CN102723577B - 宽频带环状双极化辐射单元及阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开阵列天线中应用的一种宽频带环状双极化辐射单元，用于装设在金属反射板上组成通信天线，由二对极化正交的对称振子构成环状结构，其包括：二对极化正交的对称振子，每个对称振子包括对称且各以一端相向设置的两个呈单线片状的单元臂，所述对称振子中的至少一对的两个单元臂的彼此相远端分别连接有加载线；若干巴伦臂，对应地为每个对称振子馈电并提供支撑，每个巴伦臂包括平行设置的两条巴伦线，该两条巴伦线的顶端分别与相应的对称振子的两个单元臂的相向端相连接；所述每个单元臂和与之相连接的，巴伦线和/或加载线，由钣金冲压或压铸工艺一体成型。本发明具有结构简单可靠、便于一体成型、产品一致性良好且电气性能佳的优点。
Description
【技术领域】
本发明涉及移动通信天线领域，尤其涉及一种宽频带环状双极化辐射单元，以及涉及使用该种辐射单元的单频宽频带阵列天线和双频宽频带阵列天线。
【背景技术】
目前的宽频带环状双极化辐射单元大都采用锌合金压铸的方式成型。例如，本申请人，京信通信***（中国）有限公司，之前提交并于2009年5月6日公开的中国CN 101425626A号专利公告中给出的宽频带环状双极化辐射单元，该辐射单元包括如下组成部分:二对极化正交的对称振子,用于发射或接收通信信号;对应每个对称振子的平衡器,对每个对称振子进行平衡馈电;每个对称振子包括对称固设在平衡器上的两个单元臂,两个单元臂呈关于平衡器对称的线状。每个单元臂一端与平衡器固设,另一端设有垂直向下的加载线,且均设有横截面大小不同于单元臂自身的横截面大小的调谐枝节。该辐射单元虽然在电气方面对现有技术作出贡献，然而，由于其采用锌合金压铸方式成型，导致单体重量大，生产成本高。在这一背景下，钣金冲压成型的辐射单元就具有非常广泛的应用场景，而如何使得在应用钣金工艺的同时，兼顾辐射单元所实现的电气特性，对本领域技术人员提出一定程度上的挑战。
【发明内容】
本发明的主要目的在于克服前述不足，提供一种钣金冲压成型的宽频带环状双极化辐射单元，用来解决目前的压铸成型的宽频带环状双极化辐射单元带来的成型工艺复杂，单体重量大，成本高等问题。
本发明的另一目的在于分别提供应用上述目的所述的辐射单元的宽频带阵列天线。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的宽频带环状双极化辐射单元，用于装设在金属反射板上组成通信天线，由二对极化正交的对称振子构成环状结构，包括：
二对极化正交的对称振子，每个对称振子包括对称且各以一端相向设置的两个呈单线片状的单元臂，所述对称振子中的至少一对的两个单元臂的彼此相远端分别连接有加载线；
若干巴伦臂，对应地为每个对称振子馈电并提供支撑，每个巴伦臂包括平行设置的两条巴伦线，该两条巴伦线的顶端分别与相应的对称振子的两个单元臂的相向端相连接；
所述每个单元臂和与之相连接的，巴伦线和/或加载线，由钣金冲压或压铸工艺一体成型。
进一步，所述各巴伦臂以其巴伦线的底端固设在同一底座上，整个辐射单元采用钣金冲压或铸压工艺一体成型。
根据本发明给出的各实施例所揭示，所述加载线的设置可以按照如下方式之一进行：
（1）所有对称振子均设有所述加载线，相邻对称振子之间的相邻的加载线彼此正交设置。
（2）所述对称振子中其中一对的两个加载线均为垂直向下设置，而另一对的两个加载线均为水平向内设置；相邻对称振子之间的相邻的加载线彼此正交设置。
（3）所述对称振子其中一对的两个加载线均为垂直向下设置，而另一对的两个加载线均为水平向外设置；相邻对称振子之间的相邻加载线彼此正交设置。
（4）各对称振子的两个单元臂中一个设有垂直向下的加载线，另一个单元臂设有水平向内的加载线；相邻对称振子之间的相邻加载线彼此同向设置。
（5）所有单元臂均设有垂直向下或垂直向上的加载线。
（6）所有单元臂均设有倾斜向下或倾斜向上的加载线。
（7）所有单元臂均设有水平向内或水平向外的加载线。
（8）所有单元臂均设有倾斜向内或倾斜向外的加载线。
较佳的，各单元臂上均设有形状一致的调节块，用于调节整个辐射单元的匹配特性。
较佳的，各对称振子的单元臂与巴伦臂间设有塑料固定卡夹，使整个辐射单元的所有振子臂及巴伦臂结构连成一体，保证了各个振子及巴伦臂之间的相对位置，并大幅提高了辐射单元的整体结构强度，保证了辐射单元批量生产的一致性。
本发明的宽频带阵列天线，包括作为反射器的金属反射板，所述金属反射板上线性排列设置至少两个如前所述的辐射单元。
与现有技术相比，本发明具备如下优点：
1、本发明的宽频带环状双极化辐射单元结构简单，可以用铝材借助钣金冲压或压铸工艺一体成型，故其结构也较为可靠，而且可以进一步降低重量，且使产品保持良好的一致性；
2、本发明的宽频带环状双极化辐射单元便于使用钣金冲压或压铸成型，这两种成型工艺简单，而且成本低廉，得益于片状单线设计的单元臂；
3、本发明的宽频带环状双极化辐射单元的相邻对称振子之间的加载线正交设置时，可以提升两个极化的不相干性，改善两个极化间隔离度，辐射特性，例如交叉极化鉴别率等。
【附图说明】
图1为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第一实施例的结构示意图；
图2为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第一实施例的钣金展开图；
图3为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第一实施例的采用塑料固定卡夹固定的结构示意图；
图4为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第二实施例的结构示意图；
图5为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第三实施例的结构示意图；
图6为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第四实施例的结构示意图；
图7为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第五实施例的结构示意图；
图8为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第六实施例的结构示意图；
图9为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第七实施例的结构示意图；
图10为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第八实施例的结构示意图；
图11为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第九实施例的结构示意图；
图12为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第十实施例的结构示意图；
图13为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第十一实施例的结构示意图；
图14、图15为本发明宽频带环状双极化辐射单元的第十二实施例的结构示意图，分别从两个不同视角示出；
图16为本发明的辐射单元在单频宽频带阵列天线中组阵的立体结构示意图；
图17为本发明的辐射单元在双频宽频带阵列天线中组阵的立体结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
请参阅图1，图2和图3，根据本发明的宽频带环状双极化辐射单元的第一个实施例所揭示，该辐射单元100包括二对对称振子，每对对称振子由两个对称振子对称相向设置而成，一个对称振子即为一振子单元，故有四个振子单元1，2，3，4。其中，振子单元1，3对称；振子单元2，4对称，以极化正交的形式实现辐射单元的组装。
其中，每个振子单元包括两个单元臂，两个单元臂各以一端相向且分隔设置，单元臂呈单线片状设计。同一振子单元中两个单元臂的彼此相远离的末端均设有加载线。每个振子单元1、2、3、4均固定在一相应的巴伦臂5a、5b、5c、5d上。
具体而言，振子单元1包括单元臂11a及11b，附设有加载线12a及12b，并固定在巴伦臂5a上；振子单元2包括单元臂21a及21b，附设有加载线22a及22b，并固定在巴伦臂5b上；振子单元3包括单元臂31a及31b，附设有加载线32a及32b，并固定在巴伦臂5c上；振子单元4包括单元臂41a及41b，附设有加载线42a及42b，并固定在巴伦臂5d上。基于极化正交的设计方式，整个辐射单元的所有单元臂呈环状对称分布；第一对对称振子，即振子单元1及3的加载线垂直向下设置，而第二对对称振子，即振子单元2及4的加载线水平向内设置；相邻振子单元之间的相邻的加载线呈正交设置，即加载线12a与加载线42b正交，加载线12b与加载线22a正交，加载线22b与加载线32a正交，加载线32b与加载线42a正交。振子单元1，2，3，4共用一个底座6。在实际应用中，相邻振子单元之间的加载线可根据实际需求，呈一定角度分布，例如做适度的倾斜，如倾斜向内或倾斜向外等，本实施例中，优选正交方案，故采用垂直向下和水平向内的配合方式加以实施。
所述的每个巴伦臂，包括一对平行设置的巴伦线51、52，每条巴伦线的底端固定在底座6上，另一端与一个单元臂的用于与另一单元臂相对向的端相连接，一个巴伦臂的两条巴伦线51、52的顶端便分别与同一振子单元中的两个单元臂的彼此相向端相连接，而且，所有巴伦臂呈喇叭状排布在底座6上。
本实施例中，整个辐射单元100，包括振子单元1、2、3、4和巴伦臂5a、5b、5c、5d，以及底座6均为一体成型件，优选铝材，采用钣金冲压成型工艺实现。以钣金冲压成型的辐射单元100，结合其相邻振子单元之间的相邻加载线呈正交设置的设计，可以提升辐射单元100两个极化的不相干性，提升两个极化间隔离度，以及辐射特性，例如交叉极化分辨率等。
本实施例中，整个辐射单元100，所有振子臂和巴伦臂均采用7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g、7h共8个塑料固定卡夹连接固定，使整个辐射单元的所有振子臂及巴伦臂结构连成一体，保证了各个振子及巴伦臂之间的相对位置，并大幅提高了辐射单元的整体结构强度。请参阅图4，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第二个实施例中，采用如上一个实施例相同的结构，不同之处在于，由每个振子单元1与一相应的巴伦臂（如标号5a）组成的构件，即由同一振子单元（如标号1）的两个单元臂（如标号11a和11b）与同一巴伦臂中的两条巴伦线51、52构成的构件，其中巴伦臂的底端相连接，该构件形成一体化的独立结构，可与单独的底座相组装。
请参阅图5，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第三实施例中，其采用如第一或第二实施例的相同结构，不同之处在于各单元臂的实现方式：整个辐射单元100的所有单元臂（如标号11a、11b）在彼此的对称位置带有形状一致的调节块110，本实施例中该调节块110具体呈圆饼状结构。
请参阅图6，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第四实施例中，其采用如第一个实施例或第二个实施例的相同的底座结构及巴伦臂结构，不同之处在于振子加载线的实现方式：其中一对对称振子1、3的加载线（如标号12a、12b）垂直向下设置，而另一对对称振子2、4的加载线（如42a、42b）水平向外设置，使两对对称振子中，相邻对称振子的彼此相邻的加载线依然呈正交布局。
请参阅图7，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第五实施例中，其采用如第一实施例或第二实施例的相同的底座结构及巴伦臂结构，不同之处在于振子加载线的实现方式：每个振子单元（如标号1）中的两个单元臂（如标号11a、11b）彼此相远两端的加载线（如标号12a、12b）均为不对称分布，其中一单元臂（如标号11a）上附设的加载线（如标号12a）呈水平向内设置，另一单元臂（如标号11b）所附设的加载线（如标号12b）呈垂直向下设置；而相邻对称振子的彼此相邻的加载线则呈对称分布关系而呈现同向设置。
请参阅图8，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第六实施例中，其采用如第五实施例的相同结构，不同之处在于其单元臂的实现方式：整个辐射单元的所有单元臂（如标号11a、11b）在对称位置带有圆饼状结构的调节块110。
请参阅图9，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第七实施例中，其采用如第一实施例或第二实施例的相同的底座结构及巴伦臂结构，不同之处在于振子加载线的实现方式：所有单元臂（如标号11a、11b）上附设的加载线（如标号12a、12b）均呈垂直向下分布设置。
请参阅图10，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第八实施例中，其采用如第七实施例的相同结构，不同之处在于对称振子单元臂的实现方式：整个辐射单元的所有单元臂（如标号11a、11b）在彼此的对称位置设有圆饼状结构调节块110。
请参阅图11，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第九实施例中，其采用如第一实施例或第二实施例的相同的底座结构及巴伦臂结构，不同之处在于其加载线的实现方式：整个辐射单元的所有单元臂（如标号11a、11b）上附设的加载线（如标号12a、12b）均呈水平向内分布设置。
请参阅图12，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第十实施例中，其采用如第九实施例的相同结构，不同之处在于对称振子单元臂的实现方式：整个辐射单元的所有单元臂（如标号11a、11b）在彼此的对称位置设有圆饼状结构调节块110。
请参阅图13，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第十一实施例中，其采用如第一个实施例或第二个实施例的相同的底座结构及巴伦臂结构，不同之处在于振子加载线的实现方式：其中一对对称振子1、3的加载线（如标号12a、12b）垂直向上设置，而另一对对称振子2、4的加载线（如42a、42b）水平向外设置，使两对对称振子中，相邻对称振子的彼此相邻的加载线依然呈正交布局。请参阅图14和图15，本发明宽频带环状双极化辐射单元的第十二实施例中，其可以采用与之前的十个实施例完全相同的结构，不同之处在于该辐射单元采用的工艺为压铸工艺成型。
不管采用何种工艺实现本发明的宽频带环状双极化辐射单元，均得益于本发明对单元臂的改进，本发明将单元臂设为单线片状，进一步简化结构，易于整体成型。
本发明中，所述加载线的设计，除以上实施例外，可以参照以上各实施例的设计，由本领域技术人员灵活调整，可以适度调节加载线的倾斜幅度，而不局限于严格的垂直向下或水平向内或水平向外。
本发明的宽频带环状双极化辐射单元，主要用于组成移动通信的基站天线，请参阅图16和图17所共同揭示的一种阵列天线。
图16中，该阵列天线包括金属反射板8、多个隔离板9和多个本发明的辐射单元100，多个辐射单元线性排列在金属反射板上进行并联馈电，这样的阵列天线为单频宽频带阵列天线。
又如图17，揭示一种双宽频带阵列天线，与图16在技术的区别是通过在本发明的辐射单元的排列轴线上设置多个高频段辐射单元10实现的，本发明的辐射单元作为低频辐射单元使用。其中至少有一个高频段辐射单元10镶嵌在本发明的辐射单元中，高频段辐射单元10并不局限于图17所述的结构形式。
公知地，辐射单元的应用并不局限于阵列天线，因此本发明的辐射单元可应用于阵列天线外的其它应用双极化辐射单元的公知天线中。
相对天线而言，金属反射板8是边界条件，实现特定辐射特性时，其结构需要和天线辐射单元的对称振子臂统一协调，其结构尺寸有一个最佳组合关系，这种最佳组合不是唯一的，可用天线仿真软件进行优化。
容易看出，按照本发明制造的天线将具有结构简单紧凑和高性能的优点，且易于制造、成本低和装配简单方便。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和描述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制，本领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。所附的权利要求书覆盖了本发明精神和范围内的所有这些改变和修改。
Claims (6)
1.一种宽频带环状双极化辐射单元，用于装设在金属反射板上组成通信天线，由二对极化正交的对称振子构成环状结构，其特征在于，其包括：
二对极化正交的对称振子，每个对称振子包括对称且各以一端相向设置的两个呈单线片状的单元臂，所述对称振子中的至少一对的两个单元臂的彼此相远端分别连接有加载线；
若干巴伦臂，对应地为每个对称振子馈电并提供支撑，每个巴伦臂包括平行设置的两条巴伦线，该两条巴伦线的顶端分别与相应的对称振子的两个单元臂的相向端相连接；
所述每个单元臂和与之相连接的，巴伦线和/或加载线，由钣金冲压或压铸工艺一体成型；
各对对称振子均设有所述加载线，相邻对称振子之间的相邻的加载线彼此正交设置。
2.根据权利要求1所述的宽频带环状双极化辐射单元，其特征在于：所述各巴伦臂以其巴伦线的底端固设在同一底座上，整个辐射单元采用钣金冲压或压铸工艺一体成型。
3.根据权利要求1所述的宽频带环状双极化辐射单元，其特征在于：所述对称振子中其中一对的两个加载线均为垂直向下或垂直向上设置，而另一对的两个加载线均为水平向内设置；相邻对称振子之间的相邻的加载线彼此正交设置。
4.根据权利要求1所述的宽频带环状双极化辐射单元，其特征在于：所述对称振子其中一对的两个加载线均为垂直向下或垂直向上设置，而另一对的两个加载线均为水平向外设置；相邻对称振子之间的相邻加载线彼此正交设置。
5.根据权利要求1所述的宽频带环状双极化辐射单元，其特征在于：各单元臂上均设有形状一致的调节块，用于调节整个辐射单元的匹配特性。
6.一种宽频带阵列天线，包括作为反射器的金属反射板，其特征在于：所述金属反射板上线性排列设置至少两个如权利要求1至5中任意一项所述的辐射单元。
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