專利名稱：新型寬頻帶全向天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型寬頻帶全向天線，應(yīng)用于通信，移動(dòng)通信領(lǐng)域內(nèi)所有通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中 作為發(fā)或/和接收無線電信號(hào)之用，頻率覆蓋范圍為806-960， 1710-2170， 2400-2500MHz的 新型寬頻帶全向天線。所屬技術(shù)領(lǐng)域無線電通信設(shè)備，電磁場(chǎng)與微波技術(shù)，移動(dòng)通信天線。
背景技術(shù)：
由于無線電通信設(shè)備和電子設(shè)備朝著多功能，小型化，超寬帶及與周圍環(huán)境友好協(xié)調(diào)的 方向發(fā)展，這使得寬頻帶，小型化天線的研究成為國內(nèi)外移動(dòng)通信行業(yè)的熱點(diǎn)課題，它涉及 到天線的加載和電抗補(bǔ)償技術(shù)，小天線外型的優(yōu)化設(shè)計(jì)，適合于不同小區(qū)信號(hào)覆蓋的小天線 寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)以及多頻段共用天線的集成設(shè)計(jì)，把多個(gè)頻段集成為一種天線結(jié)構(gòu)是當(dāng) 前天線技術(shù)發(fā)展的一種趨勢(shì)，也是實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化的推動(dòng)力。以往的天線產(chǎn)品是針對(duì)不同的 工作頻段進(jìn)行設(shè)計(jì)的， 一般尺寸和體積都比較大，各不同的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，是否兼 容或兼容的程度取決于天線系統(tǒng)的帶寬及相應(yīng)的性能，有些通信產(chǎn)品系統(tǒng)集成時(shí)使用頻率和 路器，不便于安裝，提高了成本，而且開發(fā)的都是定向天線產(chǎn)品，雖然也有為數(shù)很少的寬頻 帶全向天線產(chǎn)品，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本較高，而且性能上存在一些缺陷，不宜推廣，這樣 給移動(dòng)通信小區(qū)覆蓋造成了一定的難度，因此開發(fā)多頻段小型化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省電減排，成 本低廉的寬頻帶全向天線是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足而提供一種新型寬頻帶全向天線。 本發(fā)明的主饋線6給主振子饋電，主振子包括上振子12和下振子13，其特征在于上 振子12、下振子B的下端口32短接在一起且之間設(shè)有塑料固定小盤5，在主振子中間穿有 中空的銅管4，銅管4外面分別套有內(nèi)層套筒8和外層套筒7，在上振子12的內(nèi)層套筒8中 添加有兩層介質(zhì)環(huán)塊14。主振子中間起始段采用漸變過渡形式，漸變部分與中心銅管4的夾 角為30° —45° 。介質(zhì)環(huán)塊14由四氟已烯制成。介質(zhì)環(huán)塊14的厚度是可調(diào)的，兩層介質(zhì)環(huán) 塊14的間距亦是可調(diào)的。本發(fā)明還可以增加垂直大補(bǔ)償片9接于外套筒7的外壁，且垂向主 振子中心的水平線；在上下振子形成的夾角處設(shè)有垂直小補(bǔ)償片IO和傾斜補(bǔ)償片11，傾斜 補(bǔ)償片11的兩端分別連接在上下振子的外壁，傾斜補(bǔ)償片11與饋電點(diǎn)34在電氣上連接在一
與傾斜補(bǔ)償片11對(duì)稱的另一側(cè)有垂直小補(bǔ)償片10,垂直小補(bǔ)償片10的兩端分別連接在上下 振子的外壁。由兩個(gè)相同新型寬頻帶全向天線組成二元天線陣，主饋線6連接一分為二功分 器16的輸入端， 一分為二功分器16輸出端的等長第一饋線17和第二饋線18分別給上主振 子和下主振子饋電，上下主振子的間距約為0.8入0，入0為中心頻率對(duì)應(yīng)的波長。由四個(gè) 相同的新型寬頻帶全向天線組成四元天線陣，主饋線6連接一分為四功分器26的輸入端，一 分為四功分器26輸出端等長的第一饋線17、第三饋線24、第二饋線18、第四饋線25分別 給上下直線排列的四元主振子饋電，上下主振子的間距約為0.8入0，入0為中心頻率對(duì)應(yīng)的 波長。在主振子的外部介質(zhì)天線罩3，在天線罩3的兩端設(shè)有上、下定位蓋1和2，中心銅 管4穿過下定位蓋2。天線罩3采用由PVC熟料或玻璃鋼管做成的天線罩。 有益效果
1、 由于該天線采用了粗振子及漸變段和雙套筒電抗補(bǔ)償措施，不僅保證了寬頻帶的阻抗 匹配特性，同時(shí)大大減小了輻射單元的尺寸，更有利于省電減排。
2、 在天線結(jié)構(gòu)中，中空的銅管起到三重作用 a 、支撐天線輻射體
b 、饋線從中空銅管中穿入及穿出，在管中鋪設(shè)，有效地防止了饋線對(duì)天線輻射方向圖 的影響，使饋線輻射單元可沿該管自由移動(dòng)有利于改變陣元間距及饋電相位，達(dá)到方便地改 變方向圖特性，調(diào)節(jié)天線波束寬度的目的。
c、它起著雙層同軸扼流套筒內(nèi)導(dǎo)體的作用，同時(shí)套在它上面的介質(zhì)套管起到調(diào)諧作用， 省去了多種補(bǔ)償片，保持了輻射振子在結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，因而使天線具有良好的方向性和均 勻性。
3、 值得進(jìn)步說明的是2中b點(diǎn)由于天線結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，可以方便地調(diào)整天線的波束寬 度，對(duì)于低增益全向天線而言，它的波束已經(jīng)足夠?qū)捔耍槐阌谝矡o需調(diào)整了，主要針對(duì)中 高增益的全向天線進(jìn)行調(diào)整，可以把它們當(dāng)作二元天線陣處理，根據(jù)需要，天線要覆蓋高層 建筑，就要展寬波束寬度，展寬的辦法就是改變陣元間距和改變各陣元的饋電相位(不再是 各單元等長的饋線了)，能在較大的范圍內(nèi)改變天線波束寬度，比如，達(dá)到60%左右的波束寬 度是不成問題的，相應(yīng)地天線增益就要降低2-3dBi左右，甚至損失更多一點(diǎn)。
說明書附圖


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意5
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的主振子結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的技術(shù)原理如下
在現(xiàn)代通信等電子設(shè)備系統(tǒng)中，使用的天線種類繁多，其中套筒振子天線以其良好的寬 頻帶特性得到了廣泛的應(yīng)用，但它的寬頻帶特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了目前移動(dòng)通信所使用的頻率范 圍(800-2500M/HZ)同時(shí)，與普通偶振子天線類似，套筒偶振子天線的總長度通常取為工作 頻段下限頻率所對(duì)應(yīng)的半波長，而本方案為了適應(yīng)小型化的需求，實(shí)際采用的尺寸遠(yuǎn)小于入 max/2 (Amax為對(duì)應(yīng)的最長工作波長)，我們?cè)谌蜿嚵刑炀€中，采用的單元同軸套筒天線 其長度為100mm，遠(yuǎn)小于正常的Amax/2483.5mm的長度，在寬頻段全向陣列天線中傳統(tǒng)的 串并聯(lián)饋電方式無法滿足全頻段方向圖不發(fā)生畸變，故在本方案中采用等幅同相不等間距并 聯(lián)饋電(二元以上陣列中將用之)有效地避免了垂直面方向圖的畸變。
本文采用如圖l所示的中空的銅管4作為同軸結(jié)構(gòu)的內(nèi)導(dǎo)體，同時(shí)起到支撐天線的作用， 銅管4外面采用兩層套筒(外層套筒7和內(nèi)層套筒8)，外層套筒7和內(nèi)層套筒8形成多頻工 作的主輻射單元，下面的兩層套筒作為主振子的負(fù)極，這種結(jié)構(gòu)是一種偶極子單元。雙層套 筒在上端口31接于中空的銅管4，起到雙層厄流的作用，彌補(bǔ)了由于主振子過長上端電流弱 的缺點(diǎn)，使電流形成回路，從而使天線上的電流為行波分布，減小了電流的反射，這是電抗 補(bǔ)償措施之一。上振子12、下振子13的下端口 32短接在一起且之間設(shè)有塑料固定小盤5， 并共同由同軸線饋電。下振子13在上端口31接于中心銅管4之上，內(nèi)導(dǎo)體伸出接于上面兩 層振子的公共接觸點(diǎn)，由于同軸線在高頻時(shí)可以實(shí)現(xiàn)能量的輻射，等效于天線，采用此種安 裝方案，中空的銅管4可以屏蔽掉同軸線向外輻射電磁能量，而且對(duì)偶極子饋電，起到了巴 倫的作用。這種偶極子近似工作于1/2波長，外層套筒7尺寸對(duì)低頻段設(shè)計(jì)，內(nèi)層套筒8尺 寸針對(duì)高頻設(shè)計(jì)。在內(nèi)層套筒8中添加兩層介質(zhì)環(huán)塊14可以對(duì)天線特性阻抗進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)試， 使天線的輸入阻抗接近于50歐姆，與軸線特性阻抗相匹配，這是電抗補(bǔ)償之二，為了改善阻 抗匹配，主振子中間起始段采用漸變過渡形式，漸變部分與中心銅管4的夾角為30。 一45° , 如圖一所示。
這種振子的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、易于安裝和固定，在同一個(gè)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)多頻工作，便于系 統(tǒng)集成。
以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行更詳細(xì)的說明。 實(shí)施例l
圖l、圖4,其中l(wèi)為上定位蓋，2為下定位蓋，3為天線罩，4為銅管，5為塑料固定小 盤，6為主饋線，7為外層套筒，8為內(nèi)層套筒，9為大補(bǔ)償片，IO為小補(bǔ)償片，ll為傾斜補(bǔ) 償片，12為上振子，13為下振子，14為介質(zhì)環(huán)塊，31為上端口， 32為下端口， 34為饋電點(diǎn)。
圖1為低增益(2-3dBi)寬頻帶全向天線。
圖1中，來自通信機(jī)的信號(hào)經(jīng)主饋線6給主振子饋電，注意同軸饋線的內(nèi)外導(dǎo)體分別 與主振子的上振子12與下振子13連接在一起，在主振子內(nèi)設(shè)置了內(nèi)層套筒8和外層套筒7 分別進(jìn)行高、低頻段的阻抗電抗補(bǔ)償，並在上振子12內(nèi)層套筒8中放置調(diào)諧介質(zhì)環(huán)塊14 (一 般用四氟已烯制成)，該介質(zhì)環(huán)塊14的厚度是可調(diào)的直到頻率發(fā)生諧振即匹配最佳為止，兩 層介質(zhì)環(huán)塊14的間距亦是可調(diào)的，為了進(jìn)一步改善匹配，可增加垂直大補(bǔ)償片9和垂直小補(bǔ) 償片10及傾斜補(bǔ)償片11;垂直大補(bǔ)償片9接于外套筒7的外壁，且垂向主振子中心的水平 線；在上下振子形成的夾角處設(shè)有垂直小補(bǔ)償片IO和傾斜補(bǔ)償片11,傾斜補(bǔ)償片11的兩端 分別連接在上下振子的外壁，傾斜補(bǔ)償片11與饋電點(diǎn)34在電氣上連接在一起，與傾斜補(bǔ)償 片11對(duì)稱的另一側(cè)有垂直小補(bǔ)償片IO，垂直小補(bǔ)償片10的兩端分別連接在上下振子的外壁。
在振子的外部介質(zhì)天線罩3，它是由PVC熟料或玻璃鋼管做成的保護(hù)天線的外罩， 一般 要求它對(duì)電磁的衰減要小，機(jī)械強(qiáng)度好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，最后利用上、下定位蓋1和2進(jìn)行 封裝，中心銅管4穿過下定位蓋2。
實(shí)施例2
圖2，其中16為一分為二功分器，17為第一饋線，18為第二饋線。 圖2為中等增益(4-6) dBi的寬頻帶全線天線。
它實(shí)際上是由圖l所示的兩個(gè)相同的天線單元組成的二元天線陣，由圖2可見主饋線6 經(jīng)過一分為二功分器16分為兩路，經(jīng)過等長的第一饋線17和第二饋線18分別給上主振子和 下主振子饋電，上下主振子的間距約為0.8入o (入o為中心頻率對(duì)應(yīng)的波長)。
實(shí)施例3
圖3，其中24為第三饋線，25為第四饋線，26—分為四功分器。 圖3為高增益(7-11) dBi的寬頻帶全向天線。
它實(shí)際上是由圖l所示的四個(gè)相同的天線單元組成的四元天線陣，由圖3可見主饋線6 經(jīng)過一分為四功分器26分為四路，經(jīng)過等長的饋線第一饋線17、第三饋線24、第二饋線18、 第四饋線25分別給上下直線排列的四元主振子饋電，上下主振子的間距約為0.8入o (入o 為中心頻率對(duì)應(yīng)的波長)。
雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝 者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求保護(hù)范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種新型寬頻帶全向天線，主饋線(6)給主振子饋電，主振子包括上振子(12)和下振子(13)，其特征在于上振子(12)、下振子(13)的下端口(32)短接在一起且之間設(shè)有塑料固定小盤(5)，在主振子中間穿有中空的銅管(4)，銅管(4)外面分別套有內(nèi)層套筒(8)和外層套筒(7)，在上振子(12)的內(nèi)層套筒(8)中添加有兩層介質(zhì)環(huán)塊(14)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型寬頻帶全向天線，其特征在于主振子中間起始段采用漸 變過渡形式，漸變部分與中心銅管(4)的夾角為3(T —45° 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新型寬頻帶全向天線，其特征在于介質(zhì)環(huán)塊(14)由四氟己 烯制成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新型寬頻帶全向天線，其特征在于介質(zhì)環(huán)塊(14)的厚度是 可調(diào)的，兩層介質(zhì)環(huán)塊(14)的間距亦是可調(diào)的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型寬頻帶全向天線，其特征在于垂直大補(bǔ)償片(9)接于 外套筒(7)的外壁，且垂向主振子中心的水平線；在上下振子形成的夾角處設(shè)有垂直小補(bǔ)償 片(10)和傾斜補(bǔ)償片(11)，傾斜補(bǔ)償片(11)的兩端分別連接在上下振子的外壁，傾斜補(bǔ) 償片(n)與饋電點(diǎn)(34)在電氣上連接在一起，與傾斜補(bǔ)償片(11)對(duì)稱的另一側(cè)有垂直 小補(bǔ)償片(10)，垂直小補(bǔ)償片(10)的兩端分別連接在上下振子的外壁。'
6、 一種新型寬頻帶全向天線，由兩個(gè)相同的權(quán)利要求1所述的新型寬頻帶全向天線組成 二元天線陣，其特征在于主饋線(6)連接一分為二功分器(16)的輸入端， 一分為二功分 器(16)輸出端的等長第一饋線(17)和第二饋線(18)分別給上主振子和下主振子饋電， 上下主振子的間距約為0.8入o，入o為中心頻率對(duì)應(yīng)的波長。
7、 一種新型寬頻帶全向天線，由四個(gè)相同的權(quán)利要求1所述的新型寬頻帶全向天線組成 四元天線陣，其特征在于主饋線(6)連接一分為四功分器(26)的輸入端， 一分為四功分 器(26)輸出端等長的第一饋線(17)、第三饋線(24)、第二饋線(18)、第四饋線(25)分 別給上下直線排列的四元主振子饋電，上下主振子的間距約為0.8入o，入o為中心頻率對(duì)應(yīng) 的波長。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的新型寬頻帶全向天線，其特征在于在主振子的外部介質(zhì)天線罩(3)，在天線罩(3)的兩端設(shè)有上、下定位蓋(1)和(2)，中心銅管(4) 穿過下定位蓋(2)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的新型寬頻帶全向天線，其特征在于天線罩(3)采用由PVC 熟料或玻璃鋼管做成的天線罩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型寬頻帶全向天線，本發(fā)明的主饋線(6)給主振子饋電，主振子包括上振子(12)和下振子(13)，其特征在于上振子(12)、下振子(13)的下端口(32)短接在一起且之間設(shè)有塑料固定小盤(5)，在主振子中間穿有中空的銅管(4)，銅管(4)外面分別套有內(nèi)層套筒(8)和外層套筒(7)，在上振子(12)的內(nèi)層套筒(8)中添加有兩層介質(zhì)環(huán)塊(14)。主振子中間起始段采用漸變過渡形式，漸變部分與中心銅管(4)的夾角為30°-45°。介質(zhì)環(huán)塊(14)的厚度是可調(diào)的，兩層介質(zhì)環(huán)塊(14)的間距亦是可調(diào)的。
文檔編號(hào)H01Q21/08GK101378148SQ20081015646
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者燕 徐, 李渠塘, 邢紅兵 申請(qǐng)人:邢紅兵