CN115986424B - 一种超宽带垂直极化贴片全向天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超宽带垂直极化贴片全向天线，包括第一介质板、第二介质板、支撑柱、天线辐射体、金属地板、一分八等功分器、金属短路柱、金属馈电柱和同轴线；所述天线辐射体印刷在第一介质板的上表面；天线辐射体的圆心处蚀刻有圆形槽；所述一分八等功分器印刷在第二介质板的上表面；所述金属地板印刷在第二介质板的下表面；金属地板上蚀刻有第一圆环形槽和第二圆环形槽。本发明提供的一种超宽带垂直极化贴片全向天线，同时具备低剖面和超宽带垂直极化的特性。
Description
技术领域
本发明涉及通讯天线领域，具体涉及一种超宽带垂直极化贴片全向天线。
背景技术
全向天线广泛用于无线通信系统，尤其在WLAN路由器和360°覆盖的基站中。传统的室内和城市使用的全向天线主要分为单极化和双极化，通常以垂直极化为主，这是因为垂直极化波在陆地移动通信中更容易在起伏的地形上传播，从而大大降低能量衰减。
同时，随着现代无线网络应用的不断增长，要求宽带全向天线覆盖多个频段，如LTE频段(1.7-2.7GHz)和新的5G移动通信系统(3.1-5GHz)。单极子天线是一种设计垂直极化天线的传统方法，虽然具有优秀的全向辐射特性、大带宽等优点，但是这类天线通常有着很高的剖面，这不适合一些需要小型化天线的区域使用。贴片天线虽然可以实现垂直极化辐射，但是通常很难实现大带宽。
例如，授权公告号为CN216120755U的中国实用新型专利公开的一种高隔离度低剖面宽带基站天线，是具有低剖面特性的垂直极化天线，但是其阻抗带宽只有16%。
因此设计低剖面、能覆盖1.7-5GHz频段的超宽带垂直极化全向天线是目前通讯天线领域的重要研究方向。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中存在的问题，提供一种超宽带垂直极化贴片全向天线，其同时具备低剖面和超宽带垂直极化的特性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种超宽带垂直极化贴片全向天线，包括第一介质板、第二介质板、支撑柱、天线辐射体、金属地板、一分八等功分器、金属短路柱、金属馈电柱和同轴线；
所述第一介质板和第二介质板呈圆形，两者互相平行且圆心位于同一竖直轴线上；第一介质板通过支撑柱固定支撑于第二介质板上方；
所述天线辐射体印刷在第一介质板的上表面，通过工作在TM01和TM02模式实现全向辐射；天线辐射体的圆心处蚀刻有圆形槽，使得天线辐射体整体呈圆环状，所述圆形槽用于改善天线在高频的阻抗匹配；
所述一分八等功分器印刷在第二介质板的上表面，用于等幅等相位地为天线辐射体馈电；
所述金属地板印刷在第二介质板的下表面；金属地板上蚀刻有第一圆环形槽和第二圆环形槽，使得金属地板被分隔成具有相同圆心且由内向外嵌套分布的圆形贴片、第一环形贴片和第二环形贴片；所述第一圆环形槽和第二圆环形槽用于产生两个谐振频点，从而拓展天线带宽；
所述同轴线从第二介质板的下方接入，同轴线的外导体与金属地板焊接固定，同轴线的内导体通过金属化过孔连接到一分八等功分器的输入端；一分八等功分器的八个输出端分别通过一金属馈电柱连接到金属地板和天线辐射体，用于向天线辐射体馈电；
所述金属短路柱通过金属化过孔将金属地板和天线辐射体连接在一起，用于实现天线的电短路。
进一步地，所述支撑柱有4个，4个支撑柱沿圆周方向均匀分布于第一介质板和第二介质板之间。
进一步地，所述金属短路柱包括第一金属短路柱、第二金属短路柱、第三金属短路柱、第四金属短路柱、第五金属短路柱、第六金属短路柱、第七金属短路柱和第八金属短路柱；所述第一金属短路柱、第二金属短路柱、第三金属短路柱、第四金属短路柱、第五金属短路柱、第六金属短路柱、第七金属短路柱和第八金属短路柱的上端分别通过第一介质板上的金属化过孔与天线辐射体电连接；所述第一金属短路柱、第二金属短路柱、第三金属短路柱、第四金属短路柱、第五金属短路柱、第六金属短路柱、第七金属短路柱和第八金属短路柱的下端分别通过第二介质板上的金属化过孔与金属地板的第一环形贴片电连接。
进一步地，所述第一环形贴片的内侧连接沿径向向内延伸的八条微带线，所述八条微带线的长度相等，且沿圆周方向均匀分布于第一环形贴片的内侧；
所述第一金属短路柱、第二金属短路柱、第三金属短路柱、第四金属短路柱、第五金属短路柱、第六金属短路柱、第七金属短路柱和第八金属短路柱的下端分别通过第二介质板上的金属化过孔连接到八条微带线的末端。
进一步地，所述第一圆环形槽和第二圆环形槽的长度对应中心频率的四分之一波长。
进一步地，所述一分八等功分器设置于圆形贴片的投影范围内，一分八等功分器的八个输出端依次沿圆周方向均匀地分布于第二介质板上；所述金属馈电柱包括第一金属馈电柱、第二金属馈电柱、第三金属馈电柱、第四金属馈电柱、第五金属馈电柱、第六金属馈电柱、第七金属馈电柱和第八金属馈电柱；
第一金属馈电柱、第二金属馈电柱、第三金属馈电柱、第四金属馈电柱、第五金属馈电柱、第六金属馈电柱、第七金属馈电柱和第八金属馈电柱的下端分别连接到一分八等功分器的八个输出端，并分别通过第二介质板上的金属化过孔连接到金属地板中的圆形贴片；第一金属馈电柱、第二金属馈电柱、第三金属馈电柱、第四金属馈电柱、第五金属馈电柱、第六金属馈电柱、第七金属馈电柱和第八金属馈电柱的上端分别通过第一介质板上的金属化过孔连接到天线辐射体。
本发明提供的一种超宽带垂直极化贴片全向天线，同时具备低剖面和超宽带垂直极化的特性。本发明利用天线工作时的TM01模式和TM02模式实现垂直极化的全向辐射，并且产生两个谐振频点，从而提高带宽；同时，在金属地板上开设两个圆环形槽，产生两个谐振频点，从而拓展带宽；进一步地，在辐射贴片上开设圆形槽，用于改善阻抗匹配，并且拓展高频的带宽。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种超宽带垂直极化贴片全向天线的爆炸结构示意图。
图2是本发明实施例中的第一介质板的顶面结构示意图。
图3是本发明实施例中的第二介质板的底面结构示意图。
图4是本发明实施例提供的一种超宽带垂直极化贴片全向天线的仿真S参数图。
图5是本发明实施例提供的提供的一种超宽带垂直极化贴片全向天线在中心频率下的XOZ面和XOY面的方向图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种超宽带垂直极化贴片全向天线，包括第一介质板2、第二介质板6、支撑柱5、天线辐射体1、金属地板7、一分八等功分器9、金属短路柱3、金属馈电柱4和同轴线；
所述第一介质板2和第二介质板6呈圆形，两者互相平行且圆心位于同一竖直轴线上；第一介质板2通过支撑柱5固定支撑于第二介质板6上方。在本实施例中，所述支撑柱5有4个，分别为第一支撑柱51、第二支撑柱52、第三支撑柱53和第四支撑柱54，4个支撑柱5沿圆周方向均匀分布于第一介质板2和第二介质板6之间，共同用来支撑天线结构和固定天线高度。
所述天线辐射体1印刷在第一介质板2的上表面，通过工作在TM01和TM02模式实现全向辐射；天线辐射体1的圆心处蚀刻有圆形槽11，使得天线辐射体1整体呈圆环状，所述圆形槽11用于改善天线在高频的阻抗匹配。
所述一分八等功分器9印刷在第二介质板6的上表面，用于等幅等相位地为天线辐射体馈电。
所述金属地板7印刷在第二介质板6的下表面；金属地板7上蚀刻有第一圆环形槽71和第二圆环形槽72，使得金属地板7被分隔成具有相同圆心且由内向外嵌套分布的圆形贴片、第一环形贴片和第二环形贴片。所述第一圆环形槽71和第二圆环形槽72的长度（槽体中间位置处的圆周长）分别对应两个不同中心频率的四分之一波长，用于产生两个谐振频点，从而拓展天线带宽。
需要说明的是，一方面，本发明中的第一介质板2和第二介质板6由透明材料制成，另一方面，也是为了便于直观、全面地展示天线的整体结构；故而在图1中将第二介质板6上表面的一分八等功分器9和下表面的金属地板7同时展示在附图中，这并不代表一分八等功分器9和金属地板7位于同一平面上。此外，一分八等功分器9实际也是由金属贴片组成，但是在图1中为了将其与金属地板7进行区分和突出显示，将一分八等功分器9绘制成了白色。关于这部分的特征应以本发明说明书的文字描述为准，本领域技术人员能够结合本领域的公知常识，从图1中毫无疑义地看出相关技术特征；图1中所采用的绘图方式并不影响本发明技术方案清楚、完整地表达。
进一步地，所述同轴线从第二介质板6的下方接入，同轴线的外导体82与金属地板7焊接固定，同轴线的内导体81通过金属化过孔连接到一分八等功分器9的输入端；一分八等功分器9的八个输出端分别通过一金属馈电柱4连接到金属地板7和天线辐射体1，用于向天线辐射体1馈电；
所述金属短路柱3通过金属化过孔将金属地板7和天线辐射体1连接在一起，用于实现天线的电短路。
具体地，所述金属短路柱3包括第一金属短路柱31、第二金属短路柱32、第三金属短路柱33、第四金属短路柱34、第五金属短路柱35、第六金属短路柱36、第七金属短路柱37和第八金属短路柱38；所述第一金属短路柱31、第二金属短路柱32、第三金属短路柱33、第四金属短路柱34、第五金属短路柱35、第六金属短路柱36、第七金属短路柱37和第八金属短路柱38的上端分别通过第一介质板2上的金属化过孔与天线辐射体1电连接；所述第一金属短路柱31、第二金属短路柱32、第三金属短路柱33、第四金属短路柱34、第五金属短路柱35、第六金属短路柱36、第七金属短路柱37和第八金属短路柱38的下端分别通过第二介质板6上的金属化过孔与金属地板7的第一环形贴片电连接。
进一步地，所述金属地板7的第一环形贴片的内侧连接沿径向向内延伸的八条微带线，所述八条微带线的长度相等，且沿圆周方向均匀分布于第一环形贴片的内侧；
所述第一金属短路柱31、第二金属短路柱32、第三金属短路柱33、第四金属短路柱34、第五金属短路柱35、第六金属短路柱36、第七金属短路柱37和第八金属短路柱38的下端分别通过第二介质板6上的金属化过孔连接到八条微带线的末端。
进一步地，所述一分八等功分器9设置于金属地板7的圆形贴片的投影范围内，一分八等功分器9的八个输出端依次沿圆周方向均匀地分布于第二介质板6上；所述金属馈电柱4包括第一金属馈电柱41、第二金属馈电柱42、第三金属馈电柱43、第四金属馈电柱44、第五金属馈电柱45、第六金属馈电柱46、第七金属馈电柱47和第八金属馈电柱48；
第一金属馈电柱41、第二金属馈电柱42、第三金属馈电柱43、第四金属馈电柱44、第五金属馈电柱45、第六金属馈电柱46、第七金属馈电柱47和第八金属馈电柱48的下端分别连接到一分八等功分器9的八个输出端，并分别通过第二介质板6上的金属化过孔连接到金属地板7中的圆形贴片；第一金属馈电柱41、第二金属馈电柱42、第三金属馈电柱43、第四金属馈电柱44、第五金属馈电柱45、第六金属馈电柱46、第七金属馈电柱47和第八金属馈电柱48的上端分别通过第一介质板2上的金属化过孔连接到天线辐射体1。
请参照图4，为本发明实施例提供的一种超宽带垂直极化贴片全向天线仿真得到的S参数。从图中可以看到，本实施例的天线的阻抗带宽为109%（1.5-5.1GHz），覆盖了LTE的中高频段和新5G移动通信系统。
请参照图5，为本发明实施例提供的一种超宽带垂直极化贴片全向天线在中心频率下的XOZ面和XOY面的方向图。从图中可以看出，本实施例的天线可以在其覆盖的频段内保持相对良好的全向辐射模式。
本发明提供的一种超宽带垂直极化贴片全向天线，在金属地板7上开有两个圆环形槽（第一圆环形槽71和第二圆环形槽72）；当天线工作时，电流主要集中于圆环形槽的附近，这使得天线失配，从而产生阻带。两个圆环形槽的长度分别对应于两个不同中心频率的四分之一波长，这使得天线在低频和高频分别产生一个谐振频点，这两个谐振频点共同作用产生一个大阻带，从而拓展带宽。同时，本发明还天线辐射体1上开设圆形槽11，这可以改善天线的阻抗匹配，同时使得处于高频的谐振频点向着高频移动，从而拓展带宽通过利用天线工作时的TM01模式和TM02模式来实现全向辐射，同时这两种模式可以分别产生一个谐振频点，这两个谐振频点能和圆环槽11产生的谐振频点共同产生一个大的阻带，从而得到目标带宽。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (2)
1.一种超宽带垂直极化贴片全向天线，其特征在于，包括第一介质板、第二介质板、支撑柱、天线辐射体、金属地板、一分八等功分器、金属短路柱、金属馈电柱和同轴线；
所述第一介质板和第二介质板呈圆形，两者互相平行且圆心位于同一竖直轴线上；第一介质板通过支撑柱固定支撑于第二介质板上方；
所述天线辐射体印刷在第一介质板的上表面，通过工作在TM01和TM02模式实现全向辐射；天线辐射体的圆心处蚀刻有圆形槽，使得天线辐射体整体呈圆环状，所述圆形槽用于改善天线在高频的阻抗匹配；
所述一分八等功分器印刷在第二介质板的上表面，用于等幅等相位地为天线辐射体馈电；
所述金属地板印刷在第二介质板的下表面；金属地板上蚀刻有第一圆环形槽和第二圆环形槽，使得金属地板被分隔成具有相同圆心且由内向外嵌套分布的圆形贴片、第一环形贴片和第二环形贴片；所述第一圆环形槽和第二圆环形槽用于产生两个谐振频点，从而拓展天线带宽；
所述同轴线从第二介质板的下方接入，同轴线的外导体与金属地板焊接固定，同轴线的内导体通过金属化过孔连接到一分八等功分器的输入端；一分八等功分器的八个输出端分别通过一金属馈电柱连接到金属地板和天线辐射体，用于向天线辐射体馈电；
所述金属短路柱通过金属化过孔将金属地板和天线辐射体连接在一起，用于实现天线的电短路；
所述金属短路柱包括第一金属短路柱、第二金属短路柱、第三金属短路柱、第四金属短路柱、第五金属短路柱、第六金属短路柱、第七金属短路柱和第八金属短路柱；所述第一金属短路柱、第二金属短路柱、第三金属短路柱、第四金属短路柱、第五金属短路柱、第六金属短路柱、第七金属短路柱和第八金属短路柱的上端分别通过第一介质板上的金属化过孔与天线辐射体电连接；所述第一金属短路柱、第二金属短路柱、第三金属短路柱、第四金属短路柱、第五金属短路柱、第六金属短路柱、第七金属短路柱和第八金属短路柱的下端分别通过第二介质板上的金属化过孔与金属地板的第一环形贴片电连接；
所述第一环形贴片的内侧连接沿径向向内延伸的八条微带线，所述八条微带线的长度相等，且沿圆周方向均匀分布于第一环形贴片的内侧；
所述第一金属短路柱、第二金属短路柱、第三金属短路柱、第四金属短路柱、第五金属短路柱、第六金属短路柱、第七金属短路柱和第八金属短路柱的下端分别通过第二介质板上的金属化过孔连接到八条微带线的末端；
所述第一圆环形槽和第二圆环形槽的长度对应中心频率的四分之一波长；
所述一分八等功分器设置于圆形贴片的投影范围内，一分八等功分器的八个输出端依次沿圆周方向均匀地分布于第二介质板上；所述金属馈电柱包括第一金属馈电柱、第二金属馈电柱、第三金属馈电柱、第四金属馈电柱、第五金属馈电柱、第六金属馈电柱、第七金属馈电柱和第八金属馈电柱；
第一金属馈电柱、第二金属馈电柱、第三金属馈电柱、第四金属馈电柱、第五金属馈电柱、第六金属馈电柱、第七金属馈电柱和第八金属馈电柱的下端分别连接到一分八等功分器的八个输出端，并分别通过第二介质板上的金属化过孔连接到金属地板中的圆形贴片；第一金属馈电柱、第二金属馈电柱、第三金属馈电柱、第四金属馈电柱、第五金属馈电柱、第六金属馈电柱、第七金属馈电柱和第八金属馈电柱的上端分别通过第一介质板上的金属化过孔连接到天线辐射体。
2.根据权利要求1所述的超宽带垂直极化贴片全向天线，其特征在于，所述支撑柱有4个，4个支撑柱沿圆周方向均匀分布于第一介质板和第二介质板之间。
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| Title |
|---|
| Omnidirection Vertically Polarized Antenna on Unmanned Aerial Vehicle;Y. -D. Yan and Y. -C. Jiao;2018 12th International Symposium on Antennas, Propagation and EM Theory (ISAPE);1-3 * |
| 一种全向共形微带贴片天线阵的设计;郝宏刚;王少文;阮巍;何勇;;电子元件与材料(04);全文 * |
| 一种具有低不圆度的宽带水平极化全向天线;刘港，李源俊，叶亮华;《电子元件与材料》;854-858 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115986424A (zh) | 2023-04-18 |
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