專(zhuān)利名稱(chēng)：水平極化波非定向陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水平極化波非定向陣列天線，特別是涉及一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)或類(lèi)似系統(tǒng)的基站的水平極化波非定向陣列天線。
背景技術(shù)：
在背景技術(shù)中，存在各種用于便攜式電話、PHS(個(gè)人手持電話系統(tǒng)，第二代無(wú)繩電話系統(tǒng))或類(lèi)似移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站上，在水平極化波的水平面上具有非定向性的天線裝置(參見(jiàn)JP-A-11-340733)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，當(dāng)陣列天線結(jié)構(gòu)用于高增益結(jié)構(gòu)時(shí)具有一個(gè)缺點(diǎn)，即包括上述JP-A-11-340733公開(kāi)的天線在內(nèi)，任何水平極化波非定向天線變得復(fù)雜，并且生產(chǎn)成本增加；或者相反，其結(jié)構(gòu)過(guò)分簡(jiǎn)單，并且不能保持形成陣列的機(jī)械強(qiáng)度。
本發(fā)明是根據(jù)上述情況作出的，其目的在于提供一種水平極化波非定向陣列天線，該天線的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，并能確保適合安裝的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)在水平面上實(shí)現(xiàn)足夠的非定向性。
本發(fā)明提供一種水平極化波非定向陣列天線，包括天線支撐元件，使其軸向與垂直方向一致，該天線支撐元件包括一對(duì)在軸向上互相平行的饋線，該天線支撐元件具有一個(gè)基部；多個(gè)沿該饋線對(duì)排列且連接至該饋線對(duì)的偶極天線；以及在該基部的饋電側(cè)形成的平衡/失衡轉(zhuǎn)換部分，用于串聯(lián)的向該饋線對(duì)饋電。
優(yōu)選的，多個(gè)偶極天線中每一個(gè)的天線長(zhǎng)度約為目標(biāo)頻率的波長(zhǎng)的一半。
優(yōu)選的，多個(gè)偶極天線中的每個(gè)沿平面呈環(huán)狀，該平面大體垂直于各饋線的軸向。
優(yōu)選的，由多個(gè)偶極天線的間距設(shè)置相對(duì)于一個(gè)平面的輻射傾角，該平面垂直于天線排列的方向。
優(yōu)選的，平衡/失衡轉(zhuǎn)換部分包括一個(gè)用于匹配多個(gè)偶極天線的匹配電路部分。
優(yōu)選的，天線支撐元件由PPE(聚苯醚)或氟樹(shù)脂制成。
根據(jù)本發(fā)明，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，能夠確保適合安裝的機(jī)械強(qiáng)度，而且由于使用了串聯(lián)饋電，可以縮短饋線寬度，因此，包括天線支撐元件在內(nèi)的天線總體的外直徑可以做得小且細(xì)長(zhǎng)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)設(shè)計(jì)偶極天線的形狀，例如對(duì)于使用1.9GHz頻帶的無(wú)線電波的PHS，可以使所需的天線長(zhǎng)度小于80mm，并使天線總體的外直徑變得更小、更細(xì)長(zhǎng)。
此外，可以根據(jù)本發(fā)明組成很多結(jié)構(gòu)，以在水平面上實(shí)現(xiàn)極好的非定向性，減小天線總體的直徑，并將其置于圓形管狀的天線罩中。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)改變天線的間距，很容易設(shè)置所需的傾角，例如，當(dāng)天線被安裝在市內(nèi)建筑物的屋頂上作為基站天線時(shí)所需的傾角。
此外，根據(jù)本發(fā)明，該天線可以在更高的天線效率下使用。
此外，根據(jù)本發(fā)明，容易實(shí)現(xiàn)作為天線元件的偶極天線與輸入/輸出電纜之間的匹配，并且容易獲得非定向性。


結(jié)合附圖更容易說(shuō)明本發(fā)明圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于PHS基站的水平極化波非定向陣列天線的基本結(jié)構(gòu)圖。
圖2是該實(shí)施例第一測(cè)量結(jié)果的史密斯圓圖。
圖3是該實(shí)施例第一測(cè)量結(jié)果的回波損耗圖。
圖4是該實(shí)施例第一測(cè)量結(jié)果的VSWR圖。
圖5是該實(shí)施例第二測(cè)量結(jié)果的史密斯圓圖。
圖6是該實(shí)施例第二測(cè)量結(jié)果的回波損耗圖。
圖7是該實(shí)施例第二測(cè)量結(jié)果的VSWR圖。
圖8是該實(shí)施例第一測(cè)量結(jié)果垂直方向上的輻射圖形。
圖9是該實(shí)施例第二測(cè)量結(jié)果垂直方向上的輻射圖形。
圖10是該實(shí)施例第一測(cè)量結(jié)果水平方向上的輻射圖形。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是將其用作1.9GHz頻帶的PHS基站天線，下面結(jié)合

該實(shí)施例。
圖1顯示除去天線罩后天線的基本結(jié)構(gòu)。在該圖中，附圖標(biāo)記1代表呈矩形板狀的天線板，其在長(zhǎng)邊方向上被垂直支撐。該天線板1由例如PPE(PolyPhenylene Ether，聚苯醚，介電常數(shù)約為3.3)、聚四氟乙烯氟樹(shù)脂(R)(fluororesin of teflon，介電常數(shù)約為2.3)或類(lèi)似物質(zhì)制成。該天線板1具有饋電基座，其具有平衡/失衡轉(zhuǎn)換部分2，連接至由同軸電纜形成的饋線3，并且包括位于前端的連接器4。
該平衡/失衡轉(zhuǎn)換部分2也通過(guò)例如平衡-失衡變壓器(balun)充當(dāng)匹配電路。互相平行的一對(duì)饋線5、5分別經(jīng)由位于天線板1基部的平衡/失衡轉(zhuǎn)換部分2沿其長(zhǎng)邊形成在天線板1一側(cè)的前面和背面。
此外，通過(guò)沿饋線對(duì)5、5成對(duì)排列的、分別彎曲成半圓形的天線元件6、6形成多對(duì)偶極天線，使得天線元件6、6在水平方向上被饋線支撐。即分別連接至饋線5、5的天線元件對(duì)6、6作為單個(gè)偶極天線，并且多對(duì)偶極天線沿天線板的長(zhǎng)邊排列并通過(guò)饋線5、5串聯(lián)饋電。
對(duì)于構(gòu)成每個(gè)偶極天線的天線元件對(duì)6、6，天線總長(zhǎng)度約為目標(biāo)頻率的λ/2(λ波長(zhǎng))。這樣，當(dāng)目標(biāo)頻率為1900MHz時(shí)，λ/2約為78mm。
除此之外，該環(huán)形偶極天線的直徑為0.18λ，即約28mm。
此外，根據(jù)相對(duì)水平方向所需的傾角來(lái)改變上述各偶極天線的陣列間距。特別的，當(dāng)對(duì)應(yīng)于1λ將板上的陣列間距設(shè)置為100mm時(shí)，不發(fā)生傾斜，并且輻射發(fā)生在水平方向上。
另一方面，當(dāng)各偶極天線的陣列間距設(shè)置為小于上述100mm時(shí)，在饋電方向，即圖1中紙面的下方傾斜。相反，當(dāng)陣列間距設(shè)置為大于100mm時(shí)，在與饋電方向相反的方向，即圖1中紙面的上方傾斜。
下面通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明上述結(jié)構(gòu)的各種特性。
(第一測(cè)量實(shí)例)圖2到圖4以及圖8顯示的是各偶極天線的陣列間距設(shè)置為100mm以使水平方向的傾角為0°、并且由天線元件6、6構(gòu)成的偶極天線為16對(duì)時(shí)的測(cè)量結(jié)果。
在該情況下，圖中的三角形標(biāo)記‘1’到‘3’表示PHS的頻帶具有如下頻率值。即標(biāo)記‘1’1884.65MHz標(biāo)記‘2’1902.05MHz標(biāo)記‘3’1919.45MHz
圖2是以上述標(biāo)記‘2’的頻率1902.05MHz為中心、200MHz范圍內(nèi)的測(cè)量結(jié)果史密斯圓圖。
圖中，標(biāo)記‘1’約為67Ω，標(biāo)記‘2’約為49Ω，標(biāo)記‘3’約為62Ω，中心頻率標(biāo)記‘2’的值接近理想值50Ω，因而可以確定基本能實(shí)現(xiàn)所需的特性。
圖3顯示了回波損耗，上述標(biāo)記‘1’的頻率其回波損耗是-16.277dB，標(biāo)記‘2’的回波損耗是-27.812dB，標(biāo)記‘3’的回波損耗是-16.646dB。本領(lǐng)域公知，在PHS所需的頻率范圍內(nèi)，回波損耗可以限制為等于或小于-14dB。
這一點(diǎn)在圖4的VSWR(電壓駐波比)中也很明顯。上述標(biāo)記‘1’的頻率其VSWR值為1.3637，標(biāo)記‘2’的VSWR值為1.0848，標(biāo)記‘3’的VSWR值為1.3455。本領(lǐng)域公知，在PHS所需的頻率范圍內(nèi)，VSWR可以限制為等于或小于1.5。
從圖2到圖4的結(jié)果可知，在構(gòu)成的天線結(jié)構(gòu)中，饋電中的反射或類(lèi)似情況非常小，并且可驅(qū)動(dòng)天線非常有效的輻射。
圖8顯示的是在垂直面中測(cè)得的輻射圖形實(shí)例?？梢岳斫?，如上所述，通過(guò)將傾角設(shè)置為約0度，可以實(shí)現(xiàn)在水平面輻射。因此，通過(guò)形成具有這種數(shù)字特征或類(lèi)似特征的天線結(jié)構(gòu)，當(dāng)基站位于郊區(qū)或人口密度相對(duì)低的地方，并且需要在廣闊范圍內(nèi)實(shí)施傳輸和接收時(shí)，使用這種強(qiáng)調(diào)水平面中的特性、不設(shè)置傾角的天線。
(第二測(cè)量實(shí)例)圖5到圖7以及圖9顯示的是各偶極天線的陣列間距設(shè)置為93mm以構(gòu)成8°傾角(在饋電側(cè)的下方)、并且由天線元件6、6構(gòu)成的偶極天線為20對(duì)時(shí)的測(cè)量結(jié)果。
同樣，在該情況下，圖中三角形標(biāo)記‘1’到‘3’表示PHS的頻帶具有如下頻率值。即
標(biāo)記‘1’1884.65MHz標(biāo)記‘2’1902.05MHz標(biāo)記‘3’1919.45MHz圖5是以上述標(biāo)記‘2’的頻率1902.05MHz為中心、200MHz范圍內(nèi)的測(cè)量結(jié)果史密斯圓圖。
圖中，標(biāo)記‘1’約為39Ω，標(biāo)記‘2’約為48Ω，標(biāo)記‘3’約為50Ω，中心頻率標(biāo)記‘2’和標(biāo)記‘3’的值大約接近理想值50Ω，因而可以確定基本能實(shí)現(xiàn)所需的特性。
圖6顯示了回波損耗，上述標(biāo)記‘1’的頻率的回波損耗是-17.700dB，標(biāo)記‘2’的回波損耗是-33.179dB，標(biāo)記‘3’的回波損耗是-23.591dB。本領(lǐng)域公知，在PHS所需的頻率范圍內(nèi)，回波損耗可以限制為等于或小于-14dB。
這一點(diǎn)在圖7的VSWR(電壓駐波比)中也很明顯。上述標(biāo)記‘1’的頻率的VSWR值為1.2996，標(biāo)記‘2’的VSWR值為1.0448，標(biāo)記‘3’的VSWR值為1.1415。本領(lǐng)域公知，在PHS所需的頻率范圍內(nèi)，VSWR可以限制為等于或小于1.5。
從圖5到圖7的結(jié)果可知，在構(gòu)成的天線結(jié)構(gòu)中，饋電中的反射或類(lèi)似情況非常小，并且可驅(qū)動(dòng)天線非常有效的輻射。
圖9顯示的是在垂直面測(cè)得的輻射圖形實(shí)例，如上所述，傾角設(shè)置為約8度(向下)。因此，通過(guò)形成具有這種數(shù)字特征或類(lèi)似特征的天線結(jié)構(gòu)，當(dāng)基站位于例如市內(nèi)建筑物的屋頂上或人口密度相對(duì)高的地方，并且需要在有限范圍內(nèi)實(shí)施傳輸和接收時(shí)，使用這種在水平面以下設(shè)置較小傾角的天線。
最后，圖10顯示的是在上述第一測(cè)量實(shí)例中說(shuō)明過(guò)的、當(dāng)傾角設(shè)置為0°時(shí)在水平面上的輻射圖形。如圖10所示，在整個(gè)360°圓周上獲得了均勻的、極好的輻射特性，并且可以認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了所需的、近乎完美的非定向性。
這樣，通過(guò)使用如圖1所示的天線結(jié)構(gòu)，并使天線板1的短邊等于或小于所示的環(huán)形偶極天線的外直徑，整個(gè)天線可容納在圓形管狀天線罩中。
這一點(diǎn)也可從如下事實(shí)中得出通過(guò)經(jīng)由平行的饋線對(duì)5、5串聯(lián)饋電給天線元件6、6，可以將包括饋線對(duì)間距在內(nèi)的電路板1的短邊方向的尺寸設(shè)置得很小。不僅天線本身的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，并能確保適合安裝的機(jī)械強(qiáng)度，而且包括天線板1的整個(gè)天線的外徑可以變得小且細(xì)長(zhǎng)。
因此，如上所述，在確保極好的非定向性和天線效率的同時(shí)，可以將天線構(gòu)造得很緊湊，易于安裝，并且具有很高的耐候性。
此外，當(dāng)圖1所示的天線板1的短邊方向的尺寸大約等于環(huán)形偶極天線的直徑，并且構(gòu)成偶極天線的各天線元件的前端分別由與饋線5、5在天線板1的側(cè)面相對(duì)的一側(cè)支撐時(shí)，可以進(jìn)一步增強(qiáng)天線元件6、6的機(jī)械強(qiáng)度。
此外，本發(fā)明不限于矩形板狀的天線板1，例如，可以使用圓棒狀天線支撐元件，其具有平衡/失衡轉(zhuǎn)換部分2，以及排列有天線元件6、6的饋線5、5。
此外，盡管根據(jù)上述實(shí)施例，說(shuō)明了將該實(shí)施例用于1.9GHz頻帶無(wú)線電波的PHS基站天線的情況，但本發(fā)明不限于所使用的頻帶、形狀、排列間距或天線元件的數(shù)量等。
此外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，在不脫離其本質(zhì)的范圍內(nèi)可作各種修改。
此外，上述實(shí)施例包括發(fā)明的各個(gè)階段，并且通過(guò)適當(dāng)組合多個(gè)公開(kāi)的構(gòu)成要件可以提煉出各種發(fā)明。例如，即使從實(shí)施例的全部構(gòu)成要件中刪除多個(gè)構(gòu)成要件，只要能解決至少一個(gè)本發(fā)明所欲解決的問(wèn)題，并且具有至少一個(gè)本發(fā)明的效果，則刪除構(gòu)成要件后的結(jié)構(gòu)視為本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種水平極化波非定向陣列天線，其特征在于包括天線支撐元件，使其軸向與垂直方向一致，該天線支撐元件包括一對(duì)在軸向上互相平行的饋線，該天線支撐元件具有一個(gè)基部；多個(gè)沿該饋線對(duì)排列且連接至該饋線對(duì)的偶極天線；以及在該基部的饋電側(cè)形成的平衡/失衡轉(zhuǎn)換部分，用于串聯(lián)的向該饋線對(duì)饋電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平極化波非定向陣列天線，其特征在于所述多個(gè)偶極天線中每一個(gè)的天線長(zhǎng)度約為目標(biāo)頻率的波長(zhǎng)的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平極化波非定向陣列天線，其特征在于所述多個(gè)偶極天線中的每個(gè)沿平面呈環(huán)狀，該平面大體垂直于各饋線的軸向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平極化波非定向陣列天線，其特征在于由所述多個(gè)偶極天線的間距設(shè)置相對(duì)于一個(gè)平面的輻射傾角，該平面垂直于天線排列的方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平極化波非定向陣列天線，其特征在于所述平衡/失衡轉(zhuǎn)換部分包括一個(gè)用于匹配所述多個(gè)偶極天線的匹配電路部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平極化波非定向陣列天線，其特征在于所述天線支撐元件由聚苯醚或氟樹(shù)脂制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種水平極化波非定向陣列天線，包括天線支撐元件，使其軸向與垂直方向一致，該天線支撐元件包括一對(duì)在軸向上互相平行的饋線，該天線支撐元件具有一個(gè)基部；多個(gè)沿該饋線對(duì)排列且連接至該饋線對(duì)的偶極天線；以及在該基部的饋電側(cè)形成的平衡/失衡轉(zhuǎn)換部分，用于串聯(lián)的向該饋線對(duì)饋電。本發(fā)明提供的水平極化波非定向陣列天線，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，能夠確保適合安裝的機(jī)械強(qiáng)度，而且結(jié)構(gòu)緊湊，便于改變天線傾角，具有良好的天線效率和水平方向上的非定向性。
文檔編號(hào)H01Q11/04GK1624979SQ200410096739
公開(kāi)日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者平隆一, 內(nèi)野茂, 河崎守良 申請(qǐng)人:原田工業(yè)株式會(huì)社