本實(shí)用新型涉及一種移動(dòng)通信基站/終端天線設(shè)備與技術(shù)，特別是涉及一種高增益寬頻帶振子天線。

背景技術(shù)：

目前，人類已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，獲取資訊成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡慕M成部分，以互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通信為核心的信息技術(shù)深刻地改變了人類的生產(chǎn)生活方式。移動(dòng)通信以其特有的便捷性和靈活性，已成為人們隨時(shí)隨地獲取信息和彼此聯(lián)絡(luò)的主要手段。利用遍布各處的蜂窩基站，2G/3G/4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)廣域連續(xù)覆蓋，使得人們“任意時(shí)間、任意地點(diǎn)、與任何人以任何方式進(jìn)行通信”的夢(mèng)想基本成為了現(xiàn)實(shí)。人與人之間實(shí)現(xiàn)了自由溝通，而物與物之間、人與物之間尚未實(shí)現(xiàn)完全聯(lián)通。信息隨心所至、萬(wàn)物互聯(lián)互通，才是人類的終極目標(biāo)。建立在信息網(wǎng)基礎(chǔ)上的物聯(lián)網(wǎng)IoT(Internet of Thing)是下一代移動(dòng)通信技術(shù)5G的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用。然而，物聯(lián)網(wǎng)不能共享現(xiàn)有的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，而需要建設(shè)專用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)才能滿足自身的特殊需要。例如，利用交通專用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，交管部門可以對(duì)道路狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，引導(dǎo)整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)的車流均衡，從而減少交通擁堵和阻塞。再如，利用警務(wù)專用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，公安部門可以對(duì)安保重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行全天不間斷高清視頻監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)視頻集群呼叫和海量節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)、可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

交通、警務(wù)和政務(wù)等專用物聯(lián)網(wǎng)，跟蜂窩移動(dòng)通信一樣，需要在廣闊區(qū)域部署大量站點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋。考慮到傳播特性、覆蓋范圍、系統(tǒng)容量、站址選擇、建設(shè)成本等因素，這些無(wú)線專網(wǎng)所規(guī)劃的頻段往往優(yōu)先考慮UHF(Ultra-high Frequency)頻段，如300MHz-600MHz。然而，由于UHF頻段電波波長(zhǎng)較長(zhǎng)(0.5m-1.0m),按照與工作波長(zhǎng)可比擬的特性，半波輻射單元的尺寸將在0.25m-0.5m量級(jí)。這種情況下，若將該單元按照常規(guī)基站天線方式共軸或共面組陣并后置反射板、然后排成圓陣以實(shí)現(xiàn)高增益全向覆蓋的話，天線總高度和直徑將達(dá)到數(shù)米量級(jí)，使得基站天線選址非常困難、安裝十分不便，而且風(fēng)載較大，需要設(shè)計(jì)堅(jiān)固的安裝組件。另外，多扇區(qū)配置的陣列天線設(shè)計(jì)復(fù)雜、成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種高增益寬頻帶振子天線，解決現(xiàn)有基站天線不適于無(wú)線專用網(wǎng)，增益低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、成本高、選址難等缺陷。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種高增益寬頻帶振子天線，包括振子下臂以及振子上臂；所述振子上、下臂相互共軸或共線排列；所述振子上臂包括第一導(dǎo)體段以及若干加載導(dǎo)體段，第一導(dǎo)體段以及若干加載導(dǎo)體段共軸或共線級(jí)聯(lián)，其中兩兩相鄰導(dǎo)體段之間由復(fù)合反相器級(jí)聯(lián)；所述復(fù)合反相器包括若干螺旋以及彎折導(dǎo)體段；所述若干螺旋加載于彎折導(dǎo)體段上。

較佳地，所述第一導(dǎo)體段頂端以及加載導(dǎo)體段的底端和/或頂端切出朝內(nèi)側(cè)凹陷的窄槽。

較佳地，所述窄槽具有位于所述第一導(dǎo)體段的頂端或加載導(dǎo)體段的底端和/或頂端的切口，并沿其所在導(dǎo)體段的長(zhǎng)度方向向內(nèi)延伸形成凹陷的槽底；所述窄槽為L(zhǎng)型或倒L型凹槽。

較佳地，所述彎折導(dǎo)體段由一長(zhǎng)條形導(dǎo)體沿長(zhǎng)度方向重復(fù)彎折形成平面片狀結(jié)構(gòu)，其包括若干節(jié)彎折的導(dǎo)體段以及上下兩自由端；所述上下兩自由端向上或向下延伸，并與所述相鄰導(dǎo)體段底端和頂端切出的窄槽形狀及尺寸相適配；所述彎折的導(dǎo)體段頂端面及底端面分別與所述第一導(dǎo)體段的頂端面或加載導(dǎo)體段的底端面和/或頂端面平行對(duì)接；所述每相鄰兩節(jié)彎折的導(dǎo)體段之間有一間隔；所述若干螺旋是金屬導(dǎo)線構(gòu)造的左旋或右旋。

較佳地，所述彎折導(dǎo)體段的兩自由端分別抵持于所述窄槽內(nèi)，并與窄槽的槽底抵接；彎折導(dǎo)體段的兩個(gè)自由端分別與所述窄槽的左肩或右肩連接；所述彎折導(dǎo)體段的厚度與第一導(dǎo)體段以及加載導(dǎo)體段的厚度對(duì)應(yīng)；所述彎折導(dǎo)體段的寬度與第一導(dǎo)體段以及加載導(dǎo)體段的寬度對(duì)應(yīng)；所述窄槽及所述彎折導(dǎo)體段的兩自由端相互配合，均為L(zhǎng)型或倒L型；所述彎折導(dǎo)體段的兩自由端分別封蓋所述窄槽的切口端。

較佳地，所述彎折導(dǎo)體段為矩形；所述彎折導(dǎo)體段的節(jié)數(shù)為6.5節(jié)；每一段彎折的水平寬度與第一導(dǎo)體段以及加載導(dǎo)體段等寬；彎折導(dǎo)體段的線寬與第一導(dǎo)體段以及加載導(dǎo)體段的厚度對(duì)應(yīng)；彎折導(dǎo)體段的線寬為彎折導(dǎo)體段節(jié)距的一半。

較佳地，所述若干個(gè)螺旋軸向環(huán)繞地加載于所述彎折導(dǎo)體段外周，每節(jié)螺旋對(duì)應(yīng)環(huán)繞于每節(jié)彎折導(dǎo)體段并卡持于兩節(jié)彎折導(dǎo)體段之間的間隙；所述螺旋的上下兩端分別與彎折導(dǎo)體段兩端部的左右邊緣相連。

較佳地，所述若干螺旋是金屬導(dǎo)線構(gòu)造的兩支左旋或右旋、直徑Dh＝0.95·Dr的圓柱螺旋，兩螺旋相差180°，圈數(shù)分別為6和6.5，其中D_r是第一導(dǎo)體段的寬度。

較佳地，所述加載導(dǎo)體段及第一導(dǎo)體段為直導(dǎo)體段；所述振子下臂為豎直金屬套筒；所述第一導(dǎo)體段和加載導(dǎo)體段為片狀平面結(jié)構(gòu)；所述第一導(dǎo)體段寬度與所述套筒直徑相當(dāng)，厚度遠(yuǎn)小于天線中心波長(zhǎng)λ_c；所述加載導(dǎo)體段與所述第一導(dǎo)體段等寬等厚；所述彎折導(dǎo)體段與所述加載導(dǎo)體段及所述第一導(dǎo)體段等寬等厚。

較佳地，所述套筒最大直徑D_s和外壁總長(zhǎng)度L_s分別為：D_s＝0.045·λ_c、L_s≈0.25·λ_c，壁厚大于0而小于其半徑；所述第一導(dǎo)體段的外邊緣總長(zhǎng)度L_r、寬度D_r及厚度T_r分別為：L_r≈L_s＝0.25·λ_c、D_r≈D_s＝0.045·λ_c和T_r<<0.1·λ_c；所述加載導(dǎo)體段的長(zhǎng)度為0.5·λ_c。

較佳地，所述振子下臂的中心軸線上，自下而上穿過(guò)一根天線同軸饋電電纜；所述同軸饋電電纜的外導(dǎo)體在振子下臂的頂端斷開(kāi)并與之焊接為一體，內(nèi)導(dǎo)體則朝上延伸至第一導(dǎo)體段的底部并與之焊接。

較佳地，所述天線在345MHz-395MHz頻段內(nèi)，在近8.48·λc電長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)了50Ω良好匹配，|S11|≤-10dB帶寬達(dá)6.1％；天線的效率大于88％且最高可達(dá)96％；低頻增益達(dá)到10.5dBi，高頻增益大于6.2dBi，帶內(nèi)H面不圓度小于0.25dB。

較佳地，所述振子下臂為頂部、中部和底部分別為圓柱、圓錐和圓柱的直徑依次增大的套筒。

較佳地，所述第一導(dǎo)體段的主體呈矩形，其底端與所述振子下臂對(duì)接設(shè)有小矩形，由該小矩形過(guò)渡至主體矩形的中間段為梯形；所述第一導(dǎo)體段為自小矩形、中間段梯形及主體矩形的寬度依次增大的平面結(jié)構(gòu)；所述加載導(dǎo)體段與所述第一導(dǎo)體段的主體矩形寬度及厚度對(duì)應(yīng)；第一導(dǎo)體段的主體矩形寬度與所述振子下臂的底部圓柱直徑對(duì)應(yīng)；所述振子下臂頂部的圓柱直徑與第一導(dǎo)體段的小矩形寬度對(duì)應(yīng)；所述振子下臂的圓錐直徑與第一導(dǎo)體段中間段梯形寬度對(duì)應(yīng)。

較佳地，所述振子下臂、第一導(dǎo)體段、以及若干加載導(dǎo)體和復(fù)合反相器段均豎直共軸或共線排列；所述振子下臂、第一導(dǎo)體段、以及若干加載導(dǎo)體段和復(fù)合反相器均采用純銅、銅合金或鋁或鋁合金材料制作。

較佳地，所述天線同軸饋電電纜采用50Ω同軸電纜饋電，選自SMA、BNC、TNC、N型連接頭中任一種。

本實(shí)用新型的有益效果是：由于采用若干個(gè)螺旋加彎折的復(fù)合反相器將振子天線級(jí)聯(lián)若干加載段，本實(shí)用新型的高增益寬頻帶振子天線尺寸短小、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、經(jīng)濟(jì)耐用，是適合無(wú)線專網(wǎng)的理想基站/終端類天線。本實(shí)用新型的天線可在無(wú)線專網(wǎng)例如UHF頻段(345MHz-395MHz)、近8.48·λ_c電長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)了50Ω良好匹配(|S11|<-10dB，360-383MHz，23MHz)，增益達(dá)到10dBi，帶寬為6.1％(|S11|<-8dB，346-387MHz，41MHz，11.2％)，帶寬較螺旋加載方案寬約50％，方向圖旁瓣比彎折加載方案低約10dB；省去了復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，減小了損耗，提高了效率(≥88％)。

進(jìn)一步地，將平直地板變成長(zhǎng)度約0.25·λc的直徑較粗的豎直套筒，用作振子下臂，實(shí)現(xiàn)較大帶寬。

振子上臂選用較寬的導(dǎo)體片，以增大帶寬。

進(jìn)一步地，導(dǎo)體片上的復(fù)合加載段兩端切出朝內(nèi)側(cè)凹陷的窄槽，使天線在無(wú)線專網(wǎng)獲得良好匹配。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線建模所采用的直角坐標(biāo)系定義的示意圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的半波振子的剖面示意圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子天線的振子加載一個(gè)導(dǎo)體彎折反相器的剖面示意圖。

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的螺旋反相器的立體圖。

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的振子加載一個(gè)復(fù)合反相器及加載段平面視圖，其中圖5(a)為主視圖、圖5(b)為側(cè)視圖、圖5(c)為俯視圖。

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的振子加載兩個(gè)復(fù)合反相器及加載段的平面視圖。

圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線具有若干復(fù)合反相器及加載段的平面視圖。

圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的輸入阻抗Z_in頻率特性曲線。

圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的反射系數(shù)|S₁₁|曲線。

圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線在f_L＝345MHz的實(shí)增益2D方向圖。

圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線在f_C＝365MHz的實(shí)增益2D方向圖。

圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線在f_H＝387.5MHz的實(shí)增益2D方向圖。

圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線在H面方向圖的不圓度。

圖14是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的實(shí)增益G隨頻率f變化曲線。

圖15是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的的E面(豎直面)半功率波束寬度HPBW隨頻率f變化曲線。

圖16是本實(shí)用新型實(shí)施例的高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線的效率η_A隨頻率f變化曲線。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的各實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)用新型的天線尤其適用于通訊領(lǐng)域的無(wú)線專網(wǎng)，其為全向性、高增益、寬帶寬、高效率、小尺寸、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、經(jīng)濟(jì)耐用的基站/終端天線，也適合于全向偶極子單元陣列天線。參照?qǐng)D1-7所示，以下實(shí)施例以一種高增益全向?qū)掝l帶振子陣列天線100為例進(jìn)行具體說(shuō)明。

本實(shí)施例的天線100為振子天線，包括振子下臂1和振子上臂10，振子上下臂相互共軸或共線排列。振子上臂10包括第一導(dǎo)體段2以及級(jí)聯(lián)的若干加載導(dǎo)體段8，相鄰加載導(dǎo)體段8之間以及與振子上臂第一導(dǎo)體段2之間通過(guò)反相器單元47連接(圖7所示)，從而實(shí)現(xiàn)電流方向一致。振子下臂1和振子上臂第一導(dǎo)體段2之間用同軸電纜6饋電。

作為一種實(shí)施方式，振子下臂1為豎直套筒，長(zhǎng)度L_s約0.25·λ_c、直徑較粗的豎直套筒，其中λ_c為振子的中心波長(zhǎng)，從而可實(shí)現(xiàn)較大帶寬。振子下臂1豎直套筒結(jié)構(gòu)可由平直板制成。較佳地，振子下臂1頂部、中部和底部分別為圓柱面、圓錐面和圓柱面，直徑依次增大的套筒，套筒最大直徑和外壁總長(zhǎng)度分別為：D_s＝0.045·λ_c、L_s≈0.25·λ_c(λ_c為天線的中心波長(zhǎng))，壁厚大于0而小于頂端半徑，見(jiàn)圖2的部分1。

上臂第一導(dǎo)體段2位于套筒振子下臂1的頂端上方。本實(shí)施例中，第一導(dǎo)體段2為平面片狀結(jié)構(gòu)，大至呈長(zhǎng)方形。作為較佳實(shí)施例，第一導(dǎo)體段2為下部、中部和頂部分別為矩形、梯形和矩形、寬度依次增大的導(dǎo)體片，外邊緣總長(zhǎng)度、寬度及厚度分別為：Lr≈Ls＝0.25·λc、Dr≈Ds＝0.045·λc和Tr<<0.1·λc，見(jiàn)圖2的部分2。上臂第一導(dǎo)體段2與下臂套筒1構(gòu)成一個(gè)半波振子，底端用同軸電纜6饋電，增益G約為2.15dBi，可通過(guò)構(gòu)造更多半波振子來(lái)提高增益。

在第一導(dǎo)體段2的頂端切出朝內(nèi)側(cè)凹陷的窄槽3。較佳地，在第一導(dǎo)體段2頂端自上至下地、切出一個(gè)倒L型的凹槽3。倒L型凹槽3的水平方向槽體段31與第一導(dǎo)體段2頂端水平齊平且第一導(dǎo)體段2的一側(cè)即右側(cè)邊緣貫通齊平，豎直槽體段32豎直方向自上至下軸向延伸一定深度。

在第一導(dǎo)體段2的頂端切出朝內(nèi)側(cè)凹陷的窄槽3可用于加載反相器及級(jí)聯(lián)加載振子，更能有效增加天線100的帶寬，還可有效改善阻抗匹配；特別地，使天線100在無(wú)線專網(wǎng)例如UHF頻段(345MHz-395MHz)、近8.48·λ_c電長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)了50Ω良好匹配(|S₁₁|<-10dB，360-383MHz，23MHz)。

為了實(shí)現(xiàn)更高增益，在天線100加載更多導(dǎo)體段，即第一導(dǎo)體段2頂端加載更多加載導(dǎo)體段8。級(jí)聯(lián)的相鄰加載段8之間，以及加載段8與第一導(dǎo)體段2之間通過(guò)反相器實(shí)現(xiàn)電性能一致。作為一個(gè)較佳實(shí)施方式，在第一導(dǎo)體段2頂端加載的加載段8也為平面片狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體片，導(dǎo)體片8與第一導(dǎo)體段2頂部的截面等寬、等厚，其長(zhǎng)度約0.5·λ_c，因此，第一導(dǎo)體段2與加載的振子導(dǎo)體片8形成直導(dǎo)體段，總直導(dǎo)體段的電長(zhǎng)度為：(0.25+0.50)＝0.75·λ_c。從而實(shí)現(xiàn)在天線100的上臂10的第一導(dǎo)體段2上通過(guò)反相器單元級(jí)聯(lián)半波振子8，并根據(jù)需要增加天線100的增益。

作為一種實(shí)例，加載的振子導(dǎo)體片8為矩形片狀結(jié)構(gòu)，其寬度Dr≈Ds＝0.045·λc，長(zhǎng)度Lr＝0.5·λc，厚度Tr<<0.1·λc。

加載段導(dǎo)體片8的底端和/或頂端切出朝內(nèi)側(cè)凹陷的窄槽，導(dǎo)體片8的端部切成的窄槽與第一導(dǎo)體段2頂端切出的窄槽3對(duì)應(yīng)，作用相同。本實(shí)施例中，導(dǎo)體片8底端的窄槽為L(zhǎng)型或倒L型凹槽，且窄槽水平段與導(dǎo)體片8的右側(cè)邊緣貫通齊平，與第一導(dǎo)體段2上形成的凹槽3相對(duì)應(yīng)，導(dǎo)體片8頂端形成的窄槽為倒L型凹槽，與第一導(dǎo)體段2上形成的凹槽3相同，為便于對(duì)應(yīng)，第一導(dǎo)體段2以及導(dǎo)體片8上下兩端形成的窄槽均以標(biāo)號(hào)3標(biāo)示。

可以理解，加載段導(dǎo)體片8上下兩端形成的凹槽也可以與第一導(dǎo)體段2上形成的凹槽不相同，也可以設(shè)計(jì)為其它形狀?；蛘撸瑹o(wú)需設(shè)計(jì)所述凹槽，反相器4直接焊接或通過(guò)其它適合方式將加載振子導(dǎo)體片8與第一導(dǎo)體段2之間連接。

加載段導(dǎo)體片8與第一導(dǎo)體段2之間通過(guò)反相器單元連接。如圖3所示，反相器單元包括彎折導(dǎo)體段4，由一長(zhǎng)條形導(dǎo)體重復(fù)平行地沿長(zhǎng)度方向彎折重疊形成整體呈平面片狀的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中彎折后的整體形狀為矩形。彎折導(dǎo)體段反相器4包括若干節(jié)彎折的導(dǎo)體段40以及上下兩端的自由端41、42；所述上下兩自由端41、42向上或向下延伸，并與所述第一導(dǎo)體段2的頂端或加載段8的底端和/或頂端切出的窄槽3形狀及尺寸相適配；所述彎折的導(dǎo)體段40頂端及底端兩端面分別與所述第一導(dǎo)體段2的頂端或加載段8的底端和/或頂端面平行對(duì)接；所述每相鄰兩節(jié)彎折的導(dǎo)體段之間有一間隔。上下自由端41、42則沿長(zhǎng)度(或稱軸向)方向向上向下延伸，分別卡持于振子下臂第一導(dǎo)體段2以及加載段8對(duì)應(yīng)端部形成的凹槽3內(nèi)。彎折導(dǎo)體段4的兩自由端41、42的形狀與第一導(dǎo)體段2及加載導(dǎo)體段8上的L型或倒L型凹槽3相適配。對(duì)應(yīng)地，上自由端41為L(zhǎng)型，向上延伸至加載振子導(dǎo)體片8底端向上形成的L型凹槽3內(nèi)，較佳地，抵接于凹槽3的頂壁內(nèi)，且抵接于凹槽3的左肩或右肩；下自由端42為倒L型，向下延伸至振子下臂2的頂端形成的凹槽3內(nèi)，較佳地，抵接于凹槽3的底壁(未圖標(biāo))，且抵接于凹槽3的左肩或右肩。

彎折導(dǎo)體段4的上、下自由端41、42的寬度可較凹槽3的寬度窄，因此除末端可抵接外，上、下自由端41、42的其余部分與凹槽3之間可形成間隔。下自由端41、42對(duì)應(yīng)具有水平段，將L型或倒L型凹槽3的切口封蓋。

彎折導(dǎo)體段4的L型自由端的水平段部分剛好與第一導(dǎo)體段2和加載導(dǎo)體段8側(cè)壁邊緣對(duì)齊。因此，彎折導(dǎo)體段4的水平導(dǎo)體段40底、頂兩端面分別與第一導(dǎo)體段2的頂端面及導(dǎo)體片8的底端/頂端面對(duì)齊形成整體連接結(jié)構(gòu)。其中，水平導(dǎo)體段40底端面及頂端面，分別在左右肩部與第一導(dǎo)體段2的頂端面/導(dǎo)體片8的底端面接觸，或者分別在左右肩部與兩相鄰導(dǎo)體片8的頂端面/底端面接觸，且上、下自由端41、42的末端分別與凹槽3的頂壁或底壁接觸。

作為一種實(shí)施方式，彎折導(dǎo)體段的節(jié)數(shù)為6.5節(jié)，每一段彎折的水平寬度與第一導(dǎo)體段2及加載導(dǎo)體段8等寬，彎折導(dǎo)體段的線寬與第一導(dǎo)體段2和加載導(dǎo)體段8的厚度對(duì)應(yīng)，且為彎折導(dǎo)體段節(jié)距的一半，每節(jié)導(dǎo)體段之間的間隔可以與導(dǎo)體段的線寬相等。

為進(jìn)一步改善帶寬，本實(shí)用新型的反相器單元還進(jìn)一步包括螺旋反相器7，加載于彎折導(dǎo)體段反相器4上共同形成復(fù)合反相器47。螺旋反相器7由若干個(gè)螺旋組成。本實(shí)施例中，用線徑為Dw的金屬導(dǎo)線構(gòu)造兩支左旋或右旋、直徑D_h＝0.95·D_r的圓柱螺旋，兩螺旋相差180°，圈數(shù)分別為6和6.5。將兩支圓柱螺旋7加載到上述彎折導(dǎo)體段4上，每圈螺旋套設(shè)于一節(jié)彎折的導(dǎo)體段上對(duì)應(yīng)的間隔內(nèi)，而螺旋的上下兩端分別與彎折導(dǎo)體4上下兩端的左右邊緣相連。

如圖5所示，天線100的第一導(dǎo)體段2上通過(guò)復(fù)合反相器47級(jí)聯(lián)加載段8，本實(shí)施例中加載段8為半波直導(dǎo)體。

以此類推，為進(jìn)一步改善增益、帶寬，可在圖5所示的振子結(jié)構(gòu)上繼續(xù)通過(guò)反相器單元47級(jí)聯(lián)加載導(dǎo)體段8，同樣在導(dǎo)體片8的上下兩端沿其右側(cè)邊緣切出朝內(nèi)側(cè)凹陷的窄槽3，復(fù)合反相器47的起始端即上下自由端41、42放置于凹槽3底部。具體地，導(dǎo)體片8上端面向內(nèi)側(cè)切出倒L型凹槽3，下端面向內(nèi)側(cè)切出L型凹槽3。復(fù)合反相器47加載于兩相鄰的導(dǎo)體片8之間，從而向上沿軸向方向級(jí)聯(lián)更多直導(dǎo)體段(或半波振子段)8。圖7所示為按照上述方法構(gòu)造具有10個(gè)(但不限于十個(gè)的)重復(fù)加載段8的天線100，復(fù)合加載反相器47和0.5·λc直導(dǎo)體段8的十個(gè)重復(fù)單元與第一導(dǎo)體段2形成的級(jí)聯(lián)組合體，作為天線100的上臂10，與天線100的下臂1共同形成本實(shí)用新型的一種全向性、高增益、寬帶寬、高效率、小尺寸、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、經(jīng)濟(jì)耐用的基站/終端天線。

于金屬套筒1的中心軸線上，自下而上穿過(guò)一根50Ω同軸饋電電纜6，其外導(dǎo)體在套筒1頂端斷開(kāi)并與之焊接為一體，內(nèi)導(dǎo)體則朝上延伸第一導(dǎo)體段2的底部并與之焊接，如圖2和圖6的部分6。

本實(shí)用新型小直徑高增益全向天線是在一段較長(zhǎng)的導(dǎo)體2上直接構(gòu)造若干個(gè)半波振子8形成多節(jié)導(dǎo)體10，通過(guò)反相器單元47使電流在整段導(dǎo)體上的多節(jié)0.25·λc(λc-中心波長(zhǎng))或0.5·λc直導(dǎo)體段2、8上保持同向，從而獲得高增益。

反相器設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高增益單/偶極子單元陣列的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)形式有集總加載、導(dǎo)線彎折、窄環(huán)加載和螺旋加載等。導(dǎo)線彎折損耗較小、輻射干擾較強(qiáng)、尺寸較大、帶寬較寬、較易匹配；螺旋加載損耗低、輻射干擾弱、尺寸小、帶寬窄、較難匹配，但可由單根導(dǎo)線繞制，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，經(jīng)久耐用。反相器采用螺旋和導(dǎo)體彎折的復(fù)合加載是一種較理想的方案。此方案能在保留螺旋反相器優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了其帶寬窄、匹配差的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型的天線適用于無(wú)線專網(wǎng)，是一種全向性、高增益、寬帶寬、小直徑、低成本的基站天線。

下述以具有10個(gè)重復(fù)加載導(dǎo)體段8的一種高增益寬帶全向陣列天線100為例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型天線結(jié)構(gòu)及特性，其設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

步驟一，建立空間直角坐標(biāo)系，見(jiàn)圖1；

步驟二，在步驟一的坐標(biāo)系下，構(gòu)造一個(gè)頂部、中部和底部分別為圓柱面、圓錐面和圓柱面、直徑依次增大的套筒，套筒最大直徑和外壁總長(zhǎng)度分別為：Ds＝0.045·λc、Ls≈0.25·λc(λc為中心波長(zhǎng))，壁厚大于0而小于頂端半徑，見(jiàn)圖2的部分1；

步驟三，在步驟二的套筒頂端上方，構(gòu)造一個(gè)下部、中部和頂部分別為矩形、梯形和矩形、寬度依次增大的導(dǎo)體片，導(dǎo)體片的外邊緣總長(zhǎng)度、寬度及厚度分別為：Lr≈Ls＝0.25·λc、Dr≈Ds＝0.045·λc和Tr<<0.1·λc，見(jiàn)圖2的部分2，導(dǎo)體片與步驟二的套筒構(gòu)成一個(gè)半波振子，底端用同軸電纜饋電，見(jiàn)圖2的部分6，增益G為2.15dBi左右，需要構(gòu)造更多半波陣子以提高增益；為了改善阻抗匹配，在導(dǎo)體片的頂端切出一個(gè)倒L型的凹槽，見(jiàn)圖2的部分3；

步驟四，為了實(shí)現(xiàn)更高增益，在步驟三的導(dǎo)體片頂端加載一截與之等寬、等厚、長(zhǎng)度約0.5·λc的導(dǎo)體片，兩者通過(guò)彎折導(dǎo)體段實(shí)現(xiàn)連接，見(jiàn)圖3的部分5和部分4，與套筒1構(gòu)成一個(gè)直導(dǎo)體段(第一導(dǎo)體段2+導(dǎo)體片5)電長(zhǎng)度為：(0.25+0.50)＝0.75·λc的振子；彎折導(dǎo)體段節(jié)數(shù)為6.5節(jié)，水平寬度與導(dǎo)體片等寬，線寬為節(jié)距的一半；

步驟五，用線徑為Dw的金屬導(dǎo)線構(gòu)造兩支右旋、直徑Dh＝0.95·Dr的圓柱螺旋，兩螺旋相差180°，圈數(shù)分別為6和6.5，見(jiàn)圖4的部分7；

步驟六，將步驟五的兩支圓柱螺旋加載到步驟三的彎折導(dǎo)體段上，見(jiàn)圖5的部分4和7，螺旋的上下兩端分別與彎折導(dǎo)體兩端的左右邊緣相連；

步驟七，按照上述步驟構(gòu)造兩個(gè)復(fù)合加載反相器和0.5·λc直導(dǎo)體段(半波陣子段)，見(jiàn)圖6的部分8；

步驟八，按照上述方法，構(gòu)造一個(gè)10單元的復(fù)合加載反相器和半波陣子級(jí)聯(lián)組合體；步驟九，在步驟二的金屬套筒中心軸線上，自下而上穿過(guò)一根50Ω同軸饋電電纜，其外導(dǎo)體在套筒頂端斷開(kāi)并與之焊接為一體，內(nèi)導(dǎo)體則朝上延伸至步驟三的導(dǎo)體段底部并與之焊接，見(jiàn)圖2和圖6的部分6。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的底端金屬套筒1的外壁總長(zhǎng)度約0.25·λc，底端直徑Ds大于同軸饋電電纜外徑而小于0.25·λc。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的底端金屬套筒1的壁厚大于0而小于頂端半徑。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100最底端的第一導(dǎo)體段2長(zhǎng)度約Lr≈0.25·λc，寬度與套筒直徑相當(dāng)，厚度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100最底端的第一導(dǎo)體段2由底部的梯形段和頂部的矩形段組成。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100除了最底端的四分之一波長(zhǎng)第一導(dǎo)體段2外，還包含若干節(jié)半波長(zhǎng)導(dǎo)體片8。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的相鄰第一導(dǎo)體段2或8之間通過(guò)反相器連接。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的第一導(dǎo)體段2和加載導(dǎo)體段8與反相器4連接處開(kāi)有L型凹槽3(包括正L型或倒L型)，反相器4的末端41、42連接凹槽3底端或頂端。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的相鄰第一導(dǎo)體段2和加載導(dǎo)體段8之間的復(fù)合反相器47由彎折導(dǎo)體段4與雙圓柱螺旋7構(gòu)成。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的彎折導(dǎo)體段4節(jié)數(shù)為6.5節(jié)，水平寬度與第一導(dǎo)體段2等寬，線寬為節(jié)距的一半。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的復(fù)合加載反相器47的圓柱螺旋7為雙螺旋，兩螺旋相差180°，圈數(shù)分別為6和6.5。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的復(fù)合加載反相器47的雙圓柱螺旋7的上下兩端分別與彎折導(dǎo)體段4兩端的左右邊緣相連。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100采用50Ω同軸電纜6饋電，其自下而上穿過(guò)下端套筒1的中心，內(nèi)外導(dǎo)體在套筒頂端分別與下第一導(dǎo)體段2和套筒1焊接。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的所有部件1、2、47、8均豎直共軸排列。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的所有部件采用純銅、銅合金或鋁材料制作。

較佳地，所述高增益寬帶全向陣列天線100的同軸饋電電纜6可以是SMA、BNC、TNC、N型等常見(jiàn)連接頭。

進(jìn)一步參照?qǐng)D8-16，提供本實(shí)施例的高增益全向加載導(dǎo)體段陣列天線100的電性能檢測(cè)結(jié)果。

其中，圖8為高增益寬帶全向陣列天線100加載民十個(gè)螺旋彎折復(fù)合反相器47及加載段8時(shí)的輸入阻抗Zin頻率特性曲線。其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為MHz；縱軸(Y軸)是輸入阻抗Zin，單位為Ω；實(shí)線表示實(shí)部Rin，虛線表示虛部Xin。

圖9為高增益寬帶全向陣列天線100加載了十個(gè)螺旋彎折復(fù)合反相器47及加載段8時(shí)的反射系數(shù)|S11|曲線。其中，橫軸(X軸)是頻率f，單位為MHz；縱軸(Y軸)是S11的幅度|S11|，單位為dB。由圖知，天線在UHF頻段(360-383MHz)實(shí)現(xiàn)了良好的阻抗匹配(|S11|≤-10dB，BW＝6.1％；最佳匹配|S11|＝-14.5dB@373MHz；|S11|<-8dB，346-387MHz，41MHz，11.2％)，帶寬較單一的螺旋加載方案寬約50％，復(fù)合加載的帶寬和匹配改善效果顯著。

圖10為高增益寬帶全向陣列天線100加載了十個(gè)螺旋彎折復(fù)合反相器47及加載段8時(shí)在f_L＝345MHz的實(shí)增益2D方向圖。其中，圖中實(shí)線表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虛線表示E-面(Phi＝0°，XOZ平面)；增益G＝10.12dBi，E面半功率波束寬度HPBW＝6.39o，第一旁瓣SLL低于主瓣電平12.7dB。

圖11為高增益寬帶全向陣列天線100加載了十個(gè)螺旋彎折復(fù)合反相器47及加載段8時(shí)在f_C＝365MHz的實(shí)增益2D方向圖。其中，圖中實(shí)線表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虛線表示E-面(Phi＝0°，XOZ平面)；增益G＝10.12dBi，E面半功率波束寬度HPBW＝6.67°，第一旁瓣SLL低于主瓣電平12.0dB。

圖12為高增益寬帶全向陣列天線100加載發(fā)十個(gè)螺旋彎折復(fù)合反相器47及加載段8時(shí)在f_H＝387.5MHz的實(shí)增益2D方向圖。其中，圖中實(shí)線表示H-面(Theta＝90°，XOY平面)，虛線表示E-面(Phi＝0°，XOZ平面)；增益G＝10.12dBi，E面半功率波束寬度HPBW＝8.78°，沒(méi)有明顯旁瓣。

圖13為高增益寬帶全向陣列天線100加載了十個(gè)螺旋彎折復(fù)合反相器47及加載段8時(shí)在H面方向圖的不圓度。其中，實(shí)線-f1＝347.5MHz,虛線-f2＝367.5MHz,點(diǎn)線-f3＝0.380MHz,點(diǎn)劃線-f4＝395MHz。由圖可知，帶內(nèi)H面(水平面)不圓度小于0.25dB，非常理想。

圖14為高增益寬帶全向陣列天線100加載了十個(gè)螺旋彎折復(fù)合反相器47及加載段8時(shí)的實(shí)增益G隨頻率f變化曲線。其中，低頻增益達(dá)到10.5dBi，高頻增益大于6.2dBi，說(shuō)明復(fù)合加載反相器實(shí)現(xiàn)單元陣列效應(yīng)的效果是顯著的。

圖15為高增益全向?qū)拵ш嚵刑炀€100加載十個(gè)螺旋彎折復(fù)合反相器47及加載段8時(shí)的E面(豎直面)半功率波束寬度HPBW隨頻率f變化曲線。由圖知，整個(gè)頻帶內(nèi)，E面HPBW＝6.4°-8.8°。

圖16為高增益全向?qū)拵ш嚵刑炀€100加載了十個(gè)螺旋彎折復(fù)合反相器47及加載段8時(shí)的效率η_A隨頻率f變化曲線。由圖知，整個(gè)頻帶內(nèi)(|S11|≤-10dB)，天線的效率大于88％(最高可達(dá)96％)。

本實(shí)用新型實(shí)施例的全向性、高增益和寬帶寬天線，是通過(guò)下述手段實(shí)現(xiàn)的：

1、將平直地板變成長(zhǎng)度約0.25·λc的直徑較粗的豎直套筒，用作振子下臂，實(shí)現(xiàn)較大帶寬；

2、振子上臂選用較寬的導(dǎo)體片，以增大帶寬；

3、導(dǎo)體片中間加載若干個(gè)螺旋加彎折的復(fù)合反相器，以實(shí)現(xiàn)高增益；

4、導(dǎo)體片上的復(fù)合加載段兩端切出朝內(nèi)側(cè)凹陷的窄槽，使天線在UHF頻段(345MHz-395MHz)、近8.48·λc電長(zhǎng)度上實(shí)現(xiàn)了50Ω良好匹配(|S11|<-10dB，360-383MHz，23MHz)，增益達(dá)到10dBi，帶寬可達(dá)6.1％(|S11|<-8dB，346-387MHz，41MHz，11.2％)，帶寬較螺旋加載方案寬約50％，方向圖旁瓣比彎折加載方案低約10dB；且省去了復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，減小了損耗，提高了效率(≥88％)。而且，該設(shè)計(jì)尺寸短小、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、經(jīng)濟(jì)耐用，是適合無(wú)線專網(wǎng)的理想基站/終端類天線。另外，該方法還具有思路新穎、原理清晰、方法普適、簡(jiǎn)單易行等特點(diǎn)，對(duì)于更高增益的單/偶極子全向天線的設(shè)計(jì)和改進(jìn)也是適用和有效的。

本實(shí)用新型的高增益、全向性、小尺寸、低成本天線100是無(wú)線專網(wǎng)基站天線的優(yōu)選方案。

上述實(shí)施例中基于十單元導(dǎo)的螺旋和彎折導(dǎo)體復(fù)合反相器47及加載段8來(lái)論述本實(shí)用新型，并給出相應(yīng)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要特別說(shuō)明的是，這里所描述的優(yōu)選實(shí)施例子方案僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限制或限定本實(shí)用新型。同樣，更多復(fù)合加載單元也屬于本實(shí)用新型的范疇，受到同等保護(hù)。本實(shí)用新型旨在為無(wú)線專網(wǎng)設(shè)計(jì)一種全向性、高增益、寬帶寬、高效率、小尺寸、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、經(jīng)濟(jì)耐用的基站/終端天線，并為更高增益的全向單/偶極子天線優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有效的參考方法。

盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。