[實用新型]寬帶高增益垂直極化全向天線

有效

• 申請號: 201720368653.4
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN206850028U
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 李道鐵;吳中林;劉木林;秦建生
• 申請（專利權）人: 廣東通宇通訊股份有限公司
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q1/36;H01Q1/50
• 代理公司: 深圳瑞天謹誠知識產權代理有限公司44340
• 代理人: 張佳

【技術領域】

本實用新型涉及一種無線通信基站天線設備與技術，特別是涉及寬帶高增益垂直極化全向天線及其技術。

【背景技術】

移動蜂窩網絡已基本實現了信號廣域覆蓋，解決了人與人之間自由溝通的問題。然而，物與物之間、人與物之間尚未實現信息聯通。信息隨心所至、萬物互聯互通，才是人類的終極目標。建立在信息網基礎上的物聯網IoT(Internet of Things)是下一代移動通信5G的關鍵技術及應用。但是，物聯網難以共享現有的蜂窩網絡，而需要建設專用無線網絡才能滿足其特殊需要。例如，利用交通專用移動網絡，交管部門可以對道路狀況進行實時監控，引導整個道路網絡的車流均衡，從而減少交通擁堵和阻塞。再如，利用警務專用移動通信網絡，公安部門可以對安保重點區域進行全天不間斷高清視頻監控，并實現視頻集群呼叫和海量節點實時、可靠的數據傳輸等。

交通、警務和政務等專用無線網，跟蜂窩網絡一樣，需要在廣闊區域部署大量站點才能實現廣域覆蓋。考慮到傳播特性、覆蓋范圍、系統容量、站址選擇、建站成本等因素，這些無線專網所規劃的頻段往往優先考慮UHF頻段，如300MHz-600MHz。然而，由于UHF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基站天線的方式共軸或共面組陣并后置反射板、然后排成圓陣以實現高增益全向覆蓋的話，天線總高度和直徑將達到數米量級，使得選址非常困難、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，多扇區配置的陣列天線設計復雜、成本較高。綜上所述，專用網基站天線不宜采用蜂窩基站的多扇區陣列設計，而適合用一副高增益水平全向天線，即可覆蓋基站周圍廣闊區域中的眾多用戶。由于增益高，天線尺寸較大，室外工作時風載也是一個重要問題。由此可見，寬帶寬、高增益、全向性、大功率、低互調、小尺寸、高風載、低成本是無線專網基站天線的優選方案。

由于輻射功率均勻分布在水平360°范圍，相比定向天線全向天線實現高增益要困難得多(G≥8dBi)，尤其在頻率較低的UHF頻段。理論上，獲得高增益只需陣元數目足夠多即可。實際上，陣元數越多時，饋電設計變得越具挑戰性。饋電網絡的作用是將激勵信號從接頭饋送至各個陣元。這就要求信號在經網絡傳輸至輻射元時，不僅幅度衰減小，相位色散也要小。當天線帶寬較窄時，這不會成為什么問題。然而，當天線帶寬較寬或多頻工作時，饋電網絡的色散效應就會很嚴重，致使寬帶內或各頻帶無法保持一致的高增益。不僅如此，隨著陣元數增多，饋電網絡功分級數越多，其工作帶寬顯著下降，將遠低于輻射元自身帶寬。可以說，饋線色散是高增益全向天線最大的技術瓶頸。迄今為止，采用半波振子為輻射元的各種高增益全向天線，饋電方式具體可歸納為下面四類：1、天饋一體化印制偶極子陣列；2、同軸電纜+天饋一體的印制偶極子陣列；3、底端串饋內外導體交錯連接的同軸偶極子陣列；4、底端串饋帶彎折或螺旋反向器的偶極子陣列。上述各方案的優缺點如下：方案1結構緊湊、性能可靠，但帶寬較窄，帶內增益波動較大；方案2帶寬較寬，帶內增益一致性較好，但由于引入了同軸電纜，結構不那么緊湊，可靠性也降低；方案3帶寬較窄、方向圖下傾、帶內增益差異大，且焊點多、可生產性差；方案4帶寬窄、方向圖下傾、增益隨頻率變化大、尺寸長，但饋電簡單、可生產性好。

因此，提供一種(超)寬帶、高增益、全向性、垂直極化、低旁瓣、高交叉極化比、高效率，以及小尺寸、高風載、低互調、高可靠、結構簡單、易生產、低成本的全向基站天線實為必要。

【發明內容】

本實用新型旨在為UHF無線專網提供一種寬帶、高增益、全向性、垂直極化、低旁瓣、高交叉極化比、高效率，以及小尺寸、高風載、低互調、高可靠、結構簡單、易生產、低成本的寬帶高增益垂直極化全向天線，并為較低增益、較窄帶寬的其他全向天線的設計和改進提供有益的參考方法。

為實現本實用新型目的，提供以下技術方案：

本實用新型提供一種寬帶高增益垂直極化全向天線，其包括U形振子復合陣，該U形振子復合陣包括至少一個U形振子兩元子陣沿軸線方向排列，該U形振子兩元子陣包括兩個共軸排列的U形振子單元，該U形振子單元包括對稱設置的U形的上臂和下臂，分布在介質基板的兩面，該介質基板的兩面還設有平行雙導線，平行雙導線的兩導體分別連接該U形振子單元上、下臂。

優選的，在兩相鄰U形振子兩元子陣的之間，設有等幅同相的一分二微帶功分器。

優選的，該微帶功分器中心為輸入端，兩側為輸出端，三個端口均連接同軸饋線。