本发明属于天线领域，尤其涉及宽带低剖面水平极化全向天线。
背景技术：
对于使用垂直极化全向天线而言，使用水平极化全向天线具有更好的远区辐射特性，对于同样的输入功率，使用水平极化全向天线覆盖范围一般要大。在移动通信设备中，水平极化全向天线得到很广泛的应用。现有的水平极化全向天线为了满足全向辐射的要求需增加阵元，从而增加了天线的面积。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决水平极化全向天线的全向辐射的问题，本发明提供一种宽带低剖面水平极化全向天线。
本发明的一种宽带低剖面水平极化全向天线，蚀刻于介质板上，所述介质板呈圆形，所述宽带低剖面水平极化全向天线包括：馈电网络和辐射振子环形阵列；所述馈电网络蚀刻于所述介质板的正面，所述馈电网络包括一分四功率分配器和四条微带馈电线，所述微带馈电线包括阻抗变换段和耦合馈电段；所述辐射振子环形阵列位于所述介质板的背面，所述辐射振子环形阵列包括四对对称振子，所述对称振子与所述微带馈电线一一对应，所述对称振子与所述微带馈电线背对背设置；
馈电接头内同轴穿过所述介质板连接所述一分四功率分配器的输入点，所述一分四功率分配器的输入点位于所述介质板的正面圆心位置，所述一分四功率分配器的四个输出点分别与四个阻抗变换段的输入端连接，所述阻抗变换段的输出端与相应的所述耦合馈电段连接；
所述馈电接头的法兰盘与设置于所述介质板背面的金属地板连接，所述法兰盘设置于所述介质板背面圆心位置，所述辐射振子环形阵列与所述金属地板连接，相邻的两个所述对称振子互相垂直。
优选的，所述一分四功率分配器的输出点通过直角弯折部与输入点连接，所述直角弯折部的长边长3.8mm，短边长1.6mm，长边宽0.4mm，短边宽0.4mm。
优选的，所述阻抗变换段呈等腰梯形，等腰梯形的上底短于下底，腰梯形的上底形成所述阻抗变换段的输入端，腰梯形的下底形成所述阻抗变换段的输出端。
优选的，所述等腰梯形的高为15mm。
优选的，所述耦合馈电段呈门型，所述门型包括长边、短边和连接边，长边与短边通过连接边连接，长边的一端与所述阻抗变换段的输出端连接，长边长17.7mm，长边宽2mm，连接边长5.85mm，连接边宽2mm，短边长15mm，短边宽1.2mm。
优选的，所述介质板的半径为45mm。
优选的，所述金属地板呈圆形，金属地板的圆心与所述介质板的背面的圆心重合，所述金属地板的半径为13mm。
优选的，所述对称振子的振子臂长35mm，振子臂宽15mm，对称振子间的缝隙为1.8mm，对称振子阵元长19.3mm，对称振子阵元宽3mm，对称振子阵元末端与对称振子阵元首端之间的高度差为5.2mm。
优选的，还包括：四个引线器，所述引线器与所述对称振子一一对应，所述引线器呈弧形加载于所述对称振子的阵元前方，位于所述介质板边缘。
优选的，所述引线器宽2mm，所述引线器与天线中心角度为45度。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明的有益效果在于，通过由对称振子组成的辐射振子环形阵列在水平方向形成一个环形电流分布，实现了水平极化全向辐射特性。
附图说明
图1为本发明所述宽带低剖面水平极化全向天线的正面结构示意图；
图2为图1中a区域的放大示意图；
图3为本发明所述宽带低剖面水平极化全向天线的背面结构示意图；
图4为电压驻波比仿真结果曲线图；
图5a为归一化方向e面仿真结果图；
图5b为归一化方向h面仿真结果图；
图6为天线输入端口|s11|仿真和测试结果曲线图；
图7a为天线归一化辐射方向e面测试结果图；
图7b为天线归一化辐射方向h面测试结果图；
图8为天线增益仿真和测试结果曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种宽带低剖面水平极化全向天线，蚀刻于介质板上，介质板呈圆形，宽带低剖面水平极化全向天线包括：馈电网络和辐射振子环形阵列；馈电网络蚀刻于介质板的正面，馈电网络包括一分四功率分配器3和四条微带馈电线，微带馈电线包括阻抗变换段2和耦合馈电段1；辐射振子环形阵列位于介质板的背面，辐射振子环形阵列包括四对对称振子5，对称振子5与微带馈电线一一对应，对称振子5与微带馈电线背对背设置；
馈电接头内同轴穿过介质板连接一分四功率分配器3的输入点，一分四功率分配器3的输入点位于介质板的正面圆心位置，一分四功率分配器3的四个输出点分别与四个阻抗变换段2的输入端连接，阻抗变换段2的输出端与相应的耦合馈电段1连接；
馈电接头的法兰盘与设置于介质板背面的金属地板4连接，法兰盘设置于介质板背面圆心位置，辐射振子环形阵列与金属地板4连接，相邻的两个对称振子5互相垂直。
在本实施例中，天线蚀刻在厚度为2mm，相对介电常数为3.0的介质板上。该天线采用sma-kfd接头进行馈电，馈电接头的法兰盘与介质板背面的金属地板4相连，馈电接头内同轴穿过介质板，与上面的馈电线相连，然后通过一个一分四功率分配器3以及渐变式阻抗匹配段连接上耦合馈电段1，馈电网络通过耦合馈电的方式给四个对称振子5阵元进行馈电。
如图2所示，在优选的实施例中，一分四功率分配器3的输出点通过直角弯折部与输入点连接，直角弯折部的长边长l1为3.8mm，短边长l2为1.6mm，长边宽w1为0.4mm，短边宽0.4mm。
在优选的实施例中，阻抗变换段2呈等腰梯形，等腰梯形的上底短于下底，腰梯形的上底形成阻抗变换段2的输入端，腰梯形的下底形成阻抗变换段2的输出端。
进一步地，等腰梯形的高l3为15mm。
在优选的实施例中，耦合馈电段1呈门型，门型包括长边、短边和连接边，长边与短边通过连接边连接，长边的一端与阻抗变换段2的输出端连接，长边长l4为17.7mm，长边宽w2为2mm，连接边长l5为5.85mm，连接边宽w3为2mm，短边长l6为15mm，短边宽w4为1.2mm。
在优选的实施例中，介质板的半径r1为45mm。
在优选的实施例中，金属地板4呈圆形，金属地板4的圆心与介质板的背面的圆心重合，金属地板4的半径r2为13mm。
在优选的实施例中，对称振子5的振子臂长l9为35mm，一对振子臂宽w5为15mm，对称振子5间的缝隙g为1.8mm，对称振子5阵元长l7为19.3mm，对称振子5阵元宽w7为3mm，对称振子5阵元末端与对称振子5阵元首端之间的高度差l8为5.2mm。
在优选的实施例中，还包括：四个引线器7，引线器7与对称振子5一一对应，引线器7呈弧形加载于对称振子5的阵元前方，位于介质板边缘。
进一步地，引线器7宽w6为2mm，引线器7与天线中心角度theta为45度。
在本实施例中，为了让各个辐射单元实现定向辐射，以便组成一个环阵，从而达到全向辐射效果，在各个阵元前都加载引线器7，该引线器7采用引向金属片，引向金属片的加载还进一步改善了天线的工作带宽。
结合图1-图3所示，本发明的宽带低剖面水平极化全向天线的各个结构尺寸参量取值如表1(单位：mm)
表1
使用电磁仿真软件对该天线进行建模仿真，并对结构尺寸进行优化，得到最好的优化仿真结果。仿真结果表明，通过使用耦合馈电和加载引向金属片的方法，该天线在1.7ghz-2.8ghz频带范围内，输入端口vswr(voltagestandingwaveratio，电压驻波比)基本上小于2.0，vswr仿真结果如图4所示。
该天线在各个频点的归一化辐射方向图如图5a-图5b所示，天线在e面的辐射方向图呈现一个圆形，在h面方向图呈现一个∞字型。可以看出天线在整个频带内都具有良好的全向辐射特性，在整个工作频带内天线增益大于1db，方向图不圆度小于3db。且天线具有良好的水平极化辐射特性，天线高度小于2.0mm。
使用安捷伦n5227a型号矢量网络分析仪对该天线实物进行测试，得到天线输入端口|s11|实测值，并与电磁仿真结果进行对比，如图6所示。可以看出天线|s11|实测值与仿真结果相比频带有一些偏移，这是由于介质板的相对介电常数不稳定导致的。实测结果表明，该天线在1.85ghz-3.0ghz频带范围内，|s11|小于-10db，vswr基本小于2.0。
在微波暗室对天线实物进行了远区辐射方向图测试，天线e面和h面辐射方向图仿真和测试结果如图7a-图7b所示，可以看出方向图的测试结果和仿真结果拟合得很好。天线e面方向图呈现圆形，h面方向图则是∞形。可见天线具有水平极化全向辐射特性，且辐射方向图不圆度基本小于3db。图8是该天线增益的仿真和测试结果，可以看出天线在1.8ghz-2.9ghz频带范围内，增益g基本大于1db。天线高度小于2.0mm，实现了天线的低剖面效果。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。