CN104953253A - 双极化环天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双极化环天线，包括环辐射体、馈电网络、巴伦组和反射板，环辐射体包括四个辐射臂并平行地置于反射板正上方，四个辐射臂对称设置。与现有技术相比，由于本发明双极化环天线的环辐射体包括四个对称设置的辐射臂，利用环天线辐射臂电流/电压分布的对称性及正交性原理，对单极化环天线施行多点激励便可实现双极化环天线，且该双极化环天线与单极化环天线的辐射体尺寸基本一致。此外，本发明的双极化环天线与已知的由四个半波对称振子组成的基站天线单元相比，其可替代传统天线，且本发明双极化环天线的辐射体尺寸更小，横向尺寸约为传统天线的50％，同时，本发明的双极化环天线结构简单、易于制造和成型。

Description

双极化环天线

技术领域

本发明涉及移动通信基站天线技术领域，更具体地涉及一种双极化环天线。

背景技术

TDD/FDD-LTE混合组网已经成为4G网络建设的主流组网方式，既建网路资源的合理利用、新增网络资源的集约化建设和运营已成为移动通信运营商的基本共识。天馈***共杆共塔安装、多制式网络共用共享天馈资源，已成为产业界普遍关注的焦点，实现这一目标的最直接最有效的途径就是天线的电调化、宽带化、小型化、多制式化。

现有技术提供的一种天线单元是由四个对称振子依次排列成碗状或方斗状或其它形状，相对的两个对称振子为一组，两两一组同相或反相馈电形成±45°极化辐射波的低频天线单元。然而，现有技术所提供的天线单元频带特性较窄，单元辐射体轮廓较大、剖面较高，由此单元组成的天线阵尺寸较大。

发明内容

鉴于现有技术存在上述技术问题，本发明的目的是提供一种新型的双极化环天线，该双极化环天线可替代传统天线，且不同于传统天线的结构，另外，该双极化环天线的辐射体尺寸更小、结构简单、易于制造和成型。

为实现上述目的，本发明提供了一种双极化环天线，包括环辐射体、馈电网络、巴伦组和反射板，环辐射体包括四个辐射臂并置于反射板正上方，四个辐射臂对称设置，巴伦组包括四组巴伦，且每一组巴伦包括一对巴伦臂，每一巴伦臂的上端与辐射臂连接，八个巴伦臂的下端收拢后固定于反射板并保证环辐射体的平面平行于反射板，馈电网络与辐射臂和巴伦臂分别连接。

与现有技术相比，由于本发明双极化环天线的环辐射体包括四个对称设置的辐射臂，利用环天线辐射臂电流/电压分布的对称性及正交性原理，对单极化环天线施行多点激励便可实现双极化环天线，且该双极化环天线与单极化环天线的辐射体尺寸基本一致。此外，本发明的双极化环天线与已知的由四个半波对称振子组成的基站天线单元相比，其可替代传统天线，且本发明双极化环天线的辐射体尺寸更小，横向尺寸约为传统天线的50％，同时，本发明的双极化环天线结构新颖简单、易于制造和成型。

具体地，相邻的辐射臂之间设置有间隙，且该间隙或为窄长方形或为阶梯渐变形或为直线渐变形或为曲线渐变形。

优选地，环辐射体具有对称结构，且环辐射体为方形环、圆形环或多边形环。

具体地，四个辐射臂共面设置或异面设置，且四个辐射臂于环辐射体所在平面依次呈90°对称分布。

具体地，辐射臂的平均长度约为四分之一设计频率所对应的波长。

具体地，环辐射体与巴伦组一次性压铸成型；或巴伦组一次性压铸成型、环辐射体用PCB方法实现后再二者焊接结合。

在本发明实施例中，巴伦臂为导电体，每一组巴伦的两个巴伦臂的上端分别与对应辐射臂的相邻端连接，八个巴伦臂的下端收拢后通过导电固定盘固定于反射板。

具体地，馈电网络为射频电缆型或微带线型或带线型或它们的组合型，馈电网络包括两组分支网络，两组分支网络分别对应提供±45°极化信号的输入和输出，即每一分支网络的公共端为信号输入端口，末端为信号输出端口。

具体地，电缆型馈电网络的电缆外导体铺设于任一巴伦臂的U型槽，且电缆外导体末端焊接于任一巴伦臂或辐射臂以形成馈电点，电缆型馈电网络的电缆芯线跨越电缆外导体所在的巴伦臂或辐射臂与另一巴伦臂或辐射臂相连接。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1A为本发明双极化环天线原理说明图--单馈点激励单极化方环天线。

图1B为本发明双极化环天线原理说明图--双馈点激励单极化方环天线。

图1C为本发明双极化环天线原理说明图--四馈点激励双极化方环天线。

图2A为本发明双极化环天线第一实施例--窄臂/细臂圆环天线结构示意图。

图2B为本发明双极化环天线第一实施例--窄臂/细臂圆环天线结构俯视图。

图2C为本发明双极化环天线第一实施例--宽臂方环天线结构示意图。

图2D为本发明双极化环天线第一实施例--宽臂圆环天线结构示意图。

图2E为本发明双极化环天线第一实施例--宽臂八边形环天线结构示意图。

图2F为本发明双极化环天线第一实施例--宽臂方圆结合型环天线结构示意图。

图3A为本发明双极化环天线第二实施例--共口径双频天线结构示意图。

图3B为本发明双极化环天线第二实施例--共口径双频天线结构俯视图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

为了更好地理解本发明，请参考图1A至1C以对本发明双极化环天线的原理进行说明。位于金属反射板正上方、且环面平行反射板、周长为一个波长的全波方环天线，顶角F1单馈点激励时其上电流分布如图1A所示，辐射+45°极化波；如图1B所示，于F1的对称顶角F2增加第二馈点，由于环天线臂电流分布的对称性，则新引入的馈点F2符合原场的边界条件，即是说双馈点激励与单馈点激励的全波方环天线具有相同的辐射特性；进一步地，如图1C所示，于另外两个顶角处再对称地增加两个馈点F3和F4，由于馈点F3/F4位于馈点F1/F2对应的电流节点/电压幅点处，故理论上F3/F4与F1/F2互不影响，上述F1/F2同相或反相激励可提供+45°极化辐射波，F3/F4则提供-45°极化辐射波。

由于环天线臂上的电流与电压分布具有正交性，利用此原理并取合适的环天线辐射体周长，不仅可实现双重激励的同极化辐射波，同时可实现双双重激励的正交极化辐射波。由单极化环天线的单馈点激励演进为四馈点激励，从而可实现具有双极化辐射特性的环天线，且双极化环天线与单极化环天线的辐射体尺寸基本一致。且，圆形环天线对称性更好，辐射特性更优良，带宽更宽。

图2A、图2B分别为本发明双极化环天线第一实施例—窄臂(或细臂)圆环天线的结构示意图和俯视图。如图所示，本发明的双极化环天线包括环辐射体101、馈电网络105、巴伦组110及反射板116。环辐射体101具有对称结构，本领域技术人员应该清楚，对称结构包括中心对称和轴对称，而本发明附图中所展示的为中心对称结构。环辐射体101为圆环辐射体且由四个相同的四分之一圆弧形辐射臂102构成，馈电网络105为射频电缆型馈电网络且由两组相同的分支网络106构成，巴伦组110由四组巴伦即八个巴伦臂111构成。组成分支网络106的对应电缆顺着各自巴伦臂111的U形槽铺设、并顺势至巴伦臂111底部或再导引至反射板116背面之后两两合并、从而形成一个极化信号的输入端口。分支网络106的上端口即为馈电端口，其电缆外导体就近焊接于巴伦臂111以形成馈电点107，其电缆芯线则跨越电缆所在巴伦臂111与另一巴伦臂111相应点焊接。巴伦组110的巴伦臂111是向上张开的喇叭状，每一组巴伦的两个巴伦臂111的上端分别与对应辐射臂102的相邻端相连接，每八个巴伦臂111的底端收拢并通过金属固定盘112连接在一起。金属固定盘112固定于导电反射板116之上，环辐射体101置于反射板116正上方约四分之一波长处，且环辐射体101所在环面平行于反射板116，反射板116用于确保双极化环天线辐射定向波束。环辐射体101、巴伦组110及金属固定盘112可压铸一次成型，特别地，环辐射体101可通过PCB方法实现。

图2C为本发明双极化环天线第一实施例—宽臂方环天线结构示意图，具体实施方法可参考图2A和2B。为简单起见图中省去了反射板116和馈电网络105。巴伦臂111顶端与辐射臂102内侧结合处馈电，宽臂方环天线有效地降低了环辐射体至反射板的距离。此实施例天线在698MHz-960MHz频带范围内驻波比小于1.4，隔离度大于50dB,辐射特性良好。

图2D为本发明双极化环天线第一实施例—宽臂圆环天线结构示意图，具体实施方法可参考图2A和2B。为简单起见图中省去了反射板116和馈电网络105。巴伦臂111顶端与辐射臂102内侧结合处馈电，宽臂圆环天线的轴对称性有效地展宽了频带宽度。此实施例天线在1600MHz-3000MHz频带范围内驻波比小于1.5，隔离度大于45dB，带宽达60％以上,辐射特性良好。

图2E为本发明双极化环天线第一实施例—宽臂八边形环天线结构示意图，具体实施方法可参考图2A和2B。为简单起见图中省去了反射板116和馈电网络105。环辐射体101为等或不等八边形，辐射臂102之间的间隙108为阶梯渐变形。

图2F为本发明双极化环天线第一实施例—宽臂方圆结合型环天线结构示意图，具体实施方法可参考图2A和2B。为简单起见图中省去了反射板116和馈电网络105。环辐射体101为方圆结合型，辐射臂102之间的间隙108为直线渐变形。

需要说明的是，上述窄臂环天线距反射板的高度约四分之一波长，宽臂环天线辐射体距反射板的高度不但可显著减小，而且可有效拓展单元频带宽度，典型情况下该高度可减低至十分之一波长。

此外，还需要说明的是，在图2A至图2F所示的双极化环天线中，四个辐射臂102共面设置，且四个辐射臂102关于环辐射体101中心呈90度旋转对称分布。环辐射体101为圆形环、方形环，当然也可以为多边形环或其它对称结构。环辐射体101或辐射臂102的宽度及宽度方向不受限制，辐射臂102的横截面形状也不受限制。特别地，辐射臂102的宽度方向与环辐射体101共面且其指向环中心时称之为共面环。环辐射体101的平均周长约为设计频率所对应的全波长，即辐射臂102的平均长度约四分之一波长。而相邻的辐射臂102之间留有间隙108，此间隙108的形状不受限制，特别地，此间隙108为窄长方形(图2B)或阶梯渐变形(图2E)或直线渐变形(图2F)或曲线渐变形。而环辐射体101与巴伦组110一次性压铸成型；或巴伦组110一次性压铸成型、环辐射体101用PCB方法实现、然后二者焊接结合。而馈电网络105还可以是带线型或微带型或射频电缆型或他们的组合型，馈电网络105的两组分支网络106分别对应提供±45°极化信号的输入和输出，即每一分支网络106的公共端为信号输入端口，自由端为信号输出端口。此外，每一巴伦组的两个巴伦臂111相互平行或非平行。

再请参考图3A、3B，分别为本发明双极化环天线第二实施例--共口径双频天线结构示意图和俯视图，为简单起见图中省去了反射板及馈电网络。其中较低频段的天线201为本发明双极化环天线--方形宽臂环天线，较高频段的天线203为现有的宽频带天线，合理的设计可使低频宽臂方环天线的环辐射体202距离反射板的高度降至约十分之一波长，如此，低频宽臂方环天线的环辐射体202与较高频段的天线的辐射体204可共面设置，从而可实现双频共口径辐射天线，其中205、206分别为低频单元和高频单元的馈电巴伦。需要注意的是，双频共口径天线的馈电方法至关重要，可参考前述第一实施例，共面的高频辐射体和低频环辐射体可用PCB方法实现。

特别地，较低频段天线201和较高频段天线203可同为本发明提出的双极化环天线。

从以上描述可以看出，由于本发明双极化环天线的环辐射体包括四个对称设置的辐射臂，利用环天线辐射臂电流/电压分布的对称性及正交性原理，对单极化环天线施行多点激励便可实现双极化环天线，且该双极化环天线与单极化环天线的辐射体尺寸基本一致。此外，本发明的双极化环天线与已知的由四个半波对称振子组成的基站天线单元相比，其可替代传统天线，且本发明双极化环天线的辐射体尺寸更小，横向尺寸仅为传统天线的50％，同时，本发明的双极化天线结构简单、易于制造和成型，还具有剖面低、辐射特性优良等特点。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质所进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种双极化环天线，其特征在于：包括环辐射体、馈电网络、巴伦组和反射板，所述环辐射体包括四个辐射臂并置于所述反射板正上方，四个所述辐射臂对称设置，所述巴伦组包括四组巴伦，且每一组巴伦包括一对巴伦臂，每一所述巴伦臂的上端与所述辐射臂连接，八个所述巴伦臂的下端收拢后固定于所述反射板并保证所述环辐射体的平面平行于所述反射板，所述馈电网络与所述辐射臂和所述巴伦臂分别连接。

2.如权利要求1所述的双极化环天线，其特征在于：相邻的所述辐射臂之间设置有间隙。

3.如权利要求2所述的双极化环天线，其特征在于：所述间隙或为窄长方形或为阶梯渐变形或为直线渐变形或为曲线渐变形。

4.如权利要求1所述的双极化环天线，其特征在于：所述环辐射体具有对称结构，且所述环辐射体为方形环、圆形环或多边形环。

5.如权利要求1所述的双极化环天线，其特征在于：四个所述辐射臂共面设置或异面设置，且四个所述辐射臂于所述环辐射体所在平面依次呈90°对称分布。

6.如权利要求1所述的双极化环天线，其特征在于：所述辐射臂的平均长度为四分之一设计频率所对应的波长。

7.如权利要求1所述的双极化环天线，其特征在于：所述环辐射体与所述巴伦组一次性压铸成型；或所述巴伦组一次性压铸成型、所述环辐射体用PCB方法实现后再二者焊接结合。

8.如权利要求1-7任一项所述双极化环天线，其特征在于：所述巴伦臂为导电体，每一组所述巴伦的两个所述巴伦臂的上端分别与对应所述辐射臂的相邻端连接，八个所述巴伦臂的下端收拢后通过导电固定盘固定于所述反射板。

9.如权利要求8所述的双极化环天线，其特征在于：所述馈电网络为射频电缆型或微带线型或带线型或它们的组合型，所述馈电网络包括两组分支网络，两组所述分支网络分别对应提供±45°极化信号的输入和输出。

10.如权利要求9所述的双极化环天线，其特征在于：射频电缆型馈电网络的电缆外导体铺设于任一所述巴伦臂的U型槽，且所述电缆外导体的末端焊接于任一所述巴伦臂或辐射臂以形成馈电点，所述射频电缆型馈电网络的电缆芯线跨越所述电缆外导体所在的所述巴伦臂或辐射臂与另一所述巴伦臂或辐射臂相连接。