[發明專利]一種基于一體化設計的寬帶高增益全向天線

在審

• 申請號: 201810343947.0
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108717993A
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 張志亞;王雷;傅光;林偉強;楊龍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;西安中電科西電科大雷達技術協同創新研究院有限公司
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q9/16;H01Q19/18;H01Q21/00;H01Q21/08
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于輻射單元的結構形式技術領域，公開了一種基于一體化設計的寬帶高增益全向天線，包括天線輻射體、一體化饋電網絡和反射體三部分。印刷偶極子輻射單元每面四個偶極子輻射單元間隔一定距離依次反向排列組成陣列印刷在介質板的一側，實現了天線的高增益能量輻射；一體化饋電網絡的并聯饋電網絡和寬帶巴倫一體化集成設計，偶極子陣列與饋電網絡共地連接，實現了天線的寬頻帶工作和緊湊的結構；天線反射體由兩個相同的金屬反射柱組成，兩個金屬反射柱間隔相同距離對稱分布于天線主體兩側，改善了天線不圓度，實現了天線的全向輻射。本發明在保證寬頻帶、高增益全向工作的前提下，具有結構簡單和橫向尺寸小的優點。

技術領域

本發明屬于輻射單元的結構形式技術領域，尤其涉及一種基于一體化設計的寬帶高增益全向天線。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：隨著人類社會科學技術的飛速發展和社會經濟發展水平的持續提升，移動無線電通信也日益普及，通信系統的寬帶化對天線的帶寬也提出了更高的要求，導致了各種寬帶、超寬帶天線的出現。同時，天線系統的工作環境越來越復雜，為了保證通信質量，用于移動通信的天線主要需要滿足以下應用條件：應用頻帶寬、高增益、體積小、良好的全向輻射特性。全向天線是指在水平面可以實現360°均勻輻射，垂直面內具有一定波束寬度的天線。全向天線發射的信號可以被水平面任意方位的接收端接收，同時也可接收來自水平面各個方向的信號。通常，全向輻射特性的天線由振子型全向天線單元構成，如單極子、對稱振子、印刷偶極子和雙錐天線等，但是這類天線的主要缺點是增益較低。為了能夠保證通信質量，一般要求天線的增益比較高，要實現高增益，必須使用縱向陣列來實現。天線陣列的饋電方式分為并聯饋電和串聯饋電。常見的串聯饋電陣列工作頻帶較窄，適用于對工作頻帶要求不高的環境中。并聯饋電在不同工作頻率可保證各單元激勵能量的幅度和相位相等，在工作頻帶之內可以得到穩定的方向圖，可以實現寬頻帶工作。但是并聯饋電陣列一般需要復雜的功分網絡，使得尺寸加大而且水平面不圓度也比較差。一種寬帶全向陣列天線，為采用平面印刷偶極子組成陣列，在介質板的兩側邊緣分別引入寄生偶極子，同時在每個初始平面偶極子單元中另外引入一個垂直的金屬面振子臂，從而使得該天線帶寬增加。該天線工作頻率為1.62-2.75GHz，相對帶寬為51.7％，最大增益為7dB。但是該天線橫向尺寸較大，約為0.83個介質波長；而且由于引入多個垂直振子，使得天線結構變得較為復雜，整體重量增加，不便加工；在工作帶寬內，該天線水平面不圓度為2.3-3.5dB，這表明該天線在水平面內能量輻射不夠均勻，全向性能有進一步提高的空間。在移動通信系統中通常要求天線輻射的信號在水平面是全向覆蓋的，不圓度一般要求小于3dB，解決該問題可使得天線在水平面360°內輻射更加均勻，從而有助于移動通信系統通信質量的提升。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)引入多個垂直振子，使得天線結構變得較為復雜，整體重量增加，不便加工。

(2)該天線橫向尺寸較大，約為0.83個介質波長。

(3)在工作帶寬內，該天線水平面不圓度為2.3-3.5dB，不能滿足移動通信系統對于全向性能的要求。

解決上述技術問題的難度和意義：

解決上述問題難點和關鍵在于：

1)減少天線的輻射單元，在不引入寄生垂直振子的情況下，使天線重量減輕的同時不圓度性能得到提升。

2)在保證天線帶寬和增益等電性能的同時，通過天線輻射單元及其饋電結構的合理布局，使得天線結構更加緊湊。

在移動通信系統中，寬帶高增益天線已經很普及，但是現有寬帶高增益天線一般都采用陣列天線的結構，尺寸較大，同時全向性能還有很大提升空間。因此設計一種既能滿足帶寬和增益要求，又能使不圓度顯著降低，同時使天線尺寸減小，結構較為簡單的小型化寬帶全向天線成為一種迫切需求。

發明內容