一种水平极化天线的制作方法

[0001]
本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种水平极化天线。


背景技术：

[0002]
天线对空间不同方向具有不同的辐射和接收能力，而根据方向性的不同，可以分为全向天线和定向天线两种。全向天线是在水平面上表现为360
°
无方向性的均匀辐射，在垂直面表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益就越大。
[0003]
全向天线又包括水平极化全向天线和垂直极化全向天线两种，水平极化天线是指天线极化方向为水平方向的天线，而现有的水平极化全向天线都存在结构复杂、发射和接收无线电信号的效果差、结构体积太大等问题。
[0004]
随着移动通信的发展，系统所使用的频段不断扩展，第二代、第三代和第四代移动通信频段覆盖广泛，为了适应不同频段需求，能覆盖宽频带的天线具有重要的应用价值。


技术实现要素：

[0005]
本申请实施例提供一种水平极化天线，以克服现有技术中天线的工作频带窄的问题。
[0006]
为解决上述技术问题，本申请实施例采用下述技术方案：
[0007]
本申请实施例提供一种水平极化天线，包括辐射基板、馈电网络及天线辐射体；其中：
[0008]
所述辐射基板，包括相对的第一表面和第二表面，以及，设有中心馈电端口的中心轴；所述中心馈电端口贯穿所述中心轴；
[0009]
所述馈电网络，贯穿所述辐射基板的第一表面和第二表面，包括共用地模块及至少一个设有终端开路结构的微带巴伦枝节；所述微带巴伦枝节水平设置于所述辐射基板的第一表面；所述共用地模块水平设置于所述辐射基板的第二表面，所述微带巴伦枝节与所述共用地模块之间通过所述中心轴连通；所述馈电网络通过所述中心馈电端口进行馈电；
[0010]
所述天线辐射体，包括至少一个双对称阵子；所述至少一个双对称阵子水平设置于所述辐射基板的第二表面，且与所述共用地模块之间电连接；
[0011]
在一个实施例中，所述馈电网络为包括四个所述微带巴伦枝节的馈电网络；所述四个所述微带巴伦枝节绕所述辐射基板的第一表面的中心位置呈均匀对称分布。
[0012]
在一个实施例中，各所述微带巴伦枝节上分别设有依次连接的多个阻抗变换段以及所述终端开路结构。
[0013]
在一个实施例中，所述天线辐射体包括四个所述双对称阵子；所述共用地模块为以所述辐射基板的第二表面的中心位置为中心的对称形状，且设有四个连通部位；
[0014]
各所述双对称阵子的两臂之间分别电连接至所述共用地模块的各所述连通部位；所述四个所述双对称阵子依次连接形成圆环状，分布于所述共用地模块的外侧。
[0015]
在一个实施例中，所述双对称阵子为扇形有源双对称阵子；所述扇形有源双对称
阵子包含一个低频有源对称阵子和一个高频有源对称阵子；所述低频有源对称阵子的两臂与所述高频有源对称阵子的两臂并列分布于所述共用地模块的外侧。
[0016]
在一个实施例中，所述扇形有源双对称阵子的长度范围为0.18λ-0.3λ；
[0017]
其中，λ为所述扇形有源双对称阵子的最低工作频率对应的空气波长。
[0018]
在一个实施例中，所述辐射基板的第二表面还设置有至少一个反射器，所述反射器水平设置于所述天线辐射体及所述共用地模块之间。
[0019]
在一个实施例中，所述辐射基板的第二表面还设置有至少一个引向器组，所述引向器组水平设置于所述天线辐射体与所述辐射基板的第二表面的边沿之间。
[0020]
在一个实施例中，各所述引向器组分别包含三个引向器；其中，各所述扇形有源双对称阵子与所述辐射基板的第二表面的边沿之间分别并列设置有两个所述引向器；每两个所述扇形有源双对称阵子之间设置有一个所述引向器。
[0021]
在一个实施例中，所述辐射基板为圆形印制电路板。
[0022]
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0023]
本申请实施例提供的一种水平极化天线，包含辐射基板、天线辐射体和馈电网络，其中，辐射基板包括相对的第一表面和第二表面，以及，设有中心馈电端口的中心轴，中心馈电端口贯穿中心轴，馈电网络贯穿辐射基板的第一表面和第二表面，天线辐射体包括至少一个双对称阵子，其水平设置于辐射基板的第二表面。由于天线辐射体水平设置于辐射基板表面上，因此该天线具有低剖面、结构简单、易于加工和装配的特性，同时，此双对称阵子具有宽频带特性。因此，双对称阵子和馈电网络结构的结合，使得天线具有宽频带特性。
[0024]
进一步地，本申请实施例提供的一种水平极化天线，在馈电网络中，包括至少一个设有终端开路结构的微带巴伦枝节，微带巴伦枝节上分别设有阻抗变换段，由于微带巴伦枝节的阻抗特征，实现了馈电网络的宽带特性；在天线辐射体中，较长偶极子和较短偶极子的长度分别受较低工作频率和较高工作频率所影响，实现了辐射单元宽频带特性，所设计的扇形双对称阵子与平面双对称阵子相比，进一步展宽了辐射波束宽度；同时，在天线辐射体及共用地模块之间水平设置有反射器，且在天线辐射体的外侧水平设置有引向器，由于反射器能够消减来波方向电磁波，而引向器能够增强来波方向电磁波，因此这种结构使得该天线的增益及全向辐射特性均得到很好地优化。
附图说明
[0025]
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0026]
图1是本申请一实施例提供的一种水平极化天线的剖面俯视图。
[0027]
图2是本申请一实施例提供的一种水平极化天线的另一剖面俯视图。
[0028]
图3是本申请另一实施例提供的一种水平极化天线的剖面俯视图
[0029]
图4是本申请一实施例提供的一种水平极化天线的回波损耗示意图。
[0030]
图5是本申请一实施例提供的一种水平极化天线在垂直面上的辐射方向图。
[0031]
图6是本申请一实施例提供的一种水平极化天线在水平面上的辐射方向图。
具体实施方式
[0032]
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0033]
图1是本申请一实施例提供的一种水平极化天线的剖面俯视图；图2是本申请一实施例提供的一种水平极化天线的另一剖面俯视图。如图1-2所示，该天线包括辐射基板11、馈电网络12及天线辐射体13；
[0034]
辐射基板11，包括相对的第一表面和第二表面，以及，设有中心馈电端口的中心轴10；中心馈电端口贯穿中心轴10；
[0035]
馈电网络12，贯穿辐射基板11的第一表面和第二表面，包括共用地模块122及至少一个设有终端开路结构的微带巴伦枝节121；微带巴伦枝节121水平设置于辐射基板11的第一表面；共用地模块122水平设置于辐射基板11的第二表面，微带巴伦枝节121与共用地模块122之间通过中心轴10连通；馈电网络12通过中心馈电端口进行馈电；
[0036]
天线辐射体13，包括至少一个双对称阵子131；至少一个双对称阵子131水平设置于辐射基板11的第二表面，且与共用地模块122之间电连接；
[0037]
本实施例中，第一表面可以是辐射基板11的上表面，第二表面可以是辐射基板11的下表面。
[0038]
本申请实施例提供的一种水平极化天线，包含辐射基板、天线辐射体和馈电网络，其中，辐射基板包括相对的第一表面和第二表面，以及，设有中心馈电端口的中心轴，中心馈电端口贯穿中心轴，馈电网络贯穿辐射基板的第一表面和第二表面，天线辐射体包括至少一个双对称阵子，其水平设置于辐射基板的第二表面。由于天线辐射体水平设置于辐射基板表面上，因此该天线具有低剖面、结构简单、易于加工和装配的特性，同时，此双对称阵子具有宽频带特性。因此，双对称阵子和馈电网络结构的结合，使得天线具有宽频带特性。
[0039]
由图1-2可看出，馈电网络12可以为包括共用地模块122及四个微带巴伦枝节121的一分四环形馈电网络(即一分四“卍”型馈电网络)；天线辐射体13可包括四个双对称阵子131；天线的辐射基板11可以为圆形印制电路板。但在实际应用中，馈电网络可以是包含多个微带巴伦枝节的一分n环形馈电网络；天线辐射体也可以包含n个双对称阵子。
[0040]
在一个实施例中，如图1所示，中心轴10位于辐射基板11的中心，中心馈电端口贯穿中心轴11，并延伸至辐射基板11的第一表面及第二表面；馈电网络12的微带巴伦枝节与共用地模块之间通过中心轴10连通；馈电网络12通过中心馈电端口进行馈电。每个微带巴伦枝节上分别设有依次平滑连接的多个阻抗变换段和终端开路结构。阻抗变换段为“l”形，终端开路结构为扇形或三角形，扇形或三角形的终端开路结构有利于阻抗匹配和扩展带宽。
[0041]
本实施例中，馈电网络12为环形馈电网络。以微带巴伦枝节121为例，各微带巴伦枝节上分别设有依次平滑连接的第一阻抗变换段1211、第二阻抗变换段1212、第三阻抗变换段1213和终端开路结构1214，微带巴伦枝节121绕辐射基板11的第一表面的中心连续旋转90
°
形成4个微带巴伦，共同构成了环形馈电网络12。当然，也可将微带巴伦枝节121绕辐射基板11的第一表面的中心连续旋转360
°
/n，形成n元环形馈电网络。
[0042]
在一个实施例中，如图2所示，共用地模块122与天线辐射体13电连接；共用地模块122为以辐射基板11的第二表面的中心位置为中心的对称形状，包括共用地上开槽123和四个共用地子模块，四个共用地子模块可以是四个连通部位，用于与天线辐射体13电连接；天线辐射体13水平设置于辐射基板11的第二表面，包括四个双对称阵子131；双对称阵子131可以为扇形有源双对称阵子131；扇形有源双对称阵子131绕辐射基板11的第二表面的中心连续旋转90
°
，形成四个扇形有源双对称阵子，四个扇形有源双对称阵子依次连接形成圆环状，分布于共用地模块122的外侧。
[0043]
以扇形有源双对称阵子131为例，各扇形有源双对称阵子131分别包含一个低频有源对称阵子和一个高频有源对称阵子；低频有源对称阵子的两臂(如图2所示的1311与1314)与高频有源对称阵子的两臂(如图2所示的1312与1313)并列分布于共用地模块122的外侧，且扇形有源双对称阵子131的中心对称位置与共用地模块122的其中一个连通部位电连接。
[0044]
在一个实施例中，扇形有源双对称阵子131的长度范围为0.18λ-0.3λ，优选的，扇形有源双对称阵子131的长度范围为0.2λ-0.3λ。其中：
[0045][0046]
λ为空气波长，f为扇形有源双对称阵子的最低工作频率,c为空气波速。
[0047]
在上述实施例中，馈电网络包括四个微带巴伦枝节；微带巴伦枝节上设有终端开路结构和三节阻抗变换段，微带巴伦枝节绕辐射基板的第一表面的中心连续旋转90
°
形成4个微带巴伦，共同构成了环形馈电网络。由于微带巴伦枝节的阻抗特征，实现了馈电网络的宽带特性。天线辐射体包括四个扇形有源双对称阵子；扇形有源双对称阵子绕辐射基板的第二表面的中心连续旋转90
°
，形成4个扇形有源双对称阵子，共同构成了四元天线辐射体。由于天线辐射体和环形馈电网络的结合，实现了天线宽带特性。将扇形有源双对称阵子和微带巴伦枝节绕中心旋转360
°
/n可实现n元全向天线。
[0048]
图3是本申请另一实施例提供的一种水平极化天线的剖面俯视图。如图3所示，辐射基板11的第二表面设置有四个反射器14及四个引向器组15，其中，各反射器14水平设置于天线辐射体13及共用地模块122之间；引向器组15水平设置于天线辐射体13与辐射基板11的第二表面的边沿之间。
[0049]
在一个实施例中，各引向器组15分别包含三个引向器，以图3所示的引向器组15为例，151、152及153均为引向器组15所包含的引向器。其中，引向器151设置在两个扇形有源双对称阵子131之间，引向器152、引向器153并列设置在扇形有源双对称阵子131与辐射基板11的第二表面的边沿之间。
[0050]
在本实施例中，天线辐射体及共用地模块之间水平设置有反射器，且在天线辐射体与辐射基板的第二表面的边沿之间水平设置有引向器，由于反射器能够消减来波方向电磁波，而引向器能够增强来波方向电磁波，因此这种结构使得该天线的增益及全向辐射特性均得到很好地优化。
[0051]
图4是本申请一实施例提供的一种水平极化天线的回波损耗示意图，横轴表示频率，纵轴表示回波损耗。如图4所示，在f～2.54*f频段范围内，天线回波损耗s11小于-10db。
[0052]
并且，可通过以下方式计算出天线在f～2.54*f频段范围内的相对带宽fbw：
[0053][0054]
其中：f
max
为天线的最高工作频率；f
min
为天线的最低工作频率。
[0055]
本实施例中，f
max
为2.54*f，f
min
为f，由此得到天线在f～2.54*f频段范围内的相对带宽为87％。可见，本实施例中的天线在满足全向性辐射的情况下，具有更高的带宽，进而具有更优的阻抗特性。
[0056]
图5是本申请一实施例提供的一种水平极化天线在垂直面上的辐射方向图。在图5中，外圆刻度表示角度，内圆上数字
“-
3.00、-11.00、-19.00、-27.00”表示天线增益。由图5可看出，在最低工作频率f处，天线最大增益为0.2db，且天线辐射方向在垂直面上呈倒“8”形，体现了天线在垂直面上的全向辐射特性。
[0057]
图6是本申请一实施例提供的一种水平极化天线在水平面上的辐射方向图。在图6中，外圆刻度表示角度，内圆上数字
“-
9.00、-10.00、-20.00”表示增益。由图6可看出，在最低工作频率f处，天线最大增益为0.2db，不圆度为0.85db，体现了天线在水平面上的全向辐射特性。
[0058]
由上述实施例可看出，本申请实施例提供的天线不仅具有良好的阻抗特性及宽频带特性，且具有更优的天线增益及全向辐射特性。
[0059]
本申请实施例提供的天线可应用于移动通信系统和无线体域网wban(wireless body area network)中。在移动通信中，由于长期演进lte(long term evolution)系统具有更高的数据速率和更宽的频谱宽度，因此本实施例提供的天线可用于室外宏基站和室内覆盖。在无线体域网中，由于高功率下会使得身体组织温度升高，因此需要满足低功耗和小电池的要求。而超宽频带是一种低功耗技术，因此本实施例中的应用超宽带技术的天线可阻止高功率信号通过人体传播，进而保护人体。进而，本实施例中的超宽带天线适用于可穿戴系统，亦可应用于雷达定位、探测、车载和机载雷达系统等。此外，由于本实施例中的超宽带天线具有强穿透能力，因此在与敌军作战时，可对敌军位置进行精准定位和跟踪，并可以探测出敌军地面下的地雷和隐藏体，从而减少人员伤亡人数。
[0060]
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。