CN109980329A - 一种宽带双极化天线 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种宽带双极化天线。本申请的宽带双极化天线，辐射单元包含四个偶极子，四个偶极子组合后安装在反射板上；偶极子两个臂连分别接于两个支撑导体顶端，支撑导体底端连接公共底座；两个支撑导体顶端由缺口槽隔开，其中一个导体具有纵向槽和横向槽，纵向槽设有分离导体，分离导体与缺口槽相邻，横向槽将分离导体与公共底座隔开；四个偶极子的四条导线分别连接相应分离导体的底部末端；偶极子臂上放有附加导体；附加导体末端向偶极子臂弯折，并由电介质薄膜将其隔离。本申请的天线，可实现60‑65度半功率波束宽度，工作相对带宽至少为46％，具有较好正负60度覆盖扇区边沿交叉极化比；在宽频带范围内具有较好匹配性和兼容性。
Description
技术领域
本申请涉及天线领域，特别是涉及一种宽带双极化天线。
背景技术
在当今这个频繁使用移动电话的时代，市场每年对宽频带双极化天线的需求也随之变得巨大，因此业内投入了相当大的人力和物力研发制造简易的宽频带双极化天线以满足市场的需求。在实际运用中，大多数情况都要求双极化天线的水平面半功率波束宽度为65度，不仅需要具有良好的交叉极化鉴别率，还需要在较宽频带范围内与馈线良好匹配。
由于交叉偶极子的水平面波束宽度过宽，为了满足减小波束宽度的需求，就要使用结构较为复杂的辐射体。US5940044专利文献中描述了一种水平面半功率波束宽度大约为65度的双极化天线，该天线包含了多个偶极子附属阵列，每个附属阵列由四个钻石状的偶极子组成；每个附属阵列中的其中两个偶极子都是倾斜的，与接地导板的长边组成+45度角，以形成一个+45度角的极化辐射单元阵列；另外，两个偶极子与接地导板的长边组成–45度角，以形成一个–45度角的极化辐射单元阵列。这样排列偶极子是为了使呈+45度角的偶极子的相位中心和一个呈-45度角的元件能与跟接地导板长边平行的一条垂直线对齐。其他呈+45度角的偶极子的相位中心和呈-45度角的元件与另外一条垂直线对齐。这种偶极子方阵的主要缺点在于其复杂的电馈网络。例如，必须使用四条电缆对偶极子进行电馈。
在EP0973231A2、US6333720B1、US6529172B2和US2010/0309084A1专利文献中分别展示了其它几种具有方阵型偶极子的辐射体的数据；其技术方案是，这些偶极子的不平衡变压器都向偶极子方阵的中心部位倾斜，以简化生产步骤，但尽管如此，这些装置仍然较为复杂。
US6313809B1专利文献中描述了一种双极化辐射体，该辐射体包含了四个偶极子，这些偶极子更适宜被排列于反射体上，其顶视图为一个偶极子方阵；每个偶极子都是依靠一条对称线来进行电馈的，该对称线具有以下特点：辐射体在极化作用中呈+45度角或-45度角，向已规定结构的偶极子方阵进行电辐射。另外在US6940465B2、US7688271B2、CN202423543U、CN202268481U、CN101916910A、CN102097677A、CN102694237A、CN102544711A、CN201199545Y、CN102117967A和CN102013560A等专利文献中都分别有描述类似结构的偶极子方阵。
随着通信行业的发展，如今无线通信***中使用的天线都具有若干不同的频段，并包含多个彼此相邻的辐射体，这样就导致了天线的尺寸比较大的问题；有鉴于此，需要提供一种优化的双极化辐射体，能够兼容多频段的宽频带天线的同时，满足体积小型化的要求。
CN 108172978 A专利文献中描述了一种双极化天线，该天线包含了四个偶极子，偶极子的臂上设有附加导体，如图1和图2所示，附加导体通过耦合馈电的方式向相邻的偶极子臂进行馈电，并降低其工作频带的下限频率。由此可见，CN 108172978 A专利文献中的双极化天线具有尺寸小型化的优点，但这种设计在其它方面也存在不足。第一个不足是，其馈电网络需要四条电缆来实现偶极子与波束形成网络之间的连接，而波束形成网络构建在反射板的另一面，而且，这些电缆的接头还需要平行且连接于波束形成网络上的另一条电缆，这就使得整个馈电网络相当复杂；另外一个不足是，由于这些馈电电缆直接连接于偶极子，天线的工作频带受到了限制，由此可见，该天线的偶极子与馈电电缆之间不具有匹配电路。
发明内容
本申请的目的是针对现有技术的双极化天线存在的问题，提供一种结构改进的宽带双极化天线。
为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：
本申请公开了一种宽带双极化天线，包括反射板和布置在反射板上的辐射单元，其中，辐射单元包含了四个偶极子，四个偶极子组合后安装在反射板上；每个偶极子的两个臂连分别接于两个支撑导体的顶端，两个支撑导体的底端连接于一个安装于反射板的公共底座上；两个支撑导体相互平行，并且两个支撑导体的顶端由缺口槽将其彼此隔开，两个支撑导体中一个导体具有纵向槽和横向槽，纵向槽沿支撑导体的长度方向设置，纵向槽设置有分离导体，分离导体与缺口槽相邻，横向槽设置于支撑导体底端，横向槽将分离导体与公共底座分隔开；激励辐射单元的四个偶极子的四条导线分别连接到相应的分离导体的底部末端；传输线包括同轴电缆、金属带状线、印制电路板微带线和波导管的至少一种；偶极子臂上放置有附加导体，附加导体通过塑料支撑件将其固定在相应的偶极子臂上；附加导体的末端向偶极子臂弯折，并通过电介质薄膜将其与偶极子臂的端面隔离开。
优选的，连接偶极子和反射板的支撑导体与反射板成30-90度倾斜角。
优选的，分离导体的长度边沿上有凹的切口和凸出的凸台，切口和凸台呈不接触的齿合状态。
优选的，两个支撑导体顶端的缺口槽呈喇叭形结构，喇叭的敞口朝向偶极子臂。
优选的，每个偶极子的两个臂共同采用一组附加导体，每组附加导体由塑料支撑件固定。
优选的，塑料支撑件在缺口槽处具有凸出的凸台，凸台置于缺口槽中，填充缺口槽。
优选的，塑料支撑件设置有凸出的凸台，凸台置于与缺口槽相邻的纵向槽中，填充纵向槽。
优选的，偶极子臂的外边沿具有向下延伸指向反射板的导体凸出部；导体凸出部位于四个偶极子合围的空间外侧。
优选的，偶极子臂的内边沿具有向下延伸指向反射板的导体凸出部；导体凸出部位于四个偶极子合围的空间内侧。
优选的，偶极子臂向辐射单元的中心部位弯曲，使得四个偶极子组成的辐射单元的顶部整体外轮廓呈圆形、矩形或多边形。
优选的，在偶极子的两个臂的末端之间的塑料支撑板上设置有L型导体。
优选的，在相邻的偶极子之间的塑料支撑板上设置有L型导体。
优选的，激励辐射单元的四个偶极子的传输线均为同轴电缆，分离导体的底端直接连接于同轴电缆的内导体，同轴电缆的外导体连接于公共底座上。
优选的，激励辐射单元的四个偶极子的传输线为印制电路板，分离导体的底端的四个末端与在印制电路板上构建的馈电网络的带状线连接。
优选的，印制电路板上构建的馈电网络的两个端口与两根同轴电缆或者金属带状线连接，作为输入端口。
优选的，印制电路板放置于公共基座上。
优选的，印制电路板放置于反射板上。
优选的，印制电路板馈电网络设置有包括短路和开路枝节的匹配电路。
优选的，馈电网络包括由避开间隙相互隔离开的交叉布置的带状线，以及与避开间隙相邻且连接带状线两末端的导电电桥。
优选的，附加导体放置在偶极子臂的上方。
优选的，附加导体放置在偶极子臂的下方。
优选的，附加导体与偶极子臂一体成型，附加导体沿着偶极子臂的外边沿向下弯折，指向反射板方向，放置在低于偶极子臂所在平面。
优选的，附加导体与偶极子臂一体成型，附加导体沿着偶极子臂的外边沿向上弯折，背离反射板方向，放置在高于偶极子臂所在平面。
优选的，附加导体沿着偶极子臂同一平面的外边沿弯折，且附加导体末端直接连接于偶极子臂，或者附加导体直接焊接在偶极子上。
优选的，本申请的宽带双极化天线还包括聚焦元件，聚焦元件放置在辐射单元上方。
优选的，本申请的宽带双极化天线中，四个偶极子、连接偶极子的支撑导体和公共底座为导电材料制备的一体成型结构。
优选的，四个偶极子、连接偶极子的支撑导体和公共底座通过压铸、冲压或3D打印工艺制成一体式结构。
优选的，本申请的宽带双极化天线中，四个偶极子、连接偶极子的支撑导体、公共底座和附加导体为导电材料制备的一体成型结构。
优选的，四个偶极子、连接偶极子的支撑导体、公共底座和附加导体通过压铸、冲压或3D打印工艺制成一体式结构。
优选的，本申请的宽带双极化天线还包括高频带天线，高频带天线设置于四个偶极子围成的空腔内，构成共轴的多频段天线。
优选的，本申请有至少两个辐射单元放置于反射板上构成双极化阵列天线。
优选的，本申请的双极化阵列天线中，至少两个辐射单元中，至少一个为非对称结构，用于补偿相邻的天线之间的耦合，同时获得双频双极化天线所期望的辐射特性。
优选的，本申请的宽带双极化天线的反射板的至少两个侧边上设有侧壁。本申请的一种实现方式中，两个侧边上的侧壁背离辐射单元的方向向下延伸。
优选的，反射板内部，在与辐射单元相邻的侧面位置上至少设置有一个向上延伸的附加侧壁；即于辐射单元侧面设置有至少有一个向上延伸的附加侧壁。
需要说明的是，附加侧壁与反射板侧边上的侧壁不同，是设置于反射板内部的；附加侧壁的作用是改变阵列天线整体的交叉极化和波束宽度；附加侧壁的具体个数、具体高度和长度可以所需交叉极化和波束宽度进行调整，在此不作具体限定。
优选的，反射板内部，在与辐射单元相邻的侧边面置上至少设置有一个向上延伸的L型隔离导体，即于辐射单元侧面设置有至少有一个向上延伸的L型隔离导体。
需要说明的是，L型隔离导体与附加侧壁的形状类似，只是附加侧壁较长，而L型隔离导体较短；并且，L型隔离导体的主要作用是提高隔离度，对单个辐射单元或局部进行交叉极化调整。
由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：
本申请的宽带双极化天线，通过结构改进，可以实现60-65度的半功率波束宽度，工作的相对带宽至少为46％，并且，具有较好的正负60度覆盖扇区边沿交叉极化比；本申请的宽带双极化天线在宽频带范围内具有较好的匹配性，能够兼容宽频带天线阵列。
附图说明
图1是现有技术CN108172978 A专利中的双极化天线的结构示意图；
图2是现有技术CN108172978 A专利中的双极化天线另一视角的结构示意图；
图3是本申请实施例一中双极化天线的结构示意图；
图4是本申请实施例二中双极化天线的结构示意图；
图5是本申请实施例三中双极化天线的结构示意图；
图6是本申请实施例四中双极化天线的结构示意图；
图7是本申请实施例五中双极化天线的结构示意图；
图8是本申请实施例六中双极化天线的结构示意图；
图9是本申请实施例七中双极化天线的结构示意图；
图10是本申请实施例八中双极化阵列天线的结构示意图。
具体实施方式
现有的双极化天线，以CN 108172978 A为例进行说明，该专利文献中描述的双极化天线，如图1和图2所示，包含四个偶极子12，四个偶极子12依次设置并形成一个辐射面，一个偶极子12即为一个振子，两个振子为一对，两对阵子对称相向设置，且以正交极化的形式布置；四个偶极子的臂连分别接于相应馈电巴伦16的顶端，每个偶极子12连接有一对馈电巴伦16，为偶极子12馈电并提供支撑；馈电巴伦16呈辐射状轴对称地连接于底座14；每个偶极子设有一个加载元件18，加载元件18沿着偶极子臂放置，且由电介质元件固定在偶极子臂上，四个偶极子12一一对应四个加载单元18且四个加载单元18呈轴对称设置；加载元件18的中部设置于相邻偶极子臂末端之间；该辐射单元的顶视图为方形结构；四个偶极子12一一对应四个介质单元19且四个介质单元19呈轴对称设置，介质单元19设于加载单元18与偶极子12之间，各加载单元18和各介质单元19固定连接于各偶极子12上并与各偶极子12组成类微带线结构。四个偶极子12分别为第一偶极子12a、第二偶极子12b、第三偶极子12c和第四偶极子12d，第一偶极子12a包括两个第一单元臂122a，第二偶极子12b包括两个第二单元臂122b，第三偶极子12c包括两个第三单元臂122c，第四偶极子12d包括两个第四单元臂122d。相邻的第一单元臂122a和第二单元臂122b、相邻的第二单元臂122b和第三单元臂122c、相邻的第三单元臂122c和第四单元臂122d及相邻的第四单元臂122d和第一单元臂122a分别对应共用一个加载单元18和一个介质单元19。加载元件18与偶极子臂耦合长度大约是单个偶极子臂的长度的两倍，因此含加载元件18的这个设计大大减小了辐射单元的尺寸和高度，但不能提升对交叉极化比。
为此，本申请创造性的提出，一种结构改进的宽带双极化天线，如图3所示，包括反射板和布置在反射板上的辐射单元，其辐射单元包含了四个偶极子，四个偶极子呈方形结构排布并安装于反射板上；每个偶极子的两个臂连分别接于两个支撑导体的顶端，两个支撑导体的底端连接于一个安装于反射板的公共底座上；两个支撑导体相互平行，并且两个支撑导体的顶端由缺口槽将其彼此隔开，两个支撑导体中一个导体具有纵向槽和横向槽，纵向槽沿支撑导体的长度方向设置，纵向槽设置有分离导体，分离导体与缺口槽相邻，横向槽设置于支撑导体底端，横向槽将分离导体与所述公共底座分隔开；四个偶极子分别具有四条激励辐射单元的传输线，四条传输线分别连接到相应的分离导体的底部末端；偶极子臂上放置有附加导体，附加导体通过塑料支撑件将其固定在相应的偶极子臂上；附加导体的末端向偶极子臂弯折，并通过电介质薄膜将其与偶极子臂的端面隔离开。其中，激励辐射单元的四条传输线连接到分离导体部件的四个底部末端；分离导体的底部末端直接连接于同轴电缆的内导体，或与放置于公共基座上或反射板上的印制电路板上构建的馈电网络的带状线连接。
与现有的技术方案相比，本申请的宽带双极化天线在+/-60度覆盖扇区边沿的交叉极化比增加，具体的，天线包含了附加导体和导向槽，附加导体沿着偶极子臂放置，导向槽设置在支撑导体内；附加导体和纵向槽的形状结构及尺寸的变化会影响天线的辐射特性；因此可以通过调整偶极子臂或附加导体或导向槽的尺寸改善天线在宽频带范围上的交叉极化比。
并且，本申请的双极化天线具有更宽频带的特性，具体的，支撑导体上的分离导体由纵向槽隔开，并组成一条连接于偶极子臂与馈线之间的传输线；因此，在实际运用中，可以通过调整支撑导体以及纵向槽的切口与凸台的尺寸，来改善偶极子与馈线在宽频带范围内的匹配度。
本申请的双极化天线更易于与波束形成网络的连接，本申请的天线中，激励辐射单元的四条同轴电缆连接到四个分离导体的底部末端，支撑导***于公共底座附近并放置在反射板上；可见本申请的双极化天线用于连接波束形成网络的同轴电缆的长度大大减小。另外，本申请的一种实现方式中，分离导体的底部末端直接连接于带状线，该带状线布置在公共底座或反射板上的印制电路板构建的馈电网络，印制电路板包含了附加匹配电路，或波束形成网络的某些部件，例如功分器、滤波器、双工器等；在这种情况下，完全可以不使用同轴电缆。因此，本申请的双极化天线更易于与波束形成网络的连接。
此外，本申请的双极化天线的低频辐射体能更好地兼容双频带阵列天线，本申请的辐射单元高度减小，低频辐射单元内部的高频辐射单元发生的波束畸变也减小。本申请的天线设计，能通过调整附加导体和纵向槽的尺寸来改善阵列天线在宽频带范围内的交叉极化比和隔离度，并补偿相邻辐射体之间的耦合。
下面通过具体实施例和附图对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
实施例一
本例的宽带双极化天线，包括反射板和安装在反射板上的辐射单元，如图3所示，图中A图和B图分别为其A部位和B部位的放大结构示意图；辐射单元包含了四个偶极子，即第一偶极子1a、第二偶极子1b、第三偶极子1c和第四偶极子1d，四个偶极子呈方形结构排布并放置在反射板2上；第一偶极子1a具有两个偶极子臂21a和22a，第二偶极子1b具有两个偶极子臂21b和22b，第三偶极子1c具有两个偶极子臂21c和22c，第四偶极子1d具有两个偶极子臂21d和22d；第一偶极子1a的两个偶极子臂21a和22a分别连接于导体元件23a和24a的顶端，第二偶极子1b的两个偶极子臂21b和22b分别连接于导体元件23a和24a的顶端，第三偶极子1c的两个偶极子臂21c和22c分别连接于导体元件23c和24c的顶端，第四偶极子1d的两个偶极子臂21d和22d分别连接于导体元件23d和24d的顶端；所有导体元件23a至23d、24a至24d背离反射板2的长边方向倾斜，与反射板2成45度角，所有导体元件的底端连接于公共底座3上，并放置在反射板上；一个偶极子的两个偶极子臂的导体元件相互平行，且其顶端由缺口槽将两者隔开，例如导体元件23a和24a由缺口槽4a隔开、导体元件23b和24b由缺口槽4b隔开、导体元件23c和24c由缺口槽4c隔开、导体元件23d和24d由缺口槽4d隔开，导体元件23a至23d和24a至24d即四个偶极子的支撑导体；其中，一个偶极子的两个导体元件中的一个导体元件具有纵向槽和横向槽，纵向槽沿导体元件的长度方向延伸，纵向槽设置有分离导体，分离导体与缺口槽相邻，例如，导体元件23a具有纵向槽5a、导体元件23b具有纵向槽5b、导体元件23c具有纵向槽5c、导体元件23d具有纵向槽5d，纵向槽5a设置有与缺口槽4a相邻的分离导体6a、纵向槽5b设置有与缺口槽4b相邻的分离导体6b、纵向槽5c设置有与缺口槽4c相邻的分离导体6c、纵向槽5d设置有与缺口槽4d相邻的分离导体6d；横向槽设置于导体元件的底端，横向槽将分离导体与公共底座分隔开，例如横向槽7a至7d分别将分离导体6a至6d与公共底座3分隔开；同时，分离导体6a至6d底端的横向槽也将其与导体元件23a至23d隔开，并将导体元件23a至23d与公共底座3隔开；因此，本例的这个设计中，分离导体6a和一个偶极子的两个导体元件中的另一个导体元件24a由缺口槽4a隔开并组成传输线，该传输线一一对应连接于偶极子臂21a和22a；其余三个分离导体6b至6d同样与另一个导体元件24b至24d组成传输线，并一一对应连接于偶极子臂21b至21d和22b至22d；激励辐射单元的四条同轴电缆的内导体一一对应连接于分离导体部件6a至6d的底部末端，而同轴电缆的外导体则连接于公共底座3上，如图3的B图所示，例如同轴电缆8a的内导体连接于分离导体6a的底部末端、外导体连接于公共底座3上，同轴电缆8b的内导体连接于分离导体6b的底部末端、外导体连接于公共底座3上。
各个偶极子的偶极子臂上分别放置有附加导体9a、9b、9c和9d，例如第一偶极子1a的两个偶极子臂21a和22a上放置附加导体9a，以此类推；附加导体通过塑料支撑件20固定在偶极子臂上；以第一偶极子1a的附加导体为例，附加导体9a的中间部分沿着偶极子1a的臂21a和22a与缺口槽4a反向放置；附加导体元件9a的末端向偶极子臂弯曲，并通过电介质薄膜26将其与偶极子臂的端面隔离开，如图3的A图所示；附加导体9a末端与偶极子1a的臂21a和22a的末端之间会产生极强的电容耦合，而偶极子1a的输入阻抗的大小又取决于附加导体9a与偶极子臂21a和22a之间的耦合度，因此在实际运用中可以通过调整附加导体元件9a的尺寸以及电介质薄膜26的厚度，来改变偶极子1a在宽频带范围内的阻抗；其它三个附加导体9b、9c和9d的设置与第一偶极子上的附加导体9a类似，在此不累述。
本例的双极化天线中，每个偶极子的第一导体元件23a的分离导体部件6a与第二导体元件24a由缺口槽4a隔开，并组成一条传输线，该传输线连接在偶极子的两个偶极子臂21a和22a以及馈线之间；在实际运用中，可以尝试通过调整缺口槽4a，导体元件23a和24a的尺寸来获得所需要的匹配电路，并改善偶极子1a与同轴电缆8a之间的匹配。同轴电缆一一对应连接到与公共底座3旁的分离导体的底部末端，与连接到导体顶端旁的同轴电缆的已知天线相比，本例所采用的同轴电缆长度更短。
综上可见，这种新型导体元件23a至23d及附加导体9a至9d的结构设计，为提升优选的双极化天线的辐射单元与馈线之间的匹配提供了更多的可能，也为简化辐射单元与波束形成网络之间的连接提供了更多的可实现性。
实施例二
本例的宽带双极化天线与实施例一类似，所不同的是，如图4所示，四个偶极子的偶极子臂使辐射单元的辐射面外轮廓呈圆形结构；附加导体呈弧形结构，安装在偶极子臂上方；塑料支撑件20为环状结构；与第一实施例中具有八边形外轮廓结构的辐射单元相比，本例设计的辐射单元能够得到更高的增益。
以其中第一偶极子为例，其导体元件24a和分离导体6a包含了切口25a及凸台27a，这些切口和凸台可以改变由导体元件24a和分离导体6a组成的传输线的电阻；因此在实际运用中可以通过调整切口25a和凸台27a的尺寸，及其在导体上的位置，来实现优选的辐射单元与波束形成网络之间的良好匹配。其余偶极子的情况类似，例如第二偶极子的分离导体6b包含了切口25b及凸台27b，其功能和作用与第一偶极子相同。
同样以第一偶极子为例，其导体元件24a还包括纵向槽28a，纵向槽28a与分离导体6a一一对应并反向设置；这些纵向槽与由导体元件24a合分离导体6a组成的传输线串联，进而产生电感，并抑制频率，产生的电长度为四分之一波长；在这个设计中的纵向槽构成匹配电路以及滤波器的附加部件，可剔除输入信号中不想要的高频率。同样的，第二偶极子的导体元件也包括纵向槽28b。
公共底座3放置在反射板2的板面上，并连接于四个分离导体6a至6d的底部末端，四个分离导体6a至6d分别对应连接于带状线29a至29d，带状线29a至29d放置在介质衬底30的上表面，介质衬底30放置在反射板2上；一组带状线29a和29c分别连接于第一偶极子1a和第三偶极子1c，获得第一个极化，且连接于带状线31a的第一末端；另一组带状线29b和29d分别连接于第二偶极子1b和第四偶极子1d，获得第二个极化，且连接于另一带状线31b的第一末端；连接极化偶极子的两条带状线31a和31b的第二末端分别连接于两条同轴电缆的内导体32a和32b，该同轴电缆的外导体焊接在导电膜上，该导电膜覆盖介质衬底30的下表面；开路枝节33a和34a连接于连接第一个极化的带状线31a上，另一开路枝节33b和34b则连接于连接第二极化的带状线31b上，共同构成匹配电路，可有效抑制频率干扰。
本例的双极化天线与同轴电缆匹配良好，可直接连接于具有功分器、滤波器以及其它匹配电路部件的印制电路板；介质衬底30放置在反射板2上，由于反射板2的尺寸较大，这样就有更多空间增加介质衬底的尺寸，以及增加波束形成网络的其它部件，比如双工器。
实施例三
本例的宽带双极化天线与实施例一类似，所不同的是，如图5所示，附加导体9a至9d放置在相应的偶极子臂上方；四个偶极子的偶极子臂共同构成辐射单元的外轮廓，该外轮廓呈八边形；导体元件的底部倾向反射板2，组成90度角；导体元件的顶部平行于反射板2；这种形状结构可以有更多的空间摆放位于公共底座3上的介质衬底35；位于导体元件之间的缺口槽的尺寸随着缺口槽越靠近偶极子臂，其缺口尺寸越大，缺口槽末端呈喇叭形；纵向槽只开设在偶极子两个导体元件中的一个导体元件上与反射板2垂直的部分；这样安排导体元件和缺口槽的设置可以使天线获得60度的半功率波束宽度，并且改善辐射单元与馈线的匹配。
四个分离导体的底部末端分别直接连接于相应的四条带状线的第一末端，例如，第一偶极子的分离导体6a底部末端连接于其相应带状线的第一末端、第二偶极子的分离导体6b底部末端连接于其相应带状线36b的第一末端、第三偶极子的分离导体6c底部末端连接于其相应带状线36c的第一末端、第四偶极子的分离导体6d底部末端连接于其相应带状线36d的第一末端；四条带状线放置在位于公共底座3上的介质衬底35的上表面，并连接于偶极子；偶极子与馈电电缆37有第一馈电电缆37a和第二馈电电缆37b组成，如图5的局部放大图所示，两条馈电电缆的内导体具有相同的极化；馈电电缆的外导体焊接到公共基座3或覆盖介质衬底35下表面的导电膜上；四条带状线也可以构成匹配电路，以及放置在交叉布置的带状线上的导电电桥38等其它元件。
实施例四
本例的宽带双极化天线与实施例一类似，所不同的是，如图6所示，四个偶极子的偶极子臂使得辐射单元的辐射面外轮廓呈八边形结构；各偶极子的两个臂的末端具有向下延伸的指向反射板2的导体凸出部39，该导体凸出部位于四个偶极子合围的空间外侧；这些导体凸出部可以增加偶极子臂的电长度，从而使得偶极子臂的长度变短，减小辐射单元的尺寸。
四个附加导体9a至9d沿着辐射单元的外边沿弯折，放置在高于偶极子所在平面；塑料支撑板40固定用于支撑四个偶极子的导体元件，该结构设计在增加由导体元件组成的传输线的电长度的同时，减少了来自这些传输线之间的辐射干扰；由于塑料支撑板40支撑的导体向传输线产生的电长度与长度更长但没有塑料支撑板的导体产生的电长度等效，因此辐射单元可放置在离反射板2更近距离的位置上，这样可以减小天线体积。
实施例五
本例的宽带双极化天线与实施例四类似，所不同的是，如图7所示，各偶极子的两个臂的末端具有向下延伸的指向反射板2的导体凸出部41，该导体凸出部位于四个偶极子合围的空间内侧；同样的，这种导体凸出部设计可以增加偶极子臂的电长度，因此可以缩小偶极子臂的长度，从而实现辐射单元小型化的目的。
四个附加导体元件沿着辐射单元的外边沿弯折，并放置在低于偶极子臂所在平面，这样设计可以削减本实施例中的辐射单元的高度；塑料支撑板42包含了纵向槽43和44，用来固定连接一个偶极子的两个导体元件，其中一个纵向槽与缺口槽连通。相较于现有的其它结构，本例具有纵向槽43和44的塑料支撑板42能够更有效地增加由导体元件组成的传输线的电长度。另外，本例还有四个L型导电元件45a、45b、45c和45d，四个L型导体元件倒置放置在塑料支撑板20上，并与各缺口槽相对应，这样的结构安排可以改善天线的交叉极化比，以及辐射单元与馈线的匹配度。
实施例六
本例的宽带双极化天线与实施例五类似，所不同的是，如图8所示，四个附加导体元件9a至9d放置于相应的偶极子臂下方，这样可以缩减辐射单元的高度；另外，四个L型导体46a、46b、46c和46d分别放置在相邻偶极子臂端之间的塑料支撑板20上，可以改良交叉极化比。另外，本例的宽带双极化天线还增加了高频天线47，高频天线47放置在位于反射板2上的辐射单元的中心部位，构成共轴的多频段天线。
实施例七
本例的宽带双极化天线与实施例一类似，所不同的是，如图9所示，四个附加导体9a至9d沿着偶极子臂的外边沿弯折，并放置于相应偶极子臂所在平面；附加导体的末端直接连接于偶极子臂的末端。这样的结构设计，可以使本实施例中的天线包含的零部件减少。
实施例八
本例提供了一种双频双极化阵列天线，如图10所示，本例的天线阵列包含了六个宽带双极化天线48以及独立高频天线49，宽带双极化天线48为图8所示天线，是在低频天线中设置有高频天线47形成的共轴的多频段天线；各独立高频天线49放置在反射板50长边方向上的宽带双极化天线48之间，反射板50的两个侧边具有纵向边墙，即侧壁51；L型隔离导体52放置在反射板50上，设置于辐射单元的两侧面，且有至少一个背向宽带双极化天线48；附加侧壁53放置在反射板50上，且有至少一个背向宽带双极化天线48。本例的双频双极化阵列天线，如图10所示，附加侧壁设置于两端的辐射单元两侧，L型隔离导体设置于中间的辐射单元的两侧。本例的宽带双极化天线可以采用实施例一至实施例七中任一种，并可以在较宽频带范围内获得该双频双极化天线所需要的电压驻波比、交叉极化比、各端口之间的隔离度以及其它天线特性。特别是偶极子臂、偶极子支撑导体、分离导体、纵向槽、缺口槽、切口、凸台、附加导体、L型导体等，这些结构可根据实际需要灵活设置为对称或者非对称结构，用于补偿相邻天线之间的耦合，同时获得该双频双极化天线所期望的辐射特性。
对本例的双极化阵列天线的样品在微波暗室里测试，测试结果显示，本例双极化阵列天线具有60-65度的半功率波束宽度，工作的相对带宽至少为46％，+/-60度覆盖扇区边沿的交叉极化比不小于-10dB。并且，本例的双极化天线在宽频带范围内的匹配性良好，易于与波束形成网络连接，能够满足大多数的实际运用需求。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (35)
1.一种宽带双极化天线，包括反射板和布置在反射板上的辐射单元，其特征在于：所述辐射单元包含了四个偶极子，四个偶极子组合后安装在反射板上；
每个偶极子的两个臂分别连接于两个支撑导体的顶端，两个支撑导体的底端连接在一个安装于所述反射板的公共底座上；
所述两个支撑导体由缺口槽将其彼此隔开，其中一个导体具有纵向槽和横向槽，所述纵向槽沿支撑导体的长度方向设置，纵向槽设置有分离导体，分离导体与缺口槽相邻，所述横向槽设置于支撑导体底端，横向槽将所述分离导体与所述公共底座分隔开；
激励辐射单元的四个偶极子的四条传输线分别连接到相应的分离导体的底部末端；
所述传输线包括同轴电缆、金属带状线、印制电路板微带线和波导管的至少一种；
偶极子臂放置有附加导体，附加导体通过塑料支撑件将其固定在相应的偶极子臂上；
所述附加导体的末端向偶极子臂弯折，并通过电介质薄膜将其与偶极子臂的端面隔离开。
2.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：连接偶极子和反射板的支撑导体与反射板成30-90度倾斜角。
3.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述分离导体的长度边沿上有凹的切口和凸出的凸台。
4.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：两个支撑导体顶端的缺口槽呈喇叭形结构，喇叭的敞口朝向偶极子臂。
5.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：每个偶极子的两个臂共同采用一组附加导体，每组附加导体由塑料支撑件固定。
6.根据权利要求5所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述塑料支撑件在所述缺口槽处具有凸出的凸台，凸台置于缺口槽中，填充缺口槽。
7.根据权利要求5所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述塑料支撑件设置有凸出的凸台，凸台置于与缺口槽相邻的纵向槽中，填充纵向槽。
8.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述偶极子臂的外边沿具有向下延伸指向反射板的导体凸出部；所述导体凸出部位于四个偶极子合围的空间外侧。
9.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述偶极子臂的内边沿具有向下延伸指向反射板的导体凸出部；所述导体凸出部位于四个偶极子合围的空间内侧。
10.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述偶极子臂向辐射单元的中心部位弯曲，使得四个偶极子组成的辐射单元的顶部整体外轮廓呈圆形，矩形或多边形。
11.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：在偶极子的两个臂的末端之间的塑料支撑板上设置有L型导体。
12.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：在相邻的偶极子之间的塑料支撑板上设置有L型导体。
13.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：激励辐射单元的四个偶极子的传输线均为同轴电缆，所述分离导体的底端直接连接于同轴电缆的内导体，同轴电缆的外导体连接于所述公共底座上。
14.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：激励辐射单元的四个偶极子的传输线为印制电路板，所述分离导体的底端的四个末端与在印制电路板上构建的馈电网络的带状线连接。
15.根据权利要求1或14所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述印制电路板上构建的馈电网络的两个端口与两根同轴电缆或者金属带状线连接，作为输入端口。
16.根据权利要求1或14所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述印制电路板放置于公共基座上。
17.根据权利要求1或14所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述印制电路板放置于反射板上。
18.根据权利要求1或14所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述印制电路板馈电网络设置有包括短路和开路枝节的匹配电路。
19.根据权利要求1或14所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述馈电网络包括由避开间隙相互隔离开的交叉布置的带状线，以及与避开间隙相邻且连接带状线两末端的导电电桥。
20.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述附加导体放置在偶极子臂的上方。
21.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述附加导体放置在偶极子臂的下方。
22.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述附加导体与偶极子臂一体成型，附加导体沿着偶极子臂的外边沿向下弯折，指向反射板方向，放置在低于偶极子臂所在平面。
23.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述附加导体与偶极子臂一体成型，附加导体沿着偶极子臂的外边沿向上弯折，背离反射板方向，放置在高于偶极子臂所在平面。
24.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述附加导体沿着偶极子臂同一平面的外边沿弯折，且附加导体末端直接连接于偶极子臂，或者附加导体直接焊接在偶极子上。
25.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：还包括聚焦元件，所述聚焦元件放置在辐射单元上方。
26.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：四个偶极子、连接偶极子的支撑导体和公共底座为导电材料制备的一体成型结构。
27.根据权利要求26所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述四个偶极子、连接偶极子的支撑导体和公共底座通过压铸、冲压或3D打印工艺制成一体式结构。
28.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：四个偶极子、连接偶极子的支撑导体、公共底座和附加导体为导电材料制备的一体成型结构。
29.根据权利要求28所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述四个偶极子、连接偶极子的支撑导体、公共底座和附加导体通过压铸、冲压或3D打印工艺制成一体式结构。
30.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于：还包括高频带天线，高频带天线设置于四个偶极子围成的空腔内，构成共轴的多频段天线。
31.根据权利要求1-30任一项所述的宽带双极化天线，其特征在于：有至少两个辐射单元放置于反射板上构成双极化阵列天线。
32.根据权利要求31所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述至少两个辐射单元中，至少一个为非对称结构，用于补偿相邻的天线之间的耦合，同时获得所述双频双极化天线所期望的辐射特性。
33.根据权利要求1-30任一项所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述反射板上至少设有两个侧壁。
34.根据权利要求27或29所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述反射板上，在与辐射单元相邻的侧面位置上至少设置有一个向上延伸的附加侧壁。
35.根据权利要求27或29所述的宽带双极化天线，其特征在于：所述反射板上，在与辐射单元相邻的侧边面置上至少设置有一个向上延伸的L型隔离导体。
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