一种基于多模谐振的双频宽带高增益印刷全向天线制造技术

本发明专利技术提出一种基于多模谐振的双频宽带高增益印刷全向天线，包括金属片加载的印刷天线、馈电同轴线、金属套管、天线罩等组成；该天线的主体部分为金属片加载的印刷天线，印刷天线上的基本单元为平面印刷锥筒形偶极子天线用于形成宽带的全向辐射，其通过共轴线的单元印刷天线在垂直面上组成阵列形成高增益，采用中心并馈的方式实现等幅同相的馈电，形成两元天线的合成；通过在印刷偶极子天线的侧边加载半圆柱形金属片的方式实现电流扰动，从而使得天线在高频段的高阶谐波特性加强且具有较好的阻抗匹配特性，从而形成双频辐射特性；采用辐射振子和馈电网络的一体化设计，极大程度减小馈电网络对全向辐射的影响，并尽可能优化印刷PCB的宽度，使其具有极佳的全向不圆度；该天线主体部分一体化印刷成型且直接作为加载金属片的支撑体，无需额外的支撑结构，结构简洁、重量极轻。重量极轻。重量极轻。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多模谐振的双频宽带高增益印刷全向天线


[0001]本专利技术涉及一种全向天线，尤其涉及一种基于多模谐振的双频宽带高增益印刷全向天线。

技术介绍

[0002]对于通信系统而言，其可以实现任意点对点的通信和数据传输是至关重要的，而全向天线由于其具有水平面360
°
的波束覆盖，任意布站都可以实现点点之间的顺畅通信，这也就是当前移动通信或其他数据链系统中大规模应用全向天线的原因。全向天线的基本形式就是偶极子天线，其谐振于半波长的电尺寸，且通常为窄带天线，这在一定程度上限制了全向天线在宽带系统中的应用，但是随着天线技术的发展，越来越多的宽带天线被研制出来，从而扩大了全向天线的应用范围；采用半波振子形式的全向天线即使实现了宽带，其增益也是收到限制的，一般情况下，这类全向天线的增益在0dBi左右，对于要求增益较高的场合，全向天线的应用收到了限制，为此，高增益的宽带全向天线需求越来越大，为了实现这种需求，通常采用了较大直径的全向天线在垂直面上组阵形式高增益，通过较大直径的单元全向天线实现其宽带化，并且使得单元天线的高度不超过高频对应的波长，从而方便天线的组阵。伴随着便携式、小型化系统的推广应用，越来越多的系统要求全向天线可综合考虑尺寸小、重量轻、带宽宽、多频段、高增益等要求，而这些要求也恰恰都是相互制约的，这就给全向天线的研发带来了极大的挑战。
[0003]对于小型化、双频、宽带、高增益的全向天线的实现方式，当前主要的实现方式及其不足之处如下：
[0004]采用宽带天线的实现方式，如可以用高度超过2个波长、直径超过2个波长的宽带双锥天线，通过超宽带来覆盖要求的双频谐振，同时可以实现相对较高的增益。但这种实现方式具有较大的尺寸和重量，很难满足小型化的要求；并且增益值也只是相对普通偶极子天线高1～2dB。
[0005]采用两组宽带高增益的全向天线复合的实现方式，如分别设计工作与低频和高频的宽带高增益天线，可描述为F1高增益全向天线和F2高增益全向天线，通过两幅天线上下放置而成，如F1高增益全向天线位于F2高增益全向天线的顶部，且两天线共轴放置，从而形成了双频、宽带、高增益的全向天线。但这种实现方式的F1高增益全向天线的馈电射频电缆需穿过F2高增益全向天线，使得F2高增益全向天线的阻抗特性和方向图全向性都收到影响；这种实现方式通常为2个输出端口，如果需要采用单端口输出的话，需要用到双工器将两个端口合成为单端口，双工器的设计也是很复杂的事情，因此这种设计的难度较大，天线的可生产性也不好；同时，天线在高度上需要考虑F1高增益全向天线和F2高增益全向天线的高度、双工器的尺寸、两天线输出到双工器接线过渡需要的尺寸、双工器输出到输出口需要的过渡尺寸等，天线的高度方向尺寸较大，无法满足小型化的要求；天线的组成要素较多，每种要素都有一定的重量，其重量也无法满足轻型化的要求。
[0006]采用双频的定向天线组合形成的实现方式，如通过设计一种定向的小型化辐射单
元，可描述为双频定向宽带辐射单元，其通过4单元(或者更多)在垂直方向组阵的方式，且每个天线单元的最大辐射方向依次相差90
°
(方位面上)，从而构成了等效于4单元的双频、高增益全向天线。由于定向辐射单元通常辐射片的宽度较宽，其通过方位面旋转来组阵的方式使得天线具有较大的直径，同时高度也是高于纯全向的实现方式；天线由4单元组合而成，其需要额外的合路器来合成到单端口输出，实现相对较复杂；4单元天线到达功分器的路径各不相同，且又需要等幅同相的馈电来实现高效合成，这就使得需要采用相同相位的射频电缆对这4单元馈电，这就使得对于距离合路器较远的天线单元其馈电电缆直接沿高度方向拉过来就行，而对于与距离合路器最近的天线单元的馈电电缆需要通过缠绕起来才能与合路器相连，走线关系较为复杂，并且等相位电缆的制作本身也就是较困难，因此这种实现方式对于生产而言难度较大；同时，考虑到天线的组成要素也是较多，天线的重量也是无法满足轻型化的要求。

技术实现思路

[0007]本申请要解决的问题就是要克服上述现有技术的不足，实现全向天线的小型化、轻型化、双频段、宽频带、高增益的要求。
[0008]为解决上述问题，本专利技术提出一种基于多模谐振的双频宽带高增益印刷全向天线，包括PCB印刷天线1、加载金属片2、馈电同轴线3、金属套管4、天线罩5；其中PCB印刷天线1位于天线罩5的内部、加载金属片2位于PCB印刷天线1的侧面且也位于天线罩5的内部，PCB印刷天线1和加载金属片2为天线的辐射部分，形成2元偶极子天线垂直面组阵的结构；馈电同轴线3的芯线与PCB印刷天线1的一侧电连接、馈电同轴线3的皮线与PCB印刷天线1的另一侧电连接，实现天线的有效馈电；馈电同轴线3的底部通过法兰与金属套管4连接，且射频接头穿出金属套管4的底部，作为天线的输出口；金属套管4为一圆筒结构，其底部连接馈电同轴线3的射频接头法兰；天线罩5为玻璃钢圆管，其底部插入金属套管4的内侧固定且其穿过了PCB印刷天线1、加载金属片2、馈电同轴线3，将其罩于罩内，从而形成了完整的天线结构。
[0009]上述印刷双频宽带高增益全向天线采用平面印刷锥筒形偶极子天线作为基本辐射单元，利用介质基板的双层结构将正反面覆铜层制作成微带线传输结构，利用微带线正反面的180
°
相位差对天线进行馈电，从而实现了基本的偶极子天线辐射；两单元平面印刷锥筒形偶极子天线采用并联馈电，通过同轴电缆在两元平面印刷锥筒形偶极子天线的正中心馈电，且通过等线长微带线将馈电能量传输的方式实现了两单元偶极子天线的等幅、同相位馈电，获得了最佳的合成效率，实现了高增益的全向天线；通过对PCB天线上的基本辐射单元进行加载合适尺寸金属片的设计，取得二次谐振特性，并通过加载片的尺寸的设计使得谐振点调整至需要工作的频段上，实现双频宽带段的工作；对基本辐射单元的加载设计同时也扩大了辐射振子的有效电尺寸，扩展了谐振带宽，使得天线原有的频带宽度获得加强；通过天线的合理设计，使得天线的两个谐振频率点均可以满足其自身的阵元合成条件，高低频率均可以获得较好的增益增强效果；该天线在未增加包络尺寸的情况下实现了天线的宽带和双频宽带特性，其具有小型化和便携的特点；另外，天线采用PCB印刷形式实现，重量很轻符合便携要求，且零件较少，方便安装、调试、生产。
[0010]进一步地，平面印刷锥筒形偶极子天线是锥筒形偶极子天线的二维形式，其具有与锥筒形偶极子天线类似的宽频段特性，可以与锥筒形偶极子天线相等效，但是其由于采
用了二维结构在尺寸和重量上有着很大的优势，且方便印刷在PCB板上，形成了附着在PCB上的平面印刷锥筒形偶极子天线，其有利于天线实现小型化、轻型化等指标要求；
[0011]进一步地，采用PCB基板作为平面锥筒形偶极子天线的结构支撑，其通过将上振子和下振子分别印刷在PCB板的正面和反面，通过PCB的正面和反面的微带线实现了平面印刷锥筒形偶极子天线的馈电，即正面微带线连接上振子(可将其定义为相位0
°
)、背面微带线连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多模谐振的双频宽带高增益印刷全向天线，其特征为：包括PCB印刷天线(1)、加载金属片(2)、馈电同轴线(3)、金属套管(4)、天线罩(5)；其中PCB印刷天线(1)位于天线罩(5)的内部、加载金属片(2)位于PCB印刷天线(1)的侧面且也位于天线罩(5)的内部，PCB印刷天线(1)和加载金属片(2)为天线的辐射部分，形成2元偶极子天线垂直面组阵的结构；馈电同轴线(3)的芯线与PCB印刷天线(1)的一侧电连接、馈电同轴线(3)的皮线与PCB印刷天线(1)的另一侧电连接，实现天线的有效馈电；馈电同轴线(3)的底部通过法兰与金属套管(4)连接，且射频接头穿出金属套管(4)的底部，作为天线的输出口；金属套管(4)为一圆筒结构，其底部连接馈电同轴线(3)的射频接头法兰；天线罩(5)为玻璃钢圆管，其底部插入金属套管(4)的内侧固定且其穿过了PCB印刷天线(1)、加载金属片(2)、馈电同轴线(3)，将其罩于罩内，从而形成了完整的天线结构。2.权利要求书1所述的一种基于多模谐振的双频宽带高增益印刷全向天线，其特征为：PCB印刷天线(1)的组成为介质覆铜结构，(1
‑
1)为正面覆铜层、(1
‑
2)为背面覆铜层、(1
‑
3)为介质层，(1
‑
1)和(1
‑
2)覆铜层组成了二元偶极子天线辐射体；天线的主体辐射频段通过调整覆铜层(1
‑
1)和(1
‑
2)上的振子宽度(也可称平面锥筒上部宽度)W1、振子长度2*(L1
‑
1+L1
‑
2)、振子锥筒底部宽度W1
‑
1和振子间距D1即可，其调整范围可在1
‑
1000mm之间。3.权利要求书1所述的一种基于多模谐振的双频宽带高增益印刷全向天线，其特征为：加载金属片(2)的宽度W2可为1
‑
1000mm，长度L2可为1
‑
1000mm，其可通过焊接或粘接等方式固定于PCB印刷天线(1)的侧面，加载金属片(2)一般为偶数对，其数量通常与PCB印刷天线(1)上面振子的数量相等，如一副偶极子需2对4片加载金属片，2元偶极子需要4对8片；同一对偶极子单元上的两片加载金属片之间的间隙为D2
‑
1其取值可为1
‑
1000mm，偶极子单元之间的相邻加载金属片之间的间隙为D2
‑
2其取值可为1
‑
1000mm。4.权利要求书1所述的一种基于多模谐振的双频宽带高增益印刷全向天线，其特征为：馈电同轴线(3)为同轴线与射频接头组成的电缆组件，其一头芯线(3
‑
1)伸出屏蔽层(3
‑
2)和绝缘层(3
‑
3)，另外一头为射频连接器(3
‑
4)；馈电同轴线(3)的伸出芯线(3
‑
1)为L形，其从背面穿过PCB印刷天线(1)的介质层(1
‑
3)上面的馈电沉孔；且芯线(3
‑
1)的末端与PCB印刷天线(1)的正面覆铜层(1
‑
1)相连，屏蔽层(3
‑
2)与背面覆铜层(1
‑
2)相连；馈电同轴线(3)的射频连接器(3
‑
3)与金属套管(4)相连，从而形成了天线的输出。5.权利要求书1所述的一种基于多模谐振的双频宽带高增益印刷全向天线，其特征为：金属套管(4)为圆筒结构的金属腔体，其管壁内侧与天线罩(5)相连，作为其支...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉峰，朱光，龚大勇，范竣峰，李正彦，
申请(专利权)人：嘉兴诺艾迪通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：