一種水平極化全向天線的製作方法

2023-07-06 18:01:56 2

專利名稱：一種水平極化全向天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及天線，具體是一種水平極化全向天線。
背景技術：
天線對空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，根據方向性的不同，天線有全 向和定向兩種類型。全向天線，即在水平面上表現為360。均勻輻射，也就是平常所說的無 方向性，在垂直面表現為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天 線在移動通信系統中一般應用與低密度用戶的大範圍覆蓋。定向天線，在水平方向圖上表 現為一定角度範圍輻射，也就是平常所說的有方向性，在垂直方向圖上表現為有一定寬度 的波束，同全向天線一樣，波瓣寬度越小，增益越大。定向天線在移動通信系統中一般應用 於通信距離遠，覆蓋範圍小，用戶密度大的地方。因為移動通信系統的特殊性，基站天線大 部分都採用定向天線，以提高系統容量滿足不斷增多的用戶需求。而在UHF頻段電視系統 中由於採用單向傳輸模式，用戶端只是被動接收，用戶數量的多少對系統沒有任何影響，因 此全向天線大範圍覆蓋的優點得到廣泛應用。 在UHF頻段電視系統中，全向天線包括水平極化全向天線和垂直極化全向天線兩 種，大功率主站一般採用水平極化全向天線。在水平極化全向天線中，通常採用Alford方 環天線、3個互呈120度布局的印刷彎曲偶極子、十字形蝙蝠翼、矩形波導或者圓形金屬管 開縫等結構，做為水平極化全向天線的基本輻射單元。還有一種情況是通過很多水平極化 定向天線圓周排列，實現全向覆蓋。 在上述單元結構中，Alford方環天線和3個互呈120度布局的印刷彎曲偶極 子組成的天線單元，均採用印刷電路板結構。單元天線的增益都比較低，為了提高增益 採用多個單元組成陣列的方式來實現，饋電網絡非常複雜；同時單元間的連接饋線會引 天線輻射特性的惡化。如中國實用新型專利《高增益水平極化全向陣列天線》(專利號 200520079193. 0)中提到的實施例，用16個3個互呈120度布局的印刷彎曲偶極子並聯組 陣，只能工作在3. 8 4GHz頻段5%的相對帶寬內，如果擴展到UHF頻段工作帶寬還會減 小。 在上述單元結構中，十字形蝙蝠翼天線具有水平極化接收功能，並且可以實現全 向、高增益、寬頻帶和大功率，但其外形是一個每邊尺寸在二分之一波長到三分之二波長的 三維空間結構，體積較大。同時饋電網絡也非常複雜，需要90度移相器來實現旋轉形的水 平極化全向輻射場，方向圖的帶寬受到90度移相器的限制，天線不圓度指標為士3dB。
在上述單元結構中，矩形波導或者圓形金屬管開縫結構是眾所周知的窄帶結構， 方向圖隨著頻率的變化，在俯仰面內可能出現柵瓣，並且最大值不在水平方向，天線增益起 伏大於4dB，駐波比明顯惡化。同時大於2倍波長的結構體積太大，因此很難在高增益寬頻 帶範圍內使用。 而由多個水平極化定向天線組合而成的水平極化全向天線，造價高昂佔用空間很 大，安裝維護都非常不便，同時在平板天線之間會形成幹涉區域，場強不均勻，不圓度指標差。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種工作頻段較寬、體積較小、大功 率高增益的水平極化全向天線，其既滿足水平極化收發特性，又具有優良的全向收發性能 和緊湊的幾何結構，能夠適用於無線數位電視基站發射系統，尤其是安裝空間小的應用需 要。 本發明的技術方案是這樣的一種水平極化全向天線，包括U形金屬槽，數個金屬 短路塊，至少一個金屬饋電柱，至少一個饋電底座，同軸線，上述金屬短路塊和上述金屬饋 電柱分別設置於上述U形金屬槽內，且上述金屬短路塊和上述金屬饋電柱於上述U形金屬 槽內沿上述U形金屬槽的長度方向依次錯開排列，上述饋電底座設置於上述U形金屬槽長 度方向的槽壁上，上述同軸線的內導體由上述饋電底座穿過上述U形金屬槽的槽壁與上述 金屬饋電柱電連接。 上述U形金屬槽一個輻射單元的長度(或者兩個上述金屬短路塊之間的長度)為 1-1. 5波長，寬邊為1/4波長，窄邊為0. 1波長。 上述U形金屬槽內沿其長度方向間隔設置有支撐於上述U形金屬槽長度方向的兩 側槽壁內側面上的絕緣支撐柱。 還包括安裝部件和圓形天線外罩，上述U形金屬槽固定安裝於上述圓形天線外罩 的中心，上述U形金屬槽的兩端通過上述安裝部件進行固定，上述U形金屬槽、上述圓形天 線外罩及上述安裝部件裝配成為一個整體。 採用上述方案後，本發明的水平極化全向天線，採用最大直徑尺寸為1/4波長的U 形金屬槽結構，與現有技術相比，直徑縮小了一半，對於空間要求比較高的場合尤其適用； 而且天線單元增益高出半波偶極子天線單元ldB以上，使得為提高天線增益，而增加的單 元數目的數量減少；同時可寬帶工作，方向圖在50%無明顯變化，駐波比在12%相對帶寬 內小於1.5。天線不圓度士2dB以內，優於蝙蝠翼士3dB指標。通過並聯饋電網絡，兩個輻 射單元組成的水平極化全向天線可以實現1KW的發射功率，四個輻射單元組成的水平極化 全向天線可以實現2KW的發射功率，並且通過調整饋線的長度可實現不同的方向圖下傾角 度，靈活控制天線覆蓋區域。


圖1為本發明實施例一的立體圖；圖2為本發明實施例一的俯視圖；圖3為本發明實施例二的立體圖；圖4為本發明實施例二的俯視圖；圖5為本發明實施例三的立體圖；圖6為本發明實施例三的俯視圖；圖7為本發明實施例三的550MHz垂直面方向圖；圖8為本發明實施例三的700MHz垂直面方向圖；圖9為本發明實施例三的700MHz水平面方向 圖10為本發明實施例三的800MHz垂直面方向圖 圖11為本發明實施例三的800MHz水平面方向圖 圖12為本發明實施例三的900MHz垂直面方向圖 圖13為本發明實施例三的700MHz垂直面預置下傾方向圖 圖14為本發明實施例三的800MHz垂直面預置下傾方向圖 圖15為本發明實施例三的駐波比測試圖。
具體實施例方式
以下結合附圖與實施例對本發明的技術方案作進一步描述。
實施例一 本發明的一種水平極化全向天線，實施例一以一個基本輻射單元的天線為例，如圖1、2所示，包括U形金屬槽1，兩個金屬短路塊2，金屬饋電柱3，饋電底座4，四根絕緣支撐柱5，同軸線6，壓線器11，圓形天線外罩(圖中未示出)，以及安裝部件12和接插件13。
U形金屬槽l一個輻射單元的長度(或者兩個金屬短路塊2之間的長度)為1_1.5波長，U形金屬槽1的寬邊為1/4波長，窄邊為0. 1波長。 兩個金屬短路塊2分別設置於U形金屬槽1的槽內兩端部，且金屬短路塊2橫貫整個U形金屬槽1的寬度方向。 金屬饋電柱3設置於U形金屬槽1的槽內，位於U形金屬槽1長度方向內兩金屬短路塊2的中部，金屬饋電柱3固定於U形金屬槽1的長度方向的一側槽壁內側面上。
饋電底座4設置於U形金屬槽1長度方向的另一側槽壁上並與金屬饋電柱3相對應設置。 饋電底座4和金屬饋電柱3分別與U型金屬槽1的長度方向的兩側槽壁保持緊密電接觸，並且處於U型金屬槽1長度方向內兩金屬短路塊2的中間。 四根絕緣支撐柱5設置於U形金屬槽1的槽內沿U形金屬槽1的長度方向間隔設置，且絕緣支撐柱5的兩端分別固定支撐在U形金屬槽1的長度方向的兩側槽壁內側面上。U型金屬槽1通過絕緣支撐柱5保證其兩側槽壁之間平行，同時增加U型金屬槽1的結構強度。 接插件13通過法蘭固定於安裝部件12的外側，接插件13的外導體穿過安裝部件12與同軸線6的外導體保持電連接，接插件13的內導體與同軸線6的內導體保持電連接；同軸線6的內導體的另一端通過饋電底座4穿過U型金屬槽1的槽壁與金屬饋電柱3電連接；同軸線6的外導體通過壓線器11緊貼在U型金屬槽1的槽壁外側面上，與U型金屬槽1的槽壁外側面緊密接觸。 U型金屬槽1兩端通過金屬短路塊2和安裝部件12固定於圓形天線外罩中心，使得U型金屬槽1、安裝部件12和圓形天線外罩形成一個整體。 U型金屬槽1與金屬短路塊2及安裝部件12之間，可以通過金屬螺栓或者焊接的方式固定在一起。 工作時，射頻能量通過接插件13和同軸線6的內外導體，分別傳遞給金屬饋電柱3和饋電底座4，使得與饋電底座4及金屬饋電柱3保持電連接的U型金屬槽1長度方向的兩側槽壁之間形成激勵電流，這種激勵電流沿著U型金屬槽1往兩端傳遞，形成水平極化全向輻射。
實施例二 本發明的一種水平極化全向天線，實施例二以兩個基本輻射單元組成的陣列天線為例，如圖3、4所示，本實施例與實施例一的區別僅在於沿著U型金屬槽1的長度方向疊加起來的基本輻射單元數目不同，實施例一中的基本輻射單元為一個，本實施例的基本輻射單元為兩個，由同軸線6-8、連接器9-10組成的並聯饋電網絡，可承受1KW的發射功率。
實施例三 本發明的一種水平極化全向天線，實施例三以四個基本輻射單元組成的陣列天線為例，如圖5、6所示，本實施例與實施例一的區別僅在於沿著U型金屬槽1的長度方向疊加起來的基本輻射單元數目不同，實施例一中的基本輻射單元為一個，本實施例的基本輻射單元為四個；由同軸線6-8、連接器9-10組成的並聯饋電網絡，可承受2KW的發射功率。
作為示例，圖7-15給出了實施例三的水平極化全向天線在各種頻率下水平面測試結果和垂直面測試結果，從測試結果可以看出本發明實施例垂直面方向圖在550-900MHz 50%相對頻率帶寬內無明顯變化，駐波比在12%相對帶寬內小於1. 5，遠優於中國實用新型專利《高增益水平極化全向陣列天線》(專利號200520079193.0)中提到的實施例5%的相對帶寬。同時天線不圓度士2dB以內，優於蝙蝠翼士3dB指標。在相同輻射單元數目的前提下，本實施例4個輻射單元陣列的垂直面方向圖半功率角度比常規全向天線小4度(國標)，增益高ldB以上。 本發明中，由多個基本輻射單元組成的陣列天線，其U形金屬槽1一個輻射單元的長度為1-1. 5波長，寬邊為1/4波長，窄邊為0. 1波長；U型金屬槽1的槽內沿其長度方向設置有N個金屬短路塊2，在U型金屬槽1內形成N-1個基本輻射單元。各基本輻射單元的金屬饋電柱3分別與由本單元的饋電底座4穿過U型金屬槽1的槽壁的同軸線6的內導體的一端進行電連接，同軸線6的數目根據基本輻射單元的個數而定，各同軸線6的內導體的另一端分別連接到連接器9。同軸線6-8上根據需要可設置多個壓線器11。
權利要求
一種水平極化全向天線，其特徵在於包括U形金屬槽，數個金屬短路塊，至少一個金屬饋電柱，至少一個饋電底座，同軸線，上述金屬短路塊和上述金屬饋電柱分別設置於上述U形金屬槽內，且上述金屬短路塊和上述金屬饋電柱於上述U形金屬槽內沿上述U形金屬槽的長度方向依次錯開排列，上述饋電底座設置於上述U形金屬槽長度方向的槽壁上，上述同軸線的內導體由上述饋電底座穿過上述U形金屬槽的槽壁與上述金屬饋電柱電連接。
2. 根據權利要求1所述的一種水平極化全向天線，其特徵在於上述U形金屬槽一個輻射單元的長度為1-1. 5波長，寬邊為1/4波長，窄邊為0. 1波長。
3. 根據權利要求1所述的一種水平極化全向天線，其特徵在於上述U形金屬槽內沿其長度方向間隔設置有支撐於上述U形金屬槽長度方向的兩側槽壁內側面上的絕緣支撐 柱。
4. 根據權利要求1所述的一種水平極化全向天線，其特徵在於還包括安裝部件和圓形天線外罩，上述u形金屬槽固定安裝於上述圓形天線外罩的中心，上述u形金屬槽的兩端 通過上述安裝部件進行固定，上述u形金屬槽、上述圓形天線外罩及上述安裝部件裝配成為一個整體。
全文摘要
本發明公開了一種水平極化全向天線，其包括U形金屬槽，金屬短路塊，金屬饋電柱，饋電底座，同軸線，金屬短路塊和金屬饋電柱分別設置於U形金屬槽內，且金屬短路塊和金屬饋電柱於U形金屬槽內沿U形金屬槽的長度方向依次錯開排列，饋電底座設置於U形金屬槽長度方向的槽壁上，同軸線由饋電底座穿過U形金屬槽的槽壁與金屬饋電柱電連接。本發明採用最大直徑尺寸為1/4波長的U形金屬槽結構，與現有技術相比，直徑縮小了一半，對於空間要求比較高的場合尤其適用；而且天線輻射單元增益較高，使得為提高天線增益，而增加的單元數目的數量減少；同時可寬帶工作，天線不圓度±2dB以內，最大可以實現2KW的發射功率。
文檔編號H01Q21/24GK101714697SQ200910258100
公開日2010年5月26日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者龔雲楓 申請人:泉州佳信天線有限公司