CN103094668A - 宽频双极化辐射单元及天线 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信技术领域，提供了一种宽频双极化辐射单元，用于装设于金属反射板上组成天线，其特征在于，所述辐射单元包括两对正交极化的偶极子，用于发射或接收通信信号；每个所述偶极子对应连接有一对巴伦，各个巴伦的底部连接于一环状底座；所述每个偶极子包括两个非对称设置的第一辐射臂和第二辐射臂，相邻两个所述偶极子之间的辐射臂位于同一平面。本发明还提供一种包括上述辐射单元的宽频双极化天线。借此，本发明可降低多频天线高低频辐射单元之间的互耦，且结构简单，加工方便、可靠性高、电气性能良好。

Description

宽频双极化辐射单元及天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种宽频双极化辐射单元及天线。

背景技术

基站天线作为实现移动通信网络覆盖的核心设备之一，是移动通信***的重要组成部分。在当前2G和3G网络共存，3G向LTE演进的大环境下，多频天线需求越来越多，对性能指标的要求也越来越高，兼容2G、3G及LTE2600频段(1710-2690MHz)则成了多频天线技术发展的潮流及必然趋势。

现有技术中，兼容2G和3G频段的多频天线，按照2G(低频)和3G(高频)辐射单元的相对位置，可划分为两大类：一类是side-by-side方式，即低频辐射单元和高频辐射单元并排各自组阵，两个阵列的轴平行但不重合；另一类是共轴方式，即低频辐射单元和高频辐射单元按一定比例间隔组阵，部分高频辐射单元嵌套于低频辐射单元的内部，两个阵列的轴重合。上述side-by-side方式的多频天线由于其不同频段的辐射单元是并排放置的，天线宽度会相对较宽，且由于辐射单元的边界条件是不对称的，导致天线方向图的波束指向性相对较差，方向图的对称性也相对较差。

上述共轴方式的多频天线的低频辐射单元多采用四个偶极子两两一组正交放置的结构，例如：

专利US 6819300B2所公开的技术方案中，由四个偶极子组成的辐射单元在反射板上的正投影为方形，每个偶极子的辐射臂，即方形的每条边与反射板的纵向或横向呈45°角，如图1所示。专利CN 201134512Y所公开的技术方案中，由四个偶极子组成的辐射单元在反射板上的正投影为圆形，平行对置的两个偶极子之间的距离，即口径大小的典型值为0.5个工作波长，如图2所示。

当高低频共轴组阵时，专利US 6819300B2所述辐射单元的辐射臂末端将会靠近相邻高频辐射单元，导致高频辐射单元的电气性能受到影响。专利CN201134512Y所述辐射单元将口径由方形改进成了圆形，一定程度上降低了低频辐射单元对相邻高频辐射单元的影响，但当高频的工作频段由3G扩展到3G&LTE2600或者为了满足特殊性能要求，而将组阵间距缩小的时候，低频辐射单元的辐射臂末端仍会靠近或者部分位于相邻高频辐射单元的上方，对高频辐射单元的电气性能，尤其是驻波和隔离造成较大影响，导致低频辐射单元内部的高频辐射单元、两个低频辐射单元之间的高频辐射单元和单个高频辐射单元这三者的电气性能不同，而且低频辐射单元内部有没有嵌套高频辐射单元电气性能也不同，导致高低频阵列之间互耦严重，电气性能显著变差，尤其是高频段。可见，合理设计辐射单元的结构和尺寸，使辐射单元之间的互耦尽可能小是非常重要的，尤其是对兼容2G，3G及LTE2600频段的多频天线来说。

综上可知，现有的宽频双极化辐射单元及天线，在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种宽频双极化辐射单元及天线，可降低多频天线高低频辐射单元之间的互耦，且结构简单，加工方便、可靠性高、电气性能良好。

为了实现上述目的，本发明提供一种宽频双极化辐射单元，用于装设于金属反射板上组成天线，所述辐射单元包括两对正交极化的偶极子，用于发射或接收通信信号；

每个所述偶极子对应连接有一对巴伦，各个巴伦的底部连接于一环状底座；所述每个偶极子包括两个非对称设置的第一辐射臂和第二辐射臂，相邻两个所述偶极子之间的辐射臂位于同一平面。

根据本发明的宽频双极化辐射单元，互不相邻的两个偶极子呈对称设置，且所述对称设置的两个偶极子之间的距离为0.35～0.45个工作波长。

根据本发明的宽频双极化辐射单元，所述第一辐射臂为多段线结构，其包括在同一平面内且依次连接的连接部、第一主体部及第一弯折部，所述第一弯折部与所述第一主体部的形成的第一夹角大小为45～135°。

根据本发明的宽频双极化辐射单元，所述第二辐射臂为多段线结构，其包括在同一平面内的第二主体部及第二弯折部，所述第二弯折部与所述第二主体部形成的第二夹角大小为45～135°。

根据本发明的宽频双极化辐射单元，所述第二辐射臂还具有连接于所述第二主体部的调谐枝节。

根据本发明的宽频双极化辐射单元，所述第一夹角与第二夹角大小不同。

根据本发明的宽频双极化辐射单元，所述第一辐射臂所在的平面与所述底座所在的平面形成的夹角为40～60°，所述第二辐射臂所在的平面与所述底座所在的平面形成的夹角也为40～60°。

根据本发明的宽频双极化辐射单元，所述巴伦包括相互连接的直线段和弧线段。

根据本发明的宽频双极化辐射单元，对应于所述偶极子的一个巴伦的上端设有馈线定位槽，用于连接外导体；以及

馈电搭接片，用于连接内导体。

根据本发明的宽频双极化辐射单元，所述第一辐射臂和/或第二辐射臂的截面为平行四边形、圆形、T形、U形或L形。

本发明还提供一种包括上述宽频双极化辐射单元的宽频双极化天线，包括至少一设于金属反射板上的所述宽频双极化辐射单元。

根据本发明的宽频双极化天线，所述宽频双极化辐射单元设有一高频单元，所述宽频双极化辐射单元通过所述底座电气设置于所述金属反射板。

根据本发明的宽频双极化天线，所述金属反射板上设有多个均匀排列的所述宽频双极化辐射单元，且相邻的两个所述宽频双极化辐射单元之间均设有一所述高频单元。

本发明通过正交极化的偶极子实现对信号的接收与发送，每个偶极子对应有一对巴伦用以实现平衡馈电，各个巴伦底部连接到一环形底座。每个偶极子包括非对称设置的第一辐射臂和第二辐射臂，且相邻两个所述偶极子之间的辐射臂位于同一平面。借此，本发明可降低多频天线高低频辐射单元之间的互耦，且结构简单，加工方便、可靠性高、电气性能良好。

附图说明

图1是现有技术一实施例的辐射单元的结构示意图；

图2是现有技术另一实施例的辐射单元的结构示意图；

图3是本发明第一实施例的辐射单元的整体结构示意图；

图4是本发明第一实施例的辐射单元的仰视结构示意图；

图5是本发明第一实施例的辐射单元的侧视结构示意图；

图6是本发明第二实施例的辐射单元的整体结构示意图；

图7是本发明第二实施例的辐射单元的仰视结构示意图；

图8是本发明一实施例的宽频双极化天线的结构示意图；

图9是本发明另一实施例的宽频双极化天线的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图3～图5，本发明提供了一种宽频双极化辐射单元，其用于装设于金属反射板上组成天线，具体的，该宽频双极化辐射单元20包括两对共四个正交极化的偶极子2a、2b、2c和2d，用于发射或接收通信信号。四个偶极子2a、2b、2c和2d分别各对应连接一对巴伦，其中每个巴伦包括相互连接的直线段和弧线段，以偶极子2a连接的巴伦为例，其中一巴伦包括弧线段2a1和直线段2a2，对应的另一条巴伦包括2a1′和2a2′。同样的，偶极子2b、2c和2d对应的巴伦分别为2b1和2b2、2b1′和2b2′，2c1和2c2、2c1′和2c2′，2d1和2d2、2d1′和2d2′。上述巴伦的底端均连接于一环形底座2e。

偶极子2a包括两个非对称设置的第一辐射臂和第二辐射臂，且第一辐射臂为多段线结构，其包括在同一平面内且依次连接的连接部2a3、第一主体部2a4及第一弯折部2a5，所述第一弯折部2a5与所述第一主体部2a4的形成的第一夹角大小为45～135°。所述的第二辐射臂也为多段线结构，其包括在同一平面内的第二主体部2a4′及第二弯折部2a5′，且第二弯折部2a5′与第二主体部2a4′形成的第二夹角大小为45～135°。

本实施例中，对应的，偶极子2b包括2a3、2a4、2a5、2a4′和2a5′，偶极子2c包括2c3、2c4、2c5、2c4′和2c5′，偶极子2d包括2d3、2d4、2d5、2d4′和2d5′，偶极子2a、2b、2c和2d的结构相同，故在此不再赘述以上结构特征。优选的是，本实施例中每个第二辐射臂上还设有调谐枝节，结合偶极子2a，其调谐枝节2a3′连接于第二主体部2a4′，对应的，偶极子2b、2c和2d也分别具有调谐枝节2b3′、2c3′和2d3′。

进一步的，偶极子2a和2c平行对置，二者的间距优选为0.35～0.45个工作波长；偶极子2b和2d平行对置，二者间距也优选为0.35～0.45个工作波长，并且偶极子2a和2c正交于偶极子2b和2d，形成两个正交的极化。

以偶极子2a为例，其第一辐射臂和第二辐射臂为非对称设置。第一辐射臂由2a3、2a4、2a5三段首尾相连组成，2a3的另一端与巴伦2a2的上端相连，向外延伸，2a4和2a5之间的夹角范围为45～135°。2a3、2a4、2a5三段在同一个平面内，该平面与所述辐射单元20(底座2e)所在平面的夹角范围为40～60°。易见的，第一辐射臂的2a3，2a4、2a5是逐渐向所述辐射单元20的中心收敛的。在多频天线应用中，该技术特征能够相对拉远低频单元和相邻高频单元之间的距离，明显减小低频单元对相邻高频单元的影响，尤其是对驻波和隔离的影响。

偶极子2a的第二辐射臂由2a3′、2a4′、2a5′三段组成，2a4′和2a5′首尾相连，2a4′的另一端与巴伦2a2′的上端相连，向外延伸，2a3’是调谐枝节，其一端和巴伦2a2′相连，另一端和2a4′相连，2a4′和2a5′间的夹角范围为45～135°。且2a3′、2a4′和2a5′三段在同一个平面内，该平面与辐射单元20所在平面的夹角范围为40～60°。显然，第二辐射臂的2a3′、2a4′、2a5′是逐渐向所述辐射单元20的中心收敛的。在多频天线应用中，此特征能够相对拉远低频单元和相邻高频单元之间的距离，明显减小低频单元对相邻高频单元的影响，尤其是对驻波和隔离的影响。

具体应用中，调谐枝节2a3′能有效补偿偶极子2a两个辐射臂上电流的不平衡性，展宽带宽。当然，本发明也可以通过适当调整2a5和2a5′的形状，尺寸或其他类似手段来补偿偶极子馈电的不平衡性，进而改善所述辐射单元20的电气性能，并使得辐射单元20在内部嵌套高频单元时的电气性能变化很小。

偶极子2a的巴伦2a1和2a2相连，2a1′和2a2′相连，2a1和2a1′与底座2e相连，2a1和2a1′近似平行设置，2a2和2a2′近似平行设置，并且2a1和2a1′为弧线段，能相对拉远所述辐射单元20与及嵌套于辐射单元20内部的高频单元之间的距离，明显减小低频单元对高频单元的影响，尤其是对驻波和隔离的影响。当然，2a1和2a2，2a1′和2a2′也可以是其他形式的多段线组合。

偶极子2a的巴伦2a2的背面上端设置有馈线定位槽2a6，2a2′的上端设置有馈电搭接片2a0。馈线沿巴伦2a1走到定位槽2a6，外导体与定位槽2a6焊接在一起，内导体与馈电搭接片2a0焊接在一起。借此使偶极子2a的结构简单、可靠，具有较好的一致性。

本实施例中，偶极子2a的第一辐射臂和/或第二辐射臂的截面为平行四边形、圆形、T形、U形或L形并且偶极子2b、2c和2d，与偶极子2a具有相同的结构特征，故在此不再赘述。

优选的，底座2e上设置有四个螺钉孔位2e1，通过2e1可将所述辐射单元20固定。且辐射单元20由一体化压铸成型法加工而成，具有方便加工，可靠性高，一致性好的特点。

再如前所述，偶极子2a和2c平行对置，2b和2d平行对置，偶极子2a和2c正交于偶极子2b和2d，形成两个正交的极化。对应地，偶极子2a和2c的馈线并联，形成一个极化的公共馈电点；偶极子2b和2d的馈线并联，形成另一个极化的公共馈电点，这两个极化彼此正交。

图6和图7是本发明另一实施例的辐射单元的结构示意图，该实施例中，偶极子2a、2b、2c和2d结构也相同，且四个偶极子均没有调谐枝节。在此还是以偶极子2a为例加以说明，第一弯折部2a5与第一主体部2a4的形成第一夹角，第二弯折部2a5′与第二主体部2a4′形成的第二夹角，第一夹角和第二夹角的大小不同。这种不对称的设置能够补偿所述辐射单元20的两个极化的不平衡性，进而改善所述辐射单元20的电气性能。

更好的，本实施例中也可以将2a5和2a5′、2b5和2b5′、2c5和2c5′以及2d5和2d5′的延伸方向改为其他方式。比如2a5和2a5′，2c5和2c5′彼此平行，间距不变；2b5和2b5′，2d5和2d5′彼此不平行，间距渐变，以补偿辐射单元20的两个极化的不平衡性，进而改善所述辐射单元性能，并使嵌套于辐射单元20内部的高频单元的电气性能变化很小。

本发明的辐射单元20本发明所述辐射单元具有小型化，宽频带、辐射性能好、组阵互耦小的特点。此外，辐射单元20结构简单，方便加工，可靠性高，能够灵活应用于各种单频、多频天线中。

参见图8，本发明提供了一种包括上述辐射单元的宽频双极化天线，其包括金属反射板10，且金属反射板10上设置有至少一所述辐射单元20，且辐射单元20通过其底座2e上设置的螺钉孔位2e1和反射板10电气连接。

再参见图9，本发明的另一实施例中，宽频双极化天线的金属反射板10上设有多个均匀排列的宽频双极化辐射单元20，每个辐射单元20内部嵌设有一高频单元30，且相邻的两个宽频双极化辐射单元20之间均设有一所述高频单元30。

本发明辐射单元20口径小，辐射臂所在平面与所述辐射单元20所在平面的夹角范围为40～60°，辐射臂是逐渐向所述辐射单元20的中心收敛的，因此能够明显减小低频单元即所述辐射单元20对高频单元的影响，尤其是对驻波和隔离的影响。

本发明的双宽频双极化天线的高低频阵列的电气性能彼此独立，能够在2G，3G及LTE2600频段内均保持良好的电气性能。

综上所述，本发明通过正交极化的偶极子实现对信号的接收与发送，每个偶极子对应有一对巴伦用以实现平衡馈电，各个巴伦底部连接到一环形底座。每个偶极子包括非对称设置的第一辐射臂和第二辐射臂，且相邻两个所述偶极子之间的辐射臂位于同一平面。借此，本发明可降低多频天线高低频辐射单元之间的互耦，且结构简单，加工方便、可靠性高、电气性能良好。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种宽频双极化辐射单元，用于装设于金属反射板上组成天线，其特征在于，所述辐射单元包括两对正交极化的偶极子，用于发射或接收通信信号；

每个所述偶极子对应连接有一对巴伦，各个巴伦的底部连接于一环状底座；所述每个偶极子包括两个非对称设置的第一辐射臂和第二辐射臂，相邻两个所述偶极子之间的辐射臂位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的宽频双极化辐射单元，其特征在于，互不相邻的两个偶极子呈对称设置，且所述对称设置的两个偶极子之间的距离为0.35～0.45个工作波长。

3.根据权利要求1所述的宽频双极化辐射单元，其特征在于，所述第一辐射臂为多段线结构，其包括在同一平面内且依次连接的连接部、第一主体部及第一弯折部，所述第一弯折部与所述第一主体部的形成的第一夹角大小为45～135°。

4.根据权利要求3所述的宽频双极化辐射单元，其特征在于，所述第二辐射臂为多段线结构，其包括在同一平面内的第二主体部及第二弯折部，所述第二弯折部与所述第二主体部形成的第二夹角大小为45～135°。

5.根据权利要求4所述的宽频双极化辐射单元，其特征在于，所述第二辐射臂还具有连接于所述第二主体部的调谐枝节。

6.根据权利要求4所述的宽频双极化辐射单元，其特征在于，所述第一夹角与第二夹角大小不同。

7.根据权利要求1所述的宽频双极化辐射单元，其特征在于，所述第一辐射臂所在的平面与所述底座所在的平面形成的夹角为40～60°，所述第二辐射臂所在的平面与所述底座所在的平面形成的夹角也为40～60°。

8.根据权利要求1所述的宽频双极化辐射单元，其特征在于，所述巴伦包括相互连接的直线段和弧线段。

9.根据权利要求8所述的宽频双极化辐射单元，其特征在于，对应于所述偶极子的一个巴伦的上端设有馈线定位槽，用于连接外导体；以及

馈电搭接片，用于连接内导体。

10.根据权利要求1所述的宽频双极化辐射单元，其特征在于，所述第一辐射臂和/或第二辐射臂的截面为平行四边形、圆形、T形、U形或L形。

11.一种包括如权利要求1～10任一项所述宽频双极化辐射单元的宽频双极化天线，其特征在于，包括至少一设于金属反射板上的所述宽频双极化辐射单元。

12.根据权利要求11所述的宽频双极化天线，其特征在于，所述宽频双极化辐射单元设有一高频单元，所述宽频双极化辐射单元通过所述底座电气设置于所述金属反射板。

13.根据权利要求12所述的宽频双极化天线，其特征在于，所述金属反射板上设有多个均匀排列的所述宽频双极化辐射单元，且相邻的两个所述宽频双极化辐射单元之间均设有一所述高频单元。

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