一種螺旋加載高增益全向單極子天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種移動通信基站與終端天線設(shè)備與技術(shù)，特別是涉及一種螺旋加載高增益全向單極子天線及其技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]天線是無線通信系統(tǒng)中終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接的空中接口，因此是整個系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件之一，它的性能優(yōu)劣直接決定通信質(zhì)量的好壞。在移動通信系統(tǒng)中，因發(fā)射臺和終端設(shè)備的相互移動性，雙方均需要安裝全向天線以確保彼此處于任意方位關(guān)系時仍能通信。因此，全向天線具有廣泛的應(yīng)用需求并得到了大量研究，其中單/偶極子天線是發(fā)明最早、結(jié)構(gòu)最簡、應(yīng)用最廣的全向天線類型。另外，在收發(fā)天線方位面或水平面實現(xiàn)全向性的同時，還要求其仰角面或豎直面波束寬度較窄以實現(xiàn)較高增益，從而改善通信效果和增加通信距離。然而，單/偶極子天線由于其典型的電長度為0.25.^和0.5.夂豎直面波束較寬(E面，HBPff^ 78 °)、增益因此較低(Ο 2.15 dBi)。為了提高增益，單/偶極子天線通常將多個單元排成直線陣，或者組成平面陣并后置反射板以進一步改善增益。陣列天線饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計復(fù)雜、成本較高，適合于寬范圍廣域組網(wǎng)覆蓋，如大型宏基站天線。移動終端由于體積、尺寸受限，其單/偶極子全向天線通常直接在單元上構(gòu)造陣列，具體方式是加載反相器并增加電長度，使得電流在大于0.25.i或0.5.i的直導(dǎo)體段上保持同向，從而獲得類似常規(guī)陣列的高增益。反相器的原理是讓兩相鄰的同向電流段之間的半波長反向電流段輻射效果最弱，其實現(xiàn)形式通常有螺旋導(dǎo)線、彎折導(dǎo)線和集總電路等。導(dǎo)線彎折尺寸較大，對帶寬和方向性向性也會產(chǎn)生不利影響；集總電路元件加載通常損耗較大，對天線效率損失較大，常用于小型化接收天線設(shè)計；而螺旋加載因其低損耗、弱輻射、小尺寸，成為反相器設(shè)計的首選方案。然而，跟幾何彎折一樣，螺旋也是一種窄帶結(jié)構(gòu)，會顯著減小天線帶寬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種小型化、低剖面、高增益、全向性、寬E面波束、低旁瓣/后瓣、高效率、低成本的螺旋加載單極子天線，并為更高增益的全向單/偶極子天線優(yōu)化設(shè)計提供有效的參考方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種螺旋加載高增益全向單極子天線，設(shè)有一個圓形地板、一個螺旋加載輻射體和多個導(dǎo)體短粧，所述螺旋加載輻射體設(shè)置在圓形地板的中心，多個導(dǎo)體短粧均勻分布在螺旋加載輻射體周圍的圓形地板上，螺旋加載輻射體由上導(dǎo)體段、螺旋段和下導(dǎo)體段組成，上導(dǎo)體段呈L形并與螺旋段的上端連接，下導(dǎo)體段呈倒置的L形并與螺旋段的下端連接。
[0005]優(yōu)選地，所述上導(dǎo)體段中豎直部分的上端設(shè)置有一個直徑大于其本體的金屬導(dǎo)體。
[0006]優(yōu)選地，所述下導(dǎo)體段中豎直部分的中部設(shè)置有一個直徑大于其本體的金屬導(dǎo)體。
[0007]優(yōu)選地，上導(dǎo)體段的電長度為0.5 λ，下導(dǎo)體段的電長度為0.25 λ。
[0008]優(yōu)選地，所述上導(dǎo)體段和下導(dǎo)體段中豎直部分和彎折部分之間的角度為99°。
[0009]優(yōu)選地，所述導(dǎo)體短粧的頂部設(shè)有一個直徑比下部直徑大的金屬圓盤。
[0010]優(yōu)選地，所述導(dǎo)體短粧的直徑與螺旋加載輻射體中螺旋段、上導(dǎo)體段及下導(dǎo)體段的直徑相同。
[0011]優(yōu)選地，所述金屬圓盤的直徑為導(dǎo)體短粧直徑的3倍。
[0012]優(yōu)選地，所述導(dǎo)體短粧的高度為0.225 λ，導(dǎo)體短粧與地板圓心之間的距離為0.625 λ。
[0013]優(yōu)選地，所述螺旋段的螺旋直徑仏=0.155.導(dǎo)體直徑仏=0.031.螺旋升角為7°—8°、螺旋圈數(shù)為2。
[0014]所述圓形地板為直徑4=2.Λ的金屬圓盤。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:由于用水平地板取代了豎直下臂而降低一半高度，單極子天線的最大輻射方向會上翹一定的角度，水平方向增益顯著降低，并有較大的旁/后瓣，最終使得水平方向的通信效果變差。因此，只有將Ε面波束寬度展寬，才能克服這一困難。本發(fā)明獨特地采用所述結(jié)構(gòu)的螺旋加載輻射體及地板加載圓周排列金屬柱的方法，實現(xiàn)了單極子天線窄帶內(nèi)高增益、全向性、寬Ε面波束、低旁/后瓣和高效率輻射。另外，該方法還具有思路新穎、原理清晰、方法普適、實現(xiàn)簡單等特點，對于更高增益的單/偶極子全向天線的設(shè)計和改進也是適用和有效的。
【附圖說明】
[0016]圖1為螺旋加載輻射體的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為螺旋加載輻射體的側(cè)視圖。
[0018]圖3為螺旋加載高增益全向單極子天線的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為天線的俯視圖。
[0020]圖5為天線的側(cè)視圖。
[0021]圖6為螺旋加載高增益全向單極子天線輸入阻抗的頻率特性曲線。
[0022]圖7為螺旋加載高增益全向單極子天線的反射系數(shù)|曲線。
[0023]圖8為螺旋加載高增益全向單極子天線在/,=4.52 GHz的2D實增益方向圖。
[0024]圖9為螺旋加載高增益全向單極子天線在/,=4.65 GHz的2D實增益方向圖。
[0025]圖10為螺旋加載高增益全向單極子天線在/,=4.73 GHz的2D實增益方向圖。
[0026]圖11為螺旋加載高增益全向單極子天線的增益G隨頻率化曲線。
[0027]圖12為螺旋加載高增益全向單極子天線的半功率波束寬度HPBW隨頻率化曲線。
[0028]圖13為螺旋加載高增益全向單極子天線的水平方向增益殖頻率化曲線(Theta=90°，Phi=0°)。
[0029]圖14為螺旋加載高增益全向單極子天線的效率L隨頻率沙化曲線。
[0030]圖中標(biāo)記:1、螺旋段，2、下導(dǎo)體段，3、上導(dǎo)體段，4、下導(dǎo)體段的彎折部分，5、上導(dǎo)體段的彎折部分，6、饋電同軸線，7、導(dǎo)體短粧，8、金屬圓盤，9、圓形地板。
【具體實施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖及較佳實施例具體說明本發(fā)明的實施方式。
[0032]這里，將基于0.75倍同向電流波長來設(shè)計螺旋加載高增益全向單極子天線，并給出相應(yīng)附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。需要特別說明的是，這里所描述的優(yōu)選實施例子僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制或限定本發(fā)明。
[0033]本發(fā)明的螺旋加載高增益全向單極子天線，設(shè)有一個圓形地板9、一個螺旋加載輻射體和多個導(dǎo)體短粧7。其材料選用金屬良導(dǎo)體，如紫銅(純銅)、合金銅(如黃銅)、純鋁等制作。所述螺旋加載輻射體設(shè)置在圓形地板9的中心，多個導(dǎo)體短粧7均勻分布在螺旋加載輻射體周圍的圓形地板上，螺旋加載輻射體由上導(dǎo)體段3、螺旋段1和下導(dǎo)體2段組成，上導(dǎo)體段呈L形并與螺旋段的上端連接，下導(dǎo)體段呈倒置的L形并與螺旋段的下端連接。饋電同軸線的外導(dǎo)體與圓形地板連接，內(nèi)導(dǎo)體與下導(dǎo)體段連接。
[0034]優(yōu)選地，所述螺旋加載高增益全向單極子天線的螺旋加載輻射體采用一體成型工藝，然后再與圓形地板、導(dǎo)體短粧和饋電同軸線組裝為一體。螺旋加載高增益全向單極子天線實際饋電的50 Ω標(biāo)準(zhǔn)同軸線帶SMA、BNC、TNC、N型等常見連接頭。
[0035]所述圓形地板米用金屬圓盤，其直徑一般不小于1.λ，本發(fā)明優(yōu)選直徑Dg=2.λ。其厚度Tg—般較小，通常〈〈1.λ。
[0036]優(yōu)選地，所述上導(dǎo)體段中豎直部分的上端設(shè)置有一個直徑大于其本體的金屬導(dǎo)體。下導(dǎo)體段中豎直部分的中部設(shè)置有一個直徑大于其本體的金屬導(dǎo)體。通過在下導(dǎo)體段中段和上導(dǎo)體段末端分別加載更大直徑的導(dǎo)體段，從而增加了工作帶寬(BW=220 MHz,4.76%) ο
[0037]優(yōu)選地，上導(dǎo)體段的電長度為0.5 λ，下導(dǎo)體段的電長度為0.25 λ。以上述加載更大直徑導(dǎo)體段的方式為例。下導(dǎo)體段本體部分的直徑為隊，豎直部分和彎折部分的長度分別為LjP L 2，其豎直部分中部加載的金屬導(dǎo)體的直徑和長度分別為隊和L 3，則Q+ L2+(D2-Di) ^ 0.25.λ。下導(dǎo)體