CN108039578A

CN108039578A - 一种全向天线

Info

Publication number: CN108039578A
Application number: CN201711295777.5A
Authority: CN
Inventors: 李道铁; 吴中林; 刘木林
Original assignee: Tongyu Communication Inc
Current assignee: Tongyu Communication Inc
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2018-05-15
Anticipated expiration: 2037-12-08
Also published as: CN108039578B

Abstract

本发明提供一种全向天线，包括低频环形天线和高频环形天线形成的双频环形天线；所述低频环形天线由若干低频振子排列成圆阵；所述高频环形天线由若干高频振子排列成圆阵，每一高、低频振子包括上臂和下臂；所述高、低频振子的上臂共面形成双频环形的天线上臂；所述高、低频振子的下臂共面形成双频环形的天线下臂。天线上臂与下臂之间设置介质基层。本发明的天线是一种理想的双频宽带水平极化全向天线。

Description

一种全向天线

技术领域

本发明涉及一种无线通信天线设备与技术，特别是涉及一种全向天线及其技术。

背景技术

全向天线是无线通信领域中最简单、最基本、最原始的天线类型，因其全向辐射、小尺寸、重量轻、低成本的特点，在工程领域仍有广泛的应用场景，如固定发射台和移动终端。由于终端设备相对于基站发射台的位置和方位是任意的，使用全向天线不仅能保证良好的通信效果，还可以减少设备尺寸与成本。显然，辐射方向图的均匀性（即不圆度）是全向天线的关键指标。除此以外，带宽和极化也是全向天线的重要性能指标。长期以来，人们发明的全向天线多为单/偶极子构成的单垂直极化。另外，相比扇区化的定向天线，全向天线无法实现空间分集，故***容量较低，不适合用于宏基站。这一缺点可通过正交双极化的分集设计予以克服。

目前，双极化全向天线多为H/V双极化，±45^o极化则相对较少，而且两种正交极化都是单频段。随着网络不断演进，双频段双极化将成为全向天线的重要发展趋势。双极化再加上双频段，可使天线全向天线性能进一步提升，应用领域将得以继续扩展。然而，双频双极化全向天线的技术难度远较单频情形要高，主要难点在于双频水平极化水平全向单元天线的设计，而垂直极化双频全向天线的设计则相对容易。目前，水平极化（H）全向单元天线难以实现双频或超宽带工作，也都存在方向图不理想、尺寸大、体积大的缺点，是无线通信中的关键设备和技术瓶颈。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：提供一种全向天线，主要解决现有技术的全向天线无法实现双频或超宽带工作。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种全向天线，包括低频天线以及高频天线；所述全向天线包括低频环形天线和高频环形天线形成的双频环形天线；所述低频环形天线位于外侧，高频环形天线位于低频环形天线内侧；所述低频环形天线由若干低频振子排列成圆阵，每一低频振子包括低频振子上臂和下臂；所述高频环形天线由若干高频振子排列成圆阵，每一高频振子包括上臂和下臂；所述高、低频振子的上臂共面形成双频环形的天线上臂；所述高、低频振子的下臂共面形成双频环形的天线下臂；所述天线上臂与天线下臂分别位于间隔为D的上下两面。

天线上、下臂中低频振子圆阵与高频振子圆阵共面同心；所述低频振子为折合振子；所述低频振子内嵌寄生枝节；所述高频振子内部开槽；所述双频环形天线为双频Alford环共面排布；所述天线上臂与天线下臂之间设置介质基层，所述天线上臂位于介质基层上表面，所述线下臂位于介质基层的下表面。

所述天线的上臂和下臂进一步包括导体馈线将振子连接至圆阵的中心点进行馈电；所述同组高、低频振子的上臂共用同一根所述导体馈线合并馈电，所述同组高、低频振子的下臂共用另一根所述导体馈线合并馈电，同一组中的两导体馈线相互平行。

所述低频环形天线内侧加载一对短路枝节，所述高频环形天线内侧加载对称开路枝节；所述导体馈线是由多节不等长宽的变换段级联而成。

在靠近低频振子的馈线变换段末端各有一截圆弧形的所述短路枝节，两短路枝节上下对称分布于天线的介质基板两表面，两短路枝节末端通过金属化过孔上下连接；圆弧形短路枝节的弧度取值为（0.05~0.20）×π；在靠近高频振子的馈线变换段后端各有一圆弧的形所述开路枝节，两圆弧形开路枝节关于馈线对称，且对称分布于介质基板两表面，圆弧形开路枝节末端开路；圆弧形开路枝节弧度取值为（0.10~0.25）×π；所述短路枝节圆弧、圆弧形开路枝节与振子圆阵同心；所述天线上、下臂中的各圆弧形短路枝节位于馈线一侧、旋向一致；所述天线上下臂的每一臂中的圆弧形开路枝节对称位于馈线两侧。

所述低频振子为圆弧形折合振子，包括外侧的圆弧折合边以及内侧圆弧馈电边，且由该两边围成中心空隙放置所述寄生枝节；所述寄生枝节为圆弧形寄生枝节；所述低频振子上下两臂在折合边的中心处连接，在馈电边中心连接所述平行双导体馈线；馈电边的宽度大于折合边的宽度；寄生圆弧枝节的宽度和弧长均小于折合振子；寄生枝节位于介质基板同一面或者对称分布于介质基板两面，寄生枝节位于介质基板两面的两部分通过金属化过孔连接。

所述高频振子为圆弧形对称振子，振子内部中心开设一圆弧形槽，槽由振子末端延伸至馈线边缘处；所述高频振子为半波振子。

所述全向天线为双频宽带水平极化全向天线；低、高频振子的圆阵半径取值范围为：（0.15~0.45）×λ _c；低、高频振子弧度取值范围为：（0.25~0.50）×π；低、高频振子边宽度取值范围为：（0.01~0.05）×λ _c，其中λ _c对应为低频中心波长λ _cl或高频中心波长λ _ch。

介质基层的厚度等于天线上下两臂的间距D；介质基层的介电常数ε_r≥1.0，介质基层的口径大于低频环形天线的外径；双频Alford环的每对振子与它们各自的平衡双导体馈线合并为一体形成一体化天馈单元，整个圆阵中所包含的振子与平衡馈线的一体化天馈单元数目N≥3；圆阵的上下两层的N个一体化天馈单元，合并后分别构成所述天线的上下两臂；双环外部包裹一个圆管形的天线罩。

天线中心连接一根50Ω的同轴电缆，电缆自下而上，其内外导体分别与天线的上下两臂相连；低频环形天线和高频环形天线都由N(N大于或等于3）个完全相同的圆弧振子排成圆阵形式；低频环形天线的相同旋向的振子臂在介质基层同一面，高频环形天线的相同旋向的振子臂在介质基层同一面；介质基层同一面的高、低频环形天线的振子臂旋向相反；天线整体尺寸为0.487×λ _L，λ _L为最低工作频率。

通过采用上述技术方案，本发明取得如下技术效果：

本发明通过采用双频振子上下臂分别采用双环共面排布从而为无线通信提供一种双频段、宽频带、全向性天线。

进一步提供H极化、高XPD、较高增益、高效率，以及低剖面、制作简单、低成本、易批产的全向天线，并为多频H极化全向天线、双频或多频H/V极化全向天线的设计和改进也是适用和有效的。

最后，本发明的双频宽带水平极化全向天线获得了较常规方案显著的性能提升：一、双宽频工作，覆盖GSM+LTE频段；二、较理想的全向方向性，不圆度小于3.5dB；三、较高的增益，带内增益达1.05~3.75dBi；四、较好的交叉极化比，XPD大于15dB；五、较高的效率，带内η _A≥82%；六、较小的尺寸，直径约0.487×λ _L。

另外，本发明的天线馈电简单，可直接用50Ω电缆馈电。

附图说明

图1为天线模型所采用的直角坐标系定义的示意图。

图2为低频Alford环天线的单振子几何模型的俯视图。

图3为低频Alford环天线的单振子几何模型的立体图。

图4为低频Alford环天线的几何模型的俯视图。

图5为高频Alford环天线的几何模型的俯视图。

图6为高频Alford环天线的几何模型的侧视图。

图7为双宽频Alford环天线的几何模型的俯视图。

图8为双宽频Alford环天线的几何模型的仰视图。

图9为双宽频Alford环天线的完整几何模型的俯视图。

图10为双宽频Alford环天线的输入阻抗Z _in曲线。其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是阻抗Z _in，单位为Ω; 实线表示实部R _in，虚线表示虚部X _in。由图知，在GSM和LTE频带内（0.768-0.96GHz/1.70~2.70GHz），实部和虚部变化范围分别为：+31~+90Ω和-43.6~+30Ω、+29.2~+88Ω和-4.3~+43.7Ω，具有明显的双频宽带阻抗特性。

图11为双宽频Alford环天线的反射系数|S ₁₁|曲线。其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是S ₁₁的幅度|S ₁₁|，单位为dB。由图知，天线实现了GSM和LTE双频宽带阻抗匹配（0.768~0.96GHz， BW=191MHz， 22.14%；1.70~2.70GHz，BW=1000MHz， 45.46%；|S ₁₁|≤-7.92dB）。

图12为双宽频Alford环天线的驻波比VSWR曲线。其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是VSWR。由图知，天线实现了GSM和LTE双频宽带阻抗匹配（0.768~0.96GHz，VSWR≤2.387，BW=191MHz，22.14%；1.70~2.70GHz，VSWR≤2.325，BW=1000MHz，45.46%）。

图13为双宽频Alford环天线在f ₁=0.768GHz频点的2D增益方向图。其中，实线表示E-面（水平面），虚线表示H-面（竖直面）；光滑线表示主极化，点线表示交叉极化。由图知，增益G=1.30dBi；水平面（E面）具有较好的不圆度（<0.24dB），且E面交叉极化比XPD>30dB。

图14为双宽频Alford环天线在f ₂=0.96GHz频点的2D增益方向图。其中，实线表示E-面（水平面），虚线表示H-面（竖直面）;光滑线表示主极化，点线表示交叉极化。由图知，增益G=1.01dBi；水平面（E面）具有较好的不圆度（<.0.48dB），且E面交叉极化比XPD>30dB。

图15为双宽频Alford环天线在f ₃=1.70GHz频点的2D增益方向图。其中，实线表示E-面（水平面），虚线表示H-面（竖直面）；光滑线表示主极化，点线表示交叉极化。由图知，增益G=1.13dBi； E面不圆度较好（<0.40dB），且E面交叉极化比XPD>40dB。

图16为双宽频Alford环天线在f ₄=2.20GHz频点的2D增益方向图。其中，实线表示E-面（水平面），虚线表示H-面（竖直面）；光滑线表示主极化，点线表示交叉极化。由图知，增益G=1.863dBi； E面不圆度较好（<1.50dB），且E面交叉极化比XPD>30dB。

图17为双宽频Alford环天线在f ₅=2.70GHz频点的2D增益方向图。其中，实线表示E-面（水平面），虚线表示H-面（竖直面）；光滑线表示主极化，点线表示交叉极化。由图知，增益G=3.70dBi；水平面（Theta=90°，E面不圆度较好（<1.50dB），E面平均交叉极化比XPD>15dB。

图18为双宽频Alford环天线的E面不圆度随频率f变化曲线。由图知，天线在低频和高频段，方向图E面不圆度分别小于0.5dB、3.5dB。

图19为双宽频Alford环天线各频点的H-面（竖直面）半功率波束宽度HBPW随频率f变化特性。其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是波束宽度，单位是度（deg）。由图知，低频带内的H面半功率波宽HPBW=102.5^o~115^o，高频段的低频部分波宽HPBW=126^o~144^o，高频部分波宽HPBW=35^o~62.5^o，波宽在f=1.95GHz附近有剧烈的跳变；

图20为双宽频Alford环天线的最大增益随频率f变化特性。其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是增益，单位是dBi。由图知，低高频带内的增益变化范围为G=1.30~1.35dBi、1.05~3.75dBi，前者随频率变化平缓，高频则随频率波动较大。

图21为双宽频Alford环天线的效率η _A随频率f变化曲线。其中，横轴（X轴）是频率f，单位为GHz；纵轴（Y轴）是效率。由图知，在低高频带内，天线效率η _A≥82%，大部分频段η _A≥90%，效率很高。

本文附图是用来对本发明的进一步阐述和理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施例一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制或限定。

具体实施方式

下面结合附图给出发明的较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。这里，将给出相应附图对本发明进行详细说明。需要特别说明的是，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用于限制或限定本发明。

本发明旨在为无线通信提供一种双频段、宽频带、水平全向、水平极化、高XPD、较高增益、高效率，以及低剖面、制作简单、低成本、易批产的H极化全向天线，并为多频H极化全向天线、双频或多频H/V极化全向天线的设计和改进提供有益的参考方法。

参照图1-9所示，本发明实施例以一种双频宽带水平极化全向天线10为例进行举例说明，包括低频环形天线200和高频环形天线300构成的双频环形天线。高频环形天线300位于低频环形天线200的内侧。所述低频环形天线200由若干低频振子201排列成圆阵，每一低频振子201包括分别位于间隔为D的上下平面的低频振子上臂21和下臂22。所述高频环形天线300由若干高频振子301排列成圆阵，每一高频振子301包括高频振子上臂31和下臂32；所述高、低频振子的上臂共面形成双频环形的天线上臂11；所述高、低频振子的下臂共面形成双频环形的天线下臂12。

天线上、下臂中低频振子圆阵与高频振子圆阵共面同心。所述低频振子201为折合振子；所述低频振子内嵌寄生枝节202。所述高频振子301内部开槽；所述双频环形天线为双频Alford环共面排布。所述天线上臂11与天线下臂12之间设置介质基层100，所述天线上臂11位于介质基层上表面101，所述天线下臂12位于介质基层的下表面102。

天线的上臂和下臂进一步包括导体馈线23将振子连接至圆阵的中心O，O'点进行馈电；所述同组高、低频振子的上臂共用同一根所述导体馈线23合并馈电，所述同组高、低频振子的下臂共用另一根所述导体馈线23合并馈电，同一组中的两导体馈线23相互平行。

所述低频振子201为圆弧形折合振子，包括外侧的圆弧折合边221以及内侧圆弧馈电边222，且由该两边围成中心空隙24放置所述寄生枝节202。所述寄生枝节202为圆弧形寄生枝节。所述低频振子上下两臂在折合边的中心203处连接，在馈电边中心连接所述平行双导体馈线23。

本发明的实施例中，低频环形天线200和高频环形天线300，都是由四个完全相同的圆弧振子排成圆阵形式。

低频环形天线200和高频环形天线300的各自振子的上下臂均分别位于上下两平面。各层振子面中对应的低频振子臂形成外侧低频环或低频圆阵，高频振子臂形成内侧高频环或高频圆阵，两环或圆阵同心共面馈线合并形成双频环形结构或双频圆阵。平行导体馈线23分别连接振子上下臂至双频环形天线的上下圆心O，O'。

在一些具体实施方式，选用平面双Alford环方案，低频Alford环尺寸较大，排列在外侧；高频Alford环尺寸较小，排列在内侧。同一个Alford环的相同旋向的振子臂在介质基层100同一面，而介质基层同一面的两个Alford环的振子臂旋向刚好相反。在双Alford环天线中心O，O'，连接一根50Ω的同轴电缆，电缆自下而上穿过介质基层，其内外导体分别与双环天线的上下平行导体馈线23的中心末端307相连，从而实现对各振子的振子臂进行馈电。

以下进一步地对本发明的双环天线结构进行更具体的描述。

低频环形天线200包括若干低频振子201排列成圆阵形式作为外侧低频环，以一个低频辐射单元20为例来进行说明。

本实施例中，低频辐射单元20包括低频圆弧形折合振子201、嵌设于振子201内部的圆弧形寄生枝节202、以及一对平行导体馈线23。平行导体馈线23由折合振子201的馈电边中心分别连接至天线的圆心O、O'进行中心馈电。进一步地，在折合振子201内侧，于两导体馈线23上各设置一截圆弧形枝节204。两截圆弧形枝节204上下对称且两末端206短路连接。

低频圆弧形折合振子201包括圆弧形低频振子上臂21和圆弧形低频振子下臂22，振子201内部限定弧形间隙24用于安装圆弧形寄生枝节202。作为一种实施方式，圆弧形折合振子201整体圆弧总长度S _l≈0.5×λ _cl（λ _cl为低频中心波长），包括相互平行的外侧圆弧折合边和内侧圆弧馈电边以及该两边共同限定的弧形间隙24。两外侧圆弧折合边211、221在折合边中心203处短路连接例如通过金属化过孔连接，两馈电边212、222在馈电边中心点分别连接导体馈线23，并由该两导体馈线23平行地延伸至圆心O、O'进行中心轴馈电。

振子上臂21和振子下臂22分别位于介质基层100的上下表面。低频圆弧形折合振子201的上臂21和下臂22形状相同、旋向相反且分别位于介质基层上下两表面、馈电线23的异侧，每一臂外侧圆弧折合边与内侧圆弧馈电边平行。

在一些实施例中，馈电边（内边）212、222的宽度大于折合边（外边）211、221宽度。振子中心的寄生圆弧枝节202，其宽度和弧长均小于折合振子201。

多个低频振子201的各寄生枝节202可在介质基层100同一面或者对称分布于基板100两面，两部分通过金属化过孔连接。

低频辐射单元20的圆弧形折合振子201可由常规的半波振子变成折合振子，并在其内部加载一寄生振子202形成。

再次参照图5-6，高频环形天线300是由若干高频振子30以对称振子的形式排列成圆阵结构。振子30的对称振子可以为常规形式，但其内部中心开有一圆弧形槽，槽由振子末端延伸至馈线边缘处。具体地，高频辐射单元30包括高频圆弧对称振子301，为半波振子，两臂31、32的内部中心开纵向槽302，纵向槽302沿振子末端延伸至馈线边缘处，两臂31、32对称地位于馈线23两侧，对称振子301的臂31、32分别位于间距D的上下两平面，即分别位于介质基层100的上下表面，两臂31、32由一对导体馈线23与对应低频振子合并馈电。

在本发明的实施例中，各振子的馈线23是采用但不限于多节不等长宽变换段连接成的平行双导体，其并在低频振子201内侧加载短路枝节205、高频振子301内侧加载对称开路枝节303。

在一些具体实施例中，双频Alford环天线采用平行双导体馈线23进行馈电，导体由多节不等长宽的变换段204、207、304~307级联而成；在靠近低频振子臂21、22的第一馈线变换段204末端有一截圆弧形短路枝节205，枝节205对称分布于介质基层100两面101、102且位于馈线23同侧，末端206通过金属化过孔上下连接，枝节205的弧度取值为：（0.05~0.20）×π，与振子圆阵同心。

在靠近高频振子臂31、32的馈线变换段（例如第三段）后端有一圆弧形开路枝节303，枝节303关于馈线23对称，且对称分布于介质基层100两面，枝节303的末端开路，枝节303的弧度取值为：（0.10~0.25）×π。

高频Alford环天线位于低频Alford环的内侧，其异于低频Alford环之处在于：1）圆弧振子为常规半波振子但中心开槽，两臂总长度S _h≈0.5×λ _ch（λ _ch为高频中心波长）；2）馈线上的枝节303末端开路，不仅上下对称，也关于馈线23两侧对称。

双频宽带水平极化全向天线10中，其低高频Alford环的半径、弧度和宽度取值范围分别为：（0.15~0.45）×λ _c、（0.25~0.50）×π和（0.01~0.05）×λ _c；λ _c对应为低频中心波长λ _cl或高频中心波长λ _ch。

双频环形天线10的每对高、低频圆弧振子与它们各自的平衡双导体馈线23合并为一体形成一体化天馈单元，整个圆阵中所包含的振子与平衡馈线一体化单元数目N≥3；圆阵的上下两层的N个一体化天馈单元，合并后分别构成天线的上下两臂11、12；双环外部包裹一个圆管形的天线罩400（如图9），以保护天线内部。

可以理解，N个低频辐射单元20与N高频辐射单元30合并馈电形成具有N个一体化天馈单元的全向天线10，一本化天馈单元的数目N≥3而构造双频环形天线结构。本实施例及附图中以N=4为例构成双频宽带水平极化全向天线进行阐述

天线圆阵的上下两臂11、12之间填充介质基层100，其厚度等于两臂间距D，可选用包括空气在内的各种常用介质材料，即介电常数ε_r≥1.0，形状可为圆形或正多边形，直径大于低频天线环200的外径。

本发明实施例的双频宽带水平极化全向天线10，直接采用50Ω同轴电缆在双环中心O，O'馈电，其内外导体分别连接双环上下两臂11、12的双导体馈线23的末端307的中心。

通过反复优化上述各部分的几何参数，本发明实现了Alford环天线在GSM和LTE高低两个频段内均具有良好的阻抗匹配（768.7-960MHz，VSWR≤2.387，BW=191MHz，22.14%；1700-2700MHz，VSWR≤2.325，BW=1000MHz，45.46%、较高的增益，G=1.05-3.75dBi）、理想的水平辐射方向图和较好的不圆度（<3.5dB）、良好的交叉极化比（XPD≥15dB）和较高的效率（η _A≥82%）。

另外，本发明天线的馈电简单、天线整体尺寸较小（直径≈0.487×λ _L，λ _L为最低工作频率）、外形平面化，是一种适用于移动通信的理想双频水平极化全向天线。另外，该方案还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、制作简单、低成本、易批产等特点，是双频H极化全向天线的较佳方案，而且对于多频H极化全向天线、双频或多频H/V极化全向天线的设计和改进也是适用和有效的。

本发明的双频宽带水平极化全向天线可通过但不限于以下步骤进行设计：

步骤一，建立空间直角坐标系，见图1；步骤二，构造宽带折合振子单元。在XOY平面，距坐标原点O右侧R _l处，以X轴为对称轴、顺着Y轴方向，构造一个两臂总(圆弧）长度S _l≈0.5×λ _cl（λ _cl为低频中心波长）的圆弧形折合振子21（图2），包括圆弧形折合振子201。然后，将圆弧振子201的一臂21朝-Z轴方向移动距离D；上下两臂21、22在折合边211、221的中心203处连接，馈电边212、222中心则连接一段由多节不等长宽的平行双导体204、207、304~307构成的馈线23；馈线23末端朝延伸至圆弧的中心点O，O'；在折合振子201两侧中心空隙处，放置圆弧形寄生枝节202。然后，在距离圆弧形折合振子201最近的一节馈线204末端一侧，连接另一截上下对称且末端相互短路连接的圆弧形枝节205；从而完成构建低频辐射单元20（图3）；步骤三，构造低频Alford环天线。将步骤二的低频辐射单元20，绕坐标原点O，O'旋转复制N=4次，构成一个低频Alford环天线200（图4）。

步骤四，构造高频Alford环天线300。在步骤三的低频Alford环200的内侧，构造出另一高频Alford环天线，其异于低频Alford环之处在于：1）圆弧振子301为常规半波振子但中心开槽302，两臂31、32（弧形）总长度S _h≈0.5×λ _ch（λ _ch为高频中心波长），分别位于间隔D的上下两表面；2）一对平行馈线23上的枝节303末端开路，不仅上下对称，也关于馈线23两侧对称，参照图5~6。

步骤五，双Alford环200、300合并一体：将步骤三、四的低高频Alford环，其上表面101的圆弧振子、短路/开路枝节、多节馈线合并为双频Alford环的上臂，所对应的下表面102部分则合并为双频Alford环的下臂，见图7~8；步骤六，设置介质基层。在步骤五的天线上下两臂中间，设置一层介电常数和损耗角分别为ε_r和tanδ的介质基层，其厚度等于两平行导线的间距D、直径≥2×R，以调节阻抗和支撑天线，见图7、8部分100；步骤七，中心同轴馈电。在步骤五的双Alford环天线中心，连接一根50Ω的同轴电缆，电缆自下而上穿过介质基层，其内外导体分别与双环天线的上下两臂相连，见图9的部分307；步骤八，设置天线罩。在天线周围，设置一节圆管状的天线罩，将天线各部分完全包裹，低频环振子距离天线罩较近，见图9的部分400。

优选地，所述双频宽带水平极化全向天线，双频Alford环的每对圆弧振子与它们各自的平衡双导体馈线合并为一体，整个圆阵中所包含的振子与平衡馈线一体化单元数目N≥3；圆阵的上下两层的N个一体化天馈单元，合并后分别构成天线的上下两臂；双环外部包裹一个圆管形的天线罩，以保护天线内部。

优选地，所述双频宽带水平极化全向天线，圆阵的上下两臂间填充介质基层，其厚度等于两臂间距D，可选用包括空气在内的各种常用介质材料，即介电常数ε_r≥1.0，形状可为圆形或正多边形，直径大于低频Alford环的外径。

优选地，所述双频宽带水平极化全向天线，直接采用50Ω同轴电缆在双环中心馈电，其内外导体分别连接双环上下两臂的双导体馈线的末端中心。

优选地，所述双频宽带水平极化全向天线，其一体化天馈部分采用金属良导体材料制作，可采用PCB印制工艺或常规金属加工工艺，如切割、钻削等。

需要说明的是，本发明所指“环形”或“环形天线”，包括不连续的环状结构，例如，低频辐射单元的弧形振子对应位于同一直径的圆环上，但相邻两弧形振子之间可以间隔一定的弧度，从而形成低频圆阵结构的低频环形天线。同理，高频辐射单元的弧形振子对应位于同一直径的圆环上，但相邻两弧形振子之间可以间隔一定弧度，从而形成高频圆阵结构的高频环形天线。

本发明较佳实施方式通过采取下列措施：1）双Alford环共面排布；2）低频振子为内嵌寄生枝节的折合形式；3）高频振子为内部开槽的常规形式；4）低频加载短路枝节，高频加载对称开路枝节；5）合适和阵元数、环半径、振子弧度及其他参数；6）在双环中心馈电，获得了较常规方案显著的性能提升。

以上仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制或限定本发明。对于本领域的研究或技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明所声明的保护范围之内。

Claims

1.一种全向天线，包括低频天线以及高频天线；其特征在于，所述全向天线包括低频环形天线和高频环形天线形成的双频环形天线；所述低频环形天线位于外侧，高频环形天线位于低频环形天线内侧；所述低频环形天线由若干低频振子排列成圆阵，每一低频振子包括低频振子上臂和下臂；所述高频环形天线由若干高频振子排列成圆阵，每一高频振子包括上臂和下臂；所述高、低频振子的上臂共面形成双频环形的天线上臂；所述高、低频振子的下臂共面形成双频环形的天线下臂；所述天线上臂与天线下臂分别位于间隔为D的上下两面。

2.如权利要求1所述的全向天线，其特征在于，天线上、下臂中低频振子圆阵与高频振子圆阵共面同心；所述低频振子为折合振子；所述低频振子内嵌寄生枝节；所述高频振子内部开槽；所述双频环形天线为双频Alford环共面排布；所述天线上臂与天线下臂之间设置介质基层，所述天线上臂位于介质基层上表面，所述线下臂位于介质基层的下表面。

3.如权利要求2所述的全向天线，其特征在于，所述天线的上臂和下臂进一步包括导体馈线将振子连接至圆阵的中心点进行馈电；所述同组高、低频振子的上臂共用同一根所述导体馈线合并馈电，所述同组高、低频振子的下臂共用另一根所述导体馈线合并馈电，同一组中的两导体馈线相互平行。

4.如权利要求3所述的全向天线，其特征在于，所述低频环形天线内侧加载一对短路枝节，所述高频环形天线内侧加载对称开路枝节；所述导体馈线是由多节不等长宽的变换段级联而成。

5.如权利要求4所述的全向天线，其特征在于，在靠近低频振子的馈线变换段末端各有一截圆弧形的所述短路枝节，两短路枝节上下对称分布于天线的介质基板两表面，两短路枝节末端通过金属化过孔上下连接；圆弧形短路枝节的弧度取值为（0.05~0.20）×π；在靠近高频振子的馈线变换段后端各有一圆弧的形所述开路枝节，两圆弧形开路枝节关于馈线对称，且对称分布于介质基板两表面，圆弧形开路枝节末端开路；圆弧形开路枝节弧度取值为（0.10~0.25）×π；所述短路枝节圆弧、圆弧形开路枝节与振子圆阵同心；所述天线上、下臂中的各圆弧形短路枝节位于馈线一侧、旋向一致；所述天线上下臂的每一臂中的圆弧形开路枝节对称位于馈线两侧。

6.如权利要求4所述的全向天线，其特征在于，所述低频振子为圆弧形折合振子，包括外侧的圆弧折合边以及内侧圆弧馈电边，且由该两边围成中心空隙放置所述寄生枝节；所述寄生枝节为圆弧形寄生枝节；所述低频振子上下两臂在折合边的中心处连接，在馈电边中心连接所述平行双导体馈线；馈电边的宽度大于折合边的宽度；寄生圆弧枝节的宽度和弧长均小于折合振子；寄生枝节位于介质基板同一面或者对称分布于介质基板两面，寄生枝节位于介质基板两面的两部分通过金属化过孔连接。

7.如权利要求4所述的全向天线，其特征在于，所述高频振子为圆弧形对称振子，振子内部中心开设一圆弧形槽，槽由振子末端延伸至馈线边缘处；所述高频振子为半波振子。

8.如权利要求2所述的全向天线，其特征在于，所述全向天线为双频宽带水平极化全向天线；低、高频振子的圆阵半径取值范围为：（0.15~0.45）×λ _c；低、高频振子弧度取值范围为：（0.25~0.50）×π；低、高频振子边宽度取值范围为：（0.01~0.05）×λ _c，其中λ _c对应为低频中心波长λ _cl或高频中心波长λ _ch。

9.如权利要求3所述的全向天线，其特征在于，介质基层的厚度等于天线上下两臂的间距D；介质基层的介电常数ε_r≥1.0，介质基层的口径大于低频环形天线的外径；双频Alford环的每对振子与它们各自的平衡双导体馈线合并为一体形成一体化天馈单元，整个圆阵中所包含的振子与平衡馈线的一体化天馈单元数目N≥3；圆阵的上下两层的N个一体化天馈单元，合并后分别构成所述天线的上下两臂；双环外部包裹一个圆管形的天线罩。

10.如权利要求1~9中任一项所述的全向天线，其特征在于，天线中心连接一根50Ω的同轴电缆，电缆自下而上，其内外导体分别与天线的上下两臂相连；低频环形天线和高频环形天线都由N个完全相同的圆弧振子排成圆阵形式；低频环形天线的相同旋向的振子臂在介质基层同一面，高频环形天线的相同旋向的振子臂在介质基层同一面；介质基层同一面的高、低频环形天线的振子臂旋向相反；天线整体尺寸为0.487×λ _L，λ _L为最低工作频率。