[实用新型]垂直极化全波振子阵列天线以及定向辐射天线

说明书

垂直极化全波振子阵列天线以及定向辐射天线，多个全波振子共轴组成后再从阵列中心馈电时，中心两侧的振子相当于并联，故阻抗可以大大降低，再调节印制馈线阻抗便可使之匹配至50Ω。定向辐射天线，包括所述的垂直极化全波振子阵列天线，以及设置在所述的垂直极化全波振子阵列天线任一侧的金属反射板。使得全波振子这种高增益全向单元天线，突破了之前因高阻抗而无法实现工程应用的技术瓶颈。

技术领域

本实用新型涉及无线通信天线设备与技术，特别涉及垂直极化全波振子阵列天线才及定向辐射天线。

背景技术

偶极子天线或对称振子（dipole antennas），是天线家族中最基本、最简单和最原始的天线类型。由于具有全向性、易匹配、设计简单、低成本等特点，偶极子天线同时也是工程应用最广泛的天线类型。根据两臂长度L与工作波长λ的关系，偶极子可有若干种类型。然而，迄今已实用新型的、可实用的偶极子天线仅两种类型，即短振子（L≤0.1·λ）和半波振子（L≈0.5·λ），以及基于它们的若干种变体。短振子难匹配、带宽窄、增益低、效率低，常用于便携式或移动终端设备，如寻呼机、车载AM/FM广播天线等；半波阵子则易匹配、带宽宽、中等增益（G=2.15dBi）、效率高，是应用最最广泛的偶极子天线类型，故有偶极子天线就是半波振子的说法。然而，单个半波振子2.15dBi的增益，相对于绝大多数场合来说还是太低，这时需要多个半波振子共轴组阵以获得更高的全向增益。但是，当增益要求较高，如大于10dBi时，半波振子单元数量至少8个。此后，每当增益增加3dBi时，单元数量将增加一倍，如13dBi增益理论上至少需要16个单元。这么多的振子单元，阵列阻抗匹配设计将变得极具挑战性。若采用中心印制馈线馈电，将使得带宽显著变窄、馈线损耗增大。相反，若采用同轴电缆馈电，带宽变窄和馈线损耗问题将得到有效的改善，但需要多种不同型号电缆连接，馈电网络设计变得极其复杂，可靠性和可生产性也将大大降低。因此，高增益全向天线采用半波振子组阵的方案并不理想。相反地，若振子单元增益提高3dBi的话，那么阵元数将减半，馈电网络设计将大大简化、损耗将显著降低。

显然，上述问题解决的关键是设计一种更高增益的振子单元。众所周知，若要提高振子单元增益，则需要增加振子本身的电尺寸，比如从半波长增加至1个波长，即所谓的全波振子（full-wavelength dipole，L≈1.0·λ），它的增益可达G≈4dBi，而且效率更高。然而，它的输入阻抗高达几kΩ，极难实现阻抗匹配，故学术界和工程界尚没有相应的研究成果。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种垂直极化全波振子阵列天线以及定向辐射天线，多个全波振子共轴组成后再从阵列中心馈电时，中心两侧的振子相当于并联，故阻抗可以大大降低，再调节印制馈线阻抗便可使之匹配至50Ω。使得全波振子这种高增益全向单元天线，突破了之前因高阻抗而无法实现工程应用的技术瓶颈。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：垂直极化全波振子阵列天线，包括N元均匀直线阵列、对N元均匀直线阵列进行馈电的印制平衡双线、以及与印制平衡双线电连接的50Ω同轴电缆，其中N≥3；N元均匀直线阵列由N个均匀间隔直线排列的全波振子单元组成，全波振子单元由按N个全波振子单元排列方向设置在PCB板正面的振子上臂和设置在PCB板反面的振子下臂组成，振子上臂下移距离T后与振子下臂镜像对称，N元均匀直线阵列的中心设有馈电孔，N元均匀直线阵列的两端分别设有使印制平衡双线的上下馈线短路的短路过孔，印制平衡双线由两条分别设置在PCB板正反两侧的上馈线和下馈线组成，印制平衡双线的上、下馈线分别连接各侧的全波振子单元的振子上、下臂，同轴电缆的内导体通过馈电孔与印制平衡双线一条馈线电连接，同轴电缆的外导体与印制平衡双线的另一条馈线电连接。