本技術(shù)通信相關(guān)，具體涉及一種高增益寬頻段全向天線單元及其天線陣列。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，高增益寬頻帶的全向天線以其獨(dú)特的工作特性和潛在的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于預(yù)警機(jī)、衛(wèi)星中繼站、移動(dòng)通信基站等領(lǐng)域。異型陣子類的全向天線，雖能實(shí)現(xiàn)寬頻段，但是其輻射方向圖存在分裂的缺點(diǎn)，全向性也較差；同軸共線類全向天線，全向性雖好，但存在帶寬較窄的缺點(diǎn)。全向天線在寬頻帶高增益需求下，主要通過組成天線陣列實(shí)現(xiàn)高增益，由于頻率跨度較大，陣元間距只能優(yōu)選以中間頻點(diǎn)的1個(gè)介質(zhì)波長(zhǎng)作為陣元間距，對(duì)于小于中心頻點(diǎn)的頻段，由于陣元間距過小，會(huì)造成輻射方向圖下傾；相應(yīng)的，大于中心頻點(diǎn)的頻段，由于陣元間距過大，造成輻射方向圖上仰。為了改善這一系列的問題，引入一種高增益寬頻段全向天線單元及其天線陣列是十分有效的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型提出一種高增益寬頻段全向天線單元及其天線陣列，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為達(dá)到所述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種高增益寬頻段全向天線單元及其天線陣列，天線單元a主要由高頻介質(zhì)基材、u型金屬貼片單元、引向結(jié)構(gòu)、饋線單元以及z型金屬反射板構(gòu)成，在高頻介質(zhì)基材的上下表面分別蝕刻出u型金屬貼片單元、引向結(jié)構(gòu)以及饋線單元，2個(gè)z型縱向輻射臂通過1個(gè)橫向連接枝節(jié)連接并一起構(gòu)成u型金屬貼片單元，饋線單元與橫向連接枝節(jié)的中心連接，z型金屬反射板與z型縱向輻射臂連接，天線饋電是在第一饋線第一部分和第二饋線第一部分的末端進(jìn)行，高頻介質(zhì)基材、第一u型金屬貼片單元、第二u型金屬貼片單元和第一饋線第一部分、第二饋線第一部分以及第二輔助饋線一起構(gòu)成了對(duì)稱偶極子天線單元d，對(duì)稱偶極子天線單元d、2個(gè)引向結(jié)構(gòu)以及4個(gè)z型金屬反射板一起構(gòu)成了天線單元a。對(duì)稱偶極子天線單元d本身具有很好的輻射全向特性，z型金屬反射板和引向結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步改善天線單元a的阻抗帶寬、增益以及水平面輻射全向性；2個(gè)天線單元a同向組成天線陣列a，并從中間連接同軸線進(jìn)行饋電且同軸線走線要緊貼與第二匹配饋線同一平面的部分饋線單元，可以提高增益以及實(shí)現(xiàn)低輻射上仰角/下俯角；2個(gè)天線陣列a垂直交叉組成ba型天線陣列，可進(jìn)一步提高增益以及改善輻射全向性和輻射俯仰角。

3、高頻介質(zhì)基材的兩側(cè)饋線的線寬是等寬，這種饋電方式是平行雙線饋電，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且為平衡饋電形式，相比微帶線饋電其饋線寬度更小，不易干擾振子臂的輻射。

4、優(yōu)選的，從透視投影來看，第一u型金屬貼片單元和第二u型金屬貼片單元為鏡像對(duì)稱結(jié)構(gòu)且兩者之間存在縱向間隙s1。

5、優(yōu)選的，u型金屬貼片單元的第一z型縱向輻射臂和第二z型縱向輻射臂的長(zhǎng)度都近似等于0.25個(gè)最低頻點(diǎn)的介質(zhì)波長(zhǎng)。

6、優(yōu)選的，第一引向金屬貼片和第二引向金屬貼片通過若干金屬化過孔連接，并一起構(gòu)成引向結(jié)構(gòu)，2個(gè)引向結(jié)構(gòu)設(shè)置在第一u型金屬貼片單元和第二u型金屬貼片單元的左右兩側(cè)的中間位置，且2個(gè)引向結(jié)構(gòu)是關(guān)于中軸線左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)。

7、優(yōu)選的，第一饋線第一部分、第二饋線第一部分以及第二輔助饋線的線寬相等，第一饋線第一部分和第二饋線第一部分的線長(zhǎng)相等且一起構(gòu)成的平行雙線的特性阻抗為50ohm。

8、優(yōu)選的，第一z型縱向輻射臂和第二z型縱向輻射臂都通過焊接等物理方式連接z型金屬反射板，z型金屬反射板可以是金屬?zèng)_壓件等金屬形式。

9、優(yōu)選的，第一u型金屬貼片單元和第二u型金屬貼片單元的縱向間隙s1、第二輔助饋線的長(zhǎng)度lf2以及第一/二橫向連接枝節(jié)的長(zhǎng)度lh可以改善對(duì)稱偶極子天線單元d的阻抗帶寬。

10、優(yōu)選的，z型金屬反射板的高度hz、引向結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度ly、引向結(jié)構(gòu)與第一/二z型縱向輻射臂的間隙s2主要起到進(jìn)一步改善天線單元a的阻抗帶寬、增益以及輻射全向性。

11、優(yōu)選的，所述天線單元a尺寸為47mm(l)*30mm(w)*13.592mm(h)，其中高頻介質(zhì)基材的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角的正切以及厚度分別為3、0.0023、1.52mm。

12、優(yōu)選的，2個(gè)所述天線單元a同向組成天線陣列a，2個(gè)所述天線單元a的陣元間距d等于1個(gè)中心頻點(diǎn)的介質(zhì)波長(zhǎng)。

13、優(yōu)選的，天線陣列a的第一匹配饋線和第二匹配饋線是等線長(zhǎng)等線寬，線長(zhǎng)等于0.5*d，且一起構(gòu)成的平行雙線的特性阻抗近似為70.71ohm。

14、優(yōu)選的，天線陣列a的第一饋線第一部分、第一輔助饋線、第一饋線第二部分、第二饋線第一部分、第二輔助饋線以及第二饋線第二部分的線寬相等；第一饋線第一部分和第二饋線第一部分的線長(zhǎng)相等都近似等于0.25*d且一起構(gòu)成的平行雙線的特性阻抗為50ohm，第一饋線第二部分和第二饋線第二部分的線長(zhǎng)相等都近似等于0.25*d且一起構(gòu)成的平行雙線的特性阻抗為50ohm。

15、優(yōu)選的，天線陣列a的第一匹配饋線和第二匹配饋線的中心分別連接特性阻抗為50ohm的同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體進(jìn)行饋電，且同軸線走線要緊貼與第二匹配饋線同一平面的部分饋線單元，主要起到減少同軸線對(duì)天線性能的影響。

16、優(yōu)選的，兩個(gè)天線陣列a垂直交叉可組成ba型天線陣列，其中天線陣列b是將天線陣列a沿中軸線旋轉(zhuǎn)90°得到。

17、優(yōu)選的，陣列天線a的高頻介質(zhì)基材上下各挖一個(gè)長(zhǎng)方形的槽，槽的尺寸為18mm(l)*1.52mm(w)*1.52mm(h)，便于ba型天線陣列進(jìn)行定位和固定。

18、優(yōu)選的，ba型天線陣列需焊接2根同軸線進(jìn)行饋電，這2根同軸線可以直接引出來連接帶有2個(gè)輸入端口的外部設(shè)備或者合并一路連接帶有1個(gè)輸入端口的外部設(shè)備。

19、優(yōu)選的，ba型天線陣列的2根同軸線合并成一路的方案可以是純同軸線轉(zhuǎn)接，也可以是同軸線與功分板混合轉(zhuǎn)接。

20、優(yōu)選的，參考ba型天線陣列方案，可以繼續(xù)組成baba型天線陣列、bbaa型天線陣列以及abba型天線陣列，進(jìn)一步的可以繼續(xù)組成形如bababa、bbbaaa等其他型較大規(guī)模的天線陣列，較大規(guī)模的天線陣列里的天線陣列a和天線陣列b的數(shù)量要相等。

21、優(yōu)選的，天線罩自帶“十字”交叉槽將天線的高頻介質(zhì)基材卡在天線罩的“十字”交叉槽內(nèi)，便于固定天線陣列a/b、ba型天線陣列、baba型天線陣列、bbaa型天線陣列以及abba型天線陣列，也可以固定形如bababa、bbbaaa等其他型較大規(guī)模的天線陣列。

22、本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在：

23、本實(shí)用新型將對(duì)稱偶極子天線的縱向輻射臂連接金屬反射板以及增加引向結(jié)構(gòu)，可以提高天線單元的阻抗帶寬實(shí)現(xiàn)寬頻段；同時(shí)金屬反射板可以改善天線單元在水平面的不圓度來實(shí)現(xiàn)更好的輻射全向性；將天線單元a第一次同向組成天線陣列a，并從中間連接特性阻抗為50ohm的同軸線進(jìn)行饋電，可以提高增益以及改善天線輻射俯仰角，實(shí)現(xiàn)低上仰角/下俯角；將上述天線陣列a再進(jìn)行垂直交叉組陣成天線陣列ba，可以進(jìn)一步的提高增益以及改善輻射全向性和輻射俯仰角；

24、天線具有高增益、寬頻段、全向性、低上仰角/下俯角特性，其中高增益特性可以增加電磁能量能夠傳播更遠(yuǎn)的距離；寬頻帶特性可以使得單個(gè)天線覆蓋幾個(gè)天線的工作頻帶，減少通信系統(tǒng)中天線的數(shù)目，同時(shí)也可以緩解日益緊張的頻帶資源需求；全向性體現(xiàn)在天線可同時(shí)接收來自水平面內(nèi)各個(gè)方向的電磁波信號(hào)，減少信號(hào)盲區(qū)；低上仰角/下俯角特性使得天線電磁波能量主要集中在水平方向，提高天線的輻射性能，減少不必要的電磁波能量的損失。

25、本發(fā)明的寬頻段天線單元a在2.28-6.4ghz頻率范圍內(nèi)電壓駐波比(vswr)小于2，相對(duì)帶寬達(dá)到94.9%，在3/4/5/6ghz頻點(diǎn)處的增益可以達(dá)到3/3.6/4.9/6dbi，水平面的不圓度≤2db可以覆蓋2.28-3ghz，上仰角/下俯角≤10°可以覆蓋2.28-4ghz；將上述兩個(gè)天線單元a同向組陣并從中間饋電可以形成天線陣列a，在2.14-6.91ghz頻率范圍內(nèi)電壓駐波比(vswr)小于2，相對(duì)帶寬達(dá)到105.4%，在3/4/5/6ghz頻點(diǎn)處的增益可以達(dá)到4.4/6.7/7.2/7.9dbi，水平面的不圓度≤2db可以覆蓋2.14-3ghz，上仰角/下俯角≤10°可以覆蓋2.14-6ghz；天線陣列a沿中軸線旋轉(zhuǎn)90°可以形成天線陣列b，將天線陣列a和b繼續(xù)組陣可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)天線陣列a垂直交叉組陣，形成ba型天線陣列，在3/4/5/6ghz頻點(diǎn)處的增益可以達(dá)到6/7.4/7.3/8.1dbi，2.14-5ghz頻段內(nèi)水平面的不圓度≤1.2db，5-6.91頻段內(nèi)水平面不圓度≤2.6db，2.14-6ghz的上仰角/下俯角≤4°，6-6.91ghz的上仰角/下俯角≤7°。