CN109904585A - 双极化辐射单元和基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明适用于无线电领域，提供了一种双极化辐射单元和基站天线。其中，双极化辐射单元包括折合振子、巴伦结构和馈电导体，所述折合振子包括四个沿周向布置的导体环，各所述导体环对称设置，且相邻两个所述导体环的对称轴垂直设置，形成十字交叉对称轴，各所述导体环在分别朝向相邻的两个所述导体环的端部设有向所述十字交叉轴导电中心延伸的第一枝节和第二枝节；所述巴伦结构开设有四个上下贯通的连通孔，任一所述导体环具有两个分别连接于相邻的两个所述连通孔的孔壁的连接端；所述馈电导体有两个并交叉设置，各馈电导体一端***其中一连通孔，而其另一端连接对角的所述连通孔。本发明提供的双极化辐射单元体积小且具有优良的辐射性能。

Description

双极化辐射单元和基站天线

技术领域

本发明属于无线电领域，尤其涉及一种双极化辐射单元和基站天线。

背景技术

天线作为无线通信***的咽喉要道，是辐射和接受电磁波的重要***部件。天线性能的优劣，对移动通信***的总体性能起着决定性的作用。随着移动通信***在容量和质量上的不断升级，人们对基站天线提出了越来越高的性能指标要求。

我国1G大哥大时代为简单语音通讯；2G增加短信业务；3G又增加了上网、多媒体、互联网业务，形成了以三种编码方式并存的三大运营商巨头；LTE-4G与4G极大地改善了网络覆盖、并有效地提升了***容量；为满足人们日益增长的通讯需求，pre-5G与未来5G致力于打造人人网——物物网——万物互联的格局，为客户提供最佳的体验感。

通讯***的每一次演进都对基站天线提出了新要求，多制式、多通道、小型化是当下基站选址困难的pre-5G时代对基站天线的基本要求。同时,用于网络覆盖的低频天线贯始终、并在各通讯时代都占据着重要地位，竞争亦越来越激烈，所以小型化、低成本、高性能的低频产品是各大基站天线厂家的研究热点。

现有低频基站天线的主要缺点在于，无法兼顾产品增益指标与外观尺寸，无法做到小尺寸化、轻量化，不利于降成本，在当前市场下无竞争优势。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种双极化辐射单元和基站天线，其旨在确保双极化辐射单元辐射性能的同时降低尺寸。

本发明提供一种双极化辐射单元，包括折合振子、连接于所述折合振子的巴伦结构和用于对所述折合振子进行耦合馈电的馈电导体，

所述折合振子包括四个沿周向布置的导体环，各所述导体环对称设置，且相邻两个所述导体环的对称轴垂直设置，而相对的两个所述导体环的对称轴重叠，形成十字交叉对称轴，各所述导体环具有两个朝向所述十字交叉轴中心的连接端，并在背离所述十字交叉轴中心且分别朝向相邻的两个所述导体环的端部设有向所述十字交叉轴中心延伸的第一枝节和第二枝节；

所述巴伦结构在其上表面开设有四个上下贯通的连通孔，四个所述连通孔分别位于所述十字交叉轴的四个象限内，任一所述导体环的两个所述连接端分别连接于相邻的两个所述连通孔的孔壁；

所述馈电导体有两个并交叉设置，各所述馈电导体一端***其中一连通孔，而其另一端连接对角的所述连通孔。

进一步的，各所述导体环还包括顺次连接的第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂、第四辐射，以及分别与所述第一辐射臂、所述第二辐射臂、所述第三辐射臂、所述第四辐射臂对称设置的第五辐射臂、第六辐射臂、第七辐射臂和第八辐射臂，所述第四辐射臂连接于第八辐射臂；

其中，两个所述连接端分别设置在所述第一辐射臂和所述第二辐射臂上，所述第一枝节连接于所述第三辐射臂朝向所述第一十字交叉轴中心的端部，所述第二枝节连接于所述第七辐射臂朝向所述第一十字交叉轴中心的端部；

所述第二辐射臂和所述第六辐射臂的截面形状沿延伸方向变化设置。

进一步的，所述第一辐射臂和所述第五辐射臂的截面形状沿延伸方向变化设置

进一步的，所述第一辐射臂、所述第二辐射臂和/或第一枝节在其下表面设有加强筋。

进一步的，所述双极化辐射单元还包括多个绝缘材料制成的介质卡扣，任一所述折合振子的所述第一辐射臂和所述第五辐射臂留有空隙并由所述介质卡扣扣合连接，所述折合振子的第三辐射臂和相邻的所述折合振子的第七辐射臂留有空隙并由所述介质卡扣扣合连接。

进一步的，所述双极化辐射单元还包括套设在所述馈电导体上并位于所述连通孔内的镶嵌介质，所述镶嵌介质由绝缘材料制成并用于限定所述馈电导体相对所述连通孔运动。

进一步的，所述双极化辐射单元还包括反射板，所述巴伦结构与所述反射板连接并与所述反射板绝缘设置。

进一步的，所述双极化辐射单元还包括将所述巴伦结构固定在所述反射板上的绝缘垫片，所述绝缘垫片包括垫板主体和连接于所述垫板主体并向下延伸的凸块，所述绝缘垫片在所述凸块的下表面向上开设有贯通至所述垫板主体上表面的贯通孔，所述贯通孔有两个并分别供两个所述馈电导体穿过；

所述反射板在其上表面向下开设有上下贯通的固定孔，所述反射板连接于所述垫板主体且其所述固定孔套入所述凸块。

进一步的，所述双极化辐射单元还包括电缆，所述电缆从内到外包括内层导体、介质层、外部导体和表皮，所述内层导体与所述馈电导体电连接，所述外部导体与所述巴伦结构电连接。

本发明还提供一种基站天线，包括如上述的双极化辐射单元，所述双极化辐射单元有多个，且呈行列布置。

本发明提供的双极化辐射单元，具有698MHz～960MHz的带宽，结构简单、适合批量生产，体积小，符合天线小型化的需求，而且具有收敛性波宽、高增益、高FBR等优良的辐射性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的双极化辐射单元的整体示意图；

图2是本发明实施例一的双极化辐射单元的侧视图；

图3是本发明实施例一的双极化辐射单元的立体图，其中，反射板不可见；

图4是本发明实施例一的双极化辐射单元的另一角度的立体图，其中，反射板不可见；

图5是本发明实施例一中折合振子和馈电导体的俯视图；

图6是本发明实施例一中馈电导体与电缆的一种连接示意图；

图7是图6中结构的侧视图；

图8是本发明实施例一中馈电导体与电缆的另一种连接示意图；

图9是本发明实施例二的基站天线示意图。

附图标号说明：

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

还需要说明的是，本发明实施例中，按照图1中所建立的XYZ直角坐标系定义：位于X轴正方向的一侧定义为右方，位于X轴负方向的一侧定义为左方；位于Y轴正方向的一侧定义为前方，位于Y轴负方向的一侧定义为后方；位于Z轴正方向的一侧定义为上方，位于Z轴负方向的一侧定义为下方。

还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上和下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

实施例一

请参照图1至图8，本实施例提供一种双极化辐射单元，包括折合振子10、连接于折合振子10的巴伦结构20和用于对折合振子10进行耦合馈电的馈电导体30。

折合振子10包括四个导体环，四个导体环沿周向布置。各导体环对称设置，且相邻两个导体环的对称轴垂直设置，而相对的两个导体环的对称轴重叠，形成十字坐标轴S1，各导体环具有两个朝向十字坐标轴S1的中心的连接端，并在背离十字坐标轴S1的中心且分别朝向相邻的两个导体环的端部设有向十字坐标轴S1的中心延伸的第一枝节151和第二枝节152。

为便于描述，将四个导体环按逆时针方向依次命名为第一振子10A、第二振子10B、第三振子10C和第四振子10D，第一振子10A的右边和第四振子10D的左边位于十字坐标轴S1的第一象限，第一振子10A的左边和第二振子10B的右边位于十字坐标轴S1的第二象限，第二振子10B的左边和第三振子10C的右边位于十字坐标轴S1的第三象限，第三振子10C的左边和第四振子10D的右边位于十字坐标轴S1的第四象限。

第一枝节151和第二枝节152的设置延伸了电流路径，有效改善辐射单元的阻抗带宽特性并在工作带宽下有效减小辐射单元的尺寸。

巴伦结构20在其上表面开设有四个上下贯通的连通孔21，四个连通孔21分别位于十字交叉轴S1的四个象限内，任一导体环的两个连接端分别连接于两个相邻的连通孔21的孔壁。

为便于描述，将四个连通孔21按逆时针方向命名为第一通孔21A、第二通孔21B、第三通孔21C和第四通孔21D，第一通孔21A位于十字坐标轴S1的第二象限，第二通孔21B位于十字坐标轴S1的第三象限，第三通孔21C位于十字坐标轴S1的第四象限，第四通孔21D位于十字坐标轴S1的第一象限。

馈电导体30有两个并交叉设置，任一馈电导体30一端***其中一连通孔21而另一端***对角的连通孔21或连接于对角的连通孔21，从而对位于十字坐标轴S1对角的两个象限的折合振子10进行耦合馈电。

本图示实施例中，各馈电导体30两端分别***对角的两个连通孔21中。两个馈电导体30分别命名为第一导体30A和第二导体30B，第一导体30A穿过第一通孔21A和第三通孔21C分别给折合振子10中位于第二象限和第四象限的部分馈电，第二导体30B穿过第二通孔21B和第四通孔21D分别给折合振子10中位于第一象限和第三象限的部分馈电。

本实施例提供的双极化辐射单元，具有698MHz～960MHz的带宽，结构简单、适合批量生产，体积小，符合天线小型化的需求，而且具有收敛性波宽、高增益、高FBR等优良的辐射性能。

请参照图5，各导体环还包括顺次连接的第一辐射臂111、第二辐射臂121、第三辐射臂131、第四辐射臂141，以及分别与第一辐射臂111、第二辐射臂121、第三辐射臂131、第四辐射臂141对称设置的第五辐射臂112、第六辐射臂122、第七辐射臂132和第八辐射臂142，第四辐射臂141连接于第八辐射臂142。

其中，两个连接端分别设置在第一辐射臂111和第二辐射臂121上，第一枝节151连接于第三辐射臂131朝向十字坐标轴S1的中心的端部，第二枝节152连接于第七辐射臂132朝向十字坐标轴S1的中心的端部。

图示实施例中，第四辐射臂141和第八辐射臂142位于同一圆周上，四个导体环整体外轮廓为圆形。在其它实施例中，第四辐射臂141和第八辐射臂142连线，可呈四方形、正八边形或正四角形。

各辐射臂的设置使导体环内部形成镂空结构，导体环之间也形成镂空结构。该设计实现双极化辐射单元的小型化和轻量化。

第二辐射臂121和第六辐射臂122的截面形状沿延伸方向变化设置。即，第二辐射臂121和第六辐射臂122均为不规则形状，该设计相比于等截面杆的设计有利于获得更加优秀的阻抗匹配。图示实施例中，第二辐射臂121和第六辐射臂122对称设置，均由两个弧心相同的弧形杆和一个径向连接于两个弧形杆的连接件连接而成，两个弧形杆的弧线直径不同，径向截面尺寸不同。在其它实施例中，第二辐射臂121和第六辐射臂122分别由多个不同截面尺寸的直杆连接形成，也可以是其它形式，本方案不唯一指定。

第一辐射臂111和第五辐射臂112的截面形状沿延伸方向变化设置。即第一辐射臂111和第五辐射臂112亦为变截面杆。该设计可改善双极化辐射单元的阻抗带宽性能。本图示实施例中，第一辐射臂111和第二辐射臂121对称设置，第三辐射臂131和第四辐射臂141对称设置，第一辐射臂111和第三辐射臂131结构不同。

请参照图4，第一辐射臂111、第二辐射臂121和/或第一枝节151在其下表面设有加强筋16。第一辐射臂111和第五辐射臂112、第二辐射臂121和第六辐射臂122、第一枝节151和第二枝节152为三对辐射对，加强筋16设置在三对辐射对中任意一对、任意两对或全部辐射对上。在获取良好电气性能的同时实现辐射单元的轻量化设计。图示实施例中，加强筋16位于第一辐射臂111、第二辐射臂121、第一枝节151、第五辐射臂112、第六辐射臂122和第二枝节152下表面的边缘位置，在其它实施例中，加强筋16也可以位于加强筋16位于第一辐射臂111、第二辐射臂121、第一枝节151、第五辐射臂112、第六辐射臂122和第二枝节152的下表面的中间或其它位置。

请参照图2或图3，双极化辐射单元还包括多个绝缘材料制成的介质卡扣40，任一折合振子10的第一辐射臂111和第五辐射臂112留有空隙并由介质卡扣40扣合连接，折合振子10的第三辐射臂131和相邻的折合振子10的第七辐射臂132留有空隙并由介质卡扣40扣合连接。该设计兼顾电气性能的同时，有效提高四个导体环的结构强度。图示实施例中，介质卡扣40有八个，四个分别用于扣合各导体环的第一辐射臂111和第五辐射臂112，四个分别用于扣合相邻两个折合振子10的第三辐射臂131和第七辐射臂132。在其它实施例中，介质卡扣40不限于本图示实施例的位置和数量。

优选的，介质卡扣40为耐高温材料，以避免介质卡扣40在高温下融化。介质卡扣40可为耐高温塑料或陶瓷。

请参照图6，馈电导体30包括顺次连接的第一馈电段31、连接段32和第二馈电段33，第一馈电段31和第二馈电段33分别用于将信号馈电给折合振子10，连接段32用于将从第一馈电段31输出的信号传递至第二馈电段33。第一馈电段31位于一个连通孔21内，第二馈电段33位于对角的连通孔21内。即，第一导体30A的第一馈电段31位于第一通孔21A内并用于给第一振子10A的左边和第二振子10B的右边馈电，第一导体30A的第二馈电段33位于第三通孔21C内并用于给第三振子10C的左边和第四振子10D的右边馈电；第二导体30B的第一馈电段31位于第四通孔21D内并用于给第四振子10D的左边和第一振子10A的右边馈电，第二导体30B的第二馈电段33位于第二通孔21B内并用于给第二振子10B的左边和第三振子10C的右边馈电。第一导体30A的连接段32和第二导体30B的连接段32上下交错设置。

双极化辐射单元还包括套设在馈电导体30上并位于连通孔21内的镶嵌介质50，镶嵌介质50由绝缘材料制成并用于限定馈电导体30相对连通孔21运动。该设计在兼顾电气性能的同时，有效的提高了馈电导体30的结构可靠性。镶嵌介质50有多个，图示实施例中，镶嵌介质50有六个，对称固定在两个馈电导体30上。第一馈电段31连接有两个镶嵌介质50，从而将两个馈电导体30的第一馈电段31分别固定在第一通孔21A和第四通孔21D上，第二馈电段33连接有一个镶嵌介质50，从而将两个馈电导体30的第二馈电段33分别固定在第三通孔21C和第二通孔21B上。在其它实施例中，馈电导体30可为其它数量值或固定在图示位置以外的其它位置。

优选的，镶嵌介质50为耐高温材料，可为耐高温塑料或陶瓷。

请参照图1或图2，双极化辐射单元还包括反射板60，巴伦结构20与反射板60连接并与反射板60绝缘设置。该设计实现巴伦结构20和反射板60的耦合电气连接，从而使得反射板60作为地信号层，并与巴伦结构20、折合振子10和馈电导体30形成馈电信号回路。

请参照图2和图4，双极化辐射单元还包括将巴伦结构20固定在反射板60上的绝缘垫片70，绝缘垫片70包括垫板主体71和连接于垫板主体71并向下延伸的凸块72，绝缘垫片70在凸块72的下表面向上开设有贯通至垫板主体71上表面的贯通孔，贯通孔有两个并分别供两个馈电导体30穿过；馈电导体30穿过贯通孔而与信号源连接以接收信号。

反射板60在其上表面向下开设有上下贯通的固定孔61，反射板60连接于垫板主体71且其固定孔61套入凸块72。

垫板主体71的设置隔绝了巴伦结构20和反射板60的直接接触，凸块72的设置隔绝了反射板60与馈电导体30的直接接触。同时，绝缘垫片70与巴伦结构20固定连接，绝缘垫片70与反射板60固定连接，从而使巴伦结构20和反射板60非接触性固定连接。

本实施例中，折合振子10和巴伦结构20一体设置。巴伦结构20和折合振子10一次性整体成型，减少了零件数量，简化装配流程。

巴伦结构20和折合振子10为金属材料或金属包裹的非金属材料制成。

请参照图8，双极化辐射单元包括电缆90，电缆90从内到外包括内层导体91、介质层、外部导体92和表皮，内层导体91与馈电导体30电连接，外部导体92与巴伦结构20电连接。具体实现方式如下：巴伦结构20在其下表面向上开设有弧形槽，内层导体91突出于外层导体92并穿过弧形槽与馈电导体30连接，外层导体92与弧形槽槽底或巴伦结构20的外表面连接。即，外部导体92直接焊接在巴伦结构20上，该设计减少零件，有利于双极化辐射单元小型化。

在另外的实施例中，请一并参照图6和图7，双极化辐射单元包括馈电座82，内层导体91突出于外部导体92并穿过馈电座82与馈电导体30电连接，外部导体92与馈电座82连接。图示实施例中，馈电导体30还包括第三馈电段34，第三馈电段34一端与第一馈电段31耦合压接，而另一端与内层导体91电连接。第三馈电段34与第一馈电段31的连接位置位于连通孔21内，并采用固定件81紧固、绝缘。第三馈电段34另一端伸出连通孔21并与内层导体91电连接。馈电座82位于该连接处，即，馈电座82设有供一贯穿孔，内层导体91穿过该贯穿孔与第三馈电段34焊接，而其外部导体92与馈电座82焊接。第三馈电段34的设置将焊接操作转移至巴伦结构20以外区域，便于连接操作。且当巴伦结构20底部的焊接条件不佳时，外层导体直接焊接在巴伦结构20的焊接难度较大，因此，该设计有助于降低连接难度。

实施例二

请参照图9，本实施例提供一种基站天线，包括多个双极化辐射单元1，双极化辐射单元1的具体结构参照实施例一。由于本基站天线采用了上述实施例一的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

请再次参照图9，多个双极化辐射单元1呈行列布置。图示实施例中，双极化辐射单元1有十个，并呈两行五列排布。各双极化辐射单元1的反射板60一体设置。在698MHz～960MHz的工作带宽下，该基站天线的宽度可以做到420mm以内。在790MHz～960MHz的工作带宽下，宽度可以做到380mm以内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双极化辐射单元，其特征在于，包括折合振子、连接于所述折合振子的巴伦结构和用于对所述折合振子进行耦合馈电的馈电导体，

所述折合振子包括四个沿周向布置的导体环，各所述导体环对称设置，且相邻两个所述导体环的对称轴垂直设置，而相对的两个所述导体环的对称轴重叠，形成十字交叉对称轴，各所述导体环具有两个朝向所述十字交叉轴中心的连接端，并在背离所述十字交叉轴中心且分别朝向相邻的两个所述导体环的端部设有向所述十字交叉轴中心延伸的第一枝节和第二枝节；

所述巴伦结构在其上表面开设有四个上下贯通的连通孔，四个所述连通孔分别位于所述十字交叉轴的四个象限内，任一所述导体环的两个所述连接端分别连接于相邻的两个所述连通孔的孔壁；

所述馈电导体有两个并交叉设置，且各所述馈电导体一端***其中一连通孔，而其另一端连接对角的所述连通孔。

2.如权利要求1所述的双极化辐射单元，其特征在于，各所述导体环还包括顺次连接的第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂、第四辐射，以及分别与所述第一辐射臂、所述第二辐射臂、所述第三辐射臂、所述第四辐射臂对称设置的第五辐射臂、第六辐射臂、第七辐射臂和第八辐射臂，所述第四辐射臂连接于第八辐射臂；

其中，两个所述连接端分别设置在所述第一辐射臂和所述第二辐射臂上，所述第一枝节连接于所述第三辐射臂朝向所述第一十字交叉轴中心的端部，所述第二枝节连接于所述第七辐射臂朝向所述第一十字交叉轴中心的端部；

所述第二辐射臂和所述第六辐射臂的截面形状沿延伸方向变化设置。

3.如权利要求2所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述第一辐射臂和所述第五辐射臂的截面形状沿延伸方向变化设置。

4.如权利要求2所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述第一辐射臂、所述第二辐射臂和/或第一枝节在其下表面设有加强筋。

5.如权利要求1所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述双极化辐射单元还包括多个绝缘材料制成的介质卡扣，任一所述折合振子的所述第一辐射臂和所述第五辐射臂留有空隙并由所述介质卡扣扣合连接，所述折合振子的第三辐射臂和相邻的所述折合振子的第七辐射臂留有空隙并由所述介质卡扣扣合连接。

6.如权利要求1所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述双极化辐射单元还包括套设在所述馈电导体上并位于所述连通孔内的镶嵌介质，所述镶嵌介质由绝缘材料制成并用于限定所述馈电导体相对所述连通孔运动。

7.如权利要求1至6任一所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述双极化辐射单元还包括反射板，所述巴伦结构与所述反射板连接并与所述反射板绝缘设置。

8.如权利要求7所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述双极化辐射单元还包括将所述巴伦结构固定在所述反射板上的绝缘垫片，所述绝缘垫片包括垫板主体和连接于所述垫板主体并向下延伸的凸块，所述绝缘垫片在所述凸块的下表面向上开设有贯通至所述垫板主体上表面的贯通孔，所述贯通孔有两个并分别供两个所述馈电导体穿过；

所述反射板在其上表面向下开设有上下贯通的固定孔，所述反射板连接于所述垫板主体且其所述固定孔套入所述凸块。

9.如权利要求8所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述双极化辐射单元还包括电缆，所述电缆从内到外包括内层导体、介质层、外部导体和表皮，所述内层导体与所述馈电导体电连接，所述外部导体与所述巴伦结构电连接。

10.一种基站天线，其特征在于，包括如权利要求1至9任一所述的双极化辐射单元，所述双极化辐射单元有多个，且呈行列布置。