一种分布式多点馈电宽带垂直极化全向天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种分布式多点馈电宽带垂直极化全向天线，可用于和其他天线集成，在不增加天线整体外形尺寸的情况下，可以构成多频段或者多极化天线，从而实现多天线的一体化和小型化。

背景技术

垂直极化天线通常采用单极子天线实现，单极子是将对称振子的一臂由金属地板代替，由对称振子的一臂和金属地板组成。单极子在仅有对称振子一半高度的情况下，实现了和对称振子一样的水平全向辐射性能。传统单极子的阻抗带宽较窄，为增加天线的阻抗带宽通常将单极子进行变形设计，如不同形状的片状结构、加载寄生辐射结构、改进地板结构、添加微带匹配电路等技术手段拓宽单极子的阻抗带宽。但在增加单极子的阻抗带宽的同时，天线辐射方向图的稳定性受金属地板的影响会明显变差，如在金属地板一定的情况下，宽带单极子在高频时方向图的最大增益指向将偏向低仰角方向且波束变窄。因此，实现单极子宽频的方向图带宽是目前仍需解决的技术难点。

当今时代，数据传输的需求日益增加，提高通信系统的容量势在必行。极化分集技术仅占用一个天线的体积，却提供了多个不相关的信道，可以有效提高频谱利用率，进而提高通信系统的容量。极化分集技术常用于多极化天线，多极化天线通常为双极化天线或者为三极化天线，即将两个或三个极化集成于一体设计。因此，将垂直极化天线与水平极化天线集成设计成为一个多极化天线，极具实际应用价值。在多极化天线设计时，一般可以采用分层或者嵌套实现不同极化的集成。不同极化的天线在设计过程中需考虑可以和其他极化的天线进行集成，同时，需考虑不同极化的天线在集成于一体后各个极化可以独立、高效工作。设计宽带、全向、小型化和可与其他极化天线集成的垂直极化天线是多极化天线设计的技术要点。在多频天线设计时，可以采用在一个天线上通过加载技术或曲流技术等其他技术实现，结合实际应用需求也可以采用多个天线实现多频工作。当采用多个天线实现多频工作时，如何在保证各个天线正常工作的同时，高效率利用空间资源是目前天线设计的一个技术要点，即多天线在相互独立、高效工作的情况下，实现多天线的集成设计是目前天线设计的技术要求。

发明内容

要解决的技术问题

传统垂直极化天线的性能受底板尺寸影响大，即当底板尺寸一定时，传统的宽带垂直极化天线整个频带范围内，天线的方向图稳定向差，波束指向发生明显偏移。为了解决现有技术的不足，本发明提出一种分布式多点馈电宽带垂直极化全向天线。采用4个T形辐射片顶部相连的布局实现垂直极化，结构稳定，当底板尺寸一定时，在工作频带范围内方向图波束稳定性良好。即该垂直极化天线受底板尺寸的影响较小。

传统垂直极化天线和其他天线进行集成时，垂直极化天线的方向图稳定性降低，即天线的方向图波束指向偏移严重。为了解决现有技术的不足，本发明提出一种分布式多点馈电宽带垂直极化全向天线。本发明垂直极化天线可与其他天线进行集成，如将其他天线集成到该天线的内部，由于该垂直极化天线结构高度对称，稳定性良好，故在可以实现多天线集成的同时又保证了该天线的宽带和良好的方向图稳定性。

技术方案

一种分布式多点馈电宽带垂直极化全向天线，其特征在于包括介质空腔、馈电基板、金属底板和射频接头；所述的介质空腔放置于金属底板的上表面，由四块相同的辐射基板组成，辐射基板的表面印刷天线辐射体结构，所述天线辐射结构是由上部相连的4个T形辐射片组合而成，其T形辐射片在不同高度具有不同的渐变斜率；所述的馈电基板平行放置于金属底板上表面，位于介质空腔内部，馈电基板的上表面印刷等功分微带匹配电路，等功分微带匹配电路的输入端与射频接头相连，等功分微带匹配电路的输出端与天线辐射体的下部相连。

本发明技术方案更进一步的说：所述的等功分微带匹配电路为一分四的等功分微带匹配电路，每个支路包括50Ω传输线和1/4阻抗变换线，其中1/4阻抗变换线的一端与射频接头相连，另一端与50Ω传输线相连，50Ω传输线的另一端与T形辐射片的下部相连。

本发明技术方案更进一步的说：所述的射频接头置于金属底板的下方，射频接头的内芯穿过金属底板和等功分微带匹配电路的输入端相连，射频接头的外皮和金属底板相连接。

本发明技术方案更进一步的说：所述的辐射基板的相对介电常数为3，厚度为0.5mm。

本发明技术方案更进一步的说：所述馈电基板的相对介电常数为3，厚度为0.5mm。

本发明技术方案更进一步的说：所述的T形辐射片的整体高为15.5mm，宽为27m。

本发明技术方案更进一步的说：所述的金属底板为铝。

有益效果

本发明提出的一种分布式多点馈电宽带垂直极化全向天线，与现有技术相比较，本发明中的天线辐射体由4个上部相连的T形辐射片组成，4个T形辐射片分别印刷在介质空腔四壁的内表面，其中T形辐射片为渐变结构，即在不同高度处具有不同的渐变斜率。该天线采用一分四的等功分微带匹配电路对天线辐射体部分进行馈电，每一分支路的末端分别与一个T形辐射片的底部相连接。该天线辐射体部分特殊的布局方式和采用多点馈电的技术使得该天线获得宽频阻抗带宽，同时，由于该天线4个T形辐射片上部相连的布局利用了阵列的思想，即利用阵因子和单元方向图的相互作用使得该天线具有良好的全向辐射性能且在频带范围内该天线方向图的稳定性良好。该天线可用于和其他天线集成设计，如将其他天线置于该天线的内部，实现多天线的一体化和小型化。

综上所述，该天线辐射体部分采用4个上部相连的T形辐射片构成一个垂直极化全向天线，该天线实现了工作频带的宽带化并在工作频带范围内保持良好的水平全向性和方向图的稳定性。该天线可用于和其他天线集成设计，如将其他天线置于该天线内部，在不增加天线整体外形尺寸的情况下，可以构成多频段或者多极化天线，从而实现多天线的一体化和小型化。

附图说明

图1为本发明天线整体结构图；

图2为本发明天线辐射体部分的平面图；

图3为本发明天线主视图；

图4为本发明天线俯视图；

图5为本发明天线的电压驻波比曲线图；

图6是本发明天线在3GHz的E面方向图；

图7是本发明天线在3GHz的H面方向图；

图8是本发明天线在4GHz的E面方向图；

图9是本发明天线在4GHz的H面方向图；

图10是本发明天线在5GHz的E面方向图；

图11是本发明天线在5GHz的H面方向图；

图12是本发明天线在6GHz的E面方向图；

图13是本发明天线在6GHz的H面方向图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明提供了一种分布式多点馈电宽带垂直极化全向天线，其包括，一由四块相同的辐射基板组成的介质空腔，该介质空腔垂直放置于金属底板上，在此介质空腔的表面印刷天线的辐射体部分；一用于多点馈电的馈电基板，该馈电基板平行放置于金属底板上且置于介质空腔内，在此馈电基板的上表面印刷用于给天线辐射体部分馈电的等功分微带匹配电路；一金属底板，介质空腔和馈电基板均在金属底板的上表面；一射频接头，该射频接头的内芯与等功分微带匹配电路中心相连接，所述射频接头的外皮与金属底板相连接。

在上述技术方案的基础上，所述介质空腔无盖板并垂直放置于金属底板的上表面，天线的辐射体部分印刷在介质空腔的内表面。

在上述技术方案的基础上，所述的天线辐射体由4个上部相连的T形辐射片组成，其中T形辐射片在不同高度处具有不同斜率，T形辐射片的上部相连使得该天线的辐射体部分成为一个整体。4个T形辐射片的平面结构为左右相连的宽带阵列天线结构，由于T形辐射片中渐变的结构和上部首尾相连的设计使得该天线获得宽带甚至超宽带性能。所述天线辐射体部分中4个T形辐射片采用分布式的布局，使得该天线辐射方向图稳定性良好。

在上述技术方案的基础上，所述的馈电基板置于介质空腔内部，在此馈电基板的上表面印刷用于给天线辐射体部分馈电的等功分微带匹配电路，该等功分微带匹配电路和4个T形辐射片的底部相连相连，用于实现天线辐射体部分的多点馈电。所述的多点馈电结构可使4个T形辐射片上的电流在整个频带均匀分布，从而该天线在整个工作频带范围内可获得良好的全向辐射性能。

在上述技术方案的基础上，所述等功分微带匹配电路为一分四的等功分微带匹配电路，其中微带电路的每一分支路均和一个T形辐射片的下部相连，该等功分微带匹配电路在实现等功率分配的基础上，采用1/4阻抗变换线路与50Ω传输线相结合的方式实现了该天线在宽频阻抗带宽。

在上述技术方案的基础上，所述金属底板的表面上垂直放置介质空腔和平行放置馈电基板。

在上述技术方案的基础上，所述射频接头置于金属底板的下方，其射频接头的内芯穿过金属底板与等功分微带匹配电路的中心相连接，射频接头的外皮与金属底板相连接。

如图1～图4，本发明提出一种分布式多点馈电宽带垂直极化全向天线，工作在SC波段，其包括介质空腔1(相对介电常数为3，厚度为0.5mm)其长度为28mm，高度为16mm，厚度为0.5mm，该介质空腔1包裹整个天线辐射体部分，在介质空腔1的内表面采用印刷电路工艺制造，在介质空腔1四壁的内表面印刷T形辐射片101，4个T形辐射片101的上部相连，101整体长为27mm，总高度为15.5mm。在馈电基板2的上表面印刷等功分微带匹配电路，2(相对介电常数为3，厚度为0.5mm)的长为28mm，宽为28mm，厚度为0.5mm，该等功分微带匹配带路由一分四的等功分线路组成，每一分支路均由微带线201和202组成，201的长为2mm，宽1.5mm，202的长为12mm宽0.35mm，其中201部分为50Ω的传输线，202部分为1/4阻抗变换线。金属底板3(材质为铝，长和宽均为100mm，厚2mm)作为该天线辐射体部分的反射板和介质空腔1的支撑结构。射频接头4用于给该天线馈电，射频接头内芯伸出一部分长度如401所示，将伸出部分401与等功分微带匹配电路中心相连接，将射频接头4的外皮和金属底板3相连接。

多项技术共同实施，使得本发明天线具有宽频阻抗带宽特性和方向图的稳定性，同时，结合该天线内部中空的结构特点，其他天线可集成于该天线的内部，实现多天线的集成设计。

1、仿真内容

利用仿真软件对上述实施例天线进行仿真实验，该天线的电压驻波比和该天线辐射方向图如图5至图13所示。

2、仿真结果

图5是对实施例天线仿真得到的电压驻波比随工作频率变化的曲线。在2.71GHz～7.80GHz频带范围内，电压驻波比都小于2，绝对带宽大于一个倍频程。该结果表明本发明天线在阻抗匹配的情况下获得了显著的宽带特性。

图6～图13是对实施例天线仿真得到的宽频带内E面和H面方向图。在整个频带范围内，该天线的E面最大增益约为2.7～6.5dB，在2.71GHz～6GHz的频带范围内，该天线H面不圆度小于4.5dB。仿真结果表明，该天线在大于一个倍频程的工作频带范围内有良好的全向性且在工作频带范围内方向图的稳定性良好。

该天线良好的宽频阻抗带宽特性和在此工作频带范围内该天线保持良好的全向特性使得该天线极具使用价值。

以上仅为本发明的最佳实施例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可以对本发明的结构、参数和频率进行修改，进而得到本发明天线的宽带特性和全向特性实现该天线和其他天线集成或与载体共形，但这些均在本发明的保护之列。