CN111668599A - 一种大功率高增益全向赋形天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大功率高增益全向赋形天线，其包括天线罩、功分器、天线印制板组件、高功率线缆组件和避雷针组件；天线罩包括罩体、天线底板和天线上盖板；功分器设有功分器输出端口、印制板固定板和功分器输入端口；天线印制板组件包括赋形印制板、印刷偶极子单元、赋形馈电网络、隔离电阻和赋形印制板连接器；赋形印制板成360°均匀分布安装在印制板固定板的一侧；赋形印制板连接器与印刷偶极子单元焊接，赋形印制板连接器通过高功率线缆组件与功分器输出端口连接；避雷针组件包括避雷针固定杆和避雷针；避雷针的一端连接避雷针固定杆，另一端向罩体外侧伸出。本发明在实现高增益全向辐射的同时，通过波束赋形改善了低仰角方向增益。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的大功率高增益全向赋形天线，它实现垂直极化特性的同时具有防雷、高功率、低仰角高增益、全向辐射的优点。
背景技术
随着通信技术的发展，对高增益全向天线的需求越来越多。天线作为无线电系统中是用于发射和接收无线电信号的重要装置，天线性能的优劣直接影响整个无线电系统的通信质量。远距离通信系统中，往往需要在低仰角波束范围内，实现较高的增益以满足通信需要。在机场等地面基站飞机通信系统中，由于通信目标可能出现在任意方向，需要天线在满足大功率、高增益需求的同时，方向图能够实现水平360°覆盖。而对于地面站通信系统，天线需要安装在较高的位置以避免障碍物遮挡，需要对做防雷电保护处理。
传统基站天线系统中，多采用对阵阵子组阵来实现全向通信。现有的基站通信天线最大辐射方向一般在水平方向，由于波束宽度的限制，随着俯仰角增加，天线增益快速降低。后续逐渐被应用的赋形天线由于波束赋形范围小或功率容量的限制，无法满足远距离通信需要。
发明内容
针对上述背景技术中存在的不足，本发明提出了一种结构设计简单、合理，同时具有防雷、高功率、低仰角高增益、全向辐射特性的大功率高增益全向赋形天线。
本发明的技术方案如下：
上述的大功率高增益全向赋形天线，包括天线罩；所述天线罩包括罩体、匹配安装于所述罩体底端的天线底板和匹配安装于所述罩体顶端的天线上盖板；所述赋形天线还包括功分器、天线印制板组件、高功率线缆组件和避雷针组件；所述功分器匹配安装于所述天线底板的内部中央区域，其一端设有功分器输出端口，顶面中部匹配设有印制板固定板，底部中央设有功分器输入端口；所述功分器输入端口穿过所述天线底板向所述罩体的外侧伸出；所述天线印制板组件匹配安装于所述天线罩内侧，其包括赋形印制板、印刷偶极子单元、赋形馈电网络、隔离电阻和赋形印制板连接器；所述赋形印制板成360°均匀分布安装在所述印制板固定板的一侧；所述印刷偶极子单元和所述赋形印制板连接器均匹配设于所述赋形印制板的一面；所述赋形印制板连接器与所述印刷偶极子单元焊接，所述赋形印制板连接器还通过所述高功率线缆组件与所述功分器输出端口匹配连接；所述赋形馈电网络和隔离电阻匹配设于所述赋形印制板的另一面；所述避雷针组件包括避雷针固定杆和避雷针；所述避雷针固定杆匹配固定安装于所述天线底板的顶面中心进行接地；所述避雷针的一端穿过所述天线上盖板伸入所述罩体的内腔与所述避雷针固定杆匹配连接，所述避雷针的另一端向所述罩体的外侧伸出。
所述大功率高增益全向赋形天线，其中：所述赋形印制板具有四个，每个所述赋形印制板的表面为3盎司铜厚。
所述大功率高增益全向赋形天线，其中：所述印刷偶极子单元在所述全向天线印制板上成垂直方向不等间距排列。
所述大功率高增益全向赋形天线，其中：所述赋形馈电网络采用遗传算法优化所得的激励和相位进行布局设计，实现垂直方向波束赋形。
所述大功率高增益全向赋形天线，其中：所述高功率线缆组件通过压线箍固定在所述印制板固定板上，其包括线缆、第一高功率连接器和第二高功率连接器；所述线缆的下端连接所述第一高功率连接器并通过所述第一高功率连接器与所述功分器输出端口匹配连接，所述线缆的上端与所述赋形印制板连接器匹配连接。
有益效果：
本发明大功率高增益全向赋形天线结构设计简单、合理，与以往的全向天线相比，具有功率容量大、低仰角增益高、全向辐射和防雷功能。其中，赋形印制板采用印刷偶极子单元作为辐射阵元，保证增益和阻抗带宽要求；功分器采用腔体滤波器的形式，降低了损耗，确保大功率的需求；赋形印制板绕中心360°均匀分布实现了全向波束覆盖；避雷针组件能确保天线具有雷电防护功能；且赋形印制板采用3盎司铜厚设计，隔离电阻选用大功率电阻，提高了赋形印制板本身功率容量；每列印刷偶极子单元通过遗传算法优化赋形子阵列馈电幅度和相位，实现垂直方向波束赋形，改善了天线低仰角方向增益。
附图说明
图1为本发明大功率高增益全向赋形天线的结构示意图；
图2为本发明大功率高增益全向赋形天线的图1中A-A方向的示意图；
图3为本发明大功率高增益全向赋形天线的天线印制板组件的赋形印制板的正面结构示意图；
图4为本发明大功率高增益全向赋形天线的天线印制板组件的赋形印制板的反面结构示意图；
图5为本发明大功率高增益全向赋形天线的功分器的结构示意图；
图6为本发明大功率高增益全向赋形天线的带内电压驻波比实测图；
图7为本发明大功率高增益全向赋形天线的中心频点方向图实测图。
具体实施方式
如图1至7所示，本发明大功率高增益全向赋形天线，包括天线罩1、功分器2、天线印制板组件3、高功率线缆组件4和避雷针组件5。
该天线罩1为圆筒状结构，其包括罩体11、天线底板12和天线上盖板13；其中，该罩体11内部具有容置空间且两端成开口状；该天线底板12通过紧固件匹配安装于该罩体11的底端开口处，该天线上盖板13通过紧固件匹配安装于该罩体11的顶端开口处。
该功分器2匹配安装于该天线罩1的天线底板12的内部中央区域，其一端设有功分器输出端口21，顶面中部匹配设有印制板固定板22，底部中央设有功分器输入端口21；该功分器输入端口21向天线底板12外侧伸出。其中，该功分器2采用腔体滤波器的形式，降低了损耗，确保功分器低插损、大功率的需求。
该天线印制板组件3匹配安装于该天线罩1内侧，其包括赋形印制板31、印刷偶极子单元32、赋形馈电网络33、隔离电阻34和赋形印制板连接器35。
该赋形印制板31具有四个且成360°均匀分布安装在该功分器2顶面中部的印制板固定板22一侧，实现全向波束覆盖；每个赋形印制板31由聚四氟乙烯高频射频板加工而成且表面采用3盎司铜厚设计。
该印刷偶极子单元32匹配设于赋形印制板31的正面；该赋形印制板31采用印刷偶极子单元32不等间距布阵的形式作为辐射阵元，保证了增益和阻抗带宽要求；该印刷偶极子单元32采用垂直组阵的形式，实现宽带垂直极化特性。
该赋形馈电网络33和隔离电阻34匹配设于该赋形印制板31的反面；该赋形馈电网络33采用遗传算法优化所得的激励和相位进行布局设计，确保赋形子阵实现垂直方向方向图波束赋形，改善了天线低仰角方向增益；该隔离电阻34选用大功率电阻，以提高赋形印制板31本身功率容量。
该赋形印制板连接器35设于赋形印制板31的正面且与印刷偶极子单元32焊接。
该高功率线缆组件4固定在功分器2的印制板固定板22上，其包括线缆41、第一高功率连接器42和第二高功率连接器43；其中，该线缆41的下端连接第一高功率连接器42并通过第一高功率连接器42与功分器输出端口21匹配连接，该线缆41的上端通过第二高功率连接器43与赋形印制板连接器35匹配连接。该高功率线缆组件4通过压线箍44固定在印制板固定板22上，确保了天线的大功率容量工作要求。
该避雷针组件5包括避雷针固定杆51和避雷针52；其中，该避雷针固定杆51通过紧固件匹配固定安装于该该天线罩1的天线底板12的顶面中心进行接地，确保天线具有雷电防护功能；该避雷针52的一端穿过天线上盖板13并伸入罩体11内腔与避雷针固定杆51通过螺纹配合连接。
对本发明的天线性能进行了实际测试，在整个工作频带1410MHz-1460MHz范围内，天线电压驻波比小于1.3，水平面全向增益大于5dB，不圆度小于1dB；在低仰角0°～40°波束范围内，随着仰角增大，天线增益平缓降低；测试结果符合全向地面站天线的指标要求，表1列出了主要指标与典型频点的统计结果。
表1主要指标统计
本发明结构设计简单、合理，可同时实现防雷、高功率、低仰角高增益、全向辐射特性。
Claims (5)
1.一种大功率高增益全向赋形天线，包括天线罩；所述天线罩包括罩体、匹配安装于所述罩体底端的天线底板和匹配安装于所述罩体顶端的天线上盖板；其特征在于：所述赋形天线还包括功分器、天线印制板组件、高功率线缆组件和避雷针组件；
所述功分器匹配安装于所述天线底板的内部中央区域，其一端设有功分器输出端口，顶面中部匹配设有印制板固定板，底部中央设有功分器输入端口；所述功分器输入端口穿过所述天线底板向所述罩体的外侧伸出；
所述天线印制板组件匹配安装于所述天线罩内侧，其包括赋形印制板、印刷偶极子单元、赋形馈电网络、隔离电阻和赋形印制板连接器；所述赋形印制板成360°均匀分布安装在所述印制板固定板的一侧；所述印刷偶极子单元和所述赋形印制板连接器均匹配设于所述赋形印制板的一面；所述赋形印制板连接器与所述印刷偶极子单元焊接，所述赋形印制板连接器还通过所述高功率线缆组件与所述功分器输出端口匹配连接；所述赋形馈电网络和隔离电阻匹配设于所述赋形印制板的另一面；
所述避雷针组件包括避雷针固定杆和避雷针；所述避雷针固定杆匹配固定安装于所述天线底板的顶面中心进行接地；所述避雷针的一端穿过所述天线上盖板伸入所述罩体的内腔与所述避雷针固定杆匹配连接，所述避雷针的另一端向所述罩体的外侧伸出。
2.如权利要求1所述的大功率高增益全向赋形天线，其特征在于：所述赋形印制板具有四个，每个所述赋形印制板的表面为3盎司铜厚。
3.如权利要求1所述的大功率高增益全向赋形天线，其特征在于：所述印刷偶极子单元在所述全向天线印制板上成垂直方向不等间距排列。
4.如权利要求1所述的大功率高增益全向赋形天线，其特征在于：所述赋形馈电网络采用遗传算法优化所得的激励和相位进行布局设计，实现垂直方向波束赋形。
5.如权利要求1所述的大功率高增益全向赋形天线，其特征在于：所述高功率线缆组件通过压线箍固定在所述印制板固定板上，其包括线缆、第一高功率连接器和第二高功率连接器；所述线缆的下端连接所述第一高功率连接器并通过所述第一高功率连接器与所述功分器输出端口匹配连接，所述线缆的上端与所述赋形印制板连接器匹配连接。
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