一种引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线

摘要

本发明公开了一种引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线，包括改进的单极子辐射单元、矩形金属背腔、金属短线、寄生的矩形金属片单元和塑料支撑杆。所述单极子辐射单元水平放置，一端焊接于金属背腔的侧面并用金属短线短接，另一端向上弯折成向上弯折部且延伸成L形的侧面向上弯折部，用于实现顶部加载；所述寄生金属片单元安装在金属背腔同一侧面，位置略高或略低于单极子，与之相互耦合。本发明的天线，通过引入寄生单元和顶部加载技术，实现了两个低频谐振点，从而形成多频带特性。此外，它还具有低剖面，制作成本低廉等优点，适用于作为无线通信中的基站天线。

说明书

技术领域

本发明涉及一种引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线，属于移动通信室内分布系统天线的技术领域。

背景技术

随着现代无线通信技术的发展，对室内分布系统提出了更高的要求，而天线作为系统中的一项关键器件，为了减少其数量，需要该天线可以被多系统共用也就是具有宽频带或者多频带特性。常用的平面单极子天线、单锥天线具有工作带宽较宽且易于加工等特点，然而它们的高度近似于四分之一个工作波长，不利于在有限的空间里进行安装；而且单锥天线体积较大，不利于小型化。最近，电磁组合类型天线被广泛的用作于室内基站天线，然而为了保持良好的辐射特性，天线结构的复杂度增加。因此，必须研制一种结构简单，剖面低，能够同时覆盖多个频段的新型天线单元。此外，现有技术为了实现双频或者多频特性，一般通过增加寄生单元来引入高频谐振点，难以实现对更低频段信号进行覆盖，例如数字电视信号的接收、RFID应用。本发明将提出一种通过增加寄生单元引入低频谐振点的单极子天线，可以有效的降低工作频率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术存在的问题，提出一种结构新颖简单、剖面低、制作成本低廉、能够引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线，包括单极子辐射单元、矩形金属背腔、金属短线、矩形金属片单元和支撑杆，当X方向为宽度方向，Y方向为长度方向，Z方向为高度方向且XY面为水平面时，所述矩形金属背腔的底面平行于XY面；所述单极子辐射单元从金属背腔的平行于XZ面的一个侧面进行馈电；所述单极子辐射单元的靠近馈电端的一端通过金属短线连接矩形背腔所述平行于XZ面的侧面；所述寄生金属片单元与所述单极子辐射单元安装在所述金属背腔的同一侧面，位置高于或低于所述单极子辐射单元；所述寄生金属片单元和金属短线分别位于单极子辐射单元在宽度方向上的两侧；所述单极子辐射单元底面通过所述支撑杆与金属背腔的底面固定连接。

优选的，所述单极子辐射单元包括主体、向上弯折部和侧面向上弯折部，主体为平板结构且平行于XY面；主体在Y方向上远离馈电端的一端具有一个向上弯折部，该向上弯折部平行于Z方向。

优选的，所述单极子辐射单元的向上弯折部在X方向向外延伸出一L形侧面向上弯折部，该侧面向上弯折部在水平面的投影为L形，L形的延伸的方向朝向馈电端。

优选的，单极子辐射单元的主体在Y方向的靠近馈电端的两侧分别具有一个斜切角，从而形成两个斜边，该两个斜边与X方向呈一夹角α。

优选的，所述单极子辐射单元的宽度在150～165毫米范围内，长度在75～90毫米范围内。

优选的，所述夹角5～10度范围内。

优选的，向上弯折部的高度在6～14毫米范围内。

优选的，所述矩形金属片单元的长度在25～35毫米范围内，宽度在8～16毫米范围内，与单极子辐射单元间隔在2～4毫米范围内。

优选的，所述侧面向上弯折部23的宽度在15～25毫米范围内，长度在20～30毫米范围内。

优选的，所述矩形金属背腔长度在200～300毫米范围内，宽度在200～300毫米范围内，高度在50～70毫米范围内。

优选的，所述金属短线的长度在7～11毫米范围内。

优选的，所述支撑杆为塑料材料，直径在2～4毫米范围内，长度在36～44毫米范围内。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明通过引入寄生单元和顶部加载技术，实现了两个低频谐振点，从而形成多频段特性。它具有结构简单，低剖面，制作成本低廉等优点，适用于作为无线通信中的基站天线。

附图说明

图1是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线的三维立体结构示意图；

图2是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线的俯视图；

图3是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线的剖面图；

图4是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线的反射系数特性曲线；

图5A和图5B是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线的710MHz辐射方向图；

图6A和图6B是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线的970MHz辐射方向图；

图7A和图7B是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线的1820MHz辐射方向图。

图中标号：1是矩形金属背腔、2是单极子辐射单元、21是单极子辐射单元的主体、22是单极子辐射单元的向上弯折部、23是单极子辐射单元的侧面向上弯折部、4是寄生矩形金属片单元、5是同轴接头、6是金属短线、7是塑料支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

图1是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线的三维立体结构示意图。如图1所示，在该图显示的实施例中，在XYZ三维坐标中，水平面为XY面，X方向为宽度方向，Y方向为长度方向，Z方向为高度方向。本发明的天线包括一个矩形金属背腔1矩形金属背腔1水平放置，即其底面平行XY面，单极子辐射单元2通过同轴接头5从金属背腔1的一侧面进行馈电。在该实施例中，该侧面是平行于XZ面的一个侧面。

图2是本发明的天线的俯视图，图3是沿YZ面的剖视图。结合图2和图3所示，单极子辐射单元2包括主体21、向上弯折部22和侧面向上弯折部23，主体21为平板结构且平行于XY面，即平行于金属背腔1的底面，其长度Wp1在75～90毫米范围内，宽度Lp1在150～165毫米范围内。

单极子辐射单元2的主体21在Y方向(长度方向)的靠近同轴接头5的一端的两侧分别具有一个斜切角，从而形成两个斜边24，24’，该两个斜边与X方向呈一夹角α，其中一个斜边的外侧通过金属短线6连接金属背腔1的所述侧面。夹角α在5～10度范围内。

单极子辐射单元2主体21在Y方向(长度方向)的远离同轴接头5的一端在X方向上平直，但具有一个向上弯折部22，该向上弯折部平行于Z方向，即高度方向。向上弯折部的高度(Z方向)Wp2在6～14毫米范围内。

所述寄生金属片单元4和金属短线6分别位于单极子辐射单元2在宽度方向上的两侧。

单极子辐射单元2的向上弯折部22在宽度方向(X方向)向外延伸出一L形侧面向上弯折部23。该侧面向上弯折部23在水平面的投影为L形，即从宽度方向垂直弯折以在长度方向上延伸，延伸的方向朝向同轴接头5。

结合图3所示，矩形金属片单元4与单极子辐射单元2焊接于金属背腔1同一侧面，位置略高于单极子辐射单元2；塑料支撑杆7与单极子辐射单元2的底部连接在一起并固定在金属背腔1的底面上。

对照图1，本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线，金属背腔1的长度L在200～300毫米范围内，宽度W在200～300毫米范围内，高度H在50～70毫米范围内。

对照图1和图2，本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线，为了引入低频谐振点，L形侧面向上弯折部23的宽度(X方向)Lp2在15～25毫米范围内，长度(Y方向)Ls在20～30毫米范围内；同时，金属短线6连接单极子辐射单元2的一侧边和金属背腔1的侧面，它的长度W1在7～11毫米范围内。向上弯折部22和侧面向上弯折部23实现顶部加载。对照图2和图3，矩形金属片单元4的宽度(X方向)L3在25～35毫米范围内，长度(Y方向)W3在8～16毫米范围内；它固定在单极子辐射单元2的上方，单极子辐射单元2与之的间距S在2～4毫米范围内；此外，它也可以固定在相同间距的极子辐射单元2的下方。矩形金属片单元4与单极子辐射单元2相互耦合。

附图4给出了500MHz～3000MHz频段上天线的反射系数特性，其中实线是本发明天线，虚线是参考天线(普通单极子天线)。可见本发明天线在低频段引入了两个额外的谐振点f1和f2，可同时覆盖670～720MHz，880～1040MHz和1260～3000MHz三个频段。

图5A和图5B是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线在710MHz的H面和E面辐射方向图；图6A和图6B是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线在970MHz的H面和E面辐射方向图；图7A和图7B是本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线在1820MHz的H面和E面辐射方向图。对照图5A、5B、6A、6B、7A、7B，可见天线具有稳定的定向辐射特性。

本发明的引入低频谐振点的多频带背腔式单极子天线具有体积小，剖面低，能覆盖多个频段等特点，而且结构简单，加工成本低廉，可应用于现有的室内分布系统，具有广阔的应用前景。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。