同时同频全双工全向天线和通信设备的制作方法

1.本发明实施例涉及天线技术，尤其涉及一种同时同频全双工全向天线和通信设备。


背景技术：

2.同时同频全双工(co-frequency co-time full duplex，ccfd)是一种全双工通信模式，它允许通信设备在同一时间同一频谱完成信号的发射和接收，极大地利用了频谱资源。但目前的ccfd天线带宽较窄，不利于对抗干扰，且均为定向天线，难以满足需要全向使用的电台的使用需求。


技术实现要素：

3.本发明提供一种同时同频全双工全向天线和通信设备，提供了一种宽频、高增益的全向同时同频全双工天线。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种同时同频全双工全向天线，包括：
5.位于一条直线上的上偶极天线单元和下偶极天线单元，所述上偶极天线单元和所述下偶极天线单元尺寸相同，所述上偶极天线单元的下端与所述下偶极天线单元的上端之间具有隔离支架；
6.所述上偶极天线单元和所述下偶极天线单元分别包括两个辐射体，且在位于两个辐射体中部的馈电部进行馈电；
7.所述上偶极天线单元通过第一同轴线馈电，所述下偶极天线单元通过第二同轴线馈电，所述第一同轴线穿过所述下偶极天线单元的内部且所述第一同轴线的外导体与所述第二同轴线的内导体电连接，所述第一同轴线的外导体与所述上辐射单元共地，所述第二同轴线的外导体与所述下辐射单元共地，所述第一同轴线和所述第二同轴线分别与位于所述下偶极天线单元下端的双端口连接器的两个端口连接。
8.在第一方面一种可能的实现方式中，所述下偶极天线单元的馈电部向所述下偶极天线单元的下端包括匹配介质，所述匹配介质用于对所述下偶极天线单元进行阻抗匹配
9.在第一方面一种可能的实现方式中，所述匹配介质为至少两种不同介电常数的介质。
10.在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一同轴线在所述上偶极天线单元的下端缠绕形成第一扼流线圈。
11.在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一同轴线在所述下偶极天线单元的上端缠绕形成第二扼流线圈。
12.在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一同轴线在所述下偶极天线单元下端缠绕形成第三扼流线圈。
13.在第一方面一种可能的实现方式中，所述第一同轴线和所述第二同轴线在所述第三扼流线圈下端缠绕后与外侧的介质材料套管形成第四扼流线圈。
14.在第一方面一种可能的实现方式中，所述第二同轴线的内导体在所述下偶极天线单元的下端与所述第一同轴线的外导体电连接。
15.在第一方面一种可能的实现方式中，所述上偶极天线单元的两个辐射体通过中部的馈电部连接，所述下偶极天线单元的两个辐射体通过中部的馈电部连接。
16.第二方面，本发明实施例提供一种通信设备，包括如第一方面任一种实现方式的同时同频全双工全向天线，和用于实现所述通信设备所需功能的器件，所述同时同频全双工全向天线通过双端口连接器的两个端口与所述通信设备的射频收发端口连接。
17.本发明实施例提供的同时同频全双工全向天线和通信设备，将两个偶极天线单元设置于同一条直线上，且将位于上端的偶极天线单元的馈线的外导体与位于下端的偶极天线单元的馈线的内导体复用，一方面可以使得两个天线单元同频全向辐射，另一方面两个独立的天线端口可以实现全双工，因此本实施例提供的天线实现了同时同频全双工，且天线的带宽能够得到保证，增益也能够得到保证。
附图说明
18.图1为本发明实施例提供的一种同时同频全双工全向天线的结构示意图；
19.图2为本发明实施例提供的另一种同时同频全双工全向天线的结构示意图；
20.图3为本发明实施例提供的一种同时同频全双工全向天线的具体结构示意图；
21.图4为图3所示同时同频全双工全向天线的天线增益示意图；
22.图5为图3所示同时同频全双工全向天线的天线隔离度示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
24.图1为本发明实施例提供的一种同时同频全双工全向天线的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的同时同频全双工全向天线包括：
25.位于一条直线上的上偶极天线单元11和下偶极天线单元12，所述上偶极天线单元11和所述下偶极天线单元12尺寸相同，所述上偶极天线单元11的下端与所述下偶极天线单元12的上端之间具有隔离支架13。
26.所述上偶极天线单元11和所述下偶极天线单元12分别包括两个辐射体，且在位于两个辐射体中部的馈电部进行馈电。如图1中上偶极天线单元11包括上偶极天线上辐射体21和上偶极天线下辐射体22，下偶极天线单元12包括下偶极天线上辐射体23和下偶极天线下辐射体24。上偶极天线上辐射体21、上偶极天线下辐射体22、下偶极天线上辐射体23和下偶极天线下辐射体24均由相同长度的导体制成且纵向位于一条直线上，一对相同长度的导体构成一个偶极子天线。在上偶极天线上辐射体21和上偶极天线下辐射体22之间具有第一馈电部25，在下偶极天线上辐射体23和下偶极天线下辐射体24之间具有第二馈电部26。上偶极天线上辐射体21和上偶极天线下辐射体22通过第一馈电部25馈电，下偶极天线上辐射体23和下偶极天线下辐射体24通过第二馈电部26馈电。
27.上偶极天线下辐射体22与下偶极天线上辐射体23之间设置隔离支架13，以隔离上
偶极天线单元11和下偶极天线单元12。所述上偶极天线单元11通过第一同轴线14馈电，所述下偶极天线单元12通过第二同轴线15馈电。每条同轴线由内导体、外导体和位于内导体和外导体之间的填充介质构成，另外，同轴线还可以包括位于外导体外侧的绝缘层。一般来说，同轴线的内导体用于进行信号传输，外导体接地。在本实施例中为了将上偶极天线单元11和下偶极天线单元12设置在一条直线上，将第一同轴线14设置于下偶极天线单元12内部，也就是第一同轴线14穿过下偶极天线单元12，同时，第一同轴线14的外导体复用为下偶极天线单元12的馈电线芯，也就是将第一同轴线14的外导体与第二同轴线15的内导体电连接。第一同轴线14的外导体与上偶极天线单元11共地，第二同轴线15的外导体与下偶极天线单元12共地。在下偶极天线单元12的下端，也就是下偶极天线下辐射体24下端，设置有双端口连接器16，双端口连接器16具有两个端口，该两个端口分别与第一同轴线14和第二同轴线15连接。双端口连接器16的两个端口作为整个同时同频全双工全向天线对外的天线端口。
28.所述第二同轴线15的内导体在所述下偶极天线单元12的下端与所述第一同轴线14的外导体电连接，也就是第二同轴线15的内导体在下偶极天线下辐射体24的下端与所述第一同轴线14的外导体电连接，同时与下偶极天线14接地。
29.第一馈电部25可以为一块印制电路板(printed circuit board，pcb)，其中设置馈电点，一方面与第一同轴线14连接，并向上偶极天线上辐射体21和上偶极天线下辐射体22馈电，另一方面也作为上偶极天线上辐射体21和上偶极天线下辐射体22的支撑，将上偶极天线上辐射体21和上偶极天线下辐射体22固定连接。第二馈电部26可以为一块pcb，其中设置馈电点，一方面与第二同轴线15连接，并向下偶极天线上辐射体23和下偶极天线下辐射体24馈电，另一方面也作为下偶极天线上辐射体23和下偶极天线下辐射体24的支撑，将下偶极天线上辐射体23和下偶极天线下辐射体24固定连接。
30.由于本实施例提供的同时同频全双工全向天线，将两个偶极天线单元设置于同一条直线上，且将位于上端的偶极天线单元的馈线的外导体与位于下端的偶极天线单元的馈线的内导体复用，一方面可以使得两个天线单元同频全向辐射，另一方面两个独立的天线端口可以实现全双工，因此本实施例提供的天线实现了同时同频全双工，且天线的带宽能够得到保证，增益也能够得到保证。
31.图2为本发明实施例提供的另一种同时同频全双工全向天线的结构示意图。
32.由于第二同轴线15穿过下偶极天线单元12，因此第二同轴线15中的射频信号可能对下偶极天线单元12产生影响，导致下偶极天线单元12的阻抗失配，因此可以在所述下偶极天线单元12的第二馈电部26与下偶极天线下辐射体24处设置匹配介质31，所述匹配介质31用于对所述下偶极天线单元12进行阻抗匹配。为了提高对下偶极天线单元12的匹配性能，匹配介质31可以包括至少两种不同介电常数的介质，如图中所示的第一匹配介质32和第二匹配介质33。
33.进一步地，所述第一同轴线14在所述上偶极天线单元11的下端缠绕形成第一扼流线圈34，第一扼流线圈34位于上偶极天线下辐射体22的下端。
34.进一步地，所述第一同轴线14在所述下偶极天线单元12的上端缠绕形成第二扼流线圈35，第二扼流线圈35位于下偶极天线上辐射体23的上端。
35.进一步地，所述第一同轴线14在所述下偶极天线单元12下端缠绕形成第三扼流线
圈36，第三扼流线圈36位于下偶极天线下辐射体24的下端。
36.进一步地，所述第一同轴线14和所述第二同轴线15在所述第三扼流线圈36下端缠绕后加上外侧的介质材料套管形成第四扼流线圈37。第四扼流线圈37位于下偶极天线下辐射体24的下端，靠近双端口连接器16的位置。
37.图3为本发明实施例提供的一种同时同频全双工全向天线的具体结构示意图。如图3所示，该同时同频全双工全向天线包括：
38.上偶极天线上辐射体41、上偶极天线下辐射体42，上偶极天线上辐射体41和上偶极天线下辐射体42通过第一馈电部43固定连接在一起，上偶极天线上辐射体41、上偶极天线下辐射体42和第一馈电部43共同构成上偶极天线单元。如图中所示，第一馈电部43与上偶极天线上辐射体41和上偶极天线下辐射体42之间机械上进行固定转接，并通过第一馈电部43的pcb上的电路与上偶极天线上辐射体41和上偶极天线下辐射体42进行馈电连接。
39.下偶极天线上辐射体44、下偶极天线下辐射体45，下偶极天线上辐射体44和下偶极天线下辐射体45通过第二馈电部46固定连接在一起，下偶极天线上辐射体44、下偶极天线下辐射体45和第二馈电部46共同构成下偶极天线单元。如图中所示，第二馈电部46与下偶极天线上辐射体44和下偶极天线下辐射体45之间机械上进行固定转接，并通过第二馈电部46的pcb上的电路与下偶极天线上辐射体44和下偶极天线下辐射体45进行馈电连接。
40.第一同轴线47与第一馈电部43连接向上偶极天线单元馈电，第二同轴线48与第二馈电部46连接向下偶极天线单元馈电。第一同轴线47从第一馈电部43向下延伸，穿过下偶极天线上辐射体44和下偶极天线下辐射体45的内部，直至双端口连接器49的一个端口，第二同轴线48从第二馈电部46向下延伸，直至双端口连接器49的另一个端口。第一同轴线47的外导体与第二同轴线48的内导体在下偶极天线下辐射体45的下端电连接在一起。
41.上偶极天线下辐射体42和下偶极天线上辐射体44之间设置隔离支架51，隔离支架51由位于内部的隔离支架管和位于外侧的玻璃钢管组成。在上偶极天线下辐射体42下端包括由第一同轴线47缠绕形成的第一扼流线圈52，在下偶极天线上辐射体44上端包括由第一同轴线47缠绕形成的第二扼流线圈53。第一扼流线圈52和第二扼流线圈53分别通过扼流骨架与隔离支架51固定连接。
42.在第二馈电部46与下偶极天线下辐射体45处设置有第一匹配介质54和第二匹配介质55，第一匹配介质54和第二匹配介质55的介电常数不同。在下偶极天线下辐射体45下端包括由第一同轴线47缠绕形成的第三扼流线圈56。在第三扼流线圈56与双端口连接器49之间通过第一同轴线47和第二同轴线48的缠绕再加上外侧的介质材料套管形成第四扼流线圈57。
43.最终第一同轴线47和第二同轴线48在去除外层绝缘层后与双端口连接器49的两个端口连接。在上偶极天线上辐射体41的上端还设置有封闭端58。另外，在整个同时同频全双工全向天线的外侧还可以包裹一层由非金属材料制成的保护层。
44.图4为图3所示同时同频全双工全向天线的天线增益示意图，如图4所示，曲线101为图3所示同时同频全双工全向天线中上偶极子天线单元的增益示意图，曲线102为图3所示同时同频全双工全向天线中下偶极子天线单元的增益示意图，曲线103为与上偶极子天线单元和下偶极子天线单元尺寸相同的独立偶极子天线的增益示意图。从图中可以看出，本技术实施例提供的同时同频全双工全向天线的增益基本未受到影响。
45.图5为图3所示同时同频全双工全向天线的天线隔离度示意图，如图5所示，曲线201为图3所示同时同频全双工全向天线中上偶极子天线单元与下偶极子天线单元之间的隔离度示意图，曲线202为与上偶极子天线单元和下偶极子天线单元尺寸相同的独立偶极子天线之间相隔220mm时的隔离度示意图。从图中可以看出，本技术实施例提供的同时同频全双工全向天线的上偶极子天线单元和下偶极子天线单元之间的隔离度远远优于未采用本技术提供的方案的偶极子天线之间的隔离度。
46.本发明实施例还提供一种通信设备，包括图1至图3任一实施例所示同时同频全双工全向天线和用于实现所述通信设备所需功能的器件，所述同时同频全双工全向天线通过双端口连接器的两个端口与所述通信设备的射频收发端口连接。本发明实施例提供的通信设备，可以是需要进行全双工全向辐射的天线，例如电台等。
47.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：
1.一种同时同频全双工全向天线，其特征在于，包括：位于一条直线上的上偶极天线单元和下偶极天线单元，所述上偶极天线单元和所述下偶极天线单元尺寸相同，所述上偶极天线单元的下端与所述下偶极天线单元的上端之间具有隔离支架；所述上偶极天线单元和所述下偶极天线单元分别包括两个辐射体，且在位于两个辐射体中部的馈电部进行馈电；所述上偶极天线单元通过第一同轴线馈电，所述下偶极天线单元通过第二同轴线馈电，所述第一同轴线穿过所述下偶极天线单元的内部且所述第一同轴线的外导体与所述第二同轴线的内导体电连接，所述第一同轴线的外导体与所述上辐射单元共地，所述第二同轴线的外导体与所述下辐射单元共地，所述第一同轴线和所述第二同轴线分别与位于所述下偶极天线单元下端的双端口连接器的两个端口连接。2.根据权利要求1所述的同时同频全双工全向天线，其特征在于，所述下偶极天线单元的馈电部向所述下偶极天线单元的下端包括匹配介质，所述匹配介质用于对所述下偶极天线单元进行阻抗匹配。3.根据权利要求2所述的同时同频全双工全向天线，其特征在于，所述匹配介质为至少两种不同介电常数的介质。4.根据权利要求1～3任一项所述的同时同频全双工全向天线，其特征在于，所述第一同轴线在所述上偶极天线单元的下端缠绕形成第一扼流线圈。5.根据权利要求1～3任一项所述的同时同频全双工全向天线，其特征在于，所述第一同轴线在所述下偶极天线单元的上端缠绕形成第二扼流线圈。6.根据权利要求1～3任一项所述的同时同频全双工全向天线，其特征在于，所述第一同轴线在所述下偶极天线单元下端缠绕形成第三扼流线圈。7.根据权利要求6所述的同时同频全双工全向天线，其特征在于，所述第一同轴线和所述第二同轴线在所述第三扼流线圈下端缠绕后与外侧的介质材料套管形成第四扼流线圈。8.根据权利要求1～3任一项所述的同时同频全双工全向天线，其特征在于，所述第二同轴线的内导体在所述下偶极天线单元的下端与所述第一同轴线的外导体电连接。9.根据权利要求1～3任一项所述的同时同频全双工全向天线，其特征在于，所述上偶极天线单元的两个辐射体通过中部的馈电部连接，所述下偶极天线单元的两个辐射体通过中部的馈电部连接。10.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的同时同频全双工全向天线，和用于实现所述通信设备所需功能的器件，所述同时同频全双工全向天线通过双端口连接器的两个端口与所述通信设备的射频收发端口连接。

技术总结
本发明公开了一种同时同频全双工全向天线和通信设备。一种同时同频全双工全向天线包括位于一条直线上且尺寸相同的上偶极天线单元和下偶极天线单元，上偶极天线单元与下偶极天线单元之间具有隔离支架且在位于两个辐射体中部的馈电部进行馈电；上偶极天线单元通过第一同轴线馈电，下偶极天线单元通过第二同轴线馈电，第一同轴线穿过下偶极天线单元的内部且第一同轴线的外导体与第二同轴线的内导体电连接，第一同轴线的外导体与上辐射单元共地，第二同轴线的外导体与下辐射单元共地，第一同轴线和第二同轴线分别与双端口连接器的两个端口连接。本发明实施例提供的同时同频全双工全向天线和通信设备，提供了一种宽频、高增益的全向同时同频全双工天线。增益的全向同时同频全双工天线。增益的全向同时同频全双工天线。


技术研发人员：孙贺 梁远勇 陶磊 孙傅勇 唐新发
受保护的技术使用者：上海鸿晔电子科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/13