CN100384017C - 低剖面高增益垂直极化全向天线 - Google Patents

Abstract

一种低剖面高增益垂直极化全向天线。用于通信技术领域。本发明包括：天线单元、馈电端口、换相单元、接地板。天线单元四个，均位于接地板上方，四个天线单元成弓形，两个对称放置的天线单元通过换相单元、馈电端口构成一个对称振子，馈电端口的外导体通过换相和对称振子中的另一个天线单元相连，馈电端口的外导体和换相单元之间的连接电缆的长度几乎为零，同时馈电端口穿过接地板，馈电端口的外导体和接地板相连。本发明结构简单，天线结构占空间体积小，两个对称振子并联使用时天线增益高，且在水平面360度范围内分布均匀，克服了传统垂直极化全向天线为了提高增益必须增加纵向高度的缺陷。

Description

低剖面高增益垂直极化全向天线

技术领域

本发明涉及的是一种用于通信技术领域的天线，尤其是一种低剖面高增益垂直极化全向天线。

背景技术

目前，以移动通信为代表的无线通信发展迅速。随着通信容量、质量、内容等要求的提高和集成电路技术的发展，多媒体数字通信方式越来越受到人们的重视，同时移动接收因其极大地满足用户的需求而成为主要通信方式之一。因而对接收天线也提出了越来越高的要求。例如数字电视开播后，公交车、各类小轿车等将是主要用户之一。早期的垂直极化天线大都采用偶极子或单极子(如鞭状天线)，但这种天线的高度为半波长或四分之一波长，天线高度太大，增益低，也不方便在移动工具上放置，也不美观，甚至影响移动载体的安全性。另一方面，为提高天线在水平方向的增益，很多人采用在垂直方向排列多个振子。

经文献检索发现，高峰等人在《电波科学学报》2004年第2期上发表的“一种新型圆形智能天线阵的分析与设计”，该文介绍了采用在垂直方向排列多个振子来提高天线在水平方向的增益，虽然这样实现了高增益，但却增加了高度，更不方便在移动工具上放置，也不美观，甚至影响移动载体的安全性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种低剖面高增益垂直极化全向天线，使其解决了现有技术中，在垂直极化的数字电视移动接收中普遍采用拉杆式天线，增益低，占空间体积大，有的采用体积很大的天线阵，特别是为了提高增益高度甚至达几个波长，安装不方便，也不美观，甚至影响移动载体的安全。本发明用于发射和接收电磁波，其结构简单，天线结构占空间体积小，两个对称振子并联使用时天线增益高，而且在水平面360度范围内分布均匀，克服了传统垂直极化全向天线为了提高增益必须增加纵向高度的缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：天线单元、馈电端口、换相单元、接地板。所述天线单元四个，均位于接地板上方。每个天线单元呈弓形，可以接收或发射垂直极化信号。两个对称放置的天线单元通过换相单元、馈电端口构成一个对称振子，使振子外侧两个垂直段上的电流同向，两个对称振子在同一平面内成“十”字形排列，在结构上成中心对称分布，馈电端口的芯和一个对称振子中的一个天线单元相连，馈电端口的外导体通过换相单元和对称振子中的另一个天线单元相连，馈电端口的外导体和换相单元之间的连接电缆的长度几乎为零。同时馈电端口穿过接地板，馈电端口的外导体和接地板相连。

天线单元每一段的长度为四分之一波长，便于调整振子上各部分的电流方向。天线单元尾部为水平段，便于天线电长度的工程调试。天线单元尾部末端通过连接短线和接地板相连，可满足工程调试需要。

换相单元相当于半波长的传输线，通过它使信号的相位滞后180度，保证了每个对称振子外侧的两个垂直段上的电流同向。

两个对称振子正交、垂直放置在接地板之上，使得每个垂直振子与其镜像构成一个垂直极化的对称振子，而且所有垂直极化的对称振子上的电流同相分布，保证了四个天线单元外侧的垂直段在水平面上均匀对称分布。

两个馈电端口分别向两个对称振子馈电。两个馈电端口并联，且同时同相馈电，使四个天线单元外侧的垂直段上电流分布一致，使得在水平面上均匀对称分布的四个天线单元外侧的垂直段向外形成的辐射场在水平面360度范围内均匀分布。

本发明和现有技术相对照，其效果是积极和明显的。本发明因为采用弓形天线单元，使天线可以接收或发射垂直极化信号，且剖面高度小。采用换相单元，两个对称振子正交、垂直放置。天线单元放置在接地板之上，使得每个垂直振子与其镜像构成一个垂直极化的对称振子，而且所有垂直极化的对称振子上的电流同相分布。两个并联馈电端口同时同相馈电，使天线向外形成的辐射场在水平面360度范围内均匀分布。

附图说明

图1是本发明的侧面结构示意图。

图2是本发明的俯视视结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括：四个天线单元2、3、10、13，第一、第二馈电端口6、9，第一、第二换相单元8、12，接地板5，连接电缆1、4、7、11。四个天线单元2、3、10、13分别呈弓形，且两个天线单元2、3通过第一换相单元8和第一馈电端口6配对构成对称振子，使振子外侧两个垂直段上的电流同向，另两个天线单元10、13通过第二换相单元12和第二馈电端口9配对构成对称振子，使振子外侧两个垂直段上的电流同向，两个对称振子正交、垂直放置分布在接地板5之上，在同一平面内成“十”字形排列，在结构上成中心对称分布，四个天线单元2、3、10、13外侧的垂直段在水平面上均匀对称分布。

四个天线单元2、3、10、13每一段的长度为四分之一波长，且结构相同，四个天线单元2、3、10、13尾部为水平段，尾部末端通过连接四根电缆1、4、7、11分别和接地板5相连。

第一、第二换相单元8、12相当于半波长的传输线，通过它使信号的相位滞后180度，保证了第一、第二天线单元2、3，第三、第四天线单元10、13分别构成的对称振子外侧的两个垂直段上的电流同向。

第一、第二馈电端口6、9的芯和天线单元2、10相连，第一、第二馈电端口6、9的外导体分别通过第一、第二换相单元8、12和天线单元3相连，第一、第二馈电端口6、9的外导体和第一、第二换相单元8、12之间的连接两根电缆7、11的长度几乎为零，同时两个馈电端口6、9穿过接地板5，第一、第二馈电端口6、9的外导体和接地板5相连。

第一、第二馈电端口6、9分别向两个对称振子馈电，第一、第二馈电端口6、9并联，且同时同相馈电，使四个天线单元2、3、10、13外侧的垂直段上电流分布一致，使得在水平面上均匀对称分布的四个天线单元2、3、10、13外侧的垂直段向外形成的辐射场在水平面360度范围内均匀分布。

当天线工作的中心频率为790MHz，接地板的最大直径为40cm，得到天线的增益为9dBi，在水平面360度的范围内辐射场的不均匀性小于3dB。

Claims (4)

1.一种低剖面高增益垂直极化全向天线，包括：四个天线单元(2、3、10、13)、第一、第二馈电端口(6、9)、第一、第二换相单元(8、12)、连接电缆(1、4、7、11)，其特征在于，还包括：接地板(5)，每个所述天线单元包括两个垂直段以及连接两个垂直段上端的水平段，还包括与靠外侧的垂直段的下端相连接的尾部水平段，且第一和第二天线单元(2、3)通过第一换相单元(8)和第一馈电端口(6)配对构成对称振子，第三和第四天线单元(10、13)通过第二换相单元(12)和第二馈电端口(9)配对构成对称振子，两个对称振子正交、垂直放置分布在接地板(5)之上，在同一平面内成“十”字形排列，在结构上成中心对称分布，四个天线单元(2、3、10、13)外侧的垂直段在水平面上均匀对称分布；第一馈电端口(6)的芯和第一天线单元(2)相连，第一馈电端口(6)的外导体通过第一换相单元(8)和第二天线单元(3)相连，第二馈电端口(9)的芯和第三天线单元(10)相连，第二馈电端口(9)的外导体通过第二换相单元(12)和第四天线单元(13)相连，同时第一、第二馈电端口(6、9)穿过接地板(5)，第一、第二馈电端口(6、9)的外导体和接地板(5)相连。

2.根据权利要求1所述的低剖面高增益垂直极化全向天线，其特征是，所述的天线单元(2、3、10、13)的尾部水平段的末端分别通过连接电缆(1、4、7、11)和接地板(5)相连。

3.根据权利要求1所述的低剖面高增益垂直极化全向天线，其特征是，第一馈电端口(6)的外导体和第一换相单元(8)之间的连接电缆(7)的长度几乎为零，第二馈电端口(9)的外导体和第二换相单元(12)之间的连接电缆(11)的长度几乎为零。

4.根据权利要求1所述的低剖面高增益垂直极化全向天线，其特征是，第一、第二馈电端口(6、9)分别向两个对称振子馈电，第一、第二馈电端口(6、9)并联，且同时同相馈电，使四个天线单元(2、3、10、13)外侧的垂直段上电流分布一致，使在水平面上均匀对称分布的四个天线单元(2、3、10、13)外侧的垂直段向外形成的辐射场在水平面360度范围内均匀分布。

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