专利名称：高增益水平极化全向阵列天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及天线技术领域，具体地说是一种水平极化全向天线。
背景技术：
众所周知，电视使用水平极化天线，移动通信则多用垂直极化天线。在全向电视发射天线中，常用Alford方环天线作为水平极化全向天线的基本辐射单元，如图1a和图1b所示。在图1a中，由于交叉连接，造成相位和幅度不平衡，使零辐射方向偏离轴线。采用图1(b)所示双馈技术，虽然避免了交叉连接，但却又存在需要两个馈电点，使馈电网络变得复杂，不便批量生产等缺点。
实用新型的内容本实用新型的目的在于避免上述已有水平极化天线的缺点，提供一种把辐射单元、巴伦及馈线结合成一个整体的水平极化全向天线，以实现既避免交叉连接，又保证只有一个馈电点，可批量生产的问题。
实现本实用新型目的的技术方案是把3个互呈120°布局的印刷弯曲偶极子组成的水平极化全向天线作为基本辐射单元，再将至少两个基本辐射单元沿轴线并联构成高增益全向阵列天线，作为需要水平极化的全向天线使用。每个弯曲偶极子基本上为半波长对称振子，每个对称振子两个臂均弯曲，使其位于同一圆周上，以保证其在水平面方向图呈全向，每个半波长对称振子均用带开路支节补偿的微带巴伦及微带线馈电。3个偶极子的微带馈线均汇聚於圆心且相交在一点。弯曲偶极子、巴伦及微带馈线均由双面覆铜板用印刷电路技术一次加工而成。微带巴伦和微带馈线的芯线位于双面覆铜板的一面，如正面，偶极子的两个臂、微带巴伦和微带线的地则位于双面覆铜板的另一面，如背面，单元与单元之间用同轴线并联连接，同轴线沿轴向与构成3个弯曲偶极子的介质板垂直，同轴线的内导体与微带线的芯线相连，同轴线的外导体与微带线的地相连。把多个这种辐射单元沿轴线按一定间距两两并联，就能构成高增益水平极化全向天线阵。由于并联馈电点到上下两个辐射单元同轴线中的电流流向相反，为了保证上下两个辐射单元同相馈电，必须把上下辐射单元中的一个反转180°，使上下辐射单元中的电流方向一致。
本实用新型具有生产成本低、效率高、产品一致好等优点。由于用同轴线并联馈电组阵，不仅能实现宽频带高增益，而且容易调整天线阻抗匹配。本实用新型提供的新型辐射单元，可以在不同频段实现水平极化高增益全向天线。例如在3.8～4GHz频段，用16个本实用新型并联组阵，其电压驻波比VSWR≤1.5，增益G≥12dBi，水平面方向图呈全向，垂直面半功率波束宽度约4°。
图1是现有技术由ALford方环构成水平极化全向天线的结构示意图，其中图1a是交叉连接的水平极化全向天线的结构示意图，图1b是双馈连接的水平极化全向天线的结构示意图。
图2a是本实用新型基本辐射单元的整体结构图。
图2b是本实用新型基本辐射单元的偶极子图。
图2c是本实用新型基本辐射单元的微带巴伦及馈线芯线布局图。
图3是本实用新型将两个基本辐射单元组阵的结构示意图。
图4是本实用新型将多个基本辐射单元组阵的结构示意图。
具体实施方式
以下参照附图对本实用新型的结构进行详细的描述。
参照图2a，本实用新型的辐射单元1由三个互为120°布局的弯曲偶极子3、4、5组成。该三个弯曲偶极子3、4、5分别连接有馈电巴伦及馈线6、7、8，该三个偶极子3、4、5之间设有安装定位槽9、10、11。该辐射单元是由双面覆铜介质板2用印刷电路技术一次加工而成，馈电巴伦及馈线的结构形式为微带。所述弯曲偶极子和馈电巴伦及馈线的结构分别如图2b和图2c所示。其中，图2b所示的三个弯曲偶极子3、4、5印制在双面覆铜介质板2的正面，每个弯曲偶极子基本上为半波长对称振子，该弯曲偶极子3的两个振子臂分别为31和32，该弯曲偶极子4的两个振子臂分别为41和42，该弯曲偶极子5的两个振子臂分别为51和52，这些振子臂位于同一圆周上，以保证水平面呈全向。微带巴伦及馈线6的地线为62和63，微带巴伦及馈线7的地线为72和73，微带巴伦及馈线8的地线为82和83，且地线63、73、83相交于圆心16，且焊接在一起。图2c所示的微带巴伦及馈线的芯线印制在双面覆铜介质板2的背面，该微带巴伦及馈线6的芯线为61、12，该微带巴伦及馈线7的芯线为71、13，该微带巴伦及馈线8的芯线为81、14，且芯线12、13、14相交于圆心15。
参照图3，本实用新型的两个单元之间是用同轴线17、18轴向连接，为保证高增益，两单元之间距取0.97入，同轴线17和同轴线18等长，它们的内导体21和23与接线盒20的内导体相连，另一端分别与基本辐射单元1和1’微带馈线芯线相交点15相连；同轴线17和18的外导体22和24一端与接线盒20的外导体相连，另一端与基本辐射单元1和1’微带馈线地线的相交点16相连。由于同轴线17、18和19通过接线盒20并联，就有可能出现在某一时刻，同轴线内导体上21和23上的电流如图3箭头所示的反向，为了保证所有辐射单元上的电流同向，必须把用同轴线17和18连接的两个基本辐射单元中的一个反转180°，变成如图3中1’那种，只有这样，才能使基本辐射单元1和1’中的电流流向相同，如图3中呈反时针流动。为了构成高增益水平极化全向天线天线阵，可以把图3所示多个两单元沿轴向间距d＝0.97λ0组阵，该λ0为中心工作波长，如图4所示。
参照图4，本实用新型是用16个基本辐射单元沿轴向组阵，即8个图3所示结构组阵的下半部分。图4中17、18、19均为50Ω同轴线，调整基本单元1中3个并联弯曲偶极子及馈电网络的尺寸，使3个并联弯曲偶极子输入阻抗为50Ω。基本单元1和1’并联之后阻抗为25Ω，同轴线25和26的特性阻抗为50Ω，长度为λg/4，该λg为导波波长。以λg/4阻抗变换段把25Ω阻抗变换成100Ω，即50*50/25＝100，再将两个100Ω并联之后变成50Ω与连接它们的特性阻抗为50Ω的同轴线19匹配。同轴线27和28是特性阻抗为75Ω的λg/4阻抗变换段，把50Ω阻抗变换成112.5Ω，即75*75/50＝112.5，再把两个112.5Ω阻抗并联变成50Ω，基本上与连接它们的特性阻抗为50Ω的同轴线29相匹配。输出电缆30也为50Ω与同轴插座33相连，34为天线罩。
本实用新型对按图4实施方案制作的16元水平极化全向天线阵，进行了电压驻波比频率特性实测，从实测曲线可见，在3.8GHz～4GHz频段内，电压驻波比VSWR≤1.5，增益G≥12dBi。
本实用新型对按图4实施方案制作的16元水平极化全向天线阵，在中心频率处对水平面、垂直面方向图进行了实测，从实测曲线可见，水平面方向图呈全向，不圆度小于±1.4dB；垂直面半功率波束宽度约为4°。
可见把多个基本辐射单元沿轴线并联可以构成高增益全向天线阵，作为需要水平极化的全向天线使用。而且由于采用同轴线并联馈电组阵，不仅能实现宽频带高增益，而且容易调整天线阻抗匹配。
对于本领域的专业人员来说，在了解了本实用新型的内容后，都可能在不背离本实用新型技术方案的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本实用新型思想的修正和改变仍在本实用新型的权利要求保护范围之内。
权利要求1.一种高增益水平极化全向阵列天线，至少由两个水平极化全向天线基本辐射单元和馈电网络组成，其特征在于水平极化基本辐射单元(1)由三个互呈120°布局的印刷弯曲偶极子(3)、(4)、(5)组成，每个偶极子为半波长对称振子，每个对称振子的两个臂(31、32)，(41、42)和(51、52)均弯曲，且位于同一圆周上；馈电网络采用带有开路支节补偿结构的印刷巴伦及馈线(6)、(7)、(8)。
2.根据权利要求1所述的水平极化全向阵列天线，其特征在于印刷弯曲偶极子(3)、(4)、(5)和印刷巴伦及微带馈线(6)、(7)、(8)的芯线分别位于双面覆铜板的两个面，构成基本辐射单元，各基本辐射单元通过同轴线(17)、(18)和(19)连接为一体。
3.根据权利要求1所述的水平极化全向阵列天线，其特征在于印刷巴伦及馈线(6)、(7)、(8)的地线(63)、(73)、(83)相交于圆心(16)，芯线(12)、(13)、(14)相交于圆心(15)。
4.根据权利要求1或2所述的水平极化全向阵列天线，其特征在于各基本辐射单元之间的连接是沿轴线两两并联，即同轴线轴用同轴线(17)和(18)轴向连接与同轴线垂直的两个基本辐射单元，且上下辐射单元中的一个反转180°。
专利摘要本实用新型公开了一种高增益水平极化全向阵列天线，该天线由至少两个水平极化全向天线基本辐射单元和馈电网络组成，其中水平极化基本辐射单元1由三个互呈 120°布局的印刷弯曲偶极子3、4、5组成，每个偶极子为半波长对称振子，每个对称振子的两个臂31、32，41、42和51、52均弯曲，且位于同一圆周上；馈电网络采用带有开路支节补偿结构的印刷巴伦及馈线6、7、8。该印刷偶极子和巴伦及微带馈线的芯线分别位于双面覆铜板的两个面，一次加工成基本辐射单元，各基本辐射单元通过同轴线(17)、(18)和(19)连接为一体。本实用新型由于用同轴线并联馈电组阵，不仅能实现宽频带高增益，而且容易调整天线阻抗匹配。
文档编号H01Q13/08GK2836260SQ20052007919
公开日2006年11月8日 申请日期2005年8月5日 优先权日2005年8月5日
发明者张培团, 任辉, 刘军州, 贺大志, 雷敏, 俱新德 申请人:西安海天天线科技股份有限公司