩或右肩。
彎折導體段4的上、下自由端41、42的寬度可較凹槽3的寬度窄，因此除末端可抵接外，上、下自由端41、42的其余部分與凹槽3之間可形成間隔。下自由端41、42對應具有水平段，將L型或倒L型凹槽3的切口封蓋。
彎折導體段4的L型自由端的水平段部分剛好與第一導體段2和加載導體段8側壁邊緣對齊。因此，彎折導體段4的水平導體段40底、頂兩端面分別與第一導體段2的頂端面及導體片8的底端/頂端面對齊形成整體連接結構。其中，水平導體段40底端面及頂端面，分別在左右肩部與第一導體段2的頂端面/導體片8的底端面接觸，或者分別在左右肩部與兩相鄰導體片8的頂端面/底端面接觸，且上、下自由端41、42的末端分別與凹槽3的頂壁或底壁接觸。
作為一種實施方式，彎折導體段的節(jié)數(shù)為6.5節(jié)，每一段彎折的水平寬度與第一導體段2及加載導體段8等寬，彎折導體段的線寬與第一導體段2和加載導體段8的厚度對應，且為彎折導體段節(jié)距的一半，每節(jié)導體段之間的間隔可以與導體段的線寬相等。
為進一步改善帶寬，本發(fā)明的反相器單元還進一步包括螺旋反相器7，加載于彎折導體段反相器4上共同形成復合反相器47。螺旋反相器7由若干個螺旋組成。本實施例中，用線徑為Dw的金屬導線構造兩支左旋或右旋、直徑Dh＝0.95·Dr的圓柱螺旋，兩螺旋相差180°，圈數(shù)分別為6和6.5。將兩支圓柱螺旋7加載到上述彎折導體段4上，每圈螺旋套設于一節(jié)彎折的導體段上對應的間隔內(nèi)，而螺旋的上下兩端分別與彎折導體4上下兩端的左右邊緣相連。
如圖5所示，天線100的第一導體段2上通過復合反相器47級聯(lián)加載段8，本實施例中加載段8為半波直導體。
以此類推，為進一步改善增益、帶寬，可在圖5所示的振子結構上繼續(xù)通過反相器單元47級聯(lián)加載導體段8，同樣在導體片8的上下兩端沿其右側邊緣切出朝內(nèi)側凹陷的窄槽3，復合反相器47的起始端即上下自由端41、42放置于凹槽3底部。具體地，導體片8上端面向內(nèi)側切出倒L型凹槽3，下端面向內(nèi)側切出L型凹槽3。復合反相器47加載于兩相鄰的導體片8之間，從而向上沿軸向方向級聯(lián)更多直導體段(或半波振子段)8。圖7所示為按照上述方法構造具有10個(但不限于十個的)重復加載段8的天線100，復合加載反相器47和0.5·λc直導體段8的十個重復單元與第一導體段2形成的級聯(lián)組合體，作為天線100的上臂10，與天線100的下臂1共同形成本發(fā)明的一種全向性、高增益、寬帶寬、高效率、小尺寸、結構堅固、經(jīng)濟耐用的基站/終端天線。
于金屬套筒1的中心軸線上，自下而上穿過一根50Ω同軸線6，其外導體在套筒1頂端斷開并與之焊接為一體，內(nèi)導體則朝上延伸第一導體段2的底部并與之焊接，如圖2和圖6的部分6。
本發(fā)明小直徑高增益全向天線是在一段較長的導體2上直接構造若干個半波振子8形成多節(jié)導體10，通過反相器單元47使電流在整段導體上的多節(jié)0.25·λc(λc-中心波長)或0.5·λc直導體段2、8上保持同向，從而獲得高增益。
反相器設計是實現(xiàn)高增益單/偶極子單元陣列的關鍵，實現(xiàn)形式有集總加載、導線彎折、窄環(huán)加載和螺旋加載等。導線彎折損耗較小、輻射干擾較強、尺寸較大、帶寬較寬、較易匹配；螺旋加載損耗低、輻射干擾弱、尺寸小、帶寬窄、較難匹配，但可由單根導線繞制，結構強度高，經(jīng)久耐用。反相器采用螺旋和導體彎折的復合加載是一種較理想的方案。此方案能在保留螺旋反相器優(yōu)點的同時，克服了其帶寬窄、匹配差的缺點。本發(fā)明的天線適用于無線專網(wǎng)，是一種全向性、高增益、寬帶寬、小直徑、低成本的基站天線。
下述以具有10個重復加載導體段8的一種高增益寬帶全向陣列天線100為例進一步說明本發(fā)明天線結構及特性，其設計方法包括以下步驟：
步驟一，建立空間直角坐標系，見圖1；
步驟二，在步驟一的坐標系下，構造一個頂部、中部和底部分別為圓柱面、圓錐面和圓柱面、直徑依次增大的套筒，套筒最大直徑和外壁總長度分別為：Ds＝0.045·λc、Ls≈0.25·λc(λc為中心波長)，壁厚大于0而小于頂端半徑，見圖2的部分1；
步驟三，在步驟二的套筒頂端上方，構造一個下部、中部和頂部分別為矩形、梯形和矩形、寬度依次增大的導體片，導體片的外邊緣總長度、寬度及厚度分別為：Lr≈Ls＝0.25·λc、Dr≈Ds＝0.045·λc和Tr<<0.1·λc，見圖2的部分2，導體片與步驟二的套筒構成一個半波振子，底端用同軸電纜饋電，見圖2的部分6，增益G為2.15dBi左右，需要構造更多半波陣子以提高增益；為了改善阻抗匹配，在導體片的頂端切出一個倒L型的凹槽，見圖2的部分3；
步驟四，為了實現(xiàn)更高增益，在步驟三的導體片頂端加載一截與之等寬、等厚、長度約0.5·λc的導體片，兩者通過彎折導體段實現(xiàn)連接，見圖3的部分5和部分4，與套筒1構成一個直導體段(第一導體段2+導體片5)電長度為：(0.25+0.50)＝0.75·λc的振子；彎折導體段節(jié)數(shù)為6.5節(jié)，水平寬度與導體片等寬，線寬為節(jié)距的一半；
步驟五，用線徑為Dw的金屬導線構造兩支右旋、直徑Dh＝0.95·Dr的圓柱螺旋，兩螺旋相差180°，圈數(shù)分別為6和6.5，見圖4的部分7；
步驟六，將步驟五的兩支圓柱螺旋加載到步驟三的彎折導體段上，見圖5的部分4和7，螺旋的上下兩端分別與彎折導體兩端的左右邊緣相連；
步驟七，按照上述步驟構造兩個復合加載反相器和0.5·λc直導體段(半波陣子段)，見圖6的部分8；
步驟八，按照上述方法，構造一個10單元的復合加載反相器和半波陣子級聯(lián)組合體；步驟九，在步驟二的金屬套筒中心軸線上，自下而上穿過一根50Ω同軸線，其外導體在套筒頂端斷開并與之焊接為一體，內(nèi)導體則朝上延伸至步驟三的導體段底部并與之焊接，見圖2和圖6的部分6。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的底端金屬套筒1的外壁總長度約0.25·λc，底端直徑Ds大于同軸線外徑而小于0.25·λc。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的底端金屬套筒1的壁厚大于0而小于頂端半徑。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100最底端的第一導體段2長度約Lr≈0.25·λc，寬度與套筒直徑相當，厚度遠小于波長。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100最底端的第一導體段2由底部的梯形段和頂部的矩形段組成。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100除了最底端的四分之一波長第一導體段2外，還包含若干節(jié)半波長導體片8。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的相鄰第一導體段2或8之間通過反相器連接。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的第一導體段2和加載導體段8與反相器4連接處開有L型凹槽3(包括正L型或倒L型)，反相器4的末端41、42連接凹槽3底端或頂端。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的相鄰第一導體段2和加載導體段8之間的復合反相器47由彎折導體段4與雙圓柱螺旋7構成。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的彎折導體段4節(jié)數(shù)為6.5節(jié)，水平寬度與第一導體段2等寬，線寬為節(jié)距的一半。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的復合加載反相器47的圓柱螺旋7為雙螺旋，兩螺旋相差180°，圈數(shù)分別為6和6.5。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的復合加載反相器47的雙圓柱螺旋7的上下兩端分別與彎折導體段4兩端的左右邊緣相連。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100采用50Ω同軸電纜6饋電，其自下而上穿過下端套筒1的中心，內(nèi)外導體在套筒頂端分別與下第一導體段2和套筒1焊接。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的所有部件1、2、47、8均豎直共軸排列。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的所有部件采用純銅、銅合金或鋁材料制作。
較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的饋電同軸線6可以是SMA、BNC、TNC、N型等常見連接頭。
進一步參照圖8-16，提供本實施例的高增益全向加載導體段陣列天線100的電性能檢測結果。
其中，圖8為高增益寬帶全向陣列天線100加載民十個螺旋彎折復合反相器47及加載段8時的輸入阻抗Zin頻率特性曲線。其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為MHz；縱軸(Y軸)是輸入阻抗Zin，單位為Ω；實線表示實部Rin，虛線表示虛部Xin。
圖9為高增益寬帶全向陣列天線100加載了十個螺旋彎折復合反相器47及加載段8時的反射系數(shù)|S11|曲線。其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為MHz；縱軸(Y軸)是S11的幅度|S11|，單位為dB。由圖知，天線在UHF頻段(360-383MHz)實現(xiàn)了良好的阻抗匹配(|S11|≤-10dB，BW＝6.1％；最佳匹配|S11|＝-14.5dB@373MHz；|S11|<-8dB，346-387MHz，41MHz，11.2％)，帶寬較單一的螺旋加載方案寬約50％，復合加載的帶寬和匹配改善效果顯著。
圖10為高增益寬帶全向陣列天線100加載了十個螺旋彎折復合反相器47及加載段8時在fL＝345MHz的實增益2D方向圖。其中，圖中實線表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虛線表示E-面(Phi＝0°，XOZ平面)；增益G＝10.12dBi，E面半功率波束寬度HPBW＝6.39o，第一旁瓣SLL低于主瓣電平12.7dB。
圖11為高增益寬帶全向陣列天線100加載了十個螺旋彎折復合反相器47及加載段8時在fC＝365MHz的實增益2D方向圖。其中，圖中實線表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虛線表示E-面(Phi＝0°，XOZ平面)；增益G＝10.12dBi，E面半功率波束寬度HPBW＝6.67°，第一旁瓣SLL低于主瓣電平12.0dB。
圖12為高增益寬帶全向陣列天線100加載發(fā)十個螺旋彎折復合反相器47及加載段8時在fH＝387.5MHz的實增益2D方向圖。其中，圖中實線表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虛線表示E-面(Phi＝0°，XOZ平面)；增益G＝10.12dBi，E面半功率波束寬度HPBW＝8.78°，沒有明顯旁瓣。
圖13為高增益寬帶全向陣列天線100加載了十個螺旋彎折復合反相器47及加載段8時在H面方向圖的不圓度。其中，實線-f1＝347.5MHz,虛線-f2＝367.5MHz,點線-f3＝0.380MHz,點劃線-f4＝395MHz。由圖可知，帶內(nèi)H面(水平面)不圓度小于0.25dB，非常理想。
圖14為高增益寬帶全向陣列天線100加載了十個螺旋彎折復合反相器47及加載段8時的實增益G隨頻率f變化曲線。其中，低頻增益達到10.5dBi，高頻增益大于6.2dBi，說明復合加載反相器實現(xiàn)單元陣列效應的效果是顯著的。
圖15為高增益全向?qū)拵ш嚵刑炀€100加載十個螺旋彎折復合反相器47及加載段8時的E面(豎直面)半功率波束寬度HPBW隨頻率f變化曲線。由圖知，整個頻帶內(nèi)，E面HPBW＝6.4°-8.8°。
圖16為高增益全向?qū)拵ш嚵刑炀€100加載了十個螺旋彎折復合反相器47及加載段8時的效率ηA隨頻率f變化曲線。由圖知，整個頻帶內(nèi)(|S11|≤-10dB)，天線的效率大于88％(最高可達96％)。
本發(fā)明實施例的全向性、高增益和寬帶寬天線，是通過下述手段實現(xiàn)的：
1、將平直地板變成長度約0.25·λc的直徑較粗的豎直套筒，用作振子下臂，實現(xiàn)較大帶寬；
2、振子上臂選用較寬的導體片，以增大帶寬；
3、導體片中間加載若干個螺旋加彎折的復合反相器，以實現(xiàn)高增益；
4、導體片上的復合加載段兩端切出朝內(nèi)側凹陷的窄槽，使天線在UHF頻段(345MHz-395MHz)、近8.48·λc電長度上實現(xiàn)了50Ω良好匹配(|S11|<-10dB，360-383MHz，23MHz)，增益達到10dBi，帶寬可達6.1％(|S11|<-8dB，346-387MHz，41MHz，11.2％)，帶寬較螺旋加載方案寬約50％，方向圖旁瓣比彎折加載方案低約10dB；且省去了復雜的饋電網(wǎng)絡設計，減小了損耗，提高了效率(≥88％)。而且，該設計尺寸短小、結構強度高、經(jīng)濟耐用，是適合無線專網(wǎng)的理想基站/終端類天線。另外，該方法還具有思路新穎、原理清晰、方法普適、簡單易行等特點，對于更高增益的單/偶極子全向天線的設計和改進也是適用和有效的。
本發(fā)明的高增益、全向性、小尺寸、低成本天線100是無線專網(wǎng)基站天線的優(yōu)選方案。
上述實施例中基于十單元導的螺旋和彎折導體復合反相器47及加載段8來論述本發(fā)明，并給出相應附圖對本發(fā)明進行詳細說明。需要特別說明的是，這里所描述的優(yōu)選實施例子方案僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制或限定本發(fā)明。同樣，更多復合加載單元也屬于本發(fā)明的范疇，受到同等保護。本發(fā)明旨在為無線專網(wǎng)設計一種全向性、高增益、寬帶寬、高效率、小尺寸、結構堅固、經(jīng)濟耐用的基站/終端天線，并為更高增益的全向單/偶極子天線優(yōu)化設計提供有效的參考方法。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的保護范圍由所附權利要求及其等同范圍限定。
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