CN209804905U - 一种双极化天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种双极化天线。其中，双极化天线包括：水平辐射单元和垂直辐射单元；所述水平辐射单元包括功分器和Vivaldi振子组阵；所述Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元；所述功分器包括与所述Vivaldi振子单元一一对应的多个输出端口，所述功分器的输出端口与所述Vivaldi振子单元一一对应耦合连接；所述垂直辐射单元设置于所述水平辐射单元的一侧，包括垂直极化振子，用于与所述Vivaldi振子组阵结合，实现天线的双极化。本实用新型实施例提供的双极化天线，可实现覆盖带宽较窄、全向性能较好的小型化天线。

Description

一种双极化天线

技术领域

本实用新型实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种双极化天线。

背景技术

随着第五代移动通信技术(5th-Generation，5G)时代的到来，数据请求越来越大，3G/4G(third/fourth generation，第三/四代移动通讯)时代的通讯***带宽已经不能满足未来通信需求，***需要更高的带宽，随之，多种天线带宽也需要拓宽，多种场合的无线保真(Wireless-Fidelity，WiFi)覆盖需求也越普及，为了节省资源，降低网络安装困难，多个运营商共用网络，这样，***就需要更宽的频段，同时为以后的***扩展，网络建设者也希望将WiFi的覆盖也包含在一套网络***里，因此，运营商急需一种超宽带天线。

目前市场上天线覆盖带宽多为698-960MHz或1695-2700MHz，且天线的全向性能很差。其通常存在以下问题：首先，覆盖带宽较窄，达不到超宽带的要求；此外，因为传统设计原理的局限性，产品本身尺寸较大，即便可以做到较小尺寸，但多以牺牲产品性能为代价，本身的全向特性也会很差。

实用新型内容

本实用新型提供一种双极化天线，以实现一种覆盖带宽较窄、全向性能较好的小型化天线。

本实用新型实施例提供了一种双极化天线，包括：水平辐射单元和垂直辐射单元；

所述水平辐射单元包括功分器和Vivaldi振子组阵；所述Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元；所述功分器包括与所述 Vivaldi振子单元一一对应的多个输出端口，所述功分器的输出端口与所述 Vivaldi振子单元一一对应耦合连接；

所述垂直辐射单元设置于所述水平辐射单元的一侧，包括垂直极化振子，用于与所述Vivaldi振子组阵结合，实现所述双极化天线的双极化。

可选的，所述垂直极化振子为单锥振子、赋形锥振子或双锥振子。

可选的，所述垂直极化振子为双锥振子；所述双锥振子包括第一锥振子和第二锥振子；所述第一锥振子和第二锥振子的顶端相对设置，并通过支撑部绝缘连接；所述第一锥振子靠近所述水平辐射单元设置，所述第二锥振子远离所述水平辐射单元设置；所述第一锥振子和第二锥振子的顶端分别设置有接线孔。

可选的，所述垂直辐射单元还包括第一线缆；所述第一线缆的内导体穿过所述第一锥振子和第二锥振子的接线孔与所述第二锥振子电连接；所述第一线缆的外导体与所述第一锥振子电连接。

可选的，所述水平辐射单元还包括：第一基板；所述Vivaldi振子组阵设置于所述第一基板的一侧；所述功分器设置于所述第一基板远离所述Vivaldi振子组阵的一侧。

可选的，所述水平辐射单元还包括：第二基板和第三基板；所述第二基板和所述第三基板固定连接；所述Vivaldi振子组阵设置于所述第二基板上；所述功分器设置于所述第三基板上。

可选的，所述Vivaldi振子组阵设置于所述第二基板靠近所述第三基板的一侧；所述功分器设置于所述第三基板远离所述第二基板的一侧。

可选的，所述Vivaldi振子单元包括：刻蚀金属层形成的谐振腔，以及与所述谐振腔连通的辐射区域；所述辐射区域由指数渐变槽线和矩形槽线围绕而成。

可选的，所述Vivaldi振子单元的矩形槽线上形成有多个矩形波纹槽。

可选的，双极化天线还包括：第二线缆；所述第二线缆的内导体穿过所述 Vivaldi振子组阵与所述功分器电连接；所述第二线缆的外导体与所述Vivaldi 振子组阵电连接。

本实用新型实施例提供的双极化天线，包括水平辐射单元和垂直辐射单元，水平辐射单元包括功分器和Vivaldi振子组阵，Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元，功分器包括多个输出端口，多个输出端口与 Vivaldi振子单元一一对应耦合连接，则功分器能够通过输出端口与Vivaldi振子单元进行耦合馈电，实现水平极化，Vivaldi振子单元具有宽频带、小尺寸的优势，能够实现双极化天线在较小尺寸下覆盖较宽的带宽，解决了现有双极化天线覆盖带宽较窄的问题，垂直辐射单元包括垂直极化振子，设置于水平辐射单元的一侧，则垂直极化振子可实现垂直极化，Vivaldi振子组阵能实现水平极化，使得本实施例提供的天线实现了双极化且高带宽的天线设置，具有较高的性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种双极化天线的仰视图；

图2是本实用新型实施例提供的一种双极化天线的俯视图；

图3是本实用新型提供的一种Vivaldi振子单元的结构示意图；

图4是本实用新型提供的另一种Vivaldi振子单元的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种水平辐射单元的***图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种水平辐射单元的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种双极化天线的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的又一种双极化天线的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型实施例提供一种双极化天线，该双极化天线包括：水平辐射单元和垂直辐射单元；

水平辐射单元包括功分器和Vivaldi振子组阵；Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元；功分器包括与Vivaldi振子单元一一对应的多个输出端口，功分器的输出端口与Vivaldi振子单元一一对应耦合连接；

垂直辐射单元设置于水平辐射单元的一侧，包括垂直极化振子，用于与 Vivaldi振子组阵结合，实现双极化天线的双极化。

本实用新型实施例提供的双极化天线，包括水平辐射单元和垂直辐射单元，水平辐射单元包括功分器和Vivaldi振子组阵，Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元，功分器包括多个输出端口，多个输出端口与 Vivaldi振子单元一一对应耦合连接，则功分器能够通过输出端口与Vivaldi振子单元进行耦合馈电，实现水平极化，Vivaldi振子单元具有宽频带、小尺寸的优势，能够实现双极化天线在较小尺寸下覆盖较宽的带宽，解决了现有双极化天线覆盖带宽较窄的问题，垂直辐射单元包括垂直极化振子，设置于水平辐射单元的一侧，则垂直极化振子可实现垂直极化，Vivaldi振子组阵能实现水平极化，使得本实施例提供的天线实现了双极化且高带宽的天线设置，具有较高的性能。

以上是本实用新型的核心思想，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图1和图2，图1是本实用新型实施例提供的一种双极化天线的仰视图，图2是本实用新型实施例提供的一种双极化天线的俯视图，双极化天线包括水平辐射单元1和垂直辐射单元2，本实施例所述的仰视图和俯视图是将垂直辐射单元2设定于水平辐射单元1上方的位置基础上的仰视图和俯视图。用于实现水平极化的水平辐射单元1包括功分器12和Vivaldi振子组阵11，参考图2，功分器12包括一个输入端口121和多个输出端口122，功分器12通过输入端口121接入电流信号，并通过馈线123将电流信号分散到多个输出端口122输出。可选的，功分器12为等功率分配功分器，能够将输入端口121接入的电路信号平均分为与输出端口122个数相同的等份，从而每个输出端口122可输出相同的电流信号。参考图1，Vivaldi振子组阵11包括多个与输出端口122一一对应的Vivaldi振子单元，多个Vivaldi振子单元沿圆周方向均匀分布，则能够将输出端口122输出的信号均匀地在圆周上进行辐射，具有较好的全向特性。并且，Vivaldi振子单元覆盖带宽较宽，能够实现小型化、超宽带的双极化天线。示例性的，本实施例提供的超宽带双极化天线能够覆盖700～6000MHz的带宽，能够覆盖移动通讯频段以及wimax、WiFi、GPS、BD等频段，多个运营商可共用网络，节省资源，降低网络安装的困难。

垂直辐射单元2设置有用于实现垂直极化的垂直极化振子，则垂直辐射单元2实现垂直极化，水平辐射单元1实现水平极化，本实施提供的双极化天线为全向性能较佳的MIMO天线，垂直辐射单元2和水平辐射单元1可分别实现高带宽的信号传输，有利于双极化天线的功能集成，示例性的，水平辐射单元 1可用于向外辐射信号，垂直辐射单元2可用于接收外部传回的信号。

本实施例中，Vivaldi振子单元与对应输出端口122耦合连接，则功分器12 和Vivaldi振子组阵11间隔绝缘层设置固定，如图1所示，可选的，绝缘层可以为基板，若功分器12位于基板的一侧，则Vivaldi振子组阵11位于基板的另一侧，则本实施例中的水平辐射单元1可为扁平的盘形结构，实现了超薄型水平辐射单元1，占用空间小，通用性强。继续参考图1和图2，水平辐射单元1 的基板的一侧设置功分器12，水平辐射单元1的基板的另一侧设置Vivaldi振子组阵11，多个Vivaldi振子单元111的结构沿圆周方向排布，形成如图1所示的花瓣形结构。Vivaldi振子组阵11由一整层的金属刻蚀形成，即相邻的Vivaldi 振子单元111相互连接设置。可选的，Vivaldi振子单元111的个数可以为8、 12或16。当然，Vivaldi振子单元111的个数也可以为15或17等奇数，甚至， Vivaldi振子单元111的个数为三个或者三个以上，保证Vivaldi振子单元111的个数能形成围绕形成圆周即可，Vivaldi振子单元111在圆周方向上均匀分布，在可实现的数量范围内，Vivaldi振子单元111的设置数量越多，辐射的均匀性越高。

可选的，参考图3，图3是本实用新型提供的一种Vivaldi振子单元的结构示意图，Vivaldi振子单元111可以包括：刻蚀金属层形成的谐振腔112，以及与谐振腔112连通的辐射区域113；辐射区域由指数渐变槽线114和矩形槽线 116围绕而成。功分器12的输出端口122与对应Vivaldi振子单元111的谐振腔 112对应设置，参考图1，可知在垂直于基板的方向上，输出端口122与谐振腔 112一一对应耦合连接，便于输出端口122对Vivaldi振子单元111进行馈电，馈电信号经过谐振腔112产生谐振，并经过辐射区域113进行放大和辐射，产生定向辐射，定向辐射的Vivaldi振子单元111围绕圆周360度环绕，使得Vivaldi 振子组阵11实现全向辐射。

对于整个Vivaldi振子组阵11，可将整层的金属层刻蚀镂空结构，形成每个Vivaldi振子单元111的谐振腔112和辐射区域113，指数渐变槽线114和矩形槽线116即为镂空结构辐射区域113的边缘。

可选的，谐振腔112可以为圆形、椭圆形或者矩形。图3仅示出了谐振腔 112为圆形的结构，谐振腔112还可以为椭圆形、矩形以及其他根据用户需要设置的规则或不规则形状。

可选的，参考图4，图4是本实用新型提供的另一种Vivaldi振子单元的结构示意图，Vivaldi振子单元111的矩形槽线116上形成有多个矩形波纹槽115。 Vivaldi振子单元111的边缘，即相邻两个Vivaldi振子单元111之间的金属层上可刻蚀形成有多个矩形波纹槽115。对Vivaldi振子单元111的矩形槽线116进行开槽处理具有如下优点：第一，可以延长电流路径，抑制表面波的产生，进而降低天线的最低工作频率，拓宽天线的工作频段；第二，可以抑制高次谐波，产生更高的增益和更窄的波束。本实施例通过刻蚀矩形波纹槽115，拓宽双极化天线的带宽，优化双极化天线的性能。

可选的，继续参考图1和图2，水平辐射单元1还可以包括：第一基板13； Vivaldi振子组阵11设置于第一基板13的一侧；功分器12设置于第一基板13 远离Vivaldi振子组阵11的一侧。

水平辐射单元1可以包括一个基板，即第一基板13，如图2和图3所示， Vivaldi振子组阵11设置于第一基板13的一侧；功分器12设置于第一基板13 远离Vivaldi振子组阵11的一侧，则Vivaldi振子组阵11和功分器12设置于同一基板上，减小水平辐射单元1的整体厚度。第一基板13的边缘处可设置至少一对定位槽131，用于在安装水平辐射单元1时，对水平辐射单元1进行位置固定。

可选的，如图5和图6所示，图5是本实用新型实施例提供的另一种水平辐射单元的***图，图6是本实用新型实施例提供的另一种水平辐射单元的结构示意图。水平辐射单元还可以包括：第二基板14和第三基板15；第二基板 14和第三基板15固定连接；Vivaldi振子组阵11设置于第二基板14上；功分器12设置于第三基板15上。

水平辐射单元1还可以包括两个基板：第二基板14和第三基板15；Vivaldi 振子组阵11设置于第二基板14上，功分器12设置于第三基板15上，则Vivaldi 振子组阵11和功分器12分别设置于不同的基板上，使得功分器12和Vivaldi 振子组阵11可以各自在基板上进行集成和制作，最后将第二基板14和第三基板15进行固定组装，加快制作工艺。具体的，第二基板14和第三基板15可通过螺钉螺接，或者可以通过铆钉铆接。

此外，因为影响宽带性能的主要因素为功分器12，功分器12所在的第二基板14的要求性能较高，则第三基板15的制作成本较高，而Vivaldi振子组阵11对第二基板14的性能要求相对较低，可采用成本较低的第二基板14，从而节约水平辐射单元1的生产成本，进一步的，第三基板15的直径可设置的小于第二基板14，以进一步减小水平辐射单元1的基板材料成本。可选的，上述第一基板13、第二基板14和第三基板15可为PCB板。

可选的，继续参考图5和图6，Vivaldi振子组阵11设置于第二基板14靠近第三基板15的一侧；功分器12设置于第三基板15远离第二基板14的一侧。

Vivaldi振子组阵11设置于第二基板14靠近第三基板15的一侧，功分器 12设置于第三基板15远离第二基板14的一侧，则Vivaldi振子组阵11和功分器12之间仅间隔一个第三基板15，耦合效果较佳，加大电信号辐射强度。当然，Vivaldi振子组阵11也可设置于第二基板14远离第三基板15的一侧，功分器12设置于第三基板15远离第二基板14的一侧，则Vivaldi振子组阵11和功分器12之间间隔第二基板14和第三基板15，本实施例对Vivaldi振子组阵11 和功分器12的设置位置不进行具体限定。

可选的，水平辐射单元1还可以包括：第二线缆(图7中未示出)；第二线缆的内导体穿过Vivaldi振子组阵11与功分器12电连接；第二线缆的外导体与Vivaldi振子组阵11电连接，第二线缆使得水平辐射单元1形成信号传输通路，实现本实用新型实施例提供的水平极化的水平辐射单元1，在平行于基板的水平方向上，本实施例提供的水平辐射单元1辐射均匀，全向特性较佳。

当水平辐射单元1仅包括第一基板13时，第二线缆由第一基板13设置 Vivaldi振子组阵11的一侧接入，第二线缆的外导体直接与Vivaldi振子组阵11 中心的金属层电连接，第二线缆的内导体穿过第一基板13，与第一基板13另一侧的功分器12的输入端口电连接。

当水平辐射单元1包括第二基板14和第三基板15时，第二线缆由第二基板14远离第三基板15的一侧接入，第二线缆的外导体穿过第二基板14直接与 Vivaldi振子组阵11中心的金属层电连接，第二线缆的内导体穿过第二基板14 和第三基板15，与第三基板15远离第二基板14的一侧的功分器12的输入端口电连接。

图7是本实用新型实施例提供的另一种双极化天线的结构示意图，图8是本实用新型实施例提供的又一种双极化天线的结构示意图，参考图6至图8，可选的，垂直极化振子2可以为单锥振子、赋形锥振子或双锥振子。图6示出了垂直极化振子2为双锥振子的结构，垂直极化振子2包括两个相对设置的锥形振子，即第一锥振子21和第二锥振子22；图7示出了垂直极化振子2为赋形锥振子23的结构，赋形锥振子23包括顶端靠近水平辐射单元1的锥形部232 以及锥形部尾端连接的231桶装部分，并且赋形锥振子23还包括设置于锥形部 232靠近水平辐射单元1的反射板24；图8示出了垂直极化振子2为单锥振子 25的结构，图6至图8示出的垂直极化振子2的结构仅为本实用新型实施例提供的垂直极化振子2的几种设置形式，除了上述单锥振子、赋形锥振子或双锥振子，本实施例双极化天线的垂直极化振子2还可以为其他种类的垂直极化振子，本实施例对垂直极化振子2的种类不进行限定。

可选的，继续参考图6，垂直极化振子2为双锥振子；双锥振子包括第一锥振子21和第二锥振子22；第一锥振子21和第二锥振子22的顶端相对设置，并通过支撑部(图6中未示出)绝缘连接；第一锥振子21靠近水平辐射单元1 设置，第二锥振子22远离水平辐射单元1设置；第一锥振子21和第二锥振子 22的顶端分别设置有接线孔26。

相对于赋形锥振子或单锥振子，双锥振子具有更佳的辐射性能，并能够覆盖较宽的带宽，实现超宽带的双极化天线。第一锥振子21和第二锥振子22顶端相对设置。值得注意的是，本实施例中第一锥振子21和第二锥振子22的顶端指的是的锥体截面直径较小的一侧，底端为锥体截面直径较大的一侧。第一锥振子21的底端靠近水平辐射单元1设置，第一锥振子21的顶端靠近第二锥振子22的顶端设置，第一锥振子21的底端远离水平辐射单元1设置，即远离第二锥振子22设置。第一锥振子21和第二锥振子22的顶端之间绝缘设置，例如，可通过塑料材质的支撑部进行第一锥振子21和第二锥振子22的顶端之间的支撑。

可选的，垂直辐射单元2还包括第一线缆(图6中未示出)；第一线缆的内导体穿过第一锥振子21和第二锥振子22的接线孔26与第二锥振子22电连接；第一线缆的外导体与第一锥振子21电连接。第一线缆使得垂直极化振子2形成信号传输通路，实现本实用新型实施例提供的垂直极化的垂直极化振子2，在垂直于水平辐射单元1的方向上，辐射均匀，全向特性较佳。

当水平辐射单元1仅包括第一基板13时，第一线缆由第一基板13设置 Vivaldi振子组阵11的一侧接入，第一线缆整体穿过第一基板13之后，第一线缆的内导体穿过第一锥振子21和第二锥振子22的接线孔26，与第二锥振子22 电连接，第一线缆的外导体与第一锥振子21电连接。

当水平辐射单元1包括第二基板14和第三基板15时，第一线缆由第二基板14远离第三基板15的一侧接入，第一线缆整体穿过第二基板14和第三基板 15，第一线缆的内导体穿过第一锥振子21和第二锥振子22的接线孔26，与第二锥振子22电连接，第一线缆的外导体与第一锥振子21电连接。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种双极化天线，其特征在于，包括：水平辐射单元和垂直辐射单元；

所述水平辐射单元包括功分器和Vivaldi振子组阵；所述Vivaldi振子组阵包括多个沿圆周方向均匀分布的Vivaldi振子单元；所述功分器包括与所述Vivaldi振子单元一一对应的多个输出端口，所述功分器的输出端口与所述Vivaldi振子单元一一对应耦合连接；

所述垂直辐射单元设置于所述水平辐射单元的一侧，包括垂直极化振子，用于与所述Vivaldi振子组阵结合，实现所述双极化天线的双极化。

2.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述垂直极化振子为单锥振子、赋形锥振子或双锥振子。

3.根据权利要求2所述的双极化天线，其特征在于，所述垂直极化振子为双锥振子；所述双锥振子包括第一锥振子和第二锥振子；所述第一锥振子和第二锥振子的顶端相对设置，并通过支撑部绝缘连接；

所述第一锥振子靠近所述水平辐射单元设置，所述第二锥振子远离所述水平辐射单元设置；所述第一锥振子和第二锥振子的顶端分别设置有接线孔。

4.根据权利要求3所述的双极化天线，其特征在于，

所述垂直辐射单元还包括第一线缆；所述第一线缆的内导体穿过所述第一锥振子和第二锥振子的接线孔与所述第二锥振子电连接；所述第一线缆的外导体与所述第一锥振子电连接。

5.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述水平辐射单元还包括：第一基板；

所述Vivaldi振子组阵设置于所述第一基板的一侧；

所述功分器设置于所述第一基板远离所述Vivaldi振子组阵的一侧。

6.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述水平辐射单元还包括：第二基板和第三基板；所述第二基板和所述第三基板固定连接；

所述Vivaldi振子组阵设置于所述第二基板上；所述功分器设置于所述第三基板上。

7.根据权利要求6所述的双极化天线，其特征在于，

所述Vivaldi振子组阵设置于所述第二基板靠近所述第三基板的一侧；所述功分器设置于所述第三基板远离所述第二基板的一侧。

8.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述Vivaldi振子单元包括：刻蚀金属层形成的谐振腔，以及与所述谐振腔连通的辐射区域；

所述辐射区域由指数渐变槽线和矩形槽线围绕而成。

9.根据权利要求8所述的双极化天线，其特征在于，所述Vivaldi振子单元的矩形槽线上形成有多个矩形波纹槽。

10.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，还包括：第二线缆；

所述第二线缆的内导体穿过所述Vivaldi振子组阵与所述功分器电连接；

所述第二线缆的外导体与所述Vivaldi振子组阵电连接。