CN105186107B - 双极化天线及其辐射单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种辐射单元，其包括巴伦和由所述巴伦馈电与支撑的辐射体，所述辐射体包括两个正交布置的半波振子,每个所述半波振子包括两个振子臂，其中，每个所述振子臂开设有布置在该振子臂对称轴上的主镂空孔，分别属于不同的半波振子的振子臂上的主镂空孔的大小不同。进一步地公开一种双极化天线，其包括至少一个天线反射板和多个设置在所述天线反射板上的辐射单元，其中，其采用如前所述的辐射单元。本发明的双极化天线及其辐射单元交叉极化比高、隔离度高和增益高，具有良好的辐射特性。

Description

双极化天线及其辐射单元

技术领域

本发明涉及一种移动通信天线，尤其涉及一种双极化天线，以及应用在该天线中的辐射单元。

背景技术

为了解决多运营商共享移动通信***所带来的多频段、多制式、干扰复杂等难题，并满足人们对电磁污染容忍度越来越苛刻的要求，宽频带、高增益、小型化、高隔离度的双极化基站天线的需求更加迫切。

全向天线具有全向辐射、架设方便的优点，不管是在移动通信***建站初期的快速布置站点还是在网优后期的查盲补漏都具有特殊的用途。以往的全向型基站天线以单极化为主，但现代移动通信***特别是4G LTE***需要MIMO(多路收发)技术，虽然使用两个传统的单极化天线采用空间分集的方式可以实现，但这种分集方式需要站点的面积大，物业协调难，物业费用高，对环境的视觉冲击大。而采用±45°两种极化形式实现极化分集的双极化全向天线，其结构紧凑，既满足了MIMO技术所要求的双通道天线要求，又解决了天线难于与环境协调安装的难题，减少居民对无线电磁环境的恐惧和抵触。

现有技术中，专利CN102447163提出了一个锥形振子+四个水平极化振子组成圆阵的形式来实现，其中锥形振子实现垂直极化功能，四个水平极化的振子圆阵实现水平极化功能。该技术对当前双极化全向天线技术具有广泛的代表性，能够实现垂直/水平极化的功能，其缺点是：这类天线的尺寸较大，增益在2dBi左右，只能用于室内分布***对天线增益要求不高的情况，无法实现并馈组阵设计成高增益的室外基站天线。专利CN 102142620给出了实现双极化全向天线的另一种方式，即其中一个极化采用缝隙电磁耦合的方式来实现垂直或水平的极化形式功能，在手持终端上得到了应用，但缝隙天线的频带较窄，不能实现基站天线所要求的宽频带要求，其并馈馈电也较难实现，并没有用在高增益全向室外基站天线的实用价值。US8031129B2给出了一种垂直/水平极化高增益全向天线，其垂直极化单元组成圆阵，而水平极化辐射单元置于圆心。该技术有两个缺点，一是为了避免两种极化的相互影响，天线尺寸会要求较大；二是虽然可以做成垂直/水平极化天线，但却不能实现移动通信主流设计要求的±45°双极化天线。

综上所述，现有的技术不能解决宽频带、高增益、紧凑型、高隔离的全向双极化天线的技术难题。

发明内容

本发明的目的旨在解决上述技术瓶颈，提供一种辐射性能优越的±45°双极化天线，以及应用在该天线中的辐射单元。

为达到以上技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种辐射单元，其包括巴伦和由所述巴伦馈电与支撑的辐射体，所述辐射体包括两个正交布置的半波振子,每个所述半波振子包括两个振子臂，其中，每个所述振子臂开设有布置在该振子臂对称轴上的主镂空孔，分别属于不同的半波振子的振子臂上的主镂空孔的大小不同。优选地，所述主镂空孔布置在靠近所述振子臂的边缘处。

进一步地，所述振子臂还开设有在该振子臂对称轴两侧的辅镂空孔。优选地，分别属于不同的半波振子的振子臂上的辅镂空孔的大小不同。

具体地，每个所述振子臂为具有一个独立外轮廓角和两个隙间外轮廓角的方形结构，所述主镂空孔布置在靠近所述独立外轮廓角处，所述辅镂空孔布置在靠近所述隙间外轮廓角处。

可选择地，所述主镂空孔为四边形或五边形；所述辅镂空孔为四边形或五边形。

为提升隔离度，分别属于不同的半波振子的相邻的振子臂之间存在间隙，至少一个所述间隙设置有隔片。

所述隔片的大小由所述辐射体限定：所述隔片的上边缘与该辐射单元的辐射体所在的平面平齐；该隔片的一个侧边缘与该辐射体的侧边缘平齐。

具体地，所述隔片由单层印刷铜箔的PCB板制成。

一种双极化天线，其包括至少一个天线反射板和多个设置在所述天线反射板上的辐射单元，其中，其采用如前所述的辐射单元。

优选地，每个天线反射板上设置n个所述辐射单元，n≥4。

进一步地，多个所述辐射单元分别在每个所述天线反射板上进行线性排列。

更优选地，两个相邻的所述辐射单元之间设置有垂直于所述天线反射板的隔离板。

具体地，所述隔离板由环弧形金属片制成。

与现有技术相比较，本发明具有如下优势：

(1)本发明的辐射单元中两个半波振子之间通过设置不同的镂空结构来实现结构上的不对称，用于提升该辐射单元的交叉极化比。

(2)本发明的辐射单元中前述的不同的镂空结构主要通过分别属于不同的半波振子的振子臂上的主镂空孔的大小不同来体现，这种镂空设计易于通过生产加工来实现。

(3)本发明的辐射单元在相邻的振子臂的间隙中设置隔片，能提升隔离度到30dB以上。

(4)本发明的双极化天线通过采用上述的辐射单元和优化该辐射单元的组阵方式，有效提高该天线的增益。

附图说明

图1为本发明的辐射单元的立体结构示意图。

图2为本发明的双极化天线第一实施例的立体结构示意图。

图3为本发明的双极化天线第二实施例的立体结构示意图。

图4为本发明的双极化天线第三实施例的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参考图1，本发明的辐射单元1包括巴伦11和由该巴伦11馈电与支撑的辐射体12。具体地，所述辐射体12包括正交布置的第一半波振子121和第二半波振子122。

所述第一半波振子121包括两个对称的振子臂1211，每个所述振子臂1211为方形结构，该方形结构的其中一个角与所述巴伦11连接，其他三个角分别为一个不与其他振子臂相邻的独立外轮廓角1211d和两个与其他振子臂相邻的隙间外轮廓角1211e和隙间外轮廓角1211f。所述振子臂1211的对称轴上开设有决定该振子臂1211辐射特性的主镂空孔1211a，所述主镂空孔1211a优选开设在靠近所述独立外轮廓角1211d的边缘处；所述振子臂1211的对称轴的两侧还开设有优化该振子臂1211辐射特性的辅镂空孔1211b和辅镂空孔1211c，优选地，所述辅镂空孔1211b开设在靠近所述隙间外轮廓角1211e的边缘处，所述辅镂空孔1211c开设在靠近所述隙间外轮廓角1211f的边缘处。

所述第二半波振子122包括两个对称的振子臂1221，所述振子臂1221的结构和所述属于第一半波振子121的振子臂1211的结构类似：每个所述振子臂1221为方形结构，该方形结构的其中一个角与所述巴伦11连接，其他三个角分别为一个不与其他振子臂相邻的独立外轮廓角1221d和两个与其他振子臂相邻的隙间外轮廓角1221e和隙间外轮廓角1221f。所述振子臂1221的对称轴上开设有决定该振子臂1221辐射特性的主镂空孔1221a，所述主镂空孔1221a优选开设在靠近所述独立外轮廓角1221d的边缘处；所述振子臂1221的对称轴的两侧还开设有优化该振子臂1221辐射特性的辅镂空孔1221b和辅镂空孔1221c，优选地，所述辅镂空孔1221b开设在靠近所述隙间外轮廓角1221e的边缘处，所述辅镂空孔1221c开设在靠近所述隙间外轮廓角1221c开设在靠近所述隙间外轮廓角1221f的边缘处。

进一步地，所述第一半波振子121和第二半波振子122的区别在于所述主镂空孔1211a的大小和形状与所述主镂空孔1221a的大小和形状不同，具体地，所述主镂空孔1211a为较小的四边形孔，所述主镂空孔1221a为较大的五边形孔。

更进一步地，所述辅镂空孔1211b(和辅镂空孔1211c)的大小和形状与所述辅镂空孔1221b(和辅镂空孔1221c)的大小和形状也不同，具体地，所述辅镂空孔1211b和辅镂空孔1211c是较大的五边形孔，所述辅镂空孔1221b和辅镂空孔1221c是较小的四边形孔。

另外，本领域技术人员应当理解，属于同一个振子臂的两个辅镂空孔(例如辅镂空孔1211b和辅镂空孔1211c，辅镂空孔1221b和辅镂空孔1221c)可以是相同的(如本实施例所示)，也可以是不同的，所述的不同可以体现在孔的大小和/或形状上。对于同一个半波振子的两个振子臂上的辅镂空孔的排布，可以是相同的，可以是相互对称的，也可以是完全不同的。

由此，通过对每个振子臂上的镂空结构的合理设计，特别是设定所述镂空孔的大小和排布位置，来提升该辐射单元1的交叉极化比。

请继续参考图1，为进一步提升所述辐射单元1的隔离度，在分别属于不同的半波振子的相邻的振子臂之间预留的缝隙123中***隔片124。所述隔片124由单层印刷铜箔的PCB板制成，该隔片124的铜箔部分和接壤的振子臂之间以焊接方式连接固定。该隔片124的大小由所述辐射体12的尺寸限制：该隔片124的上边缘与该辐射体12所在的平面平齐；该隔片124的一个侧边缘与该辐射体12的侧边缘平齐。本实施例中，每个所述辐射单元1设置一个所述隔片124，该辐射单元1的隔离度提升到30dB以上。

参考图2～4，多个所述辐射单元1在纵长的天线反射板2上进行线性排列组成一个双极化定向天线，其中，至少四个所述辐射单元1组成一个工作阵列1A，可以根据增益的需求在一个所述天线反射板2上设置包含四个或四个以上所述辐射单元1的所述工作阵列1A，因此，每个所述天线反射板上设置有n(n≥4)个所述辐射单元1。如图2所示的双极化天线的每个所述天线反射板2上设有一个包含四个所述辐射单元1的工作阵列1A；如图3所示的双极化天线的每个所述天线反射板2上设有一个包含八个所述辐射单元1的工作阵列1A，该天线的增益达到10.5dBi；如图4所示的双极化天线的每个所述天线反射板2上设有一个包含十二个所述辐射单元1的工作阵列1A，该天线的增益达到13dBi。

进一步地，为进一步提高所述双极化天线的隔离度，排列在同一个所述天线反射板2上的两个相邻的所述辐射单元之间设有垂直于所述天线反射板2的由环弧形金属片制成的隔离板3。

综上所述，本发明的双极化天线及其辐射单元交叉极化比高、隔离度高和增益高，具有良好的辐射特性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种辐射单元，其包括巴伦和由所述巴伦馈电与支撑的辐射体，所述辐射体包括两个正交布置的半波振子,每个所述半波振子包括两个振子臂，其特征在于：每个所述振子臂开设有布置在该振子臂对称轴上的主镂空孔，分别属于不同的半波振子的振子臂上的主镂空孔的大小不同；分别属于不同的半波振子的相邻的振子臂之间存在间隙，至少一个所述间隙设置有隔片，所述隔片由单层印刷铜箔的PCB板制成。

2.如权利要求1所述的辐射单元，其特征在于：所述主镂空孔布置在靠近所述振子臂的边缘处。

3.如权利要求2所述的辐射单元，其特征在于：所述振子臂还开设有在该振子臂对称轴两侧的辅镂空孔。

4.如权利要求3所述的辐射单元，其特征在于：分别属于不同的半波振子的振子臂上的辅镂空孔的大小不同。

5.如权利要求4所述的辐射单元，其特征在于：每个所述振子臂为具有一个独立外轮廓角和两个隙间外轮廓角的方形结构，所述主镂空孔布置在靠近所述独立外轮廓角处，所述辅镂空孔布置在靠近所述隙间外轮廓角处。

6.如权利要求5所述的辐射单元，其特征在于：所述主镂空孔为四边形或五边形；所述辅镂空孔为四边形或五边形。

7.如权利要求1所述的辐射单元，其特征在于：所述隔片的上边缘与该辐射单元的辐射体所在的平面平齐；该隔片的一个侧边缘与该辐射体的侧边缘平齐。

8.一种双极化天线，其包括至少一个天线反射板和多个设置在所述天线反射板上的辐射单元，其特征在于：其采用如权利要求1～7任意一项所述的辐射单元。

9.如权利要求8所述的双极化天线，其特征在于：每个天线反射板上设置n个所述辐射单元，n≥4。

10.如权利要求8或9所述的双极化天线，其特征在于：多个所述辐射单元分别在每个所述天线反射板上进行线性排列。

11.如权利要求10所述的双极化天线，其特征在于：两个相邻的所述辐射单元之间设置有垂直于所述天线反射板的隔离板。

12.如权利要求11所述的双极化天线，其特征在于：所述隔离板由环弧形金属片制成。