一种用于隧道通信场景的双极化宽带宽高增益准八木天线

技术领域

本发明涉及无线通信系统的技术领域，尤其是涉及一种用于隧道通信场景的双极化宽带宽高增益准八木天线。

背景技术

随着5G大规模商用的开启，5G天线的应用变得普遍。而当前的很多通信系统只是覆盖了2G/3G / LTE频段，因而需要补充包含5G天线的通信系统。在隧道通信场景需要窄波束高增益天线进行信号传输， 因此，开发 5G频段的窄波束高增益天线具有很好的应用前景。现有的八木天线具有结构简单和方向性强等优点，被广泛应用于各种无线通信系统中，也适合应用于隧道通信场景，但是现有的八木天线普遍是单极化的形式，为了能够更大限度地使用频谱资源，一般采用双极化的方式来提高天线的信道容量。传统的八木天线的带宽较窄，严重制约了八木天线在一些通信环境中的应用，实现覆盖14% (3.3GHz-3.8GHz）的5G频段是一个难点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于隧道通信场景的双极化宽带宽高增益准八木天线，具备双极化，高增益，窄波束，结构简单的特性。

为实现上述目的，本发明提供的方案为一种用于隧道通信场景的双极化宽带宽高增益准八木天线，包括引向组件、交叉偶极子馈源和反射板，所述引向组件包括三个等间距排布的引向器，每个所述引向器包括引向主杆以及设于引向主杆上的多个引向单元，每个引向单元包括四个天线臂；所述交叉偶极子馈源包括印刷基板、地板、支撑条和两个同轴线缆，所述印刷基板的表面上印刷有辐射组件，所述支撑条的上、下两端分别与印刷基板和地板相连；所述同轴线缆穿设过地板预开有的穿孔后与印刷基板相连；所述地板固定设于反射板上。

进一步，四个所述天线臂分别以引向主杆为中心且沿顺时针方向的45°、135°、225°、315°方位延伸布置，其中，位于45°和135°方位上的两个天线臂为一组，位于225°和315°方位上的两个天线臂为一组。

进一步，同一所述引向器上的各个引向单元等间距排布在引向主杆的长度方向上。

进一步，每个所述天线臂均呈片状结构。

进一步，所述辐射组件包括四个呈矩阵布置的辐射单元，四个所述辐射单元按对角关系划分为呈中心垂直交叉状的第一偶极子和第二偶极子。

进一步，两个所述同轴线缆分别与第一偶极子和第二偶极子的馈电带相连接。

进一步，每个辐射单元由辐射圆环和辐射块组成，其中，所述辐射圆环临近布置在辐射块的外围位置。

进一步，所述反射板的两端均向上弯折成型有反射围栏。

本发明的有益效果为：1）采用交叉偶极子馈源，使得天线具备双极化及宽带宽，拓展了信道容量，而且无需阻抗变换器来实现阻抗变换，有效地改善了传统八木天线带宽窄的问题；2）天线结构稳定；3）通过引入反射器来反射电磁波，从而提升天线的增益，实现良好的定向辐射特性。

附图说明

图1为八木天线的结构示意图。

图2为单个引向器的结构示意图。

图3为引向单元的结构示意图。

图4为交叉偶极子馈源和反射板的结构示意图。

图5为交叉偶极子馈源和反射板的俯视图。

图6为反射板的结构示意图。

图7为天线S参数图。

图8为天线增益图。

图9为45°极化的方向图。

图10为-45°极化的方向图。

图11为两个极化的前后比图。

其中，11-引向器，111-引向主杆，112-引向单元，2-交叉偶极子馈源，21-印刷基板，211-辐射单元，212-第一馈电孔，213-第二馈电孔，214-插孔，22-地板，23-支撑条，24-同轴线缆，3-反射板，31-反射围栏。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面参照附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。需要说明的是，本发明所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅用于名称的区分。

在本实施例中，一种用于隧道通信场景的双极化宽带宽高增益准八木天线，包括引向组件、交叉偶极子馈源2和反射板3，其中，引向组件包括三个等间距排布的引向器11，每个引向器11包括引向主杆111以及设于引向主杆111上的七个引向单元112，每个引向单元112包括四个天线臂。具体地，参照附图2所示，本实施例的四个天线臂分别以引向主杆111为中心且沿顺时针方向的45°、135°、225°、315°方位延伸布置，其中，位于45°和135°方位上的两个天线臂为一组，位于225°和315°方位上的两个天线臂为一组，由此形成了±45°双极化引向器11，并且还能够实现天线的高增益特性。

进一步，本实施例的每个天线臂均呈片状结构，既保留了引向器11的引向性能，又使得加工变得简便，可通过切割冲压加工得到，降低成本。

在本实施例中，交叉偶极子馈源2包括印刷基板21、地板22、两根支撑条23和两个同轴线缆24，其中，印刷基板21位于地板22的上方位置且印刷基板21的表面上印刷有辐射组件。辐射组件包括四个呈矩阵布置的辐射单元211，任意相邻的两个辐射单元211之间形成间隙，四个间隙组合形成十字缝隙。四个所述辐射单元211按对角关系划分为呈中心垂直交叉状的第一偶极子和第二偶极子，即，第一偶极子的两个辐射单元211之间设有第一馈电带，第一馈电带的一端与其中一个辐射单元211相连且另一端形成有第一馈电孔212；第二偶极子的两个辐射单元211之间设有第二馈电带，第二馈电带的一端与其中一个辐射单元211相连且另一端形成有第二馈电孔213。第一馈电带与第二馈电带之间垂直交叉上下错位。在印刷基板21上远离第一馈电孔212及第二馈电孔213的位置设有两个插孔214。

在本实施例中，两根支撑条23呈竖向平行设置在地板22上，即，支撑条23的下端与地板22相连。两根支撑条23的上端分别与印刷基板21的两插孔214相连接（可通过焊接等方式），此时的支撑条23为金属材质，此时的两根支撑条23分别对应连接与第一偶极子和第二偶极子，并连接到地板22上构成连通，从而起到短接的效果以及支撑印刷基板21的作用。

在本实施例中，地板22上开设有供两个同轴线缆24穿设配合的两个穿孔，两同轴线缆24分别穿设过两穿孔后与第一馈电孔212和第二馈电孔213相连，其中，同轴线缆24的内导体连接第一偶极子和第二偶极子，并且同轴线缆24的外导体连接印刷基板21，由此，此时的同轴线缆24具有馈电功能以及起到支撑印刷基板21的作用。

在本实施例中，每个辐射单元211由辐射圆环和辐射块组成，辐射圆环临近布置在辐射块的外围位置。上述的交叉偶极子馈源2具备有结构简单、辐射稳定以及宽带宽的特点。

在本实施例中，反射板3的中部位置开设有过线穿孔，该过线穿孔用于供同轴线缆24以及其他图中未示的导线穿设通过。地板22定设于反射板3上。其次，反射板3的两端均向上弯折成型有反射围栏31，从而使得反射板3及两个反射围栏31构成了“U”型结构，此时的“U”型结构可有效地反射电磁波，提升天线辐射的方向性。反射板3及两个反射围栏31可由冲压工艺得到，成本更低。

通过将引向组件、交叉偶极子馈源2和反射板3组合在一起，从而实现一种能覆盖3.3-3.8GHz频段的双极化宽带宽高增益准八木天线。

为了便于对上述八木天线的理解，以下结合具体附图作出进一步解释说明。

参见图7所示的天线的S参数图，可得出：﹢45°极化在3.3GHz-3.8GHz的频率范围，S11＜-15db，-45°极化在3.3GHz-3.8GHz的频率范围，S22＜-20db，两个极化均能很好地覆盖5G-C频段14% (3.3GHz-3.8GHz)。两个极化的隔离度在3.3GHz-3.8GHz的频率范围大于18dB。

参见图8所示的天线增益图，可得出：﹢45°极化的增益在3.3GHz-3.8GHz的频率范围为14.2dBi-15.3dBi，-45°极化的增益在有效频带内变化范围为14.2dBi-15.1dBi。

参见图9所示的﹢45°极化的方向图，以及图10所示的-45°极化的方向图中，可得出：天线具有良好的定向辐射特性。

参见图11所示的两个极化的前后比图中，可得出：天线具备高增益的特性。

以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所做的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。