一種適用于車輛移動通信的寬帶倒f天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信天線設備技術領域，更具體的是涉及一種適用于車輛蜂窩移動通信的天線。
【背景技術】
[0002]目前，移動通信技術日益成為信息時代人們獲取資訊不可或缺的途徑，而實現“任何人、在任何時候、任何地方、以任意方式獲取信息”的夢想已因此逐漸變為現實。隨著經濟不斷發展，人們的出行活動日益頻繁，在交通工具上度過的時間也越來越多。自然地，人們在乘坐汽車和高鐵等交通工具時，希望能享受到如同在市區和家中一樣的高質量無線通信服務。當前，高速公路和高速鐵路多采用沿線建設專用的移動基站以實現全線路的無縫覆蓋。由于車輛運行速度很快，如高鐵時速達到350km/h，造成越區切換頻繁，多普勒效應顯著，使得通信鏈路健壯性大大下降。另外，由于車體結構強度大，導致電波穿透損耗增大，車內信號電平下降。有鑒于此，采用車內直放站便可很好地克服上述困難。然而，天線仍需要安裝于車體表面如車頭頂部，這樣便會導致列車高速行駛時產生較大風阻。綜上所述，高性能、寬頻帶、低剖面、小型化、輕重量、低成本的車載天線成為高速車輛無線通信技術的關鍵。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就是旨在為高速車輛尤其是高鐵列車移動通信提供一種高性能、低剖面、小型化、輕重量、結構簡單、成本低廉的寬帶天線解決方案。
[0004]本發明是采用如下技術解決方案來實現上述目的:一種適用于車輛移動通信的寬帶倒F天線，包括單極子輻射體和金屬底板，其特征在于，所述單極子輻射體由一塊矩形金屬片經邊緣輪廓賦形加厚得到的，沿矩形輻射體邊緣輪廓的不同位置向內開多個凹槽，單極子輻射體立于金屬底板上，長邊沿水平方向放置，從單極子輻射體的左側下端點與底板之間的間隙進行饋電，右側下端點短路至金屬底板。
[0005]作為上述方案的進一步說明，所述單極子輻射體的長邊L沿水平方向(X軸)、寬邊W沿豎直方向(Z軸)放置于一個長軸為a (X軸)，短軸為b (Y軸)的橢圓形金屬底板上方，單極子輻射體的底邊距底板高度為h，從左側下端點與底板之間的間隙進行饋電，右側下端點短路至底板；然后，通過將單極子輻射體設置為具有一定厚度t的金屬塊狀以進一步增大寬帶和實現阻抗匹配，再用50Ω標準同軸線穿過底板從左側下端點進行饋電，50 Ω標準同軸線的內導體連接下端點，外導體連接底板，為了降低天線剖面高度和整體尺寸，對矩形單極子輻射體的邊緣進行幾何賦形以增大電流路徑長度；另外，單極子輻射體的側面挖槽形成凹位，單極子輻射體的邊緣輪廓連接凹位并形成凸緣，以切薄金屬塊的方式以減輕天線整體重量和節省材料。
[0006]為了電氣連接可靠和方便，50 Ω同軸線并不直接連接饋電點，而是通過帶法蘭盤的同軸連接器，如N-M、SMA-M連接頭與天線連接。
[0007]所述單極子輻射體邊緣內部均勻挖槽，是在距邊緣為S至中心區域切削，其深度D不能太淺亦不宜過深，需綜合帶寬、匹配、節省材料和加工難度幾方面因素全面考慮。
[0008]所述單極子輻射體邊緣賦形，是指將其四條長方形直邊進行幾何彎折、圓弧化處理或用樣條曲線取代，根據工作頻帶和尺寸縮減要求來確定整個輪廓形狀的邊緣線樣式。
[0009]所述單極子輻射體邊緣賦形輪廓，是從左端的饋電點出發，向上依次延伸為外邊緣第一個凹槽、外邊緣第二個凹槽，外邊緣第二個凹槽的末端向上延伸彎折連接有第一水平段，水平段的末端向下彎折延伸有外邊緣第三個凹槽，外邊緣第三個凹槽的末端向上延伸彎折，并連接有第二水平段，第二水平段的末端向下彎折為階梯狀邊緣，階梯狀邊緣的底部穿過右端短路點，向饋電點方向延伸并形成連接于饋電點和短路點之間的內邊緣第一個凹槽。
[0010]所述輻射體內外邊緣所有邊角均進行倒圓角處理。
[0011]所述單極子輻射體和橢圓形底板所用材料均為導電性較強的金屬材料，包括銀、純銅、金、合金銅、純鋁和壓鑄鋁。
[0012]本發明采用上述技術解決方案所能達到的有益效果是:
[0013]1、本發明采取將長方形單極子輻射體長邊沿水平方向放置以降低剖面高度；饋電點和短路點選取矩形片上兩個相距最大的位置點，使得低頻電流有足夠長的路徑；矩形單極子輻射體邊緣四周不同位置向內開多個凹槽，以及對直邊進行幾何彎折，以進一步增大電流路徑、減小天線尺寸；這些內開的凹槽不僅起延長電流路徑的作用，內開凹槽的形狀、位置、大小不僅決定起電流路徑的長短，還影響帶隙寬度和失配程度，同時也決定通帶寬度和匹配好壞。
[0014]2、單極子輻射體通過變成具有一定厚度的金屬塊，再結合末端短路到地板，從而實現寬頻范圍內的良好阻抗匹配。
[0015]3、從矩形輻射體邊緣附近位置往中心部分切削出深度均勻的凹槽，以減輕天線整體重量和節省材料。
[0016]4、輻射體內外邊緣所有邊角均進行倒圓角處理，以方便加工制造。
[0017]5、寬帶倒F天線輸入阻抗接近50 Ω，但并非用標準同軸線直接饋電，而是通過帶法蘭盤的同軸連接器，如N-M、SMA-M連接器與天線連接，使得天饋電氣連接更加可靠和方便。
[0018]6、寬帶倒F天線具有寬頻帶、方向性好、效率高、低剖面、小型化、輕重量、低成本的優勢，尤其適合高速列車移動通信，但其應用領域不限于此。
【附圖說明】
[0019]圖1為寬帶倒F天線正視圖；
[0020]圖2為寬帶倒F天線俯視圖；
[0021]圖3為寬帶倒F天線側視圖；
[0022]圖4為寬帶倒F天線地板及饋點位置；
[0023]圖5為寬帶倒F天線反射系數IS111 ；
[0024]圖6為寬帶倒F天線f\= 698MHz的實增益方向圖(實線-Phi = 0° ,XOZ平面；虛線-Theta = 90°，XOY 平面)，G = 3.31dBi ；
[0025]圖7為寬帶倒F天線f2= 1710MHz的實增益方向圖(實線-Phi =0°，XOZ平面；虛線-Theta = 90°，XOY 平面)，G = 4.22dBi ；
[0026]圖8為寬帶倒F天線fl = 6000MHz的實增益方向圖(實線-Phi = 0°，XOZ平面；虛線-Theta = 90°，XOY 平面)，G = 6.1OdBi ；
[0027]圖9為寬帶倒F天線效率η與頻率f關系曲線。
[0028]附圖標記說明:1、單極子輻射體；1_1、外邊緣第一個凹槽；1_2、外邊緣第二個凹槽；1_3、外邊緣第三個凹槽；1_4、右端短路點；1_5、內邊緣第一個凹槽；1_6、左端饋電點；1-7、同軸連接器；1_8、倒圓角；1_9、第一水平段；1-10、第二水平段；1_11、階梯狀邊緣；2、金屬底板；3、凹位。
【具體實施方式】
[0029]以下結合具體實施例對本發明的技術方案作詳細的描述。
[0030]本發明是一種適用于車輛移動通信的寬帶倒F天線，包括單極子輻射體I和金屬底板2，單極子輻射體由一塊矩形金屬片經邊緣輪廓賦形加厚得到的，沿矩形輻射體邊緣輪廓的不同位置向內開多個凹槽，單極子輻射體I立于金屬底板2上，長邊沿水平方向放置，從單極子輻射體的左側下端點與底板之間的間隙進行饋電，右側下端點短路至金屬底板。所述單極子輻射體邊緣賦形，是指將其四條長方形直邊進行幾何彎折、圓弧化處理或用樣條曲線取代，根據工作頻帶和尺寸縮減要求來確定整個輪廓形狀的邊緣線樣式。
[0031 ] 所述單極子輻射體I的長邊L沿水平方向(X軸)、寬邊W沿豎直方向(Z軸)放置于一個長軸為a(X軸)，短軸為b