一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線，包括天線輻射單元、寬帶巴倫、微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的正面蝕刻天線輻射單元、寬帶巴倫正面部分和微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)基板的背面則蝕刻寬帶巴倫背面部分和調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明具有尺寸小、全向性好、水平極化、帶寬寬，適用于移動(dòng)通信。
【專利說明】
一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及移動(dòng)通信領(lǐng)域，特別是一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，無線通信在人們生活中不可替代的一部分，而天線是無線通信中必不可少的部分。隨著4G的廣泛使用，為了滿足移動(dòng)用戶數(shù)據(jù)需求量迅速增長(zhǎng)，通信系統(tǒng)不斷擴(kuò)容，多種制式系統(tǒng)并存。其中在2GHz頻段附近就包括2G的PCS、DCS標(biāo)準(zhǔn)；3G中包括WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000標(biāo)準(zhǔn);4G包括的TDD、H)D標(biāo)準(zhǔn)，為了滿足這些頻段多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的需求，1.61-2.72GHz全頻段覆蓋的寬帶天線的設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。寬帶天線不僅能夠滿足設(shè)備之間大量信息高速傳遞的需求，且可以使一副天線工作于多個(gè)通信系統(tǒng)中，從而減少載體上天線數(shù)目，降低成本。
[0003]全向水平極化天線指的是一種在水平方位面內(nèi)360°均勻輻射信號(hào)或接收信號(hào)并且在水平面內(nèi)極化的天線。它被廣泛應(yīng)用在廣播電視、衛(wèi)星通信、射頻識(shí)別、移動(dòng)通信、無線傳感器以及空間飛行器等場(chǎng)合，其有效覆蓋的范圍更大。
[0004]傳統(tǒng)的通信天線，其極化方式一般為垂直極化，當(dāng)極化為垂直或者水平的信號(hào)自遠(yuǎn)處傳播而來，均要經(jīng)過多徑傳播，因?yàn)槎鄰叫?yīng)會(huì)使得信號(hào)的極化方式發(fā)生不可預(yù)知的旋轉(zhuǎn)，以至于最終到達(dá)極化方式為水平極化或者垂直極化的移動(dòng)終端時(shí)，部分信號(hào)會(huì)遇到極化失配的問題，整體信號(hào)的能量幅度將會(huì)衰減。大量文獻(xiàn)研究表明，發(fā)射端和接收端均采用水平極化天線的設(shè)備比發(fā)射端和接收端均采用垂直極化天線的設(shè)備可以至少多獲得平均1dB的功率。因此，相比于其它極化方式的全向天線，全向水平極化天線可以大大地增加通信的有效范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線，該天線是一種小尺寸、寬帶的水平極化的全向天線。它是由多個(gè)印刷振子和寬帶巴倫對(duì)稱排布加上阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)組成。使用一個(gè)單天線提供對(duì)1.61-2.72GHz內(nèi)頻段的全頻覆蓋，并且水平面內(nèi)不管用戶移動(dòng)方向如何都能確保覆蓋。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線，包括天線輻射單元、寬帶巴倫、微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的正面蝕刻天線輻射單元、寬帶巴倫正面部分和微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)基板的背面則蝕刻寬帶巴倫背面部分和調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。
[0007]所述天線輻射單元是由印刷振子組成，四對(duì)印刷振子組成正方形狀天線輻射體，每對(duì)振子長(zhǎng)度均為0.5λ。其中，λ為中心頻率2GHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)，每對(duì)矩形印刷振子寬度相同，均為9.6_。每對(duì)相鄰振子間有間隔，對(duì)稱振子臂之間用槽線隔斷。其中一側(cè)的振子臂通過短路針連接寬帶巴倫背面部分，另一側(cè)的振子臂上刻有耦合線，并且連接寬帶巴倫正面部分。
[0008]所述的每個(gè)寬帶巴倫形狀相同，寬帶巴倫正面部分和背面部分類似等邊梯形，寬度漸變;其中背面部分還包括一段與短路針連接的連接體。寬帶巴倫正面部分連接刻有耦合線的天線振子和微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。寬帶巴倫背面部分通過短路針連接天線振子和調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。
[0009]微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中心點(diǎn)連接同軸電纜的饋電中心，另一端連接寬帶巴倫正面部分。
[0010]調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括調(diào)諧圓盤和正方形微擾。調(diào)諧圓盤中心區(qū)域連接同軸電纜的地端，正方形微擾嵌入在調(diào)諧圓盤外邊緣上，同樣外邊緣也連接寬帶巴倫背面部分。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、均勻同相電流環(huán)是實(shí)現(xiàn)水平極化全向輻射的關(guān)鍵，由于大環(huán)天線電流分布不均勻，故采用多個(gè)印刷振子按正方形排布以得到近似均勻電流環(huán)的輻射。其中正方形和圓形排布的天線的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)輻射是一樣的。方案中利用四對(duì)矩形印刷振子組成一個(gè)正方形，每對(duì)矩形印刷振子的長(zhǎng)度都約為0.5λ，振子上電流方向相同，正方形上電流近似均勻分布。
[0012]2、矩形印刷振子的寬度對(duì)天線全向性的影響可以忽略，但是會(huì)影響天線帶寬和匹配程度;相鄰振子間間隔距離對(duì)天線的全向性和阻抗匹配性能均有影響。
[0013]3、寬帶巴倫和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)影響天線的帶寬和阻抗匹配性能，對(duì)天線全向特性幾乎無影響。寬帶巴倫和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)四對(duì)矩形印刷振子等幅同相饋電，實(shí)現(xiàn)了寬帶阻抗匹配，I OdB的回波損耗帶寬可達(dá)到51 %。
[0014]4、該天線是全平面化、緊湊型結(jié)構(gòu)，易于制作，實(shí)現(xiàn)了 1.61-2.72GHz全頻段覆蓋，水平面不圓度小于3dB，主極化分量比交叉分量大15dB以上的參數(shù)指標(biāo)，滿足了尺寸小、全向性、水平極化和寬帶的要求。
【附圖說明】
[0015]圖1是本帶有耦合線的寬帶水平極化天線正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本帶有耦合線的寬帶水平極化天線反面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本帶有耦合線的寬帶水平極化天線正面參數(shù)示意圖。
[0018]圖4是本帶有耦合線的寬帶水平極化天線反面參數(shù)示意圖。
[0019]圖5是本帶有耦合線的寬帶水平極化天線回波損耗圖。
[0020]圖1和圖2中各附圖標(biāo)記說明如下:A-1?A-2表示天線輻射單元振子;A_3表示耦合線;A-4表示槽線，A-5表示短路針;A-6和C-1表示寬帶巴倫正面和背面;A-7表示微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò);A-8表示同軸電纜饋電中心；C-2表示調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的調(diào)諧圓盤;C-3表示調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的正方形微擾;B表示介質(zhì)基板。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0022]如圖1所示，一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線，包括天線輻射單元、寬帶巴倫、微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的正面蝕刻天線輻射單元、寬帶巴倫正面部分和微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)基板的背面則蝕刻寬帶巴倫背面部分和調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。
[0023]每對(duì)相鄰振子間有間隔，對(duì)稱振子臂之間用槽線隔斷，其中一側(cè)的振子A-2臂通過短路針A-5連接寬帶巴倫背面部分C-1，另一側(cè)振子A-1臂上刻有耦合線A-3，并與寬帶巴倫正面部分A-6相連接，對(duì)稱振子之間通過槽線A-4分割開。微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)A-7—端連接同軸電纜饋電中心A-8，另一端連接寬帶巴倫正面部分A-6。將輻射單元、寬帶巴倫正面部分和微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)組合后，依次旋轉(zhuǎn)90°，180°，270°，組成陣列。四對(duì)印刷振子分別與正方形介質(zhì)基板B的四條邊平行。
[0024]如圖2所示，一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線背面結(jié)構(gòu)示意圖，包括寬帶巴倫和調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。其中，寬帶巴倫背面部分C-1通過短路針A-5連接振子A-1，另一邊連接調(diào)諧圓盤C-2的外邊緣。調(diào)諧圓盤C-2中心區(qū)域連接同軸電纜的地端，同時(shí)外邊緣上還嵌入正方形微擾C-3。將寬帶巴倫背面部分和正方形微擾組合后，依次旋轉(zhuǎn)90°，180°，270°，組成陣列。寬帶巴倫背面部分和正面部分平行。
[0025]介質(zhì)基板B是厚度為2mm高頻板FR4板材，相對(duì)介電常數(shù)4.5，損耗角正切是0.0027，邊長(zhǎng)為85mm。
[0026]同軸電纜采用半鋼同軸RG-178，直徑為2.5mm，特征阻抗為50Ω。
[0027]如圖3所示，一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線正面參數(shù)示意圖，四對(duì)矩形印刷振子長(zhǎng)度L均相等，約為0.5λ，其中λ為中心頻率2GHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)。天線振子寬
9.6mm(W3)，一側(cè)的振子長(zhǎng)28.3mm(L5)，其上刻有耦合線，耦合線寬0.8mm(ffl)。突出的交指部分長(zhǎng)5mm(L4)，寬1.8mm(W2)，共有4個(gè)交指。另一側(cè)長(zhǎng)24.6mm(L6)，通過半徑為0.35mm(R3)的短路針連接到寬帶巴倫背面部分。對(duì)稱振子之間通過槽線隔斷。
[0028]如圖3所示，一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線正面參數(shù)示意圖，寬帶巴倫正面部分可以看作是一個(gè)等腰三角形減去頭頂?shù)募饨切纬傻牡冗吿菪?。其中這個(gè)尖角的角度為6.2°(Θ1)。
[0029]如圖3所示，一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線正面參數(shù)示意圖，微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)寬lmm(W4)，中心點(diǎn)連接同軸電纜的饋電圓盤，圓盤半徑1.7mm(Rl)。
[0030]如圖4所示，一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線背面參數(shù)示意圖，寬帶巴倫背面部分可以看作是寬帶巴倫正面部分平移到背面外加一段與短路針連接的連接體，連接體長(zhǎng)6mm(L7)，寬9.6mm(W3)。
[0031]如圖4所示，一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線背面參數(shù)示意圖，背面的調(diào)諧圓盤半徑為10mm(R2)，在背面的寬帶巴倫之間插入了 4個(gè)正方形的微擾，正方形的邊長(zhǎng)為
8mm(L8)ο
[0032]如圖5所示，一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線背面回波損耗圖，天線的回波損耗在1.61-2.72GHz之間都小于-1OdB，表現(xiàn)了良好的寬帶性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶耦合線的寬帶水平極化全向天線，其特征在于，包括天線輻射單元、寬帶巴倫、微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的正面蝕刻天線輻射單元、寬帶巴倫正面部分和微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)基板的背面則蝕刻寬帶巴倫背面部分和調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶耦合線的寬帶水平極化全向天線，其特征在于，所述天線輻射單元是由印刷振子組成，四對(duì)印刷振子組成正方形狀天線輻射體，每對(duì)矩形印刷振子長(zhǎng)度相同，均為0.5λ，其中，λ為中心頻率2GHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng);每對(duì)矩形印刷振子寬度相同，均為9.6mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶耦合線的寬帶水平極化全向天線，其特征在于，每對(duì)相鄰振子間有間隔，對(duì)稱振子臂之間用槽線隔斷，其中一側(cè)的振子臂通過短路針與寬帶巴倫背面部分連接;另一側(cè)的振子臂上刻有耦合線，并且連接寬帶巴倫正面部分。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶耦合線的寬帶水平極化全向天線，其特征在于，所述的每個(gè)寬帶巴倫形狀相同，寬帶巴倫正面部分和背面部分類似等邊梯形，寬度漸變;其中背面部分還包括一段與短路針連接的連接體。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶耦合線的寬帶水平極化全向天線，其特征在于，所述微帶線阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)一側(cè)連接寬帶巴倫正面部分，另一側(cè)連接同軸電纜的饋電中心。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶耦合線的寬帶水平極化全向天線，其特征在于，所述調(diào)諧圓盤阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括調(diào)諧圓盤和正方形微擾;其中，調(diào)諧圓盤中心部分連接同軸電纜的地端，調(diào)諧圓盤外邊緣連接著寬帶巴倫背面部分，正方形微擾也嵌入在調(diào)諧圓盤外邊緣上。
【文檔編號(hào)】H01Q1/50GK106025527SQ201610315280
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月14日
【發(fā)明人】張石磊, 葉明
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)