三频段高增益全向偶极子天线制造技术

本发明专利技术提供一种三频段高增益全向偶极子天线，其包括三频振子阵列、平衡馈线，以及上下依次设置的第一介质板、第二介质板和第三介质板，该平衡馈线设置在第二介质板顶底两面，沿三频振子单元轴线方向印制，该平衡馈线为平行双线传输线，该三频振子阵列中的三频振子单元印制于第一介质板和第三介质板，并且各三频振子单元之间馈电点通过该平衡馈线连接，该三频振子单元包括有镜像对称设置的上臂和下臂，该上臂和下臂分别包括沿平行轴线设置的第一枝节、第二枝节、第三枝节，该第二枝节、第三枝节对称设置在第一枝节两侧，并且底端通过水平枝节连接为一体，该上臂和下臂的中心突起处为平衡馈电点。本发明专利技术高增益、全向性、高效率、尺寸较小、成本低廉，并为其他多频或宽带高增益全向阵列天线的优化设计提供有效或有益的参考。

【技术实现步骤摘要】
三频段高增益全向偶极子天线
本专利技术涉及一种移动通信终端/基站天线设备与技术，特别是涉及一种三频段高增益全向偶极子天线及其技术。
技术介绍
目前，移动蜂窝网络已基本实现无线信号广域连续覆盖，基站数量越来越多，密度也愈来愈大。随着无线网络日益完善，终端接入设备越来越多。由于终端设备相对于基站发射台的位置和方位是任意的，一般使用全向天线才能保证良好的通信效果。这要求辐射方向图必须在水平面具有理想的均匀性，即不圆度较好。其次，终端天线必须具有较高增益(G≥3dBi)，才能在距离基站较远处获得较高的信噪比和数据传输率。另外，由于终端设备是广泛部署，需要大量采购，其普遍具有尺寸小、功耗低、价格便宜等要求，故常采用全向辐射、垂直极化、结构简单、成本低廉的印制单/偶极子天线。再者，终端天线要求覆盖的频段越来越多，通常是2G/3G/4G/WLA/WiFi(0.698-0.96GHz/1.71-2.70GHz/3.5GHz/5.5GHz)频带内的两个或以上且彼此间隔很宽的频段。考虑到上述要求，在外形、尺寸、成本等严格受限的情况下，采用常规胖块单/偶极子以连续覆盖各频段的超宽带方案，将不能很好地满足不圆度的要求。常规的印制单/偶极子天线，增大其宽长比，即将两臂由细线形变成胖块状，即可有效展宽带宽，见图2。然而，由于振子宽度较宽，相对于高频是电大尺寸，故高频方向图不圆度较差。而且，为了获得更高增益，宽带偶极子必须共线组阵。考虑到方向图的不圆度，阵列馈电宜采用与轴线重合的中心串馈式网络，即馈线端口位于阵列中点，能量往阵列两端依次馈入各阵元。由于馈线与阵元共面，为了使两者不相交，需要将阵元中间部分切除，这时胖块偶极子带宽将显著变窄，见图3，由超宽带蜕变成单宽频天线后，无法覆盖上述间隔较大的多个频段。另外，终端设备往往更偏爱窄的长条状天线设计，使得外观更加优美协调。这使得靠增大振子宽度展宽带宽的传统方法变得不可行，必须进行深度创新才能满足上述要求。
技术实现思路
本专利技术旨在为2G/3G/4G/WiFi/WLAN无线通信设计一种三频段、高增益、全向性、高效率、尺寸较小、成本低廉的终端/基站天线，并为其他多频或宽带高增益全向阵列天线的优化设计提供有效或有益的参考方法。为实现本专利技术目的，提供以下技术方案：本专利技术提供一种三频段高增益全向偶极子天线，其包括三频振子阵列、平衡馈线，以及上下依次设置的第一介质板、第二介质板和第三介质板，该平衡馈线设置在第二介质板顶底两面，沿三频振子单元轴线方向印制，该平衡馈线为平行双线传输线，该三频振子阵列中的三频振子单元印制于第一介质板和第三介质板，并且各三频振子单元的馈电点通过该平衡馈线连接，该三频振子单元包括有镜像对称设置的上臂和下臂，该上臂和下臂分别包括沿平行轴线设置的第一枝节、第二枝节、第三枝节，该第二枝节、第三枝节对称设置在第一枝节的两侧，并且底端通过水平枝节连接为一体，该上臂和下臂的中心突起处为平衡馈电点。通过三频阵子单元共轴或共线组阵方式实现高增益全向辐射，该第一枝节、第二枝节、第三枝节平行轴线并排放置以实现多谐频特性。优选的，各三频振子单元的上臂和下臂对称地分布到平衡馈线的上下两侧，上臂印制在第一介质板，下臂印制在第三介质基板上；或者是下臂印制在第一介质板，上臂印制在第三介质基板上。优选的，各三频振子单元之间的间距为(0.50～0.75)×λL，该平衡馈线长度大于相邻两个三频振子单元之间的间距，其长宽厚分别为Ld2×Wd2×Td2，介电常数为εr2、损耗角正切为tanδ2。优选的，在该第一枝节中心开设有纵向缝隙，以改善高频阻抗匹配。优选的，该平衡馈线的两端通过金属化过孔分别与第一介质板上的振子上臂和第二介质板上的振子下臂连接。优选的，该平衡馈线中点设置为馈电点，连接同轴电缆，其内外导体分别连接平衡馈线的上下导体。优选的，该同轴电缆阻抗为50Ω。优选的，该三频振子单元的上臂和下臂分别还包括有在第一枝节两侧平行对称设置的第N枝节，N大于等于3，该第N枝节在底端通过水平枝节与第一枝节、第二枝节连接为一体，各对枝节平行轴线并排放置，按短到长的顺序由近及远依次对称排列于中心轴线两侧。所述三频段高增益全向偶极子天线的谐频数与对称枝节的对数相同，即一对枝节对应一个频段。优选的，该三频振子单元的各对枝节的长度为(0.22～0.25)×λL，其中λL为所对应频段的最低频率波长，每对枝节的宽度与长度之比约为0.1～0.3。优选的，相邻枝节彼此平行且间隔一定的距离。优选的，每对枝节的末端不齐整，起始端也不平齐。优选的，该平衡馈线由多节不等宽的四分之一波长阻抗变换段组成。优选的，该第一介质板是一块长宽厚分别为Ld1×Wd1×Td1的单面介质板，介电常数为εr1、损耗角正切为tanδ1。优选的，该三频振子阵列包括至少两个共轴或共线组阵排列的所述三频振子单元，通过三频阵子单元共轴或共线组阵方式实现高增益全向辐射。优选的，该第二介质板与第三介质基板的尺寸与材料特性相同，中间的馈电基板材料可与之相同或不同。优选的，第一介质板、第二介质板、第三介质板等长宽，三者通过层压工艺结合在一起。本专利技术通过如下构建步骤实现上述目的：步骤一，建立空间直角坐标系；步骤二，构造三频振子单元；步骤三，构造三频振子两单元阵列；步骤四，设计馈电网络；步骤五，振子平衡馈电；步骤六，连接同轴线。对比现有技术，本专利技术具有以下优点：本专利技术首先设计了一个并排形式的三频半波振子单元，即振子一臂有六个长短不一的枝节，两两对称排列于振子中心轴线两旁，外侧为一对长枝节，中间排列一对短枝节。长短枝节分别对应低频、中频和高频。通过优化每个枝节的长度、宽度和相对间距，该偶极子实现了1.71-2.17GHz/2.40-2.70GHz/3.40-3.80GHz三频工作，且各频段均有理想的半波振子方向图，增益为1.7-3.0dBi，不圆度小于1.24dB。为了提高增益，将至少两个该单元共轴组阵，并采用上述的中心串馈式网络。由于靠近中间馈线的两枝节彼此相隔很近，馈线只能变窄后自间隙处穿过，这将使高频阻抗匹配变得十分困难。因此，在多枝节密集并排的情况下，馈线与振子单元不能共面排列，只能分层布局。在这一思路下，本专利技术将平行双线馈线印制于一块介质基板的正反两面，再在该基板上下两侧对称放置另两块相同的介质基板。然后，将阵列各单元的左右两臂分别印制于上下基板的外表面，中心馈线通过过孔与上下振子臂相连。通过设置恰当的阵元间距，为馈线和振子选用合适的基板材料，优化馈线节数和各节宽度，本专利技术实现两单元阵列三频工作(1.71-2.17GHz/2.40-2.70GHz/3.40-3.80GHz，|S11|<-10dB)；增益为3.73-6.09dBi；且各频段均有理想全向方向图，不圆度小于1.72dBi；旁瓣电平低于-10dB，效率大于85％；尺寸较小，长宽厚分别为：0.872×λL、0.125×λL和0.011×λL(λL-最低工作频率)。另外，该设计可采用成熟的印刷电路工艺制作，成本低廉，可靠性高，易于批量生产，是适合终端/基站设备的理想全向天线方案。另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、简单易行等特点，对于其他更多频段、更高增益的全向及定向天线的设计和改进也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三频段高增益全向偶极子天线，其特征在于，其包括三频振子阵列、平衡馈线，以及上下依次设置的第一介质板、第二介质板和第三介质板，该平衡馈线设置在第二介质板顶底两面，沿三频振子单元轴线方向印制，该平衡馈线为平行双线传输线，该三频振子阵列中的三频振子单元印制于第一介质板和第三介质板，并且各三频振子单元之间馈电点通过该平衡馈线连接，该三频振子单元包括有上臂和下臂，该上臂和下臂分别包括沿平行轴线设置的第一枝节、第二枝节、第三枝节，该第二枝节、第三枝节对称设置在第一枝节两侧，并且底端通过水平枝节连接为一体，该上臂和下臂的中心突起处为平衡馈电点。

【技术特征摘要】
1.一种三频段高增益全向偶极子天线，其特征在于，其包括三频振子阵列、平衡馈线，以及上下依次设置的第一介质板、第二介质板和第三介质板，该平衡馈线设置在第二介质板顶底两面，沿三频振子单元轴线方向印制，该平衡馈线为平行双线传输线，该三频振子阵列中的三频振子单元印制于第一介质板和第三介质板，并且各三频振子单元之间馈电点通过该平衡馈线连接，该三频振子单元包括有上臂和下臂，该上臂和下臂分别包括沿平行轴线设置的第一枝节、第二枝节、第三枝节，该第二枝节、第三枝节对称设置在第一枝节两侧，并且底端通过水平枝节连接为一体，该上臂和下臂的中心突起处为平衡馈电点。2.如权利要求1所述的三频段高增益全向偶极子天线，其特征在于，各三频振子单元的上臂和下臂镜像对称设置，并且对称地分布到平衡馈线的上下两侧，上臂印制在第一介质板，下臂印制在第三介质基板上；或者是下臂印制在第一介质板，上臂印制在第三介质基板上。3.如权利要求2所述的三频段高增益全向偶极子天线，其特征在于，各三频振子单元之间的间距为(0.50～0.75)×λL，该平衡馈线长度大于相邻两个三频振子单元之间的间距，其长宽厚分别为Ld2×Wd2×Td2，介电常数为εr2、损耗角正切为tanδ2。4.如权利要求3所述的三频段高增益全向偶极子天线，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道铁，吴中林，刘木林，
申请(专利权)人：广东通宇通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44