CN110797636A

CN110797636A - 双极化天线及其低频辐射单元

Info

Publication number: CN110797636A
Application number: CN201910990308.8A
Authority: CN
Inventors: 贾飞飞; 薛泉
Original assignee: South China University of Technology SCUT; Comba Telecom Technology Guangzhou Ltd
Current assignee: South China University of Technology SCUT; Comba Telecom Technology Guangzhou Ltd
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2020-02-14

Abstract

本发明提供一种双极化天线及其低频辐射单元，其中，所述低频辐射单元包括两对辐射器及与馈电网络连接的馈电装置，馈电装置包括连接部及耦合部，连接部与其中一个极化方向上的一个辐射器连接，馈电网络所馈入的信号通过耦合部耦合至另一极化方向上一个相邻的辐射器上，并且与同一极化方向上两个辐射器连接的两个馈电装置所馈入信号互为反相，以使其中一对辐射器的辐射臂沿垂直极化方向延伸，另一对辐射器的辐射臂沿水平极化方向延伸时，合成出沿±45°极化方向的等效电流。低频辐射单元的辐射臂在空间上对相邻的高频辐射单元的遮挡最小，可减小高低频之间的互耦现象，可合成出沿±45°斜极化的辐射，使双极化天线具有良好的分集接收效果。

Description

双极化天线及其低频辐射单元

技术领域

本发明涉及移动通信天线领域，尤其涉及一种双极化天线及其低频辐射单元。

背景技术

无线技术发展、新通信频谱的引入导致运营商需要部署更多的天线设备，而铁塔资源、民众感知等都限制运营商布置多根天线的可能性。因此如何将多根天线集成到一根成为近年天线开发者的研究热点。众所周知，低频天线尺寸往往决定了整个天线的尺寸，如何在更小的尺寸、更简洁的设计下满足运营商提出的指标要求成为设计难点。

基站天线多采用线极化方式，其中双极化天线一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化的方式。但是传统的±45°极化天线的辐射臂沿±45°极化方向延伸，且在与高频阵列进行平面阵列组阵时，传统的±45°振子的辐射臂将会延伸至高频振子的上方，则导致低频单元的放置位置和馈电方式会对旁边的高频单元产生显著影响。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单、且在其与高频阵列进行平面阵列组阵时对高频阵列的空间遮挡最小的低频辐射单元。

本发明的另一目的旨在提供一种包括上述低频辐射单元的双极化天线。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

作为第一方面，本发明涉及一种低频辐射单元，包括两对辐射器及与馈电网络连接并对辐射器进行馈电的馈电装置，所述两对辐射器分别对应工作于两个相互垂直的极化方向；

所述馈电装置包括连接部及设于连接部顶部的耦合部，所述连接部与其中一个极化方向上的一个辐射器连接，与所述馈电装置连接的馈电网络所馈入的信号通过耦合部耦合至另一极化方向上一个相邻的辐射器上，并且与同一极化方向上两个辐射器连接的两个馈电装置所馈入信号互为反相，以使在其中一对辐射器的辐射臂沿垂直极化方向延伸，另一对辐射器的辐射臂沿水平极化方向延伸时，合成出沿±45°极化方向的等效电流。

进一步设置：所述辐射器包括支撑臂及设于所述支撑臂顶部的辐射臂，所述馈电装置的连接部与馈电网络连接并通过耦合部将信号耦合至与其相邻的辐射器上，所述辐射器的辐射臂接收由耦合部耦合过来的信号，其支撑臂接地。

进一步设置：所述馈电装置通过同轴线缆与馈电网络连接时，所述连接部与同轴线缆的内导体连接，所述辐射器的支撑臂上开设有与同轴线缆配合并连接的安装槽。

进一步设置：所述安装槽设于支撑臂上并沿所述支撑臂的长度方向延伸；或者，所述支撑臂的底部折弯并在折弯部分上设置安装槽。

进一步设置：所述馈电装置的耦合部相对于连接部的顶部折弯90°并朝向与其连接的另一极化方向的辐射器上一个相邻的辐射臂延伸。

进一步设置：所述馈电装置沿其长度方向的宽度可相同或不同。

进一步设置：所述辐射臂与支撑部垂直以使辐射器呈“Γ”形设置，所述辐射臂与支撑部的长度相等，且均为四分之一个工作波长。

进一步设置：所述辐射器包括钣金冲压件、压铸成型件、PCB与钣金件的组合件或者PCB与压铸件的组合件。

作为第二方面，本发明涉及一种双极化天线，包括如上所述的低频辐射单元及与所述低频辐射单元电连接的馈电网络，所述馈电网络分别对应与所述辐射单元的两对辐射器连接，并使同一极化方向上的一对辐射器的信号相位相反，使得其中一对辐射器的辐射臂沿垂直极化方向延伸，另一对辐射器的辐射臂沿水平极化方向延伸时，合成出沿±45°极化方向的等效电流。

进一步设置：所述双极化天线还包括高频辐射单元，所述高频辐射单元设于相邻辐射臂围合的区域内，且所述辐射臂设于相邻两个高频辐射单元之间的间隙内。

相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

1.在本发明的方案中，低频辐射单元采用“Γ”形辐射器，“Γ”形辐射器的水平部分作为该低频辐射单元的辐射臂，其竖直部分作为该低频辐射单元的支撑臂，无需另设巴伦支撑结构，部件较少，结构简单，便于组装。

2.在本发明的双极化天线中，低频辐射单元的辐射臂沿垂直与水平极化方向延伸，并且通过调整输入至馈电装置中的信号相位，使得位于同一极化方向上的辐射器相位互为反相，从而可在沿垂直与水平极化方向设置的辐射臂上矢量合成沿±45°极化的等效电流，使得该低频辐射单元的辐射臂无需沿±45°极化方向延伸，从而可避免辐射臂延伸至高频辐射单元的上方，低频辐射单元的辐射臂恰好位于相邻两个高频辐射单元的间隙中，减少辐射臂对高频辐射单元的遮挡，以减少高低频单元之间的互耦，从而最大程度降低低频辐射单元与高频辐射单元之间的信号干扰。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明低频辐射单元的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明低频辐射单元中用于示意同轴线缆与安装槽配合关系的结构示意图；

图3为本发明低频辐射单元中一个实施例的正视图；

图4为本发明低频辐射单元中用于示意安装槽沿支撑臂长度方向设置的结构示意图；

图5为本发明低频辐射单元中用于示意安装槽沿支撑臂长度方向设置的正视图；

图6为本发明双极化天线的一个实施例的结构示意图；

图7为本发明双极化天线中用于辐射器A与辐射器B的信号同相时低频辐射单元的电流分布示意图；

图8为本发明双极化天线中用于辐射器A与辐射器B的信号反相时低频辐射单元的电流分布示意图。

图中，1、高频辐射单元；2、低频辐射单元；21、辐射器；211、辐射臂；212、支撑臂；213、安装槽；201、辐射器A；202、辐射器B；203、辐射器C；204、辐射器D；22、馈电装置；221、耦合部；222、连接部；3、反射板；4、同轴线缆。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明涉及一种双极化天线，请参见图1至6，其由高频辐射单元1和低频辐射单元2进行平面阵列组阵而成，本发明的低频辐射单元2与高频辐射单元1在空间投影上的重合面积小，使得所述低频辐射单元2对其它频段的耦合干扰小，使得本发明的双极化天线具有良好的辐射特性，具有明显的应用的优势。

具体的，所述双极化天线包括相互组阵的低频辐射单元2和高频辐射单元1、与高频辐射单元1和低频辐射单元2电连接的馈电网络(图中未示意)以及反射板3，所述低频辐射单元2和高频辐射单元1均设于反射板3上。

其中，请结合图1至图3，所述低频辐射单元2包括两对辐射器21及用于连接所述辐射器21与馈电网络的馈电装置22，每对辐射器21包括两个辐射器21，每个所述辐射器21均包括支撑臂212及设于支撑臂212顶部的辐射臂211。

两对辐射器21对应工作于两个相互垂直的极化方向设置，其中一对辐射器21的辐射臂211沿垂直极化方向延伸，另一对辐射器21的辐射臂211沿水平极化方向延伸，从正投影上看，本发明的低频辐射单元2呈十字形设置。

所述馈电装置22连接于所述辐射器21与馈电网络之间，所述馈电装置22接收由馈电网络馈入的信号并传输至辐射器21上，以使同一极化上的两个辐射器21的信号互为反相，从而可使该辐射臂211可与另一极化方向并与其相邻的辐射臂211矢量合成出沿﹢45°或﹣45°极化方向上的等效电路，以实现天线的收发双工模式，从而确保天线的正常辐射，并且对比于垂直水平极化具有更好的分集接收效果。

此外，所述辐射器21的辐射臂211与支撑臂212垂直或大致垂直，使得辐射臂211与支撑臂212可呈“Γ”形设置，并且辐射臂211与支撑臂212的长度相等，两者均等于工作频段中心频率的四分之一个工作波长，并且相邻两个“Γ”形辐射器21所限定出的夹角为90°。

进一步的，所述辐射臂211与支撑臂212之间可为一体成型结构，所述辐射臂211可由支撑臂212的顶部折弯90°而成，具体为钣金冲压件或压铸成型件等，便于辐射器21的批量生产；或者，所述辐射器21还可为分体组合结构，可通过PCB与钣金件组合或与压铸件组合等方式形成。

进一步的，每个所述辐射臂211上还可设置不同的曲线和形状的辐射段，同时所述辐射段沿所述辐射臂的还可设置不同的宽度，由于不同的宽度、曲线和形状的辐射段在相应的频段内的电抗特性不同，从而可通过改变辐射器21的形状和曲线以达到优化阻抗匹配的目的。

所述馈电装置22一一对应于四个辐射器21设置有四个，四个辐射器21和四个馈电装置22间隔错落设置，使得每个辐射器21与一个馈电装置22组成一个信号馈入结构，且所述馈电装置22通过介质卡件的形式与其对应的辐射器21固定在一起，从而可保持结构的稳定性。

具体的，所述辐射器21包括与辐射器21的支撑臂212连接的连接部222及与连接部222顶部连接的耦合部221。其中，所述连接部222的底部与馈电网络连接，并且所述连接部222可与与其连接的辐射器21组合形成微带线结构以用于馈入信号；所述耦合部221相对于连接部222的顶部折弯90°，并朝向与其连接的另一极化方向的辐射器上一个相邻的辐的辐射臂211延伸，从而可将由馈电网络馈入该馈电装置22中的信号以耦合的方式将该信号能量耦合至与其连接的辐射器21的另一极化方向上一个相邻的辐射臂211上。

优选地，所述馈电装置22在正投影上呈“Γ”形或大致呈“Γ”形设置，并且所述连接部222的长度为四分之一个工作波长，使得由馈电网络馈入的信号经过四分之一波长传输后由耦合部221耦合至另一极化方向且相邻的辐射器21上。此外，所述馈电装置22沿其长度方向的宽度可相同或不同，所述馈电装置22的宽度不同可具有不同的阻抗特性，调整其宽度可改变馈电装置22的阻抗特性使得其可与辐射臂211的阻抗相匹配，以达到优化天线辐射的目的。

请结合图2和图3，所述馈电装置22通过在其连接部222的底部与馈电网络连接以接入信号。优选地，馈电网路可通过同轴电缆的信号馈入方式与所述连接部222的底部连接。具体地，所述连接部222的底部与同轴电缆的内导体焊接，同时所述辐射器21的支撑臂212的底部可折弯并设置安装槽213，使得同轴电缆的外导体置于安装槽213中并与支撑臂212进行焊接，使得与馈电装置22的连接部222连接的辐射器21接地，而馈电装置22的耦合部221将由馈电网络馈入的信号能量耦合至与其相邻的辐射器21上。

此外，请结合图4和图5，所述安装槽213还可开设于所述支撑臂212上，所述安装槽213沿支撑臂212的长度方向延伸，同轴线缆4可沿支撑臂212的长度方向置于安装槽213中并与安装槽213进行焊接。

在其他实施例中，馈电网络的信号馈入方式还可为印刷电路板(图中未示意)，所述馈电装置22的连接部222与辐射器21的支撑臂212均***电路板内，所述支撑臂212与电路板的接地层焊接，所述连接部222与电路板的信号馈入电路焊接。

通过上述馈电装置22、辐射器21及馈电网络的连接结构，可实现直接馈电的方式以为辐射器21馈入信号，并且直接馈电可通过馈电网络控制输入至馈电装置22中信号的相位，从而方便操控位于同一极化方向上的辐射臂211的信号相位互为反相。

在本实施例中，请结合图7和图8，假定四个辐射器21沿逆时针方向分别为辐射器A201、辐射器B202、辐射器C203、辐射器D204，其中，辐射器A201与辐射器C203为同一极化方向上的两个辐射器21，辐射器B202和辐射器D204为同一极化方向上的两个辐射器21，并且辐射器A201和辐射器C203的信号相位相反，辐射器B202和辐射器D204的信号相位相反。

当辐射器A201和辐射器B202的信号相位相同时，四个辐射器21上的电流分布情况如图7所示，垂直极化方向上的辐射器21与水平极化方向上的辐射器21的电流矢量可合成如图7中所示的等效电流，从而可辐射出﹣45°的极化电磁波。

而当辐射器A201和辐射器B202的信号相位相反时，垂直极化方向上辐射器21的电流方向不变，则垂直极化方向上的辐射器21与水平极化方向上的辐射器21的电流矢量可合成如图8中所示的等效电流，从而可辐射出﹢45°极化电磁波。

另外在本发明的双极化天线中，所述低频辐射单元2的辐射器21的辐射臂211沿垂直与水平极化方向延伸，所述高频辐射单元1设于相邻低频辐射单元2的辐射臂211围合的区域内，所述辐射臂211设于相邻两个高频辐射单元1之间的间隙内，与传统的±45°极化辐射器21相比，本发明的低频辐射单元2无需沿±45°极化方向延伸至高频辐射单元1的上方，从而使得辐射臂211在空间上对相邻的高频辐射单元1的遮挡最小，从而可减小高低频之间的互耦现象，并且本发明的低频辐射单元2可合成出沿±45°斜极化的辐射，使得应用于该低频辐射单元2的双极化天线具有良好的分集接收效果。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种低频辐射单元，其特征是：包括两对辐射器及与馈电网络连接并对辐射器进行馈电的馈电装置，所述两对辐射器分别对应工作于两个相互垂直的极化方向；

2.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征是：所述辐射器包括支撑臂及设于所述支撑臂顶部的辐射臂，所述馈电装置的连接部与馈电网络连接并通过耦合部将信号耦合至与其相邻的辐射器上，所述辐射器的辐射臂接收由耦合部耦合过来的信号，其支撑臂接地。

3.根据权利要求2所述的低频辐射单元，其特征是：所述馈电装置通过同轴线缆与馈电网络连接时，所述连接部与同轴线缆的内导体连接，所述辐射器的支撑臂上开设有与同轴线缆配合并连接的安装槽。

4.根据权利要求3所述的低频辐射单元，其特征是：所述安装槽设于支撑臂上并沿所述支撑臂的长度方向延伸；或者，所述支撑臂的底部折弯并在折弯部分上设置安装槽。

5.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征是：所述馈电装置的耦合部相对于连接部的顶部折弯90°并朝向与其连接的另一极化方向的辐射器上一个相邻的辐射臂延伸。

6.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征是：所述馈电装置沿其长度方向的宽度可相同或不同。

7.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征是：所述辐射臂与支撑部垂直以使辐射器呈“Γ”形设置，所述辐射臂与支撑部的长度相等，且均为四分之一个工作波长。

8.根据权利要求7所述的低频辐射单元，其特征是：所述辐射器包括钣金冲压件、压铸成型件、PCB与钣金件的组合件或者PCB与压铸件的组合件。

9.一种双极化天线，其特征是：包括如权利要求1-8任一项所述的低频辐射单元及与所述低频辐射单元电连接的馈电网络，所述馈电网络分别对应与所述辐射单元的两对辐射器连接，并使同一极化方向上的一对辐射器的信号相位相反，使得其中一对辐射器的辐射臂沿垂直极化方向延伸，另一对辐射器的辐射臂沿水平极化方向延伸时，合成出沿±45°极化方向的等效电流。

10.根据权利要求9所述的双极化天线，其特征是：还包括高频辐射单元，所述高频辐射单元设于相邻辐射臂围合的区域内，且所述辐射臂设于相邻两个高频辐射单元之间的间隙内。