專利名稱：一種700MHz-960MHz新型寬帶八木天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天線工程技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種適用于移動(dòng)通信的室內(nèi)覆蓋天線。
背景技術(shù)：
由于增益高，價(jià)格低廉，架設(shè)方便，八木天線在移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用。通常八木天線由一個(gè)有源振子，一個(gè)反射器和若干個(gè)引向器組成。有源振子通常采用的形式是偶極子或者折合振子，有源振子與饋電系統(tǒng)相連，所有振子及反射器均處在同一平面內(nèi)，并按照一定的間距平行的固定在一根橫貫各振子中心的金屬橫桿上。根據(jù)電磁學(xué)理論，與天線電氣指標(biāo)密切相關(guān)的是波長(zhǎng)λ，長(zhǎng)度略長(zhǎng)于λ/4整數(shù)倍的導(dǎo)線呈感性，而長(zhǎng)度略短于λ/4整數(shù)倍的導(dǎo)線呈容性。在常規(guī)八木天線中，有源振子的長(zhǎng)度L 一般取約λ/2，在中心頻點(diǎn)工作時(shí)處于諧振狀態(tài)，其阻抗為純電阻。反射器比有源振子略長(zhǎng)，呈感性。而引向器一般比有源振子略短，
呈容性。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)反射器以及各引向器離有源振子的距離可以使得從有源振子輻射出的原始場(chǎng)，以及該原始場(chǎng)打在反射器和引向器上感應(yīng)出的電流所生成的二次輻射場(chǎng)在八木天線的后方反相疊加，而在八木天線正前方同相疊加，最終獲得了較好的方向性，提高了天線增益。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種工作頻段范圍是700ΜΗζ-960ΜΗζ的寬帶八木天線。在移動(dòng)通信爆炸式發(fā)展的今天，各種移動(dòng)通信方式層出不窮，它們各自占據(jù)電磁頻譜當(dāng)中一定的頻段。而每種通信方式它們各自建站，各自使用其頻段內(nèi)的天線。為了節(jié)約初期投入成本，減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，我們希望有一種天線能夠盡可能的同時(shí)覆蓋多個(gè)移動(dòng)通信頻段。對(duì)于市面上現(xiàn)有的常規(guī)八木天線，其頻帶寬度一般就在IOOMHz左右，很難滿足以上所提出的要求。然而本發(fā)明所設(shè)計(jì)的新型寬帶八木天線帶寬達(dá)到了 31.3%，完全能很好的覆蓋中國(guó)移動(dòng)通信公司以及中國(guó)聯(lián)通通信公司的GSM頻段。同時(shí)，該天線對(duì)于我國(guó)即將上馬的TD-LTE(3. 9G)所在頻段也能進(jìn)行很好的覆蓋，這使得本發(fā)明的市場(chǎng)潛力大大的提
尚ο技術(shù)方案本發(fā)明所提出的技術(shù)方案是采用一個(gè)帶有翻折的鉆石形有源振子，一個(gè)帶有翻折的反射器，一個(gè)寬帶巴倫，以及八個(gè)片狀引向器和一個(gè)支桿來(lái)組成該八木天線。支桿貫穿于反射器，有源陣子及引向器的中心。進(jìn)一步的，這個(gè)有源陣子是由一個(gè)帶有翻折的鉆石形天線構(gòu)成的，而帶有翻折的反射器的翻折角度為90°。另外，饋線是通過(guò)寬帶巴倫直接向有源振子饋電的，且有源陣子
3及饋線間也沒(méi)有使用阻抗變換器。

圖1為本發(fā)明-寬帶八木天線前斜視三維圖圖2為本發(fā)明-寬帶八木天線后斜視三維圖圖3為本發(fā)明-寬帶八木天線后視圖圖4為有源振子結(jié)構(gòu)示意圖圖5為寬帶巴倫結(jié)構(gòu)示意圖圖6為支桿后端結(jié)構(gòu)示意圖圖7為反射器結(jié)構(gòu)示意圖圖8為本發(fā)明-寬帶八木天線700MHZ-960MHz頻段范圍內(nèi)的駐波系數(shù)VSWR圖9為本發(fā)明-寬帶八木天線在直角坐標(biāo)系下的H面方向圖圖10為本發(fā)明-寬帶八木天線在直角坐標(biāo)系下的E面方向圖基本原理八木天線的帶寬主要由有源陣子，反相器以及第一二根引向器所決定，而這其中又以有源振子本身對(duì)整個(gè)天線的影響最大。于是，為了能夠?qū)崿F(xiàn)這種寬頻帶的八木天線，我們首先改進(jìn)出了一種寬帶振子，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。這種寬帶振子是在鉆石形天線基礎(chǔ)上演變出來(lái)的。為了解決鉆石形天線因其與反射器耦合所造成的阻抗帶寬減小的問(wèn)題，我們將鉆石形天線兩翼向前翻折。這相當(dāng)于拉遠(yuǎn)了有源振子與反射器的距離，減小了它們之間的互耦。同時(shí)這種振子經(jīng)過(guò)調(diào)試，包括對(duì)其翻折傾角的優(yōu)化設(shè)計(jì)等等，可以很好的將其輸入阻抗控制在50歐姆左右，這就省卻了饋線到有源振子的阻抗變換，避開(kāi)了由阻抗變換網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的帶寬的問(wèn)題，同時(shí)也大大節(jié)省了成本。同時(shí)，我們對(duì)寬帶振子饋電使用的巴倫也是一種寬帶巴倫，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5 所示，圖中同時(shí)畫(huà)出了該巴倫接于一半波振子的情況。該巴倫將同軸線的內(nèi)導(dǎo)體穿出一個(gè)孔接入巴倫的右半部分內(nèi)，接入的內(nèi)導(dǎo)體的電長(zhǎng)度約等于中心頻率的λ/4，末端開(kāi)路。設(shè)天線阻抗為Za，故從輸入端口看去的總的輸入阻抗是Za = j)(p+j)(s。由于^jXp與jXs總是反號(hào)，使得總的輸入阻抗總是恒定在&左右，于是獲得了寬頻帶的特性。另一方面，我們此處所使用的反射器與普通的反射器相比多了一部分向前的翻折，和前面有源陣子類似，這里的翻折傾角是經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的。由仿真測(cè)試比較，加有翻折的反射器比一般的反射器能有效的改善天線的前后比，提高天線的增益，同時(shí)也能改善其與有源陣子的耦合，獲得較寬的阻抗頻帶。
具體實(shí)施方案圖1和圖2以及圖3描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案。依據(jù)圖示描述，本天線包括一個(gè)反射器3，一個(gè)有源振子4，八根弓I向器6-13，一個(gè)饋電巴倫5以及一根支桿14所組成。 反射器，有源振子和引向器均使用鋁制成；為加強(qiáng)支桿的機(jī)械強(qiáng)度，這里支桿選用的材料是鋼。當(dāng)然，以上組件也可以由其它金屬材料制成，使用其他材料制作本天線當(dāng)然應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的涉及范圍。[0028]八木天線的支桿14穿過(guò)反射器3，有源振子4，引向器6-13的中點(diǎn)。反射器以及八根引向器直接連接于支桿上，無(wú)須做絕緣處理。有源陣子4通過(guò)介質(zhì)塊5固定在支桿上，這里介質(zhì)塊采用的材料是聚四氟乙烯，介質(zhì)塊同樣也可以使用其他材料制作。支桿14使用的是一根寬8mm，高2mm，長(zhǎng)為IOOOmm的鋼棒。引向器6-13寬度均為10mm，高度均為120mm。 它們距有源振子的距離分別為 148mm。258mm，368mm, 478mm, 578mm, 678mm, 778mm, 878mm。在本方案中，饋電巴倫5使用的是50歐姆的硬同軸線。上下兩同軸線平行于支桿架設(shè)，離支桿高度均為0. 7mm。同時(shí)，在反射器中心位置上下對(duì)稱的開(kāi)有兩半徑與同軸線外半徑相當(dāng)?shù)膱A孔16讓巴倫通過(guò)，如圖7。由圖4所示，最終，同軸線的外導(dǎo)體連接到有源振子的兩個(gè)圓孔15，孔15與有源振子邊緣相切。兩同軸線的內(nèi)導(dǎo)體通過(guò)支桿上的過(guò)孔17相連接，如圖6。在具體的產(chǎn)品中，饋電巴倫的走線方式不一定與上文所述完全一致，包括上下同軸線離支桿的高度以及是否通過(guò)在反射器打孔的方式讓巴倫通過(guò)反射器來(lái)對(duì)有源振子饋電等等。同時(shí)，此處的巴倫也可以使用軟同軸實(shí)現(xiàn)。只要實(shí)現(xiàn)了圖5的巴倫并將其使用于該天線中，就應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明所涉及的范圍。如圖4所示，有源振子的縱向尺寸H1約為206mm，橫向尺寸L3約為96mm，中間的矩形片寬度L1S 10mm，矩形片兩側(cè)的鋁片大約向引向器方向翻折了 45°。如圖7，反射器兩側(cè)的鋁片約向引向器方向翻折了 90°，其縱向尺寸H2約為240mm，橫向尺寸L2S 10mm，反射器離有源振子的距離約為70mm。我們采用了 Ansoft公司的HFSS三維電磁仿真軟件對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了仿真。圖8是仿真得到的關(guān)于該天線的駐波系數(shù)(VSWR)曲線圖。由圖可以看到，在幾乎整個(gè)700MHZ-960MHz頻段范圍內(nèi)，天線的駐波系數(shù)都小于1. 5，最低值接近1。相較于目前市面上存在的八木天線，在機(jī)械尺寸相當(dāng)，甚至略小的情況下，本發(fā)明的阻抗帶寬大約增加了 1.5倍。圖9以及圖10是繪制于直角坐標(biāo)系下的天線的H面及E面方向圖。這里，我們選取了位于整個(gè)頻段范圍內(nèi)的700MHz，800MHz，900MHz，960MHz等四個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行考察。可以發(fā)現(xiàn)，天線的增益隨著頻率的提高而變大。在低端頻率700MHz處，增益約為8. 2dB，而在高端 960MHz處達(dá)到了 12dB左右。本發(fā)明在大大擴(kuò)展八木天線帶寬的情況下依然維持了其高增益的特點(diǎn)，大大擴(kuò)展了八木天線的應(yīng)用范圍。以上是向熟悉本發(fā)明領(lǐng)域的工程技術(shù)人員提供的對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方案的描述， 這些描述應(yīng)被視為是說(shuō)明性的，而非限定性的。工程技術(shù)人員可據(jù)此發(fā)明權(quán)利要求書(shū)中的思想做具體的操作實(shí)施，自然也可以據(jù)以上所述對(duì)實(shí)施方案做一系列的變更。而且，本發(fā)明并不局限于700MHz-960MHz頻段，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)自然可以移植到其它不同的頻段的八木天線。上述這些都應(yīng)被視為本發(fā)明的涉及范圍。
權(quán)利要求1.一種新型的寬帶八木天線，其工作頻段范圍是700MHZ-960MHZ，其特征是包括一個(gè)帶有翻折的反射器，一個(gè)帶有翻折的鉆石形有源振子，一個(gè)寬帶巴倫，以及八個(gè)片狀引向器和一個(gè)支桿，支桿貫穿于反射器，有源陣子及引向器的中心。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的新型寬帶八木天線，其特征在于包含了一個(gè)帶有翻折的鉆石形天線作為有源振子。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的新型寬帶八木天線，其特征在于包含了帶有90°翻折的反射器。
4.根據(jù)權(quán)利1要求所述的新型寬帶八木天線，其特征在于饋線通過(guò)寬帶巴倫直接向有源振子饋電。
5.根據(jù)權(quán)利4要求所述的新型寬帶八木天線，其特征在于有源陣子及饋線間沒(méi)有使用阻抗變換器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新型的寬帶八木天線，其工作頻段范圍是700MHz-960MHz，其特征是包括一個(gè)帶有翻折的反射器，一個(gè)帶有翻折的鉆石形有源振子，一個(gè)寬帶巴倫，以及八個(gè)片狀引向器和一個(gè)支桿，支桿貫穿于反射器，有源陣子及引向器的中心。
文檔編號(hào)H01Q19/10GK202103159SQ201020545660
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者宋博, 張劍, 歐陽(yáng)駿, 羅烜, 韓旺旺 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)