[发明专利]宽带高增益双极化八木天线

说明书

宽带高增益双极化八木天线，设有天线罩，在天线罩内设有天线轴向杆、反射板、双极化反射器、双极化折合振子激励单元和双极化引向器，反射板、双极化反射器、双极化折合振子激励单元和双极化引向器依次安装在天线轴向杆上；双极化引向器安装的位置为前端，反射板安装的位置为后端；双极化引向器包括两个正交设置并呈前后排列的引向器；双极化反射器包括两个正交设置并呈前后排列的反射器，双极化折合振子激励单元由两个相互垂直并不接触的折合振子激励单元组成，两个折合振子激励单元完全相同，其由折合振子馈源、微带功分板和两个微带连接板组成；该天线具有宽带宽、高增益、窄波束、高前后比、双极化、高隔离、高效率、低成本和易生产等优点。

技术领域

本发明涉及移动通信定向天线设备与技术，具体说的是宽带高增益双极化八木天线。

背景技术

宇田-八木天线（Yagi-Uda Antennas）是日本学者宇田新太郎和八木秀次于1926年共同发明的。它是由偶极子天线演变而来的一种端射阵列天线。由于具有定向性、风阻小、重量轻、易加工、成本低等优势，在近一个世纪中已被广泛应用于雷达、电视信号接收、无线电测向、点对点通信、航空管制等领域。八木天线作为一种经典线天线已被载入教科书。然而，常规八木天线，带宽通常仅10%~15%，增益12~13Bi，且通常为单极化。增益提升仅靠增加引向器数量改善效果有限，故通常将多支组阵以获得更高增益，然而设计难度、尺寸、重量、风载和成本均会增加。在移动通信中，八木天线多被用于数据定向传输或信号定向覆盖，如定点通信、信号中继、隧道或巷道覆盖等。然而，带宽窄、增益低、单极化的劣势使其不适合大容量和超远距离传输场景。目前，移动通信定向数据回传，常采用超高增益（G=35~45dBi）、超低旁瓣（-SLL<-20dB）和超高前后比（>70dB）的小焦径比抛物面天线。由于方向性与口径尺寸相关，低频时抛物面天线的口径非常大（通常30-80个波长），故常见于较高的微波、毫米波频段，如C-band（4~8GHz）及以上频段，如E-band（75~110GHz）。另外，高频工作时，在相对带宽不变的情况下，抛物面天线的绝对带宽可很容易达到数GHz，几乎与光纤相当，再加其双极化设计，其通信容量非常大大，故业界有“用抛物面天线替代光纤”的说法。然而，在较低的微波频段，如GSM/LTE/5.8G频段，八木天线的优势将凸显出来，甚至成为不可替代的最佳天线方案。在这一需求背景下，扩展带宽、提高增益、实现双极化，对于八木天线来说十分必要，而且也是切实可行的。

展宽带宽，通常采用U形折合振子管、管内塞入同轴电缆变换段；提高增益则需要增加引向器数量，并优化它们的直径、长度和间距。另外，在馈源振子和反射板之间增加一根导体反射器，以改善前后比、提高增益。至于双极化，技术上实现则困难很多。双极化工作时，需要将两支八木天线纵向共轴排列，横向则相互正交、轴向前后错开放置，两者的U形馈源管与引向器则各自异面正交；它们的引向器、反射器、馈源振子将各自独立，而反射板、支撑杆则共用。由于引向器、U形馈源管和反射器的位置不同，两八木天线的性能存在明显差异，如驻波、带宽、增益、波宽、前后比等相差大，这会显著地影响天线的整体使用效果。为了解决这一问题，申请号201020568073.8一种双极化八木天线装置公开的是将两U形馈源管变成U形薄片并共面正交放置，它们的馈电臂在同一平面上，且都采用双馈点馈电。然后，各自用一分二的微带功分器对双馈点馈电。这种方案存在的问题是：馈电电路板设置在馈源振子正前方，对朝前辐射的信号形成遮挡，影响匹配和带宽，以衣影响增益和方向性，而减小线路板尺寸又会使两路微带功分器的布线彼此紧靠，造成两端口隔离度变差。当频率较低如1GHz以下时，电路板尺寸相对于波长较小，且两U形馈源管物理间距较远，并不会对性能造成显著差异，却使隔离度显著改善、加工和装配更容易。相反，在频率较高时如在5G通信的3.5GHz频段，为保证两支八木的性能一致性，两U形馈源管物理间距需要设置很小，以至于加工装配困难、无法批量生产。这一根本矛盾，是造成八木天线高频时难以实现双极化的根本原因。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种宽带高增益双极化八木天线，该天线具有宽带宽、高增益、窄波束、高前后比、双极化、高隔离、高效率、低成本和易生产等优点。