CN103474754A - 一种单、双极化天线阵子辐射单元以及天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单极化天线阵子辐射单元，包括：一个对称半波偶极子形的电路板；两个偶极子单元臂，设置于所述电路板的一面；两个金属辐射部件，分别安装于所述两个偶极子单元臂上；其中，所述偶极子单元臂以电路板形式安装于地板上，所述两个偶极子单元臂和所述地板连接。此外，本发明还提供了一种双极化天线阵子辐射单元以及天线。本发明所提供的一种单、双极化天线阵子辐射单元以及天线，结构简单，而且具有优秀的方向图约束特性、交叉极化比特性，辐射性能优良以及频带宽的优点，能实现多种通信标准的共存使用以及有效减少基站天线数目，简化多频段天线设计。
Description
技术领域
本发明涉及通讯领域，具体涉及一种单、双极化天线阵子辐射单元以及天线。
背景技术
随着移动通信技术的发展和电信政策的指导，移动通信对网络的要求越来越高。随着国内3G牌照的发放，TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000三种标准的移动通信网络都已开始建设和运营，并且正在建设的4G LTE网络对宽频性能、交叉特性有重要要求，宽频通信***正在发展，各种制式的工作频段不断扩展，TD-S网络中的智能天线的工作频率为1880-1920MHz，2010-2025MHz，2300-2400MHz，DCS的通信频段为1710MHz–2170MHz，WiMax的部分工作频段是2300MHz–2690MHz。基站天线是移动通信***的重要组成部分，天线多频共用天线和宽频天线是基站天线未来的发展方向。
现有技术提供的宽频双极化天线或天线阵子大多数仅支持GSM1800、GSM1900和F、A频段，适合1700MHz–2200MHz频段使用的2G或部分3G网络。而新一代的移动通信需要的是超宽频的天线和天线单元出现，市场上需要适合1700MHz-2700MHz的超宽频天线，其相对带宽更加是接近45%，用于建设新的3G、4G通信网络和兼容以前2G网络，以实现网络的逐步更新换代。现有的双极化天线阵子一般难以达到要求，由此组成的超宽频天线也难以制造出来。因此，设计一种超宽频的天线阵子是其重要的技术工作。
天线阵子具有波束宽度收敛性好、交叉极化比性能高、组成蜂窝网的覆盖区域扇区功率（SPR）低等优点，是用于改善抗干扰性能的重要要求。与此同时，受环境美化的要求越来越高，室外天线的美化变得十分重要。传统的宽频天线的阵子单元使用比较高的辐射结构以改善驻波，或者用多频天线阵子结合以覆盖宽频，造成天线的尺寸难以进一步缩小，美化效果和天线体积均不够理想，造成的视觉污染也是备受重视的问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种单、双极化天线阵子辐射单元以及天线，覆盖LTE、TDS、DCS等1700MHz-2700MHz等频段，实现多种通信标准的共存使用以及有效减少基站天线数目，简化多频段天线设计。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种单极化天线阵子辐射单元，所述单极化天线阵子辐射单元包括：
一个对称半波偶极子形的电路板；
两个偶极子单元臂，设置于所述电路板的一面；
两个金属辐射部件，分别安装于所述两个偶极子单元臂上；
其中，所述偶极子单元臂以电路板形式安装于地板上，所述两个偶极子单元臂和所述地板连接。
优选的，所述两个金属辐射部件相互靠近并位于所述单极化天线阵子辐射单元的中心对称位置，且所述两个金属辐射部件分别设置于所述两个偶极子单元臂的上方。
优选的，所述单极化天线阵子辐射单元还包括：匹配和馈电电路，设置于所述电路板的另外一面，用于阻抗匹配和馈入电磁波；
优选的，所述单极化天线阵子辐射单元还包括：支撑翼，用于支撑所述两个偶极子单元臂。
优选的，所述两个金属辐射部件均分别向所述两个偶极子单元臂上的外侧倾斜。
优选的，所述金属辐射部件为圆环形或者菱形。
一种双极化天线阵子辐射单元，安装于金属反射板上，所述双极化天线阵子辐射单元包括：
一对呈对称半波偶极子形的电路板；
第一偶极子单元，包括第一偶极子单元臂和第二偶极子单元臂，其中，所述第一偶极子单元臂和所述第二偶极子单元臂分别设置于一个电路板的一面；
第二偶极子单元，包括第三偶极子单元臂和第四偶极子单元臂，其中，所述第三偶极子单元臂和所述第四偶极子单元臂分别设置于另外一个电路板的一面；
其中，所述第一偶极子单元与所述第二偶极子单元为一对极化正交放置且相互对称的金属偶极子辐射单元，所述第一偶极子单元与所述第二偶极子单元各自还包括两个金属辐射部件，分别安装于各自的偶极子单元臂上；
其中，每一个偶极子单元臂均以电路板形式安装于地板上。
优选的，所述第一偶极子单元与所述第二偶极子单元组合形成正负45度的极化方向。
优选的，所述第一偶极子单元的两个金属辐射部件相互靠近并位于所述第一偶极子单元的中心对称位置，且所述第一偶极子单元的两个金属辐射部件分别设置于所述第一偶极子单元臂和所述第二偶极子单元臂的上方。
优选的，所述第一偶极子单元的两个金属辐射部件均向所述第一偶极子单元的外侧倾斜10°～20°，以使所述第一偶极子单元的外侧边缘的高度降低。
优选的，所述第二偶极子单元的两个金属辐射部件相互靠近并位于所述第二偶极子单元的中心对称位置，且所述第二偶极子单元的两个金属辐射部件分别设置于所述第三偶极子单元臂和所述第四偶极子单元臂的上方。
优选的，所述第二偶极子单元的两个金属辐射部件均向所述第二偶极子单元的外侧倾斜10°～20°，以使所述第二偶极子单元的外侧边缘的高度降低。
优选的，所述双极化天线阵子辐射单元还包括：同轴电缆，分别将第一偶极子单元和第二偶极子单元连接到金属反射板，用于馈电。
优选的，所述双极化天线阵子辐射单元还包括：支撑翼，用于支撑所述第一偶极子单元的第一偶极子单元臂和第二偶极子单元臂，以及还用于支撑所述第二偶极子单元的第三偶极子单元臂和第四偶极子单元臂。
优选的，所述双极化天线阵子辐射单元和所述金属反射板的介质材料板构成一PCB电路板，其中，所述PCB电路板的一面设置有所述第一偶极子单元的两个偶极子单元臂以及所述第二偶极子单元的两个偶极子单元臂，所述PCB电路板的另一面设置有阻抗匹配电路。
一种宽频天线，包括：作为反射器的金属反射板；
在所述金属反射板上设置的以上所述的单极化天线阵子辐射单元或者以上所述的双极化天线阵子辐射单元。
一种宽频天线，包括：作为反射器的金属反射板；
在所述金属反射板上等间距设置的多个以上所述的双极化天线阵子辐射单元；
相邻的双极化天线阵子辐射单元之间设置有隔离片。
一种多频天线，包括：作为反射器的金属反射板；
所述金属反射板上设置有多个低频天线辐射单元和高频天线辐射单元；
其中至少一个低频天线辐射单元中内嵌有以上所述的单极化天线阵子辐射单元或以上所述的双极化天线阵子辐射单元。
本发明提供的一种单、双极化天线阵子辐射单元以及天线，结构简单，而且具有优秀的方向图约束特性、交叉极化比特性，辐射性能优良以及频带宽的优点，能实现多种通信标准的共存使用以及有效减少基站天线数目，简化多频段天线设计，并能覆盖LTE、TDS、DCS等1700MHz-2700MHz等频段，实现多种通信标准的共存使用以及有效减少基站天线数目，简化多频段天线设计。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种单极化天线阵子辐射单元的立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的第二种单极化天线阵子辐射单元的立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第三中单极化天线阵子辐射单元的立体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种双极化天线阵子辐射单元的立体结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种双极化天线阵子辐射单元的俯视的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种双极化天线阵子辐射单元的侧视的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种宽频天线的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种单极化天线阵子辐射单元，用于安装在金属反射板1上。
在本实施方式中，一种单极化天线阵子辐射单元，包括：一个对称半波偶极子形的PCB电路板2、匹配和馈电电路3、两个支撑翼4a与4b、两个金属辐射部件5a与5b、两个偶极子单元臂6a与6b。
在本实施方式中，两个偶极子单元臂6a与6b设置于所述PCB电路板2的一面，两个金属辐射部件5a与5b分别安装于所述两个偶极子单元臂6a与6b上，优选的，两个金属辐射部件5a与5b通过焊接形式分别安装在两个偶极子单元臂6a与6b上。
其中，所述偶极子单元臂6a与6b以电路板形式安装于地板上，所述两个偶极子单元臂6a与6b和所述地板连接，优选的，两个偶极子单元臂6a与6b和地板通过焊接形式连接在一起。
在本实施方式中，两个金属辐射部件5a与5b相互靠近并位于所述单极化天线阵子辐射单元的中心对称位置，且所述两个金属辐射部件5a与5b分别设置于所述两个偶极子单元臂6a与6b的上方。
在本实施方式中，匹配和馈电电路3设置于所述PCB电路板2的另外一面，用于阻抗匹配和馈入电磁波。
在本实施方式中，还具有两个支撑翼4a与4b，分别用于支撑所述两个偶极子单元臂6a与6b。
在本实施方式中，金属辐射部件5a与5b为圆环形或者菱形，例如，图1所示的金属辐射部件5a与5b为圆环形，图2所示的金属辐射部件5a与5b为菱形。除圆环形和菱形外，所述金属辐射部件5a和5b还可以为其他形状，在此不一一例举。
优选地，在图1和图2中，金属辐射部件5a与5b均分别向两个偶极子单元臂6a与6b上的外侧倾斜。该倾斜结构仅仅是一种优选的实施方式，在实际工程应用中，金属辐射部件5a与5b还可以水平放置，如图3所示。
如图4-6所示，本发明实施例提供的一种双极化天线阵子辐射单元，用于安装在金属反射板1上，所述双极化天线阵子辐射单元包括：
一对呈对称半波偶极子形的PCB电路板3；
第一偶极子单元6，包括第一偶极子单元臂6a和第二偶极子单元臂6b，其中，第一偶极子单元臂6a和第二偶极子单元臂6b分别设置于一个PCB电路板3的一面；
第二偶极子单元7，包括第三偶极子单元臂7a和第四偶极子单元臂7b，其中，第三偶极子单元臂7a和第四偶极子单元臂7b分别设置于另外一个PCB电路板3的一面；
其中，第一偶极子单元6与第二偶极子单元7为一对极化正交放置且相互对称的金属偶极子辐射单元，第一偶极子单元6与所述第二偶极子单元7各自还包括两个金属辐射部件4，分别安装于各自的偶极子单元臂（即第一至第四偶极子单元臂）上；
其中，每一个偶极子单元臂均以电路板形式安装于地板上。
在本实施方式中，第一偶极子单元6与第二偶极子单元7组合形成正负45度的极化方向。
在本实施方式中，第一偶极子单元6的两个金属辐射部件4相互靠近并位于第一偶极子单元6的中心对称位置，且第一偶极子单元6的两个金属辐射部件4分别设置于第一偶极子单元臂6a和第二偶极子单元臂6b的上方。
第一偶极子单元6的两个金属辐射部件4均向第一偶极子单元6的外侧倾斜10°～20°，以使第一偶极子单元6的外侧边缘的高度降低，这种顶部弧形的设计方式适合小型排气管型天线的使用。
相应的，第二偶极子单元7的两个金属辐射部件4相互靠近并位于第二偶极子单元7的中心对称位置，且第二偶极子单元7的两个金属辐射部件4分别设置于第三偶极子单元臂7a和第四偶极子单元臂7b的上方。
在本实施方式中，第二偶极子单元7的两个金属辐射部件4均向第二偶极子单元7的外侧倾斜10°～20°，以使第二偶极子单元7的外侧边缘的高度降低，这种顶部弧形的设计方式适合小型排气管型天线的使用。
双极化天线阵子辐射单元和金属反射板1的介质材料板构成一PCB电路板3，其中，所述PCB电路板3的一面设置有第一偶极子单元6的两个偶极子单元臂以及第二偶极子单元7的两个偶极子单元臂，所述PCB电路板3的另一面设置有阻抗匹配电路8。
在本实施方式中，金属反射板1可以是单面覆铜的电路材料板材，可极大地减轻天线重量并且方便双极化天线阵子辐射单元焊接固定在板材上，通常下，普通情况下天线反射板是金属钣金材料做成，成本低、工艺简单。
在本实施方式中，金属反射板1两边留有对称的固定孔位，用于增加可限制的边界条件，比如增加横向放置开口朝外的U型金属改善前后比，并有增加其他边界约束水平波束宽度。
双极化天线阵子辐射单元还包括多个同轴电缆2，分别将第一偶极子单元6和第二偶极子单元7连接到金属反射板1，用于馈电。在本实施方式中，双极化天线阵子辐射单元通过同轴电缆2进行馈电，具体的，同轴电缆2焊接在双极化天线阵子辐射单元上，并与金属反射板1连接，以形成电流回路。
在本实施方式中，每个极化的偶极子单元的上方倾斜有一对圆环形金属辐射部件4，圆环形金属辐射部件4呈中心对称形式放置，和相应的偶极子单元壁通过焊接方式固定，以形成电流通路。应该指出，连接方式和安装位置并不限于图中位置所示，并且金属辐射部件4的截面除圆环形，还可以呈棱形，其他任何接近于本结构并且没有做出重大改变的，均属于本发明保护的范围。
在本实施方式中，第一偶极子单元6或第二偶极子单元7的一对偶极子单元臂均固定在PCB电路板3的一个表面上，其中，PCB电路板3的另一个表面上设置阻抗匹配电路8进行馈电，并且进行了非平衡到平衡的巴伦转化，使PCB电路板3和一个偶极子单元组成了天线阵子的其中一个极化。在本实施方式中，阻抗匹配电路8使用高阻抗线、微带传输线、开路传输线或等效的并联电容和串联电容实现阻抗匹配，具有方便、精度高、易于大规模生产制造的特点。同时，这个结构巧妙地结合了巴伦的功能，由于偶极子单元的PCB电路板3的背面印刷偶极子阵子电路，通过串联电容在偶极子缝隙馈电的方式，把同轴电缆2的不平衡馈电转换为平衡馈电的方式。
此外，双极化天线阵子辐射单元还包括支撑翼5，用于支撑第一偶极子单元6的第一偶极子单元臂6a和第二偶极子单元臂6b，以及还用于支撑第二偶极子单元7的第三偶极子单元臂7a和第四偶极子单元臂7b。在本实施方式中，支撑翼5为了克服仅使用轻薄的PCB电路板3造成的强度不够，一般使用焊接的装配方式，当然的，支撑翼5可以以其他方式固定，不限于本设计指定的结构。
此外，本发明还提供一种宽频天线，包括：
作为反射器的金属反射板；
在所述金属反射板上设置的以上所述的单极化天线阵子辐射单元或者以上所述的双极化天线阵子辐射单元。
如图7所示，本发明提供的一种宽频天线，包括：
作为反射器的金属反射板1；
在所述金属反射板1上等间距设置的多个双极化天线阵子辐射单元2；
相邻的双极化天线阵子辐射单元2之间设置有隔离片3，用于优化隔离。
本发明还提供了一种多频天线，包括：
作为反射器的金属反射板；
所述金属反射板上设置有多个低频天线辐射单元和高频天线辐射单元；
其中至少一个低频天线辐射单元中内嵌有以上所述的单极化天线阵子辐射单元或以上所述的双极化天线阵子辐射单元。
本发明提供的一种单、双极化天线阵子辐射单元以及天线，结构简单，而且具有优秀的方向图约束特性、交叉极化比特性，辐射性能优良以及频带宽的优点，能实现多种通信标准的共存使用以及有效减少基站天线数目，简化多频段天线设计，并能覆盖LTE、TDS、DCS等1700MHz-2700MHz等频段，实现多种通信标准的共存使用以及有效减少基站天线数目，简化多频段天线设计。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (18)
1.一种单极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述单极化天线阵子辐射单元包括：
一个对称半波偶极子形的电路板；
两个偶极子单元臂，设置于所述电路板的一面；
两个金属辐射部件，分别安装于所述两个偶极子单元臂上；
其中，所述偶极子单元臂以电路板形式安装于地板上，所述两个偶极子单元臂和所述地板连接。
2.根据权利要求1所述的单极化天线阵子辐射单元，其特征在于，
所述两个金属辐射部件相互靠近并位于所述单极化天线阵子辐射单元的中心对称位置，且所述两个金属辐射部件分别设置于所述两个偶极子单元臂的上方。
3.根据权利要求1所述的单极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述单极化天线阵子辐射单元还包括：
匹配和馈电电路，设置于所述电路板的另外一面，用于阻抗匹配和馈入电磁波。
4.根据权利要求1所述的单极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述单极化天线阵子辐射单元还包括：
支撑翼，用于支撑所述两个偶极子单元臂。
5.根据权利要求1所述的单极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述两个金属辐射部件均分别向所述两个偶极子单元臂上的外侧倾斜。
6.根据权利要求1所述的单极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述金属辐射部件为圆环形或者菱形。
7.一种双极化天线阵子辐射单元，安装于金属反射板上，其特征在于，所述双极化天线阵子辐射单元包括：
一对呈对称半波偶极子形的电路板；
第一偶极子单元，包括第一偶极子单元臂和第二偶极子单元臂，其中，所述第一偶极子单元臂和所述第二偶极子单元臂分别设置于一个电路板的一面；
第二偶极子单元，包括第三偶极子单元臂和第四偶极子单元臂，其中，所 述第三偶极子单元臂和所述第四偶极子单元臂分别设置于另外一个电路板的一面；
其中，所述第一偶极子单元与所述第二偶极子单元为一对极化正交放置且相互对称的金属偶极子辐射单元，所述第一偶极子单元与所述第二偶极子单元各自还包括两个金属辐射部件，分别安装于各自的偶极子单元臂上；
其中，每一个偶极子单元臂均以电路板形式安装于地板上。
8.根据权利要求7所述的双极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述第一偶极子单元与所述第二偶极子单元组合形成正负45度的极化方向。
9.根据权利要求8所述的双极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述第一偶极子单元的两个金属辐射部件相互靠近并位于所述第一偶极子单元的中心对称位置，且所述第一偶极子单元的两个金属辐射部件分别设置于所述第一偶极子单元臂和所述第二偶极子单元臂的上方。
10.根据权利要求9所述的双极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述第一偶极子单元的两个金属辐射部件均向所述第一偶极子单元的外侧倾斜10°～20°，以使所述第一偶极子单元的外侧边缘的高度降低。
11.根据权利要求8所述的双极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述第二偶极子单元的两个金属辐射部件相互靠近并位于所述第二偶极子单元的中心对称位置，且所述第二偶极子单元的两个金属辐射部件分别设置于所述第三偶极子单元臂和所述第四偶极子单元臂的上方。
12.根据权利要求11所述的双极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述第二偶极子单元的两个金属辐射部件均向所述第二偶极子单元的外侧倾斜10°～20°，以使所述第二偶极子单元的外侧边缘的高度降低。
13.根据权利要求7所述的双极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述双极化天线阵子辐射单元还包括：
同轴电缆，分别将第一偶极子单元和第二偶极子单元连接到金属反射板，用于馈电。
14.根据权利要求7所述的双极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述双极化天线阵子辐射单元还包括：
支撑翼，用于支撑所述第一偶极子单元的第一偶极子单元臂和第二偶极子单元臂，以及还用于支撑所述第二偶极子单元的第三偶极子单元臂和第四偶极子单元臂。
15.根据权利要求7所述的双极化天线阵子辐射单元，其特征在于，所述双极化天线阵子辐射单元和所述金属反射板的介质材料板构成一PCB电路板，其中，所述PCB电路板的一面设置有所述第一偶极子单元的两个偶极子单元臂以及所述第二偶极子单元的两个偶极子单元臂，所述PCB电路板的另一面设置有阻抗匹配电路。
16.一种宽频天线，其特征在于，包括：
作为反射器的金属反射板；
在所述金属反射板上设置的如权利要求1-6任一所述的单极化天线阵子辐射单元或者如权利要求7-15任一所述的双极化天线阵子辐射单元。
17.一种宽频天线，其特征在于，包括：
作为反射器的金属反射板；
在所述金属反射板上等间距设置的多个如权利要求7-15任一所述的双极化天线阵子辐射单元；
相邻的双极化天线阵子辐射单元之间设置有隔离片。
18.一种多频天线，其特征在于，包括：
作为反射器的金属反射板；
所述金属反射板上设置有多个低频天线辐射单元和高频天线辐射单元；
其中至少一个低频天线辐射单元中内嵌有权利要求1-6任一所述的单极化天线阵子辐射单元或权利要求7-15任一所述的双极化天线阵子辐射单元。
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