[发明专利]一种宽带水平极化全向天线

说明书

本发明公开了一种宽带水平极化全向天线，属于无线通信技术领域。其金属辐射层包括振子单元和馈电网络，振子单元包括多个曲面平行双线馈电异面印刷的偶极子，每一偶极子均包括两个振子，且两个振子分别置于支撑筒内、外两侧，形成互补结构；偶极子的轴向方向与支撑筒的轴向方向垂直；馈电网络包括指数线阻抗变化的宽带平行双线馈电网络和传输线转换结构，宽带平行双线馈电网络的两部分分别为位于支撑筒内侧的内侧馈电网络和位于支撑筒外侧的外侧馈电网络；内侧馈电网络的末端与内侧的对应振子相连，外侧馈电网络的末端与外侧的对应振子相连；本发明具有具有结构简单、紧凑，全向辐射特性好的特点，满足垂直极化全向通信系统的应用场景。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种宽带水平极化全向天线。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，人们对天线性能的要求也越来越高。天线作为无线通信系统中接收或辐射电磁波的设备，完成射频导波与空间无线电波的能量装换，在现代通信系统中具有无可替代的作用。根据发射和接收电磁波的方向性，一般可以将天线划分为定向天线和全向天线。与定向天线相比，全向天线辐射的电磁波信号和能量是沿着天线水平面内实现360°均匀辐射，垂直面内有一定波束宽度，典型的全向方向图为“∞”形状。全向天线在通信系统中一般应用于大范围覆盖，点对多点通讯系统中，如广播、电视、移动通信等场景。

在城市或者室内无线通信环境中，发射端和接收端都采用水平极化天线的系统比发射端和接收端都采用垂直极化天线的系统可以多获得平均10dB的功率；在巷道无线通信中，当巷道高度低于其宽度时，水平极化信号的传输效果优于垂直极化信号；在电视广播系统中，水平极化波受地形地貌的影响远小于垂直极化波；水平极化方式在生命探测仪检测效果方面也有显著优势。此外，在笔记本等水平放置居多的通讯设备中，水平极化天线也有广泛应用前景。

目前有很多水平极化全向天线方面的研究，从其结构上看，归结起来主要有以下几种：

1)Alford环天线及其变形。Alford环天线具有形成全向性方向图的环电流分布，又因为其结构的特殊性具有相对容易进行阻抗匹配的输入电阻。通过电流的流向分析，能够发现这四根金属导线的电流是完全顺着一个方向流动，能够在水平方向进行全向辐射。随着印刷技术的发展，利用Alford环天线的基本原理，以微带天线的形式来实现其辐射特性。天线结构具有尺寸小、全向性好、制作简单等优点，但带宽较窄。

2)缝隙天线，包括波导缝隙天线和圆柱面开缝天线。由对偶原理可知，无限延伸、理想导电平面上的半波长缝隙和与它对偶的半波振子具有相同的全向性辐射方向图，但极化方式不同，缝隙天线辐射水平极化波，半波振子辐射垂直极化波。通过在矩形波导宽边或圆柱面上开长度约为半波长的窄缝，即可实现水平极化全向辐射。此类天线具有全向性好的优点，但一般尺寸较大，不易实现宽带。

3)组合环天线。由天线理论可知，水平均匀电流环可以实现水平极化全向辐射，但传统的小环天线很难做到阻抗匹配，而大环天线上电流方向会发生改变，不能实现全向辐射。利用多个水平放置的天线单元，组成一个圆环或方环，通过合适的馈电方式，使环上电流均匀同相分布，即可实现水平极化全向辐射。但由于馈电结构不对称，存在全向辐射特性较差的缺点。

4)旋转场天线，水平面上正交放置的两个偶极子，对其正交馈电，可在水平面上实现全向水平极化辐射。在电视广播中，蝙蝠翼天线是一种实际应用广泛的旋转场天线，该天线可以在很宽的频带内保持输入阻抗变化不大，所以其频带宽度相当大。此类天线需要对两端口正交馈电，馈电结构复杂。

此外，还可以通过圆柱共形微带天线阵、左手传输线结构等方法实现水平极化全向辐射。

以上方式实现的水平极化全向天线普遍存在带宽窄，增益不高的缺点，制约了水平极化全向天线的工程应用。因此研究一种带宽宽，增益高，易于加工，具有良好全向特性的水平极化全向天线形式是很有必要的。

发明内容