[发明专利]超宽带高增益全向天线及其超宽带振子单元

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种无线通信天线设备与技术，特别是涉及超宽带高增益全向天线及其技术。

【背景技术】

全向天线，通常指在方位面具有均匀辐射特性的一类天线，它在无线通信领域中具有广泛而重要的用途，典型场景如通信基站、广播电视塔，或车辆、飞行器、无线网关等终端设备。首先，由于用户设备相对于基站台的位置和方位是任意的，使用全向天线不仅能保证良好的通信效果，还可以减少设备尺寸与成本。另外，考虑到基站的覆盖范围和系统容量，全向天线必须是高增益、高功率和宽带宽。再者，全向天线需要大量部署，还必须具有低互调、低成本、适合量产等特点。综上所述，在工程领域中宽带宽、高增益、高效率、低成本、低互调、易生产的全向天线具有强烈的应用需求。迄今为止，人们所发明的各种高增益全向天线几乎都是采用半波振子共线或共轴组阵方式来实现。受制于应用需求、设计难度、尺寸限制等因素，高增益全向天线的常见增益为5-12dBi。而且，随着增益增加，带宽将逐渐减小，即增益与带宽是一对矛盾。常规高增益宽带振子阵列，通常选用直径较粗的金属管为辐射元，采用同轴电缆来构建馈电网络。这种方案可克服增益和带宽的矛盾，且功率容量大，但焊点多、互调差、尺寸大、成本高、量产困难。相比之下，PCB印制方案则具有低互调、高可靠性、低成本、适合批产等优点，但功率容量较低、阻抗带宽较窄，增益带宽更窄。鉴于上述优点，印制振子阵列已在无线领域尤其是终端设备上获得了广泛应用。如果解决大功率和带宽较窄的问题，印制振子阵列将成为全向基站的理想设计方案。综上所述，高增益宽带全向天线具有广阔的应用前景，但仍需突破诸多工程技术瓶颈，因此仍是天线研究的重要方向。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种超宽带、高增益、全向性、垂直极化、低旁瓣、高交叉极化比、高效率的超宽带高增益全向天线及其超宽带振子单元。

为实现本发明目的，提供以下技术方案：

本发明旨在为无线通信提供一种超宽带、高增益、全向性、垂直极化、低旁瓣、高交叉极化比、高效率，以及低互调、高可靠、结构简单、低成本、易生产的全向基站天线，并为低增益、窄频带的终端全向天线的设计和改进提供有益的参考方法。

本发明提供一种超宽带振子单元，其包括上臂和下臂，该上臂和下臂为镜像对称的U形臂，分别排布在介质板的顶底两面，上臂和下臂之间有窄的间隙，在该上臂和下臂外侧平行地附加一对寄生枝节。

优选的，该U形臂的宽度在顶部开口处向外拓宽。

优选的，该U形臂的底端两侧拐角处设置倒内角，倒角值范围为15°～60°。

优选的，该U形臂的底端内侧中央有一朝下的矩形凹陷。

优选的，该寄生枝节为上下对称的长条形，位于介质基板的顶面或底面，或通过中间过孔排布于介质板的顶底两面，该寄生枝节紧挨U形臂左右两侧与之平行放置，该寄生枝节的内边和两端均与上臂和下臂之间存在间隔距离。

优选的，该寄生枝节中间部分朝内凸入U形臂底端两侧切角位置，而外边则与上臂和下臂的最外边平齐。

优选的，该上臂和下臂的长度为0.20～0.25个中心波长，内外宽度与长度比例分别为0.25～0.35、0.45～0.75，该寄生枝节的宽长比约为0.01～0.20。

本发明还提供一种超宽带高增益全向天线，其包括至少一个如上所述的超宽带振子单元，该至少一个超宽带振子单元沿轴线排列，各振子上下臂通过平行双导体馈线连接为一体。

优选的，各超宽带振子单元的上臂朝向基板一侧，下臂则朝向基板另一侧；阵列关于中心镜像对称。

优选的，平行双导体馈线与阵列中心轴线重合，由不等长宽的多节变换段级联而成，包括上下导线，且在两末端上下短路，中心点开有通孔作为馈电孔，同轴电缆内导体穿过通孔后焊接在上导线上，外导体则焊接在下导线上；通孔环周为焊盘，同轴电缆焊接在焊盘上。

优选的，各超宽带振子单元的间距d＝(0.55～0.85)×λ_c，其中λ_c为中心波长，基板材料的介电常数ε_r＝1～20，即为包括空气在内的各种常见介质材料。

优选的，介质板长宽大于等于阵列尺寸，以对阵列起到支撑和阻抗匹配作用。

优选的，同轴电缆顺着平行双导体馈线或阵列轴线方向延伸至阵列一端，并于平行双导体馈线的一侧导线焊接。

对比现有技术，本发明具有以下优点：