一种小型化宽带高增益全向天线制造技术

一种小型化宽带高增益全向天线，涉及无线通信天线设备与技术，由多元复合阵列和向多元复合阵列馈电的外部馈线组成；多元复合阵列包括M组按同一直线方向同间距均匀排列而成的N元子阵，以及对每个N元子阵进行馈电的M组印制平衡双导馈线，N元子阵由N个形状大小相同的超宽振子单元并列组成，超宽带振子单元由振子上臂、振子下臂和两个寄生枝节组成，首先构造超宽带振子单元，然后将N个单元组成宽带子阵，采用平衡双导线馈电，阻抗设计为25Ω而非常规的50Ω，这使得其宽带特性与单振子相当，增益却提高近一倍，为实现更高增益提供了基本前提。进一步减少焊点、互调性能好，重量轻，成本低，适合批量生产，并具有小型化、高增益效果。

A miniaturized broadband high gain omnidirectional antenna

A miniaturized broadband high gain omnidirectional antenna, involving wireless communication antenna equipment and technology, consists of multiple composite arrays and external feeders fed to multiple composite arrays; multiple composite arrays include N-element subarrays arranged evenly in the same linear direction and at the same spacing, and M-element subarrays fed to each N-element subarray. A balanced double-conductor feeder is printed. The N-element subarray is composed of N ultra-wide oscillator elements with the same shape and size. The UWB oscillator element is composed of the oscillator arm, the lower arm of the oscillator and two parasitic branches. Firstly, the UWB oscillator element is constructed. Then, the N elements are formed into a broadband subarray, which is fed by balanced double-conductor, and the impedance is designed. It is 25_instead of 50_, which makes its broadband characteristic equal to that of a single oscillator, but its gain nearly doubles, thus providing a basic premise for achieving higher gain. Further reducing solder joints, good intermodulation performance, light weight, low cost, suitable for mass production, and has the effect of miniaturization and high gain.

【技术实现步骤摘要】
一种小型化宽带高增益全向天线
本专利技术涉及无线通信天线设备与技术，特别涉及的是一种小型化宽带高增益全向天线。
技术介绍
全向天线，通常指在方位面具有均匀辐射特性的一类天线，它在无线通信领域中具有广泛而重要的用途，典型场景如通信基站、广播电视塔，或车辆、飞行器、无线网关等终端设备。首先，由于用户设备相对于基站台的位置和方位是任意的，使用全向天线不仅能保证良好的通信效果，还可以减少设备尺寸与成本。另外，考虑到基站的覆盖范围和系统容量，全向天线必须是高增益、宽带宽和高功率。再者，考虑到大量部署和实际安装，全向天线还必须具有小型化、低互调、低成本、适合量产等特点。综上所述，在工程领域中，小型化、宽带宽、高增益、高效率、低成本、低互调、易生产的全向天线具有强烈的应用需求。迄今为止，人们所专利技术的各种高增益全向天线几乎都是采用半波振子共线或共轴组阵方式来实现。受制于应用需求、设计难度、尺寸限制等因素，高增益全向天线的常见增益为5~12dBi。而且，随着增益增加，带宽将逐渐减小，即增益与带宽是一对矛盾。常规高增益宽带振子阵列，通常选用直径较粗的金属管为辐射单元，采用同轴电缆来构建馈电网络。这种方案可克服增益和带宽的矛盾，且功率容量大，但焊点多、互调差、重量重、成本高、量产困难。相比之下，PCB印制方案则具有低互调、高可靠性、低成本、重量轻、适合批产等优点，但功率容量较低、阻抗带宽较窄、增益带宽更窄。鉴于上述特点，印制振子阵列低增益、窄频带系统，如终端设备上获得了广泛应用。如果解决大功率和带宽较窄的问题，印制振子阵列将成为全向基站的理想设计方案。综上所述，小型化高增益宽带全向天线具有广阔的应用前景，但仍需突破诸多工程技术瓶颈，因此仍是天线研究的重要方向。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种小型化宽带高增益全向天线，首先构造超宽带振子单元，然后将N个单元组成宽带子阵，采用平衡双导线馈电，阻抗设计为25Ω而非常规的50Ω，这使得其宽带特性与单振子相当，增益却提高近一倍，为实现更高增益提供了基本前提。进一步，将M个这样的N元子阵再组阵，构成更高增益的复合阵，并采用同轴电缆馈电以保持子阵宽带特性，减少焊点、互调性能好，重量轻，成本低，适合批量生产，并具有小型化、高增益效果。为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种小型化宽带高增益全向天线，由多元复合阵列和向多元复合阵列馈电的外部馈线组成；所述的多元复合阵列包括M组按同一直线方向同间距均匀排列而成的N元子阵，以及位于每个N元子阵排列中心线上对每个N元子阵进行馈电的M组印制平衡双导馈线，其中，M≥2n，n=1、2、3……，在每个N元子阵的两端设有使该N元子阵的印制平衡双导馈线的上下馈线短路的金属化过孔，在每个N元子阵中心设有用于外部馈线与印制平衡双导馈线的上下馈线电连接的中心馈电孔；所述的N元子阵输入阻抗为25Ω，以中心馈电孔为中心的N个形状大小相同的超宽振子单元并列组成，其中，N≥2；超宽带振子单元由设置在PCB板正面的振子上臂、设置在PCB板反面的振子下臂和两个寄生枝节组成，振子上臂下移距离T后与振子下臂镜像对称，振子上臂与印制平衡双导馈线的上馈线连接，振子下臂与印制平衡双导馈线的下馈线连接，振子上臂和振子下臂均为U形振子，振子上臂和振子下臂的开口相向设置，振子上臂或振子下臂由中部的横臂和对称设置在横臂上下两侧的翼臂组成U形结构，翼臂由与横臂连接的窄臂段和另一端的宽臂段组成，横臂的外侧两端角向内侧方向倒内角θ，横臂的内侧中心设有向外侧方向凹陷的凹口；所述的振子上臂的外侧和振子下臂的外侧之间的两侧各设有一个寄生枝节，两个寄生枝节不接触并对称共同设置在PCB板正面或PCB板反面上，每个寄生枝节左右对称，寄生枝节的内边与振子上臂的外侧和振子下臂的外侧均存在间隙，其外边与窄臂段的外边缘平齐，所述的寄生枝节由一体成型的长条段、尖角段和延伸段组成，长条段的中心连接尖角段，尖角段的尖角处连接有延伸段，长条段位于振子上、下臂的宽臂段和窄臂段围成的间隙内，并与该间隙形状相同，尖角段位于振子上、下臂的倒内角θ围成的空间内，并与该空间形状相同，延伸段延伸至振子上、下臂的横臂之间的间隙内；所述的外部馈线由一分为二等功分器、阻抗变换器和主馈电缆组成，一分为二等功分器通过两个为一组的中心馈电孔与印制平衡双导馈线的上下馈线电连接，一分为二等功分器通过阻抗变换器和主馈电缆电连接。本专利技术所述的印制平衡双导馈线的上下馈线均由多节不等长宽的导体段级联而成。本专利技术所述外部馈线由50Ω的分馈电缆、35Ω的变换段电缆和50Ω的主馈电缆组成，50Ω的分馈电缆的两端分别通过两个为一组的中心馈电孔与印制平衡双导馈线的上下馈线电连接，50Ω的分馈电缆的中心与35Ω的变换段电缆的一端电连接，35Ω的变换段电缆的另一端与50Ω的主馈电缆电连接。本专利技术所述的振子上臂和振子下臂组成半波振子，每臂长度为0.20~0.25个中心波长λc，上下两个宽窄段的外边缘与振子上臂的长度比例为0.45~0.75，上下两个宽窄段之间的开口间距与振子上臂的长度比例为0.25~0.35；倒内角θ值范围为15o~60o。本专利技术所述的凹口为矩形、三角形、圆槽或其它对称结构。本专利技术所述的寄生枝节的宽长比为0.01~0.20。本专利技术所述的PCB板的介电常数εr=1~20，PCB板为包括空气在内的各种介质基板。本专利技术同一个N元子阵内的相临的超宽带振子单元之间的间距为d=(0.55~0.85)λc，M个N元子阵组成的多元复合阵列均匀排列时，M个多元复合阵列阵元间距为N‧(M-1)‧d。本专利技术有益效果是：本专利技术的积极进步效果在于，通过采取下列措施：1）构造超宽带振子单元；2）超宽带振子组成N元子阵，采用印制平衡双导线馈电，阻抗设计为25Ω而非常规的50Ω，这使得其宽带特性与单振子相当，增益却提高近一倍，为实现更高增益提供了基本前提；3）N元子阵组成多元复合阵列，并采用外部馈线即同轴电缆馈电以保持子阵宽带特性，电缆包括三种不同阻抗型号，三种电缆为一分为二等功分器、阻抗变换器和主馈电缆，即50Ω的分馈电缆、35Ω变换段电缆和50Ω主馈电缆；电缆的低色散、低损耗特性保证了阵列的宽带高增益。通过采用上述措施，本专利技术的多元PCB振子复合阵列天线实现了LTE频段内近超宽频带（1.71-2.18GHz，VSWR≤2.5，BW=470MHz，24.2%）、高增益（G=7.34~8.71dBi）、理想全向性（不圆度<2.4dB）、低上旁瓣（SLL<-18dB）、高下旁瓣（SLL>-12dB）、以及高效率（ηA≥70%）工作。另外，该方案还具有尺寸小（长-2.472×λc，宽-0.177×λc）、馈电简单、低互调、装配方便和低成本等特点，是一种适用于蜂窝基站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、实现简单、低成本、适合批量生产等特点，是取代常规宽带全向基站天线的优选方案，而且对于低增益、宽带或窄频带的终端全向天线的设计和改进也是适用和有效的。附图说明图1为小型化宽带高增益全向天线天线模型所采用的直角坐标系定义的示意图。图2为小型化宽带高增益全向天线振子上臂和振子下臂的正视结构示意图。图3为小型化宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化宽带高增益全向天线，由多元复合阵列（1）和向多元复合阵列（1）馈电的外部馈线（2）组成，其特征在于：所述的多元复合阵列（1）包括M组按同一直线方向同间距均匀排列而成的N元子阵（3），以及位于每个N元子阵（3）排列中心线上对每个N元子阵（3）进行馈电的M组印制平衡双导馈线（4），其中，M≥2n，n=1、2、3……，在每个N元子阵（3）的两端设有使该N元子阵（3）的印制平衡双导馈线（4）的上下馈线短路的金属化过孔（41），在每个N元子阵（3）中心设有用于外部馈线（2）与印制平衡双导馈线（4）的上下馈线电连接的中心馈电孔（42）；所述的N元子阵（3）输入阻抗为25Ω，以中心馈电孔（42）为中心的N个形状大小相同的超宽带振子单元（8）并列组成，其中，N≥2；超宽带振子单元（8）由设置在PCB板正面的振子上臂（81）、设置在PCB板反面的振子下臂（82）和两个寄生枝节（83）组成，振子上臂（81）下移距离T后与振子下臂（82）镜像对称，振子上臂（81）与印制平衡双导馈线（4）的上馈线连接，振子下臂（82）与印制平衡双导馈线（4）的下馈线连接，振子上臂（81）和振子下臂（82）均为U形振子，振子上臂（81）和振子下臂（82）的开口相向设置，振子上臂（81）或振子下臂（82）由中部的横臂（811）和对称设置在横臂（811）上下两侧的翼臂（812）组成U形结构，翼臂（812）由与横臂（811）连接的窄臂段（812‑1）和另一端的宽臂段（812‑2）组成，横臂（811）的外侧两端角向内侧方向倒内角θ，横臂（811）的内侧中心设有向外侧方向凹陷的凹口（811‑2）；所述的振子上臂（81）的外侧和振子下臂（82）的外侧之间的两侧各设有一个寄生枝节（83），两个寄生枝节（83）不接触并对称共同设置在PCB板正面或PCB板反面上，每个寄生枝节（83）左右对称，寄生枝节（83）的内边与振子上臂（81）的外侧和振子下臂（82）的外侧均存在间隙，其外边与窄臂段（812‑1）的外边缘平齐，所述的寄生枝节（83）由一体成型的长条段（831）、尖角段（832）和延伸段（833）组成，长条段（831）的中心连接尖角段（832），尖角段（832）的尖角处连接有延伸段（833），长条段（831）位于振子上、下臂的宽臂段（812‑2）和窄臂段（812‑1）围成的间隙内，并与该间隙形状相同，尖角段（832）位于振子上、下臂的倒内角θ围成的空间内，并与该空间形状相同，延伸段（833）延伸至振子上、下臂的横臂（811）之间的间隙内；所述的外部馈线（2）由一分为二等功分器、阻抗变换器和主馈电缆组成，一分为二等功分器通过两个为一组的中心馈电孔（42）与印制平衡双导馈线（4）的上下馈线电连接，一分为二等功分器通过阻抗变换器和主馈电缆电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种小型化宽带高增益全向天线，由多元复合阵列（1）和向多元复合阵列（1）馈电的外部馈线（2）组成，其特征在于：所述的多元复合阵列（1）包括M组按同一直线方向同间距均匀排列而成的N元子阵（3），以及位于每个N元子阵（3）排列中心线上对每个N元子阵（3）进行馈电的M组印制平衡双导馈线（4），其中，M≥2n，n=1、2、3……，在每个N元子阵（3）的两端设有使该N元子阵（3）的印制平衡双导馈线（4）的上下馈线短路的金属化过孔（41），在每个N元子阵（3）中心设有用于外部馈线（2）与印制平衡双导馈线（4）的上下馈线电连接的中心馈电孔（42）；所述的N元子阵（3）输入阻抗为25Ω，以中心馈电孔（42）为中心的N个形状大小相同的超宽带振子单元（8）并列组成，其中，N≥2；超宽带振子单元（8）由设置在PCB板正面的振子上臂（81）、设置在PCB板反面的振子下臂（82）和两个寄生枝节（83）组成，振子上臂（81）下移距离T后与振子下臂（82）镜像对称，振子上臂（81）与印制平衡双导馈线（4）的上馈线连接，振子下臂（82）与印制平衡双导馈线（4）的下馈线连接，振子上臂（81）和振子下臂（82）均为U形振子，振子上臂（81）和振子下臂（82）的开口相向设置，振子上臂（81）或振子下臂（82）由中部的横臂（811）和对称设置在横臂（811）上下两侧的翼臂（812）组成U形结构，翼臂（812）由与横臂（811）连接的窄臂段（812-1）和另一端的宽臂段（812-2）组成，横臂（811）的外侧两端角向内侧方向倒内角θ，横臂（811）的内侧中心设有向外侧方向凹陷的凹口（811-2）；所述的振子上臂（81）的外侧和振子下臂（82）的外侧之间的两侧各设有一个寄生枝节（83），两个寄生枝节（83）不接触并对称共同设置在PCB板正面或PCB板反面上，每个寄生枝节（83）左右对称，寄生枝节（83）的内边与振子上臂（81）的外侧和振子下臂（82）的外侧均存在间隙，其外边与窄臂段（812-1）的外边缘平齐，所述的寄生枝节（83）由一体成型的长条段（831）、尖角段（832）和延伸段（833）组成，长条段（831）的中心连接尖角段（832），尖角段（832）的尖角处连接有延伸段（833），长条段（831）位于振子上、下臂的宽...

【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