一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，包括天線輻射部分、柔性介質板、寬帶饋電網絡和饋電基板，天線輻射部分包括四個傾斜振子，每個傾斜振子由一個主輻射振子和一個寄生振子組成，主輻射振子與寄生振子的長度和傾斜角度都不同，柔性介質板彎曲成空心圓柱狀，四個傾斜振子在柔性介質板上呈等分均勻環(huán)狀排列，寬帶饋電網絡則印制在饋電基板的正、反面上，其水平放置于介質空心圓柱中心，實現對四個傾斜振子等幅同相饋電。本實用新型具有左、右旋圓極化實現靈活、全向性好和寬帶的優(yōu)點，適用于移動通信基站領域。
【專利說明】
—種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種無線通信領域，具體涉及一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線。

【背景技術】
[0002]隨著社會的不斷發(fā)展，對天線的性能要求也越來越高，在現代的無線應用系統(tǒng)中，單純的線極化天線已很難滿足人們的需求，圓極化天線越來越受到更為廣泛的關注，而全向圓極化天線更是因為其特殊的性能，廣泛應用于在通信、遙感遙測、雷達、電子偵察與電子干擾等方面。
[0003]在天線理論中，垂直于地面的電偶極子輻射全向垂直極化波，平行于地面的均勻電流環(huán)輻射全向水平極化波，兩者輻射的垂直、水平極化電場自然產生90°相位差，當其幅度相等時，兩正交極化波在遠場疊加可產生全向圓極化波，從而實現全向圓極化輻射。當使用傾斜振子陣實現全向圓極化天線時，每個傾斜振子可以分解為一個水平分量和一個垂直分量，當多個傾斜振子圍繞圓周排列時，其水平分量可等效為一個水平均勻電流環(huán)，垂直分量等效為一個垂直偶極子，兩者在遠場產生全向圓極化波。由此方法實現的全向天線可實現較寬的圓極化帶寬，但阻抗匹配較難實現。
實用新型內容
[0004]為了克服現有技術存在的缺點與不足，本實用新型提供一種低剖面、寬帶寬和水平面全向輻射的基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線。
[0005]本實用新型采用如下技術方案:
[0006]一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，包括天線輻射部分、柔性介質板、寬帶饋電網絡及饋電基板，所述寬帶饋電網絡印制在饋電基板的正反兩面，所述柔性介質板彎曲成空心圓柱，所述饋電基板水平放置于空心圓柱的中心，所述天線輻射部分包括四個傾斜振子，所述四個傾斜振子在空心圓柱外表面呈等分均勻環(huán)狀排列。
[0007]所述傾斜振子由主輻射振子和寄生振子構成，主輻射振子與水平面正方向夾角為0〈α〈180°，所述寄生振子與水平面正方向夾角為0〈β〈180°。
[0008]所述空心圓柱的直徑為0.17 λ ^?0.2 λ ^，高度為0.4 λ ^，其中Atl為中心頻率2GHz所對應自由空間的波長。
[0009]所述主輻射振子和寄生振子的寬度分別是0.05 λ ^和0.02 λ ^，長度分別是
0.47 λ。和 0.31 λ 0。
[0010]所述主輻射振子和寄生振子無直接連接，其中，主輻射振子最高點與寄生振子最高點垂直方向上距離Cl1是0.1 λ C1，水平方向上距離d2是0.05 λ。。
[0011]所述主輻射振子在長度方向的中間位置斷開裂縫，該裂縫通過焊點與寬帶饋電網絡連接。
[0012]寬帶饋電網絡包括四個寬帶巴倫及阻抗匹配電路，每個寬帶巴倫由在饋電基板背面的縫隙和正面的帶45°倒角的L型微帶線構成，L型微帶線的末端開路，另一端與阻抗匹配電路一端連接，阻抗匹配電路的另一端與空心圓柱的中央饋電點連接。
[0013]所述饋電基板背面還印制有帶45°倒角的十字型導體貼片。
[0014]所述阻抗匹配網路在饋電基板中央呈十字形交叉連接。
[0015]當傾斜振子與水平面正方向的夾角為0〈α〈90°時，構成右旋圓極化全向天線，當傾斜振子與水平面正方向的夾角為90° <α〈180°時，則構成左旋圓極化全向天線。
[0016]本實用新型的有益效果:
[0017](I)本實用新型采用的四個傾斜振子圍繞空心圓柱等分均勻環(huán)狀排列實現了全向圓極化輻射，利用寄生振子和寬帶饋電網絡，實現了寬帶圓極化；
[0018](2)圓極化全向天線的極化旋向由傾斜振子與水平面正方向的傾斜角度α決定，當傾斜振子與水平面正方向的夾角為0〈α〈90°時，構成右旋圓極化全向天線，而傾斜振子與水平面正方向的夾角為90° <α〈180°時，則構成左旋圓極化全向天線，轉換方式靈活；
[0019](3)每個傾斜振子包括一個主輻射振子和一個寄生振子，它們都圍繞空心圓柱等分均勻環(huán)狀排列，主輻射振子傾斜角度和圓柱半徑是實現全向圓極化輻射的關鍵，利用寄生振子與主輻射振子之間耦合展寬了天線帶寬，從而實現寬帶圓極化特性；
[0020](4)寬帶饋電網絡僅影響天線阻抗性能，對天線圓極化和全向特性幾乎無影響；寬帶饋電網絡對四個傾斜振子等幅同相饋電，實現了寬帶阻抗匹配，此圓極化全向天線的1dB的回波損耗帶寬可達到61% (1.35-2.54GHz)，3dB軸比帶寬為44% (1.69-2.64GHz)，在1.7-2.4GHz頻段內，水平面方向圖不圓度小于1.5dB，交叉極化小于_15dB，容易實現雙圓極化功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線結構示意圖；
[0022]圖2是圖1中的傾斜振子結構示意圖；
[0023]圖3是圖1中寬帶饋電網絡結構示意圖；
[0024]圖4(a)是本實用新型實施例回波損耗的仿真結果與測試結果對比圖，圖4(b)是本實用新型實施例軸比的仿真結果與測試結果對比圖。
[0025]圖中示出:
[0026]1-天線輻射部分；2_柔性介質板；3_寬帶饋電網絡；4_饋電基板；5_主輻射振子；6-寄生振子；7-焊點；8_中央饋電點；9-縫隙；10-L型微帶線；11_阻抗匹配電路；12_十字型導體貼片。

【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0028]實施例
[0029]如圖1所示，一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，包括天線輻射部分1、柔性介質板2、寬帶饋電網絡3及饋電基板4，所述寬帶饋電網絡3印制在饋電基板4的正、反兩面，所述柔性介質板2彎曲成空心圓柱，所述空心圓柱的直徑為0.17 λ ^?0.2 λ μ高度為0.4 λ ^，其中λ ^為中心頻率2GHz所對應自由空間的波長，所述饋電基板4水平放置于空心圓柱的中心，且饋電基板的直徑與空心圓柱直徑相等，所述天線輻射部分I包括四個傾斜振子，所述四個傾斜振子在空心圓柱外表面呈等分均勻環(huán)狀排列。
[0030]如圖2所示，每個傾斜振子由一個主輻射振子5和一個寄生振子6構成，本實施例中主輻射振子的長度匕為73mm，寬度Ii1是7.5mm，與水平面正方向夾角α為35°，寄生振子的長度k2為47mm,寬度h2是3mm,與水平面正方向夾角β為40°。所述主福射振子和寄生振子無直接連接，其中，主輻射振子最高點與寄生振子最高點垂直方向上距離Cl1是14.8mm，水平方向上距離d2是7.3mm。主輻射振子在長度方向的中間位置斷開裂縫，所述裂縫寬度為1.2_，該裂縫通過焊點7與寬帶饋電網絡3連接。
[0031]本實施例的柔性介質板厚度為0.05mm高頻板Panasonic R-F775板材,相對介電常數3.2，損耗角正切是0.0015，直徑為0.185 λ 0,高度為0.4 λ ^，其中λ ^為中心頻率2GHz所對應自由空間的波長。
[0032]饋電基板4是厚度為0.8mm介質板Taconic TLY-5板材，相對介電常數2.2，損耗角正切是0.0009，直徑為27.95mm。
[0033]同軸線米用柔性同軸線Johnson/Emerson RG-178,直徑為2.5mm,特征阻抗為50 Ω。
[0034]如圖3所示，所述饋電基板水平放置于柔性介質板彎曲的空心圓柱的中心，寬帶饋電網絡3印制在基板的正、反兩面上，寬帶饋電網絡包括四個寬帶巴倫及阻抗匹配電路11，寬帶巴倫由在饋電基板背面的縫隙9和正面的帶45度倒角的L型微帶線10構成，L型微帶線的末端開路，另一端與阻抗匹配電路11相連，阻抗匹配電路的另一端則連接到圓柱的中央饋電點8上，接到饋電所用50Ω同軸線上，饋電基板背面還印制有帶倒角的十字型導體貼片12，導體貼片的倒角角度是45°，倒角的第一段部分長度I8為2mm，倒角的第二部分長度I9也為2mm，貼片上蝕刻了縫隙，貼片寬度Wg是12mm。
[0035]寬帶饋電網絡可以實現對四個傾斜振子等幅同相饋電，其中參數說明如下山是縫隙長度為19mm，Ws是縫隙寬度為1.2mm, I1是阻抗匹配網絡第一段的長度為4mm，I2是阻抗匹配網絡第二段部分的長度為23.5mm, I3是阻抗匹配網絡第三段部分長度為3_，W1是阻抗匹配網絡第一、二和三段的寬度均為0.4_，I4是帶倒角的微帶線長度為4_，倒角角度也是45°，I5是微帶線倒角第一段部分長度為1.5mm，I6是微帶線倒角第二段部分長度為
1.5mm, I7是帶倒角的微帶線的彎折部分長度為15.5mm, W2是帶倒角微帶線寬度為1.5mm。
[0036]傾斜振子與寬帶饋電網絡相連的焊點長度Wf是1.5mm，焊點7與十字型導體貼片12連接的距離長度hf是2.5mm。
[0037]阻抗匹配電路在饋電基板中央呈十字形交叉連接。當傾斜振子與水平面正方向的夾角為0〈α〈90°時，構成右旋圓極化全向天線，而傾斜振子與水平面正方向的夾角為90° <α〈180°時，則構成左旋圓極化全向天線，轉換方法簡單、靈活。
[0038]如圖4(a)，圖4(b)所示本實施例的天線通過寬帶饋電網絡對四個傾斜振子等幅同相饋電，實現了寬帶阻抗匹配，此圓極化全向天線的1dB的回波損耗帶寬可達到61%(1.35-2.54GHz)，3dB 軸比帶寬為 44% (1.69-2.64GHz)，在 1.7-2.4GHz 頻段內，水平面方向圖不圓度小于1.5dB，交叉極化小于-15dB，容易實現雙圓極化功能。
[0039]本實用新型提供一種利用多個傾斜振子進行排列組合的方式，通過將同樣四單元的傾斜振子共形于空心圓柱表面，使得每個天線單元在遠場疊加產生了全向圓極化波原理，再通過寄生單元和寬帶饋電網絡的設計，最終實現寬帶圓極化全向輻射。
[0040]利用該實用新型還可進行天線組陣，形成多單元水平極化全向天線陣列，提高天線增益，從而滿足移動通信基站天線高增益的需求。
[0041]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，包括天線輻射部分、柔性介質板、寬帶饋電網絡及饋電基板，所述寬帶饋電網絡印制在饋電基板的正、反兩面，其特征在于，所述柔性介質板彎曲成空心圓柱，所述饋電基板水平放置于空心圓柱的中心，所述天線輻射部分包括四個傾斜振子，所述四個傾斜振子在空心圓柱外表面呈等分均勻環(huán)狀排列。
2.根據權利要求1所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述傾斜振子由主輻射振子和寄生振子構成，主輻射振子與水平面正方向夾角為0〈α〈180°，所述寄生振子與水平面正方向夾角為0〈β〈180°。
3.根據權利要求1所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述空心圓柱的直徑為0.17 λ ^?0.2 λ ^高度為0.4 λ ^，其中λ ^為中心頻率2GHz所對應自由空間的波長。
4.根據權利要求2所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述主福射振子和寄生振子的寬度分別是0.05 λ。和0.02 λ 0,長度分別是0.47 λ。和0.31 λ 0。
5.根據權利要求4所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述主輻射振子和寄生振子無直接連接，其中，主輻射振子最高點與寄生振子最高點垂直方向上距離Cl1是0.1 λ。，水平方向上距離d2是0.05 λ。。
6.根據權利要求5所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述主輻射振子在長度方向的中間位置斷開裂縫，該裂縫通過焊點與寬帶饋電網絡連接。
7.根據權利要求1所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述寬帶饋電網絡包括四個寬帶巴倫及阻抗匹配電路，每個寬帶巴倫由饋電基板背面的縫隙和正面的帶45°倒角的L型微帶線構成，L型微帶線的末端開路，另一端與阻抗匹配電路一端連接，阻抗匹配電路的另一端與空心圓柱的中央饋電點連接。
8.根據權利要求1所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述饋電基板背面還印制有帶45°倒角的十字型導體貼片。
9.根據權利要求7所述的一種基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，所述阻抗匹配網路在饋電基板中央呈十字形交叉連接。
10.根據權利要求1-9任一項所述的基于傾斜振子的寬帶圓極化全向天線，其特征在于，傾斜振子與水平面正方向的夾角為0〈α〈90°時，構成右旋圓極化全向天線，當傾斜振子與水平面正方向的夾角為90° <α〈180°時，則構成左旋圓極化全向天線。
【文檔編號】H01Q21/24GK203983456SQ201420353247
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權日:2014年6月27日
【發(fā)明者】李融林, 范藝, 全旭林 申請人:華南理工大學