[实用新型]宽带高增益垂直极化全向天线

说明书

【技术领域】

本实用新型涉及一种无线通信基站天线设备与技术，特别是涉及宽带高增益垂直极化全向天线及其技术。

【背景技术】

移动蜂窝网络已基本实现了信号广域覆盖，解决了人与人之间自由沟通的问题。然而，物与物之间、人与物之间尚未实现信息联通。信息随心所至、万物互联互通，才是人类的终极目标。建立在信息网基础上的物联网IoT(Internet of Things)是下一代移动通信5G的关键技术及应用。但是，物联网难以共享现有的蜂窝网络，而需要建设专用无线网络才能满足其特殊需要。例如，利用交通专用移动网络，交管部门可以对道路状况进行实时监控，引导整个道路网络的车流均衡，从而减少交通拥堵和阻塞。再如，利用警务专用移动通信网络，公安部门可以对安保重点区域进行全天不间断高清视频监控，并实现视频集群呼叫和海量节点实时、可靠的数据传输等。

交通、警务和政务等专用无线网，跟蜂窝网络一样，需要在广阔区域部署大量站点才能实现广域覆盖。考虑到传播特性、覆盖范围、系统容量、站址选择、建站成本等因素，这些无线专网所规划的频段往往优先考虑UHF频段，如300MHz-600MHz。然而，由于UHF电波波长较长(0.5m-1.0m)，按照与工作波长可比拟的特性，半波辐射单元的尺寸将在0.25m-0.5m量级。这种情况下，若将该单元按照常规基站天线的方式共轴或共面组阵并后置反射板、然后排成圆阵以实现高增益全向覆盖的话，天线总高度和直径将达到数米量级，使得选址非常困难、安装十分不便，而且风载较大，需要设计坚固的安装组件。另外，多扇区配置的阵列天线设计复杂、成本较高。综上所述，专用网基站天线不宜采用蜂窝基站的多扇区阵列设计，而适合用一副高增益水平全向天线，即可覆盖基站周围广阔区域中的众多用户。由于增益高，天线尺寸较大，室外工作时风载也是一个重要问题。由此可见，宽带宽、高增益、全向性、大功率、低互调、小尺寸、高风载、低成本是无线专网基站天线的优选方案。

由于辐射功率均匀分布在水平360°范围，相比定向天线全向天线实现高增益要困难得多(G≥8dBi)，尤其在频率较低的UHF频段。理论上，获得高增益只需阵元数目足够多即可。实际上，阵元数越多时，馈电设计变得越具挑战性。馈电网络的作用是将激励信号从接头馈送至各个阵元。这就要求信号在经网络传输至辐射元时，不仅幅度衰减小，相位色散也要小。当天线带宽较窄时，这不会成为什么问题。然而，当天线带宽较宽或多频工作时，馈电网络的色散效应就会很严重，致使宽带内或各频带无法保持一致的高增益。不仅如此，随着阵元数增多，馈电网络功分级数越多，其工作带宽显著下降，将远低于辐射元自身带宽。可以说，馈线色散是高增益全向天线最大的技术瓶颈。迄今为止，采用半波振子为辐射元的各种高增益全向天线，馈电方式具体可归纳为下面四类：1、天馈一体化印制偶极子阵列；2、同轴电缆+天馈一体的印制偶极子阵列；3、底端串馈内外导体交错连接的同轴偶极子阵列；4、底端串馈带弯折或螺旋反向器的偶极子阵列。上述各方案的优缺点如下：方案1结构紧凑、性能可靠，但带宽较窄，带内增益波动较大；方案2带宽较宽，带内增益一致性较好，但由于引入了同轴电缆，结构不那么紧凑，可靠性也降低；方案3带宽较窄、方向图下倾、带内增益差异大，且焊点多、可生产性差；方案4带宽窄、方向图下倾、增益随频率变化大、尺寸长，但馈电简单、可生产性好。

因此，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，以及小尺寸、高风载、低互调、高可靠、结构简单、易生产、低成本的全向基站天线实为必要。

【发明内容】

本实用新型旨在为UHF无线专网提供一种宽带、高增益、全向性、垂直极化、低旁瓣、高交叉极化比、高效率，以及小尺寸、高风载、低互调、高可靠、结构简单、易生产、低成本的宽带高增益垂直极化全向天线，并为较低增益、较窄带宽的其他全向天线的设计和改进提供有益的参考方法。

为实现本实用新型目的，提供以下技术方案：

本实用新型提供一种宽带高增益垂直极化全向天线，其包括U形振子复合阵，该U形振子复合阵包括至少一个U形振子两元子阵沿轴线方向排列，该U形振子两元子阵包括两个共轴排列的U形振子单元，该U形振子单元包括对称设置的U形的上臂和下臂，分布在介质基板的两面，该介质基板的两面还设有平行双导线，平行双导线的两导体分别连接该U形振子单元上、下臂。

优选的，在两相邻U形振子两元子阵的之间，设有等幅同相的一分二微带功分器。

优选的，该微带功分器中心为输入端，两侧为输出端，三个端口均连接同轴馈线。