多频双极化全向天线的制作方法

本发明涉及双极化全向天线
技术领域：
。技术背景传统双极化全向天线的水平极化模式仅能工作在单一频率范围，无法同时覆盖2/3/4G和WLAN、Wi-Fi工作频段，不满足双频MIMO技术要求。多频双极化全向天线由于尺寸限制和实现结构复杂，易导致端口间隔离度和方向图不圆度变差，极大影响天线同频收发和信号全向覆盖。专利号为CN201420539869.9的专利，它包括水平极化天线、振子主体和天线罩，所述水平极化天线包括基板，基板的顶面上沿周向均布设有三个以上单元的微带折合振子；微带折合振子由引向振子和折合振子组成，引向振子和折合振子沿基板的径向由外向内排布；折合振子分别连接着第一馈线的一端和第二馈线的一端；所述基板的中心处开设有中心馈电孔，中心馈电孔的外侧均布开设有三个以上的馈电孔；三个以上的第二馈线的另一端均连接着中心馈电孔。但是该专利没有实现多频双极化功能，无法满足多频段下的MIMO天线应用需求，同时并未解决端口隔离度差的技术问题。专利号为CN201010504764.6的专利，它通过采用水平极化天线与垂直极化天线共轴设置，水平极化天线由折合振子的两个振臂分别附着于附着板上下两个表面，且所述两个振臂分别连接馈线内导体和馈线外导体的结构，使得本发明的双极化天线具有较宽的工作频带宽度，同时，本发明提供的双极化吸顶天线具有良好的极化隔离效果和覆盖平衡性，可以有效地在LTE和WLAN系统中发挥MIMO天线的性能，且能够有效地应用在2G、3G网络中，提高数据传输速率。但是该专利没有实现多频双极化功能，无法同时满足多频段下的MIMO天线应用需求。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种降低整体高度，增大辐射增益的具有方向图全向辐射特的多频双极化全向天线。该多频双极化全向天线实现了698MHz-960MHz和1710MHz-2700MHz低、高全频段内的垂直水平双极化全向辐射，具备2/3/4G、WLAN和Wi-Fi频段内的双极化全向辐射功能。同时解决了多垂直水平极化端口间隔离度差、辐射方向图不圆度差、天线结构臃肿、安装复杂等现有方案存在的问题。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多频双极化全向天线，其特征在于，包括：上微带天线阵列、下微带天线阵列、非对称双锥天线、多工器、侧边馈电结构和天线罩；所述非对称双锥天线包括上圆锥、中部同轴电缆以及下圆锥，所述中部同轴电缆与上圆锥和下圆锥连接构成全频段垂直极化全向天线；所述上微带天线阵列和下微带天线阵列相互平行，所述上微带天线阵列设置于所述上圆锥上，所述下微带天线阵列设置于所述下圆锥上，所述多工器设置于下圆锥底部内侧，所述侧边馈电结构设置于天线整体侧边，所述侧边馈电结构将上微带天线阵列和下微带天线阵列的馈电点与多工器两个输出端口连接。所述上圆锥是一种中空结构，上部成圆筒形，下部成倒锥形，底部中心设有通孔；所述下圆锥也是中空结构，成锥形，上部中心设有通孔，下圆锥表面设有旋转对称缝隙。所述非对称双锥天线的非对称性体现在上圆锥与下圆锥的形状、高度、半径、锥倾角方面，上圆锥与下圆锥在上述方面有任意一项不相同，即可认为上下圆锥非对称，属于非对称双锥天线范畴。所述非对称双锥天线穿过下微带天线阵列中心，非对称双锥天线轴线与下微带天线阵列相互垂直，构成穿心正交状态放置；所述上微带天线阵列放置于上圆锥上部一定距离，非对称双锥天线轴线与上微带天线阵列相互垂直。所述侧边馈电结构包括第一根弯曲同轴电缆和第二根弯曲同轴电缆，所述第一根弯曲同轴电缆一端连接上微带天线阵列的圆心馈电点，另一端贴合上微带天线阵列表面辐射单元缝隙至上微带天线阵列边缘，并倾斜至下微带天线阵列边缘；所述第二根弯曲同轴电缆一端连接下微带天线阵列的偏心馈电点，另一端贴合下微带天线阵列表面辐射单元缝隙至下微带天线阵列边缘，此处，第一根弯曲细同轴电缆与第二根弯曲细同轴电缆严密贴合垂直布线至非对称双锥天线之下圆锥底部边缘，分别与多工器第一输出端口端口第二输出端口连接。所述上微带天线阵列为多阵元圆形阵列，包括金属辐射层、圆形介质层以及金属馈电网络层，所述金属辐射层和所述金属馈电网络层分别位于所述圆形介质层上下两侧，构成高频段水平极化全向天线。所述上微带天线阵列的金属馈电网络层为旋转对称中心馈电结构，包括外侧多个勾状微带线、内侧多条弯折微带线和圆心馈电点，上述勾状微带线与所述弯折微带线首尾相连，所述多条弯折微带线连接于所述圆心馈电点，所述金属辐射层包括多个辐射单元和圆形金属地，上述辐射单元沿环形均匀排布并与圆形金属地连接。所述下微带天线阵列为多阵元环形阵列，包括金属辐射层、圆环形介质层、金属馈电网络层，所述金属辐射层和所述金属馈电网络层分别位于所述圆环形介质层上下两侧，构成低频段水平极化全向天线。所述下微带天线阵列的金属馈电网络层为非对称偏心馈电结构，包括外侧多个勾状微带线、内侧多条弧形微带线和偏心馈电点，上述勾状微带线与所述弧形微带线首尾相连，所述多条弧形微带线连接于所述偏心馈电；所述金属辐射层包括多个辐射单元和圆环形金属地，上述辐射单元沿环形均匀排布并与圆环形金属地连接。所述上微带天线阵列之任意一辐射单元缝隙与下微带天线阵列之任意一辐射单元缝隙重合对齐。所述多工器包括一个输入端口和两个输出端口，所述多工器半径不大于非对称双锥天线最大内部半径。本发明多频双极化全向天线通过非对称双锥可以实现全频段内垂直极化全向辐射，非对称双锥天线的旋转对称结构保证了方向图全向辐射特性。上下圆锥非对称特性在确保工作带宽的前提下，最大限度降低整体高度，增大辐射增益。上圆锥上部上微带天线阵列与非对称双锥形成电容加载，改善非对称双锥带内驻波。下圆锥表面设有旋转对称缝隙，可以截断下圆锥表面切向电流，具有改善带内驻波，降低交叉极化辐射，减少与水平极化互耦的能力，同时可将多工器安置于下圆锥底部内侧，减少电磁辐射带来信号杂散。实测表明，该非对称双锥结构整体尺寸103mm(高度)*300mm(最大直径)，带内驻波小于1.5，方向图不圆度小于3.5dB，增益大于2dBi。该非对称双锥天线可由金属冲压制成，结构简单、成本低廉、安装方便。本发明多频双极化全向天线通过上下微带天线阵列可以实现全频段内水平极化全向辐射，上微带天线阵列工作于高频段，下微带天线阵列工作于低频段。上微带天线阵列由多阵元圆阵构成，辐射单元与馈电网络共圆形金属地，采用缝隙耦合馈电方式，在保证工作带宽前提下，最大程度降低天线尺寸，保证高频水平极化全向辐射特性，同时利用圆形金属地反射特性增大辐射增益。上微带天线阵列利用塑料支架放置于非对称双锥天线上部，上微带天线阵列与非对称双锥天线轴线垂直，使得上微带天线阵列表面电流与非对称双锥天线表面电流正交，降低电磁耦合。下微带天线阵列由多元圆阵构成，辐射单元与馈电网络共圆环形金属地，采用缝隙耦合馈电方式，可以在保证工作的前提下，最大程度降低天线尺寸。下微带天线阵列采用圆环形结构，可以放置于非对称双锥天线中部，成穿心正交放置，使得下微带天线阵列表面电流与非对称双锥天线表面电流正交，降低电磁耦合，简化天线结构，缩小天线体积。同时利用圆环形金属地以及下圆锥形成反射板，保证了方向图在工作面上的全向辐射特性和增益。实测结果见表1，该上下微带天线阵列及水平极化全向天线与垂直极化全向天线结构组合方法降低了电磁耦合，不仅降低了水平垂直端口隔离度与带内驻波，还确保全向辐射特性和增益。解决了前述多频双极化全向天线由于尺寸限制和实现结构复杂，易导致端口间隔离度和方向图不圆度变差的问题。表1上下微带天线阵列实测数据频段尺寸(直径)带内驻波不圆度增益端口隔离度低频250mm＜1.8＜3dB＞2dBi＜-24dB高频130mm＜1.5＜3dB＞4dBi＜-30dB本发明多频双极化全向天线通过侧边馈电结构和多工器可以实现高低频水平极化信号合成。侧边馈电结构包括两条弯曲细同轴电缆，两根弯曲细同轴电缆分别连接上下微带天线阵列的馈电点，沿特定路线布线，垂直于下圆锥底部边缘，通过下圆锥底部边缘与安置于下圆锥内部的多工器的两个输出端口连接。该侧边馈电结构可以保证上下微带天线阵列馈电的同时，减少对上下微带天线阵列表面电流的影响，并降低由于侧边馈电结构的不对称性，所带来的方向图不圆度变差的问题。多工器安置于下圆锥底部内侧，既可以减少电磁辐射带来的端口电流杂散保证端口三阶交调，同时也易于安装，保证产品一致性。天线整体实测结果见表2，侧边馈电结构以及多工器安置于下圆锥底部内侧对上下微带天线阵列以及非对称双锥天线性能基本没有影响，确保了天线整体的各项指标。因此，本发明多频双极化全向天线具有端口隔离度低、方向图不圆度好、带内驻波优异以及尺寸小、成本低易于安装的优点。表2天线整体实测数据极化方式带内驻波不圆度增益隔离度三阶交调垂直＜1.6＜4dB＞2dBi＜-24dB＜-153dBc水平＜1.7＜5dB＞4dBi＜--30dB＜-153dBc本发明多频双极化全向天线还有以下技术效果：上微带天线阵列利用多个辐射单元和所述勾状微带线，实现缝隙耦合馈电，增加高频天线工作带宽。上微带天线阵列利用多个辐射单元与所述圆形金属地连接，借助金属地反射特性，保证了方向图高频水平极化全向辐射特性和增益。由此，上微带天线阵列具有结构简单、易于安装、方向图不圆度好、增益高的优点。下微带天线阵列利用多个辐射单元和所述勾状微带线，实现缝隙耦合馈电，增加低频天线工作带宽。下微带天线阵列利用多个辐射单元与所述圆形金属地连接，借助金属地反射特性，保证了方向图低频水平极化全向辐射特性和增益。由此，下微带天线阵列具有结构简单、易于安装、方向图不圆度好、增益高的优点。非对称双锥天线包络上圆锥和下圆锥，上圆锥由金属冲压成型中空结构，上部成圆筒形，下部成倒锥形，底部中心设有通孔，下圆锥由金属冲压成型中空结构，成锥形，上部中心设有通孔，表面设有旋转对称缝隙，中部同轴电缆内导体通过下圆锥上部中心通孔与上圆锥下部中心圆孔，和上圆锥焊接，中部同轴电缆外导体和下圆锥焊接，非对称双锥天线放置于天线罩圆形底盘上。非对称双锥天线的旋转对称结构保证了方向图全频段垂直极化全向辐射特性。采用非对称双锥天线后，垂直极化天线整体尺寸103mm(高度)*300mm(最大直径)，方向图不圆度小于3.5dB，增益大于2dBi。由此，非对称双锥天线在确保工作带宽的前提下，可以最大限度降低整体高度，增大辐射增益并确保方向图不圆度。非对称双锥天线下圆锥表面设有旋转对称缝隙，可以截断下圆锥表面切向电流，具有改善带内驻波，降低交叉极化辐射，减少与水平极化互耦的能力。采用旋转对称缝隙后，垂直极化端口带内驻波小于1.5。由此，非对称双锥具有结构简单、成本低廉、易于安装、带内驻波好的优点。上微带天线阵列为圆形结构，利用塑料支架放置于非对称双锥天线之上圆锥之上，上微带天线阵列与非对称双锥形成电容加载，改善非对称双锥带内驻波。上微带天线阵列与非对称双锥天线轴线垂直，使得上微带天线阵列表面电流与非对称双锥天线表面电流正交，降低电磁耦合，改善端口隔离度。采用上微带天线阵列放置方法后，高频垂直水平端口隔离度小于-30dB。下微带天线阵列为圆环形结构，利用塑料支架放置于非对称双锥天线中部，非对称双锥天线穿过下微带天线阵列中心，构成穿心正交放置，使得下微带天线阵列表面电流与非对称双锥天线表面电流正交，降低电磁耦合，改善端口隔离度，简化天线结构，缩小天线体积。同时利用圆环形金属地以及下圆锥形成反射板，保证方向图在工作面上的全向辐射特性和增益。采用下微带天线阵列放置方法后，低频水平垂直端口隔离度小于-24dB。多工器包括一个输入端口和两个输出端口，多工器安置于所述下圆锥底部内侧，嵌在天线罩圆形底盘内，多工器半径尺寸不大于下圆锥底部最大内侧半径；多工器安置于下圆锥底部内侧，既可以减少电磁辐射带来的端口电流杂散保证端口三阶交调，同时也易于安装，保证产品一致性。采用所述多工器安置方法后，垂直水平端口三阶交调小于-153dBc。侧边馈电结构包括第一根弯曲细同轴电缆和第二根弯曲细同轴电缆，侧边馈电结构可以保证上下微带天线阵列馈电的同时，减少对上下微带天线阵列表面电流的影响，降低由于侧边馈电结构非对称性所带来的方向图不圆度变差的问题。采用所述侧边馈电结构，天线整体方向图不圆度＜5dB。本发明公开的多频双极化全向天线覆盖2/3/4G以及WLAN、Wi-Fi工作频段，具有多频垂直水平双极化全向辐射功能。本发明将上微带天线阵列安放于非对称双锥天线的顶部，构成正交放置，将非对称双锥天线安放于下微带天线阵列中心，构成穿心正交放置，该结构组合方法可以显著改善全频段内垂直、水平极化端口间隔离度，拓宽了天线工作带宽。本发明将侧边馈电结构安置于天线整体侧边，解决了紧凑尺寸下多组天线馈电问题，同时改善由于馈电结构非对称性导致的辐射方向图不圆度差的现象。附图说明为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来见，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明多频双极化全向天线结构示意图；图2为去掉天线罩的多频双极化全向天线结构示意图；图3为本发明多频双极化全向天线的上微带天线阵列结构示意图；图4为本发明多频双极化全向天线的下微带天线阵列结构示意图；图5为本发明多频双极化全向天线的非对称双锥天线结构示意图；图6为本发明多频双极化全向天线的侧边馈电结构示意图；图7为本发明多频双极化全向天线的天线罩结构示意图；附图标记：1-上微带天线阵列；11-金属辐射层；111-辐射单元；112-圆形金属地；113-缝隙；12-介质层；13-金属馈电网络层；131-勾状微带线；132-弯折微带线；133-圆心馈电点；2-下微带天线阵列；21-金属辐射层；211-辐射单元；212-圆环形金属地；213-缝隙；22-圆环形介质层；23-金属馈电网络层；231-勾状微带线；232-弯折微带线；233-偏心馈电点；24-圆孔；3-非对称双锥天线；31-上圆锥；311-上圆锥底部中心孔；32-同轴电缆；33-下圆锥；331-下圆锥上部中心孔；34-缝隙；4-多工器；41-第一输出端口；42-第二输出端口；43-输入端口；5-侧边馈电结构；51-第一根弯曲同轴电缆；52-第二根弯曲同轴电缆；6-天线罩；61-天线外罩；62-圆形底板。具体实施方式：下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，所需要说明的是，术语“第一”和“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或是一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接，也可以通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的联通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体理解上述术语在本发明中的具体含义。如图1-7所示，本发明所提供的多频双极化全向天线，包括：上微带天线阵列1、下微带天线阵列2、非对称双锥天线3、多工器4、侧边馈电结构5和天线罩6。其中，上微带天线阵列1和下微带天线阵列2互相平行，分别设置于非对称双锥天线3顶部和中部，多工器4设置于非对称双锥天线3底部内侧，侧边馈电结构5设置于天线整体侧边，侧边馈电结构5包括两根弯曲同轴电缆，弯曲同轴电缆将上微带天线阵列1和下微带天线2的馈电点与多工器输出端口连接，天线罩包括流线型外罩和圆形底板，包裹整个天线。如图3所示，上微带天线阵列1为多阵元圆阵，包括金属辐射层11、介质层12、金属馈电网络层13，金属辐射层11和金属馈电网络层13分别位于介质层12上下两侧，金属辐射层11由多个辐射单元111和圆形金属地112构成，多个辐射单元111环形均匀排布与圆形金属地112共地。金属馈电网络层12为旋转对称中心馈电结构，由多个勾状微带线131、多条弯折微带线132和圆心馈电点133构成，勾状微带线131与弯折微带线132首尾相连，多条弯折微带线132连接于圆心馈电点133，实现能量一对多等功率分配。一条勾状微带线和一条弯折微带线对应一个辐射单元，微带勾状线利用对应辐射单元间缝隙113对其耦合馈电。上微带天线阵列2由圆心馈电点133对其整体馈电，实现高频水平极化全向辐射。如图1、图2所示，上微带天线阵列1利用塑料支架直接安装在非对称双锥天线3的上圆锥31之上，上述上微带天线阵列1与非对称双锥天线3的这种放置位置，可以对非对称双锥天线形成电容加载，降低天线之间互耦的同时，保证垂直端口带内驻波和双极化端口隔离度。上微带天线阵列1与上圆锥31之间高度由实际电磁分布调整。如图5所示，下微带天线阵列2为多阵元圆环形阵列，包括金属辐射层21、圆环形介质层22、金属馈电网络层23，金属辐射层21和金属馈电网络层23分别位于圆环形介质层22上下两侧，金属辐射层21由多个辐射单元211和圆环形金属地212构成，多个辐射单元21环形均匀排布与圆环形金属地212共地，金属馈电网络层22为偏心馈电结构，由多个勾状微带线231、多条弯折微带线232和偏心馈电点233构成，勾状微带线231与弯折微带线232首尾相连，多条弯折微带线232连接于偏心馈电点233，实现能量一分多等功率分配。一条勾状微带线和一条弯折微带线对应一个辐射单元，微带勾状线利用对应辐射单元间缝隙213对其耦合馈电。下微带天线阵列2由偏心馈电点233对其整体馈电，实现低频水平极化全向辐射。如图1、图2所示，下微带天线阵列2利用塑料支架安装在非对称双锥天线3的上圆锥31与下圆锥33中间，使得非对称双锥天线2穿过圆孔24形成穿心正交放置。上述下微带天线阵列2与非对称双锥天线3的这种放置位置，可以使下微带天线阵列2表面电流与非对称双锥天线3表面电流正交，降低电磁耦合改善端口隔离度，同时简化天线结构，缩小天线体积。辐射单元211可以利用圆环形金属地212以及下圆锥31形成反射板，保证方向图在工作面上的全向辐射特性和增益。如图5所示，非对称双锥天线3包络上圆锥31、同轴电缆32、下圆锥33、旋转对称缝隙34，上圆锥31由金属冲压成型中空结构，上部成圆筒形，下部成倒锥形，底部中心设有通孔311。所述下圆锥33由金属冲压成型中空结构，成锥形，上部中心设有通孔331，表面设有旋转对称缝隙34。同轴电缆332内导体通过下圆锥33上部中心通孔331与上圆锥31下部中心圆孔311，和上圆锥31焊接，同轴电缆外导体和下圆锥33焊接，非对称双锥天线3放置于天线罩圆形底盘62上；如图1、图2所示，非对称双锥天线3的旋转对称结构保证了垂直极化方向图全向辐射特性。上下圆锥非对称特性可以确保工作带宽的前提下，最大限度降低整体高度，增大辐射增益。上圆锥31之上安置的上微带天线阵列1与非对称双锥天线3形成电容加载，改善非对称双锥天线3带内驻波。下圆锥33表面设有旋转对称缝隙34，缝隙可以截断下圆锥表面切向电流，具有改善带内驻波，降低交叉极化辐射，减少与水平极化互耦的能力。缝隙34的高度宽度根据实际电流分布调整。如图6所示，上微带天线阵列1与下微带天线阵列2平行，且确保上微带天线阵任意一个辐射单元中间缝隙113与下微带天线阵列任意一个辐射单元中间缝隙213对齐。如图5、6所示，多工器4包括第一输出端口41、第二输出端口42和输入端口43。多工器4安置于下圆锥33底部内侧，嵌在天线罩圆形底盘62内。第一输出端口41通过侧边馈电结构5的第一弯曲细同轴电缆51与上微带天线阵列1的圆心馈电点133连接。第二输出端口42通过侧边馈电结构5的第二弯曲细同轴电缆52与下微带天线阵列2的圆心馈电点233连接。多工器安置于下圆锥33底部内侧，既可以减少电磁辐射带来的端口电流杂散保证端口三阶交调，同时也易于安装，保证产品一致性。如图6所示，侧边馈电结构5包括第一根弯曲细同轴电缆51和第二根弯曲细同轴电缆52，第一根弯曲细同轴电缆51一端连接上微带天线阵列1的圆心馈电点133，沿上微带天线阵列辐射单元缝隙113至上微带天线阵列1边缘，倾斜布线至下微带天线阵列2边缘，第二根弯曲细同轴电缆52一端连接下微带天线阵列2的偏心馈电点233沿下微带天线阵列辐射单元缝隙213至下微带天线阵列边缘2，两根弯曲细同轴电缆严密贴合，垂直下拉至下圆锥33底部边缘，分别与多工器4的第一输出端口41，第二输出端口42连接。侧边馈电结构5可以保证上下微带天线阵列1、2馈电的同时，减少对上下微带天线阵列1、2表面电流的影响，并降低由于侧边馈电结构5的不对称性所带来的方向图不圆度变差的问题。最后应当说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案本质脱离本发明各实施例技术方案范畴。当前第1页1 2 3