[发明专利]一种基于左右手复合传输线的水平极化全向天线

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术的天线设计技术领域，特别涉及一种基于左右手复合传输线的水平极化全向天线。

背景技术

天线作为移动通信系统的咽喉要道，是辐射和接收电磁波的系统部件。天线性能的优劣，对移动通信系统的总体性能起着决定性的作用。随着无线通信技术的不断完善发展，天线性能除了要满足重量轻、体积小、制作简单、成本低的特性要求，还要支持分布式天线、MIMO多天线等技术的应用。对于多径丰富的通信环境而言，极化分集近年来被认为是最优的多输入多输出MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术之一。在城市或者室内无线环境中，虽然基站发射的都是特定的极化信号，比如常见的垂直极化信号，但是很难直接传播到移动终端，一般要经过多径传播，才能到达移动终端。在传播的过程中，极化要发生旋转，可能既有水平极化信号，又有垂直极化信号。可以考虑在发射端和接收端分别安装两个天线，一个水平极化天线和一个垂直极化天线，以得到两个不相关的信号，这就是极化分集，它正是利用了空中水平路径和垂直路径的不相关性来实现抗快衰落的。在TD-SCDMA基站中，±45°双极化的扇区定向天线被采用来增加信道容量和提高系统性能。

然而在一些应用中，如无线局域网系统或者分布式MIMO系统，全向天线比定向天线更加合适。与采用定向天线的系统相比，采用全向天线的系统只需一组天线就可以覆盖整个小区，可以大幅度地减少系统的复杂度和成本。全向天线也更有利于MIMO技术的应用。MIMO系统实现高容量的一个重要前提就是存在着丰富的多径环境，定向天线由于自身定向反射器的遮挡效应，只能接收到有限角度的多径信号。而全向天线则可以充分地利用360度的多径资源，提供更大的信道容量。但是，已有应用报道的全向天线的多是垂直极化天线，水平极化的类型和方案并不多。所以研究新型的水平极化全向天线，满足实现极化分集的要求，非常具有现实意义。

电流分布均匀的电小环天线理论上可以等效为一个磁偶极子，从而获得一个水平极化的全向方向图。然而，由于其辐射电阻太小、电抗太高，电小环天线的阻抗匹配难以实现。电大环天线虽然可以获得理想的阻抗带宽，但它在环上的电流大小和方向都不均匀，这样就不能产生水平极化的全向方向图。因此，迫切需要提出一种新型的水平极化全向天线来支持极化分集的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于左右手复合传输线的水平极化全向天线，利用左右手复合传输线的零阶谐振特性，实现水平极化的全向覆盖。该天线用于支持无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)通信系统，具有水平极化、结构简单、全向覆盖率、低成本的优点。

为了解决上述问题，本发明公开了一种基于左右手复合传输线的水平极化全向天线，由圆形微波介质基板(10)、通过刻蚀铜箔形成的上表面元件(20)和下表面元件(30)构成，所述的圆形微波介质基板(10)为聚四氟乙烯材料，介电常数为2.65，损耗正切角为0.002，厚度为0.7mm，半径为20mm，基板双面覆铜的厚度均为0.07mm；

所述的上表面元件(20)、下表面元件(30)分别包括数条圆弧形金属，通过刻蚀的方法周期性地加工在微波介质基板(10)上；上表面的圆弧形金属条(23)，(24)，(25)，(26)，(27)和下表面的圆弧形金属条(31)，(32)，(33)，(34)，(35)，(36)大小尺寸相等，周期性地分布在一个圆周上，分别在上、下表面构成圆环。

优选的，所述下表面的圆弧形金属条与上面圆弧形金属条相互耦合引入平行板电容，相当于周期性的引入串联电容，在微波介质基板上构成左右复合传输线，从而构成零次模环天线。

优选的，同一表面相邻的圆环形金属条之间刻蚀有缝隙，下表面的圆弧形金属条的中心设于与之对应的上表面圆弧形金属条间缝隙的正下方。

优选的，上表面的圆弧形金属条(21)和(22)的总尺寸与其他圆弧形金属条相等，馈电端口位于圆弧形金属条(21)和圆弧形金属条(22)之间缝隙处；该端口一端连接圆弧形金属条(21)，另一端连接圆弧形金属条(22)。

优选的，所述圆弧形金属条长度不大于中心工作波长的1/6，其构成的零次模环天线周长不超过1.5中心工作波长。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：