CN105186109B - 一种基于e型贴片的水平极化数字电视发射天线阵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵，包括水平极化天线单元、等功分同相馈电网络、贴片连接器和输入连接器，水平极化天线单元由2个叠层贴片辐射单元齐平同相排列构成；叠层贴片辐射单元由顶层矩形寄生贴片、第二层矩形寄生贴片、E型贴片和地层板组成；等功分同相馈电网络位于E型贴片和地层板之间，通过贴片连接器和E型贴片连接；输入连接器的外导体固定在地层板，内导体穿透地层板与等功分同相馈电网络连接。本发明通过采用叠层结构和E型贴片来提高天线的阻抗带宽和承受功率，从而满足地面电视广播发射***的使用要求；具有工作频带宽，增益高，输入驻波比小，承受功率大，加工简单，调试方便等特点。

Description

一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵

技术领域

本发明涉及一种用于地面数字电视发射***的天线，尤其涉及一种适用于分米波波段的地面电视发射***的基于E型贴片的水平极化组阵天线。

背景技术

天线是任何无线电***都不可缺少的重要前端器件，其性能好坏直接影响着无线电***的整体性能。随着无线电技术的发展，许多通信设备将会被淘汰，其功能将由各种软件取代，但天线的功能是软件所无法实现的，因此，即使是在软件无线电时代，天线也是必不可少的。采用高质量的天线建立一个理想的小型电视差转台，除了需要高质量的电视差转机外，性能良好的发射与接收天线也至关重要，它可以有效地利用发射机的功率并降低对接收机的要求。随着全球电视数字化和移动化步伐的不断加快，我国数字电视在近几年发展迅速，许多大中型城市已经开通了数字电视业务。在这场广播、电视数字化和移动化的革命中，研究开发适应高性能移动数字电视的发射与接收天线是提高地面数字电视覆盖率的重要环节。

随着地面数字电视的不断发展，宽频带、大功率、高增益、低成本的发射天线更适用于地面数字电视发射***。目前，用于我国地面数字电视***的发射天线有缝隙天线、蝙蝠翼天线等，但这些天线的加工和调试都比较复杂，成本较高，应用受到了限制。因贴片天线具有体积小、重量轻、低剖面、低成本和易共形等优点，已得到广泛应用。然而，贴片天线最主要的缺点是带宽窄和承受功率小，典型的贴片天线驻波比小于1.1的带宽只有百分之零点几量级，而且馈电网络大多由微带功分器组成，因此承受功率小。基于以上原因，贴片天线未能在广播电视发射***中得到应用。所以必须提高贴片天线的阻抗带宽和承受功率，才能满足地面数字电视广播发射***的要求。

有鉴于此，确有必要提出一种新型的工作频带宽、增益高、承受功率大、成本低、便于加工的电视发射天线，来解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵，通过采用叠层结构和E型贴片来提高天线的阻抗带宽和承受功率，从而满足地面电视广播发射***的使用要求；该天线具有工作频带宽，增益高，输入驻波比小，承受功率大，加工简单，调试方便等特点，适用于分米波波段的地面电视发射天线***；且其成本低廉，便于生产，适于推广。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵，包括水平极化天线单元、等功分同相馈电网络、贴片连接器和输入连接器；所述水平极化天线单元由2个叠层贴片辐射单元齐平同相排列构成，每个叠层贴片辐射单元由自上而下依次设置的顶层矩形寄生贴片、第二层矩形寄生贴片、E型贴片和地层板组成；等功分同相馈电网络位于叠层贴片辐射单元的E型贴片和地层板之间，通过贴片连接器和E型贴片连接；E型贴片由贴片连接器馈电，第二层矩形寄生贴片由E型贴片耦合馈电，顶层矩形寄生贴片由第二层矩形寄生贴片耦合馈电；输入连接器的外导体固定在地层板，内导体穿透地层板与等功分同相馈电网络连接。

所述E型贴片由普通的矩形贴片切出两个对称的矩形缝隙，并将中间翼切去部分得到。

所述顶层矩形寄生贴片、第二层矩形寄生贴片、E型贴片、地层板之间通过特氟龙材质的螺丝固定连接。

所述输入连接器的内导体上焊接金属垫圈。

所述贴片连接器可在E型贴片的中间翼部分移动，以调节工作频率和阻抗匹配。

所述输入连接器采用L27型接头。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过采用叠层结构和E型贴片来提高天线的阻抗带宽和承受功率，从而满足地面电视广播发射***的使用要求；该天线具有工作频带宽，增益高，输入驻波比小，承受功率大，加工简单，调试方便等特点，适用于分米波波段的地面电视发射天线***；且其成本低廉，便于生产，适于推广。

附图说明

图1是本发明的俯视结构图。

图2是本发明的侧视结构图。

图3是本发明实施例的电压驻波比图；

图4是本发明实施例的辐射特性图。

图中：1.叠层贴片辐射单元一 11.顶层矩形寄生贴片 12.第二层矩形寄生贴片13.E型贴片 131.缝隙一 132.缝隙二 133.中间翼 14.地层板 2.叠层贴片辐射单元二 3.等功分同相馈电网络 4.贴片连接器 5.输入连接器 51.外导体 52.内导体 6.金属垫圈7.螺丝

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1-图2，是本发明的结构示意图。本发明一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵，包括水平极化天线单元、等功分同相馈电网络3、贴片连接器4和输入连接器5；所述水平极化天线单元由2个叠层贴片辐射单元1、2齐平同相排列构成，每个叠层贴片辐射单元1/2由自上而下依次设置的顶层矩形寄生贴片11、第二层矩形寄生贴片12、E型贴片13和地层板14组成；等功分同相馈电网络3位于叠层贴片辐射单元1、2的E型贴片13和地层板14之间，通过贴片连接器4和E型贴片13连接；E型贴片13由贴片连接器4馈电，第二层矩形寄生贴片12由E型贴片13耦合馈电，顶层矩形寄生贴片11由第二层矩形寄生贴片12耦合馈电；输入连接器5的外导体51固定在地层板14，内导体52穿透地层板14与等功分同相馈电网络3连接。

所述E型贴片13由普通的矩形贴片切出两个对称的矩形缝隙131、132，并将中间翼133切去部分得到。

所述顶层矩形寄生贴片11、第二层矩形寄生贴片12、E型贴片13、地层板14之间通过特氟龙材质的螺丝7固定连接。

所述输入连接器5的内导体52上焊接金属垫圈6。

所述贴片连接器4可在E型贴片13的中间翼133部分移动，以调节工作频率和阻抗匹配。

所述输入连接器5采用L27型接头。

采用叠层贴片辐射单元1、2的结构，可以提高普通贴片天线的阻抗带宽；为了进一步扩大阻抗带宽，采用E型贴片13，在E型贴片13的中间部分，电流与普通矩形贴片一致，等效为简单的LC谐振回路，而在E型贴片13的边缘部分，电流绕着缝隙131、132流过，电流路径长度增加，等效为一个附加的串联电感，从而使谐振频率降低。由于采用叠层结构，并引入E型贴片13，反射系数曲线呈现多频特性；改变两个缝隙131、132的位置、尺寸及中间翼133的长度可以调节天线的谐振频率和阻抗带宽。

地层板14的尺寸由E型贴片13的尺寸和阵元间距决定，由于辐射的口径场集中在辐射边附近很小的区域内，地层板14过多向外延伸对场分布没有明显影响，在较低频段工作时，从减小天线重量及安装面积和降低成本着眼，地层板14尺寸应尽可能小。

水平极化天线单元由两个叠层贴片辐射单元1、2齐平同相排列，两个叠层贴片辐射单元1、2共用一个地层板14，这样可以节省加工成本，简化工艺。

等功分同相馈电网络3位于E型贴片13和地层板14之间，呈对称的“U”形，采用以空气为介质、特性阻抗为100欧姆的微带线结构，增大了叠层贴片天线阵的承受功率，且加工方便、成本低廉。

贴片连接器4用于连接E型贴片13和等功分同相馈电网络3，对E型贴片13进行馈电，通过调节贴片连接器4的尺寸和其在E型贴片中间翼133部分的位置，可以方便地调节天线的阻抗匹配和带宽。

输入连接器5位于等功分同相馈电网络3的中间位置，保证对天线阵等幅同相输入。输入连接器5采用大功率型L27型连接器，外导体51与地层板14相接，内导体52与等功分同相馈电网络3相连接。

通过调整本发明各部尺寸，使得谐振频率适当靠近，便可提高天线的整体工作带宽。为了扩大带宽，叠层贴片辐射单元1、2各层之间的填充介质均为空气，在保证较高的工作效率下最大限度扩大阻抗带宽。为了改善输入阻抗的频带特性，提高叠层贴片天线工作频带内输入阻抗的平整度，在输入连接器5的内导体52上焊接一个金属垫圈6，补偿由于内导体长度的增加而引入的电感，进一步扩大了天线的带宽，提高了天线的增益。

本发明可实现的技术指标如下：

频率范围：470～870MHz；

工作带宽：≥100MHz；

极化方式：水平极化；

VSWR：≤1.1∶1；

输入功率：≤1.0Kw；

天线增益：≥12dBi；

前后比：≥15dB；

半功率波束宽度：水平面62°，垂直面34°。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

本实施例中，以工作频带为548～659MHz进行说明，如图3所示，是本实施例的电压驻波比实测图；其中VSWR表示电压驻波比；Freq表示频率。一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵在该频带内，输入端口的驻波比均小于1.1，说明输入端口匹配特性良好。通过微调金属垫圈6的位置和尺寸，可以明显的改善驻波比特性。

如图4所示，是本实施例的辐射特性图；其中竖轴方向表示增益，其单位为dBi，EPlane表示E面方向图，H Plane表示H面方向图。本实施例中，一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵在水平方向的半功率辐射角度为62°，在垂直方向的半功率辐射角度为34°，最大增益为12.1dBi，前后比达到了18dB。

本发明一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵，由于采用了叠层多谐振器技术、E型贴片13、匹配调节金属垫圈6，具备了工作频带宽、增益高、电压驻波比小、承受功率大、成本低、加工简单、调试方便等特点，非常适合于在分米波波段的地面电视发射***中应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵，其特征在于，包括水平极化天线单元、等功分同相馈电网络、贴片连接器和输入连接器；所述水平极化天线单元由2个叠层贴片辐射单元齐平同相排列构成，每个叠层贴片辐射单元由自上而下依次设置的顶层矩形寄生贴片、第二层矩形寄生贴片、E型贴片和地层板组成；等功分同相馈电网络位于叠层贴片辐射单元的E型贴片和地层板之间，呈对称的“U”形，通过贴片连接器和E型贴片连接；E型贴片由贴片连接器馈电，第二层矩形寄生贴片由E型贴片耦合馈电，所述E型贴片由普通的矩形贴片切出两个对称的矩形缝隙，并将中间翼切去部分得到；顶层矩形寄生贴片由第二层矩形寄生贴片耦合馈电；由于采用叠层结构，并引入E型贴片，反射系数曲线呈现多频特性；输入连接器的外导体固定在地层板，内导体穿透地层板与等功分同相馈电网络连接；输入连接器的内导体上焊接金属垫圈，改善输入阻抗的频带特性，提高叠层贴片天线工作频带内输入阻抗的平整度，补偿由于内导体长度的增加而引入的电感，进一步扩大了天线的带宽，提高了天线的增益；贴片连接器可在E型贴片的中间翼部分移动，以调节工作频率和阻抗匹配；

所述基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵可实现的技术指标如下：

频率范围：470～870MHz；

工作带宽：≥100MHz；

极化方式：水平极化；

VSWR：≤1.1∶1；

输入功率：≤1.0Kw；

天线增益：≥12dBi；

前后比：≥15dB；

半功率波束宽度：水平面62°，垂直面34°。

2.根据权利要求1所述的一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵，其特征在于，所述顶层矩形寄生贴片、第二层矩形寄生贴片、E型贴片、地层板之间通过特氟龙材质的螺丝固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于E型贴片的水平极化数字电视发射天线阵，其特征在于，所述输入连接器采用L27型接头。

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