CN107069218B - 波导天线及信号接收*** - Google Patents

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Abstract

一种波导天线，包括：底板；至少两个接头，设置在底部上，用于从外部接入信号；与接头数目相等数目的天线单元，设置在底板上且与接头分别对应电连接；以及天线罩，连接在底板上且覆盖天线单元，其中，相邻的两个天线单元的天线极化方向是垂直的。因为具有多个天线单元，并且相邻的两个天线单元的天线极化方向是垂直的，所以该波导天线解决了信号传输过程中衰减大，抗干扰性能差的缺点，又提高了信道容量与信号传输质量。使用本发明的波导天线与泄漏双波导天线匹配接收，这样组成完整地RF射频链路，该信号接收***应用于轨道交通车地通信上，具有信号传输过程中衰减小，抗干扰性能强的优点，同时又具有高的信道容量和良好的信号传输质量。

Description

波导天线及信号接收***
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是应用在轨道交通通信以及使用MIMO(多路输入多路输出)技术的波导天线。
背景技术
步入21世纪以来，随着科学技术的飞速发展，人们的生活日益现代化和社会化，因此对电子技术的应用提出了更高的要求，无论是军事通信还是民用通信***不仅要求高质量的传输语言、文字、图像、数据等信息，而且要求设备宽带化、小型化。天线作为辐射和接收电磁波的装置，是无线电通信***的重要组成部分之一。
在民用通信***中，特别是轨道交通的自由无线通信***，其信道容量不断扩充，传输距离不断地延长，为了满足通信质量，往往都是采用大功率的发射机或是信号通过放大来给天线输入信号，这样就大大增加了成本，因此在现有带宽不变的情况下，为了提高***容量，涌现了一种新的通信技术，即MIMO (Multiple-InputMultiple-Output，多路输入多路输出)技术。MIMO技术是指无线网络讯号通过多重天线进行同步收发来抑制信道衰落，提高信道容量，提高频谱利用率。其技术被认为是未来移动通信与个人通信***实现高速率数据传输，提高传输质量的重要途径。
然而目前MIMO技术所用的天线传输信号的方式是自由无线方式，因此其具有信号的衰减大以及抗干扰性能差的缺点。
发明内容
本发明就是为解决现有的MIMO技术的天线具有的衰减大以及抗干扰性能差的缺点，提出一种新的波导天线。
一种波导天线，包括：底板；至少两个接头，设置在底部上，用于从外部接入信号；与接头数目相等数目的天线单元，设置在底板上且与接头分别对应电连接；以及天线罩，连接在底板上且覆盖天线单元，其中，相邻的两个天线单元的天线极化方向是垂直的。
本发明提供的波导天线，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，天线单元包括金属框体、设置在该金属框体内的金属阶梯块以及与金属框体连接的金属底座板，金属底座板与接头电连接，金属阶梯块的底部与金属底座板电连接。
本发明提供的波导天线，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，金属阶梯块具有上部分和与该上部分上下平齐叠合的下部分，上部分和下部分均为长方体，金属阶梯块的下部分的底面与金属底座板接触。
本发明提供的波导天线，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，金属框体的横截面为矩形，相邻两个金属框体的长度方向相互垂直，金属阶梯块的上部分的外端面与金属框体的长边内壁螺纹压合接触。
本发明提供的波导天线，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，金属阶梯块位于金属框体的长边的中点位置的正负5mm处。
本发明提供的波导天线，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，相邻两个金属框体的长边外壁和短边外壁的距离为50mm到100mm。
本发明提供的波导天线，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，金属框体的尺寸为标准矩形波导管的尺寸。
本发明提供的波导天线，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，接头为黄铜镀镍或不锈钢材质的射频接头，底板为铝合金板。
本发明提供的波导天线，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，天线罩为透波材料的天线罩。
本发明还提供一种支持MIMO技术的信号接收***，其特征在于：该信号接收***是使用上述的波导天线与泄漏双波导天线匹配接收，组成完整地射频链路来进行信号的接收通信。
发明作用与效果
根据本发明所提供的波导天线，因为具有多个天线单元，并且相邻的两个天线单元的天线极化方向是垂直的，所以该波导天线解决了信号传输过程中衰减大，抗干扰性能差的缺点，又提高了信道容量与信号传输质量。
同时为了更近进一步的提高其信号传输质量，本发明还提供了一种支持 MIMO技术的信号接收***，使用本发明的波导天线与泄漏双波导天线匹配接收，这样组成完整地RF射频链路，该信号接收***应用于轨道交通车地通信上，具有信号传输过程中衰减小，抗干扰性能强的优点，同时又具有高的信道容量和良好的信号传输质量。
附图说明
图1为本发明的波导天线的结构示意图；
图2为本发明的波导天线在拆下天线罩后的内部结构示意图；
图3为本发明的波导天线的天线单元的结构示意图；以及
图4为本发明的波导天线的金属框体的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的具体结构进一步详细说明。
图1为本发明的波导天线的结构示意图。
图2为本发明的波导天线在拆下天线罩后的内部结构示意图。
如图1、2所示，本实施例的波导天线100包括底板10、接头20、天线单元30以及天线罩40。
底板10为矩形的铝合金板，其实设置有安装两个接头20的两个安装孔。
多个接头20，选用黄铜镀镍或不锈钢材质的射频接头，本实施例中接头20 的数目为两个(20a、20b)，安装在底板10的两个安装孔上，露出和外部的信号线导电连接部分，用于从外部接入信号。
与接头20数目相等数目的天线单元30，本实施例为两个，设置在底部上且与接头20分别对应电连接。相邻的两个天线单元30的天线极化方向是垂直的，如图2所示。
图3为本发明的波导天线的天线单元的结构示意图。
如图2、3所示，每个天线单元30包括金属框体31、设置在该金属框体31 内的金属阶梯块32以及与金属框体31连接的金属底座板33。本实施例中使用两个天线单元30a和30b。
图4为本发明的波导天线的金属框体的结构示意图。
金属框体31为标准的矩形波导管，横截面为矩形，如图4所示，其尺寸参数参照《GB11450.2-1989空心金属波导第2部分:普通矩形波导有关规范》进行设计选定，本实施例中使用的是标准的R48波导口径，高度根据实际情况进行选择。如图1、2所示，相邻设置的两个金属框体31在长度方向相互垂直，且某个金属框体31的长边外壁和另一个金属框体31的短边外壁的距离为50mm 到100mm，本实施例为50mm。
金属阶梯块32位于金属框体31的长边的中点位置处，实际制作时容许正负5mm的偏差。它具有上部分和与该上部分上下平齐叠合的下部分，上部分和下部分均为长方体，下部分的底面与金属底座板33接触导电，上部分的外端面与金属框体31的长边内壁通过螺纹压合接触而导电。如图1、2所示，相邻设置的两个金属阶梯块32在长度延伸方向也是相互垂直的。
金属底座板33与接头20电连接，而通过绝缘材料与底板10绝缘。
金属框体31与金属底座板33为一体成型的，均采用铝合金或铜合金材质，在金属底座板33的边缘位置设置螺纹孔通过螺栓和底板10固定连接，保持底板10和天线单元30的绝缘。
天线罩40，连接在底板上且覆盖天线单元30，本实施例中，为透波材料的天线罩。
进一步，本实施例还提供一种支持MIMO技术的信号接收***，该信号接收***是使用上述的波导天线与泄漏双波导天线匹配接收，组成完整的RF射频链路来进行信号的接收通信。
工作原理分析
天线单元30a是一种线极化，天线单元30b是与天线单元30a极化正交的另一种线极化形式(即、相邻的两个天线单元的天线极化方向是垂直的)。天线单元30a和天线单元30b都是利用波导管传输线作为天线，即利用波导传输线理论，通过选择现有标准中的合适的内腔尺寸a、b，如图4所示，即可满足某一频段的电磁波传播。因此一端通过接头10给波导管(即、金属框体31)馈电，另一端开路(即、图2和图3的金属框体上部开口)，即可作为天线使用，来接收和发射高频电磁波。
实施例的作用和有益效果
根据本实施例所提供的波导天线，因为具有多个天线单元，并且相邻的两个天线单元的天线极化方向是垂直的，所以该波导天线解决了信号传输过程中衰减大，抗干扰性能差的缺点，又提高了信道容量与信号传输质量。
进一步，在波导管的馈电端设计一个金属的阶梯匹配块，满足输入阻抗匹配的要求，进而适应宽频带的工作要求。
由于，本实施的波导天线中的相邻两个天线单元的天线极化方向在物理结构上是垂直的，所以本实施例的波导天线旋转90度，两个天线单元即可互换使用，增强了波导天线的工程适用性。
同时为了更近进一步的提高其信号传输质量，本发明还提供了一种支持 MIMO技术的信号接收***，使用本发明的波导天线与泄漏双波导天线匹配接收，这样组成完整地RF射频链路，该信号接收***应用于轨道交通车地通信上，具有信号传输过程中衰减小，抗干扰性能强的优点，同时又具有高的信道容量和良好的信号传输质量。通过实验对比发现，与微带天线、偶极子天线作为接收天线相比，在与支持MIMO技术的泄漏双波导天线配合使用时，接收到的信号更加平稳，且耦合性能有所提升。

Claims (9)

1.一种波导天线，包括：
底板；
至少两个接头，设置在所述底板上，用于从外部接入信号；
与所述接头数目相等数目的天线单元，设置在所述底板上且与所述接头分别对应电连接；以及
天线罩，连接在所述底板上且覆盖所述天线单元，
其中，相邻的两个所述天线单元的天线极化方向是垂直的，
所述天线单元包括金属框体、设置在该金属框体内的金属阶梯块以及与所述金属框体连接的金属底座板，
所述金属底座板与所述接头电连接，
所述金属阶梯块的底部与所述金属底座板电连接。
2.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于：
其中，所述金属阶梯块具有上部分和与该上部分上下平齐叠合的下部分，所述上部分和所述下部分均为长方体，
所述金属阶梯块的下部分的底面与所述金属底座板接触。
3.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于：
其中，所述金属框体的横截面为矩形，
相邻两个所述金属框体的长度方向相互垂直，
所述金属阶梯块的上部分的外端面与所述金属框体的长边内壁螺纹压合接触。
4.根据权利要求3所述的波导天线，其特征在于：
其中，所述金属阶梯块位于所述金属框体的长边的中点位置的正负5mm处。
5.根据权利要求3所述的波导天线，其特征在于：
其中，相邻两个金属框体的长边外壁和短边外壁的距离为50mm到100mm。
6.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于：
其中，所述金属框体的尺寸为标准矩形波导管的尺寸。
7.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于：
其中，所述接头为黄铜镀镍或不锈钢材质的射频接头，所述底板为铝合金板。
8.根据权利要求1所述的波导天线，其特征在于：
其中，所述天线罩为透波材料的天线罩。
9.一种支持MIMO技术的信号接收***，其特征在于：
该信号接收***是使用权利要求1-8中任意一项所述的波导天线与泄漏双波导天线匹配接收，组成完整的射频链路来进行信号的接收通信。
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