边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线的制作方法

本实用新型涉及天线领域，特别是涉及一种边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线。

背景技术：

目前，人类已经全面进入信息时代，获取资讯成为人们日常生活不可或缺的组成部分。移动通信以其特有的便捷性，已成为人们随时随地获取信息和彼此通信的主要方式。天线则是无线通信系统关键子部件，它的性能优劣对整个系统的影响是决定性的。随着移动通信技术的发展，家庭、办公室、商场、候机楼、教室、图书馆等室内环境已成为话务和数据流量的热点区域。室外宏基站由于考虑覆盖范围、选址、成本等实际因素，天线尺寸大、增益高、发射功率大、架设高度高，以实现广域信号连续覆盖，却难以对建筑物内部进行深度、精确覆盖。自然地，人们将室外基站小型化后部署于楼宇内部各处，形成了室内分布式覆盖系统。综合考虑到容量、选址、成本等方面因素，室分小基站必须支持多制式(GSM 2G/CDMA-3G/LTE-4G)、全频段(800-960MHz/1710-2700MHz)，而且水平面需覆盖较大区域。受制于安装位置，室分天线通常有定向壁挂和全向吸顶两大类。由于实现多频段技术上难度很大，两类天线通常设计成宽频带。吸顶天线安装于天花板，要求方向图在不同仰角的方位面内必须是均匀全向的，且低俯角方向仍需保持较高增益，这样才能保证较大的覆盖范围。另外，考虑用户视觉和感受，吸顶天线宜小尺寸和低剖面。

综合上述要求，单锥是适合设计全向吸顶天线的几何形状，它具有宽频带、全向性的特点，而且高度较仅为双锥天线的一半。然而，由于单锥天线将双锥的倾斜下臂变成平直地板的缘故，其高频最大辐射方向会上翘较大的角度，致使低仰角增益较低，而低频最大辐射方 向则恰好在水平方向。这会造成低频覆盖范围宽、高频覆盖范围小的现象。虽然，通过增加网络部署密度可以使高低频覆盖范围较为一致，但是建设成本会成倍增加。因此，增强全向吸顶天线的边缘覆盖效果成为解决问题的关键。如图2和图3所示，常规全向吸顶天线采用平直圆盘地板2、杯状锥体1和短路枝条3，其低仰角增益低、不圆度差。

技术实现要素：

本实用新型提供一种边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线，能够解决现有技术存在的边缘覆盖效果差的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线，该天线包括地板和单锥辐射体，其中所述地板为以其中心线为轴线的回转体；所述单锥辐射体设置在所述地板上，所述单锥辐射体和所述地板的中心线重合，所述单锥辐射体包括十字交叉的第一薄片和第二薄片，所述第一薄片和所述第二薄片的中心重合，所述第一薄片的形状呈轴对称图形，其两侧边设有多个弯折而形成阶梯状，所述第一薄片的宽度朝地板方向逐渐减小，所述第二薄片的两侧的形状与所述第一薄片的两侧的形状相同。

其中，所述第一薄片/所述第二薄片的靠近所述地板的一端为第一端，远离所述地板的一端为第二端，所述第一薄片的第二端向内凹陷形成两个对称的第一凹槽，所述第二薄片的第二端向内凹陷形成两个对称的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽相同。

其中，所述第一薄片的第二端的中点处开设有第一缝隙，所述第一缝隙垂直于所述地板，所述第一缝隙的宽度不小于所述第二薄片的厚度；所述第一薄片的第一端的中点处开设有第二缝隙，所述第二缝隙垂直于所述地板；所述第二薄片的第一端的中点处开设有第三缝隙，所述第三缝隙垂直于所述地板，所述第三缝隙的宽度不小于所述第一薄片的厚度；所述第二薄片插入所述第一缝隙中，所述第一薄片 的所述第一缝隙和所述第二缝隙之间部位则位于所述第三缝隙中。

其中，从所述第一薄片的第一端到第二端，侧边的弯折依次包括：两个直角弯折、六个钝角弯折、两个直角弯折和两个钝角弯折。

其中，所述地板包括依次连接的多个圆台，所述圆台的中心设有馈电孔，以供同轴电缆穿过。

其中，所述地板包括依次堆叠的第一圆台、第二圆台、第三圆台和第四圆台，所述第一圆台的顶面的直径大于所述第二圆台的底面的直径，所述第二圆台的顶面的直径大于所述第三圆台的底面的直径，所述第三圆台的顶面的直径等于所述第四圆台的底面的直径，所述第三圆台的侧面与底面之间的夹角大于所述第四圆台的侧面与底面之间的夹角。

其中，所述第一圆台的底部还设有圆盘介质板，所述圆盘介质板与所述地板同心，所述圆盘介质板的底部平整。

其中，所述圆盘介质板的制作材料选自PVC、PC、ABS和PTFE中的至少一种。

其中，所述地板上方依次堆叠有金属圆环和介质圆环，所述金属圆环和所述介质圆环与所述馈电孔同心，所述金属圆环的顶面与所述同轴电缆的外导体连接，所述同轴电缆的内导体则穿过所述介质圆环与所述单锥辐射体连接。

其中，所述地板和所述单锥辐射体的制作材料选自紫铜、合金铜和纯铝中的至少一种。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型通过将单锥辐射体的十字交叉的第一薄片和第二薄片的两侧设置了弯折形成阶梯状，从而获得了边缘覆盖效果增强的天线，获得了优于常规单极化全向吸顶天线的宽带性、全向性和带内覆盖一致性。同时还实现了天线的高效率、小型化和低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实 施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为天线模型所采用的直角坐标系定义的示意图。

图2是现有技术的规全向吸顶天线的正视图；

图3是图2的侧视图；

图4是本实用新型边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线的第一薄片的正视图；

图5是图4的侧视图；

图6是本实用新型边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线的第二薄片的正视图；

图7是图6的侧视图；

图8是本实用新型边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线的单锥辐射体的正视图；

图9是图8的侧视图；

图10是图8的俯视图；

图11是本实用新型边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线的地板的表面轮廓图；

图12是本实用新型边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线的地板的剖面图；

图13是本实用新型边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线的地板、金属圆环、介质圆环及同轴电缆装配后的剖面图；

图14是图13的A区域的放大图；

图15是本实用新型边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线的正视图；

图16是图15的侧视图；

图17为增强型单极化全向吸顶天线的输入阻抗Z_in频率特性曲线。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是输入 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，天线具有明显的宽带阻抗特性；

图18为增强型单极化全向吸顶天线的反射系数|S11|曲线。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是S₁₁的幅度|S₁₁|，单位为dB。由图知，天线在0.80-2.70GHz频段内实现了良好的阻抗匹配(0.80-0.96GHz频段内，|S11|≤-13.19dB；171-2.70GHz频段内，|S₁₁|≤-16.13dB)；

图19为增强型单极化全向吸顶天线的驻波比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，天线在0.80-2.70GHz频段内实现了良好的阻抗匹配(0.80-0.96GHz频段内，VSWR≤1.56；1.71-2.70GHz频段内，VSWR≤1.37)；

图20为增强型单极化全向吸顶天线各频点归一化E-面(竖直面)增益方向图。其中，其中，实线表示f₁＝0.8GHz，虚线表示f₂＝1.71GHz，点线表示f₃＝2.30GHz，点划线表示f₄＝2.70GHz。由图知，低频最大方向出现在Theta＝79°-87°，高频则出现在Theta＝65°-79°；全频段内具有理想的竖直半波振子方向图；

图21、图22和图23为增强型单锥全向吸顶天线各频点在Theta＝30°、60°和85°归一化H-面(方位面)增益方向图。其中，图21、图22和图23分别表示Theta＝30°、Theta＝60°、Theta＝85°；实线表示f₁＝0.8GHz，虚线表示f₂＝1.71GHz，点线表示f₃＝2.30GHz，点划线表示f₄＝2.70GHz。由图知，各仰角面不圆度均小于0.14dB，说明方位面具有良好的全向性和均匀性；

图24为增强型单极化全向吸顶天线E-面半功率波束宽度HBPW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)是波束宽度，单位是度(deg)。由图知，低频波束宽度为102.1°-108.6°，高频为43.6°-64.6°；

图25为增强型单极化全向吸顶天线最大增益的仰角Theta(θ)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)是角度，单位是度(deg)。由图知，低频最大增益仰角 Theta＝79°-87°，高频最大增益仰角Theta＝65°-79°；

图26为增强型单极化全向吸顶天线的最大增益随频率f变化曲线。由图知，低频增益G＝1.26-1.42dBi，高频增益G＝2.08-4.34dBi；

图27为增强型单极化全向吸顶天线的效率η_A随频率f变化曲线，带内天线效率接近于理想的100％(≥95％)。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图图15和图16，本实用新型提供了一种边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线，该天线包括地板和单锥辐射体。

其中，地板3为以其中心线为轴线的回转体。

单锥辐射体设置在所述地板3上，所述单锥辐射体和所述地板3的中心线重合，所述单锥辐射体包括十字交叉的第一薄片1和第二薄片2，所述第一薄片1和所述第二薄片2的中心重合，所述第一薄片1呈轴对称图形，其两侧边设有多个弯折而形成阶梯状，所述第一薄片1的宽度朝地板方向逐渐减小，所述第二薄片2的两侧的形状与所述第一薄片1的两侧的形状相同。

具体而言，第一薄片1和第二薄片2的外周轮廓形状相同，整体上呈倒置的等腰梯形的形状，等腰梯形的两个腰经多次弯折形成阶梯，例如，本实施例中，等腰梯形的两个腰经过了12次弯折形成了阶梯。

区别于现有技术，区别于现有技术的情况，本实用新型通过将单锥辐射体的十字交叉的第一薄片1和第二薄片2的两侧设置了弯折形成阶梯状，从而获得了边缘覆盖效果增强的天线，获得了优于常规单极化全向吸顶天线的宽带性、全向性和带内覆盖一致性。同时还实现了天线的高效率、小型化和低成本。

具体而言，如图4至图7，本实施例中的第一薄片1和第二薄片2的靠近所述地板3的一端为第一端，远离所述地板的一端为第二端。所述第一薄片1的第二端向内凹陷形成两个对称的第一凹槽11，所述第二薄片2的第二端向内凹陷形成两个对称的第二凹槽21，所述第一凹槽11和所述第二凹槽21相同。本实施例中，第一凹槽11和第二凹槽21的深度较深，例如，第一凹槽11的深度为第一薄片1的高度的1/2。当然，在其它实施例中，第一凹槽11也可以是其它深度。

第一薄片1的第二端的中点处开设有第一缝隙12，所述第一缝隙12垂直于所述地板3，即第一缝隙12为纵向的缝隙，其与第一薄片1的对称轴重合，所述第一缝隙12的宽度不小于所述第二薄片2的厚度。具体地，本实施例中，第一缝隙12的宽度等于第二薄片2的厚度。

所述第一薄片1的第一端的中点处开设有第二缝隙13，所述第二缝隙13垂直于所述地板3，第二缝隙13也是纵向的缝隙，也与第一薄片1的对称轴重合。

本实施例中，第一缝隙12和第二缝隙13的开设相当于在一个等腰梯形的顶边和底边的中间均开设有缝隙，第一缝隙12和第二缝隙13位于同一条直线上，且第一缝隙12和第二缝隙13并不相接。

所述第二薄片2的第一端的中点处开设有第三缝隙22，所述第三缝隙22垂直于所述地板3，该第三缝隙22也是纵向的缝隙，其与第二薄片2的对称轴重合，所述第三缝隙22的宽度不小于所述第一薄片1的厚度，具体地，本实施例中的第三缝隙22的宽度等于第一薄片1的厚度。

安装的时候，所述第二薄片2插入所述第一缝隙12中，所述第一薄片1的所述第一缝隙12和所述第二缝隙13之间部位则位于所述第三缝隙22中。具体地，第一薄片1的第一缝隙12的底部与第二薄片2的第三缝隙22的顶部接触。第一薄片1的第一端和第二薄片2的第一端平齐，第一薄片1的第二端和第二薄片2的第二端平齐。第二缝隙13和第三缝隙22的下部围成一个柱状的空间，同轴电缆7的内导体伸入 到该空间的最顶端，且该内导体的侧面与第二缝隙13和第三缝隙22的侧壁焊接为一体，如图8至图10所示。

请继续参阅图4和图6，本实施例的单锥辐射体中，从所述第一薄片1的第一端到第二端，侧边的弯折依次包括：两个直角弯折、六个钝角弯折、两个直角弯折和两个钝角弯折。第二薄片两个侧边的弯折情况与第一薄片的弯折情况相同，角度也相同。实际上，第一薄片1和第二薄片2仅仅是在对称轴上所开设的缝隙不同，其余如形状和大小均相同。

所述地板3包括依次连接的多个圆台，如图13至图16所示，所述圆台的中心设有馈电孔31，以供同轴电缆7穿过。

由于第一薄片1和第二薄片2的对称轴即单锥辐射体的中心线，因而，位于对称轴上的第二缝隙13和所述第三缝隙22即位于单锥辐射体的中心线上，即，第二缝隙13和第三缝隙22与馈电孔31对应。

举例而言，本实施例的地板3包括依次堆叠的第一圆台、第二圆台、第三圆台和第四圆台，所述第一圆台位于底部，第一圆台的顶面的直径大于所述第二圆台的底面的直径，因而在第一圆台和第二圆台之间形成了台阶。所述第二圆台位于第一圆台之上，第二圆台的顶面的直径大于所述第三圆台的底面的直径，因而在第二圆台和第三圆台之间形成了台阶。所述第三圆台的顶面的直径等于所述第四圆台的底面的直径，第三圆台的侧面与底面之间的夹角大于所述第四圆台的侧面与底面之间的夹角。

具体地，地板3整体呈类似于圆台的形状，而圆台的侧面经过其次弯折赋形而形成了阶梯状，因而表现为多个圆台堆叠的形状，且多次弯折均为钝角弯折。

本实施例的所述地板3和所述单锥辐射体的制作材料选自紫铜、合金铜和纯铝中的至少一种，且均采用CNC或压铸工艺一体成型。

在地板3的底部，即第一圆台的底部还设有圆盘介质板4，所述圆盘介质板4与所述地板同心，所述圆盘介质板4的底部平整，以方便安装。该圆盘介质板4的制作材料选自PVC、PC、ABS和PTFE中的至 少一种。

地板3上方依次堆叠有金属圆环5和介质圆环6，所述金属圆环5和所述介质圆环6与所述馈电孔31同心，所述金属圆环5的顶面与所述同轴电缆7的外导体连接，所述同轴电缆7的内导体则穿过所述介质圆环6与所述单椎体连接。具体地，同轴电缆7从馈电孔31穿过之后，其外导体延伸至金属圆环5的顶面并连接在金属圆环5顶面上，其内导体则穿过金属圆环5，再穿过介质圆环6，向上延伸至第一薄片1的第二缝隙13与第二薄片2的第三缝隙22的最顶端，并与第二缝隙13的侧面以及第三缝隙22的侧面焊接为一体。

本实施例的天线采用带SMA、BNC、TNC、N型等常见连接头的50Ω标准同轴电缆7。

具体而言，本实用新型中的单锥辐射体、地板3、金属圆环5、介质圆环6、圆盘介质板4和同轴电缆7的中心线重合，从而保证带内方向图一致。

以下为本实用新型的低剖面室内覆盖增强型单极化全向吸顶天线的设计方法，通过该设计方法可以更容易地理解本实用新型的结构。

该设计方法包括以下步骤：

步骤一，在水平面XOY建立直角坐标系，见图1。

步骤二，在XOZ平面，将一个顶边朝下的等腰梯形边缘进行折线赋形，形成一个左右对称、两腰连续十二次弯折、底边两侧朝内开深的凹槽、顶底边中心开长纵缝的赋形等腰梯形。然后，将其变成有一定厚度的第一薄片1，见图4和图5。

步骤三，按照步骤二所述方法，构造一个顶边开长纵缝的赋形等腰梯形，并变成同样厚度的第二薄片2，见图6和图7。

步骤四，将步骤二、三的赋形梯形十字正交、中心重合放置，两个纵缝刚好吻合，组成十字交叉单锥体，见图8、图9和图10。

步骤五，将一锥顶朝上、中心开有圆孔的圆台面母线进行折线赋形，形成一个左右对称、母线连续七次弯折赋形圆锥面。然后，将其变成有一定厚度的金属薄片，从而形成地板3，见图11和图12。

步骤六，在步骤五的地板3的中心圆孔上，依次同心叠放一个金属圆环5、介质圆环6。然后，将一根50Ω同轴电缆7自下而上穿过圆孔，外导体延伸至金属圆环5顶面，内导体则穿过介质圆环6，如图13和图14所示。

步骤七，将步骤四的十字交叉单锥辐射体直立于步骤六的地板3的中心圆孔正上方，然后缓慢放下使同轴电缆7的内导体深入至底边狭缝的最顶端，最后在狭缝侧面将其与同轴电缆7焊接为一体，见图15和图16。

步骤八，在地板3底部同心放置一块等直径的圆盘介质板4，使其底部平直以方便安装，如图16所示。

请参阅图17至图27以及表1，其中：

图17为增强型单极化全向吸顶天线的输入阻抗Z_in频率特性曲线。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是输入阻抗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，天线具有明显的宽带阻抗特性；

图18为增强型单极化全向吸顶天线的反射系数|S11|曲线。其中，横轴(X轴)是频率f，单位为GHz；纵轴(Y轴)是S₁₁的幅度|S₁₁|，单位为dB。由图知，天线在0.80-2.70GHz频段内实现了良好的阻抗匹配(0.80-0.96GHz频段内，|S11|≤-13.19dB；171-2.70GHz频段内，|S₁₁|≤-16.13dB)；

图19为增强型单极化全向吸顶天线的驻波比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，天线在0.80-2.70GHz频段内实现了良好的阻抗匹配(0.80-0.96GHz频段内，VSWR≤1.56；1.71-2.70GHz频段内，VSWR≤1.37)；

图20为增强型单极化全向吸顶天线各频点归一化E-面(竖直面)增益方向图。其中，其中，实线表示f₁＝0.8GHz，虚线表示f₂＝1.71GHz，点线表示f₃＝2.30GHz，点划线表示f₄＝2.70GHz。由图知，低频最大方向出现在Theta＝79°-87°，高频则出现在Theta＝65°-79°；全频段内具有理想的竖直半波振子方向图；

图21、图22和图23为增强型单锥全向吸顶天线各频点在Theta＝30°、60°和85°归一化H-面(方位面)增益方向图。其中，图21、图22和图23分别表示Theta＝30°、Theta＝60°、Theta＝85°；实线表示f₁＝0.8GHz，虚线表示f₂＝1.71GHz，点线表示f₃＝2.30GHz，点划线表示f₄＝2.70GHz。由图知，各仰角面不圆度均小于0.14dB，说明方位面具有良好的全向性和均匀性；

图24为增强型单极化全向吸顶天线E-面半功率波束宽度HBPW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)是波束宽度，单位是度(deg)。由图知，低频波束宽度为102.1°-108.6°，高频为43.6°-64.6°；

图25为增强型单极化全向吸顶天线最大增益的仰角Theta(θ)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)是角度，单位是度(deg)。由图知，低频最大增益仰角Theta＝79°-87°，高频最大增益仰角Theta＝65°-79°；

图26为增强型单极化全向吸顶天线的最大增益随频率f变化曲线。由图知，低频增益G＝1.26-1.42dBi，高频增益G＝2.08-4.34dBi；

图27为增强型单极化全向吸顶天线的效率η_A随频率f变化曲线，带内天线效率接近于理想的100％(≥95％)。

表1是各频点在不同值θ的增益(f-GHz，G-dBi)。

表1.各频点在不同值θ的增益(f-GHz，G-dBi)

由表1可知，高频最大辐射指向低仰角方向(θ＝90°)；在θ＝85°处增益G＝1.17-3.24dBi，边缘增强效果十分显著。

结合图17至图27以及表1可知，通过对十字交叉单锥辐射体和地板3进行特殊的连续几何弯折赋形，从而获得了：一、优于常规单锥全向吸顶天线的宽带性；二、优于常规单锥全向吸顶天线的全向性；三、优于常规单锥全向吸顶天线边缘覆盖效果增强和带内覆盖一致性。该边缘覆盖增强型单极化全向吸顶天线在0.80-2.70GHz频带内获得了良好的阻抗匹配(低频VSWR≤1.56，高频VSWR≤1.37)、理想的全向性(不圆度小于0.15dB)、较高的增益(低频1.26-1.42dBi，高频2.08-4.34dBi)、边缘覆盖增强(θ＝85°增益G＝1.17-3.24dBi)、很高的效率(ηA≥95％)和较小的尺寸(直径-0.507·λL×高度-0.280·λL)。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。