CN101505007B - 一种宽频双极化天线辐射元结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种宽频双极化天线辐射元结构，包括表面辐射单元、介质板、馈电支座和反射板，所述表面辐射单元包括半波阵子阵子臂，馈电支座位于介质板和反射板之间，本发明还包括寄生结构，所述寄生结构设于表面辐射单元阵子臂末端，使得相邻的两个阵子臂呈电容性连接；表面辐射单元和寄生结构分别附着于介质板的两面。本发明可改善阵子的平衡性，有效的提高了交叉极化特性，尤其是在±60°方向上，增强了辐射的方向性；其次，改善了阵子的回波损耗、隔离度。本发明结构更加稳定可靠，更易于作为一个单独的部件快速进行装配和焊接。

Description

一种宽频双极化天线辐射元结构

技术领域

本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种宽频双极化天线辐射元结构。

背景技术

目前，双极化天线的阵子大多采用两对正交的半波振子结构，这种结构相对直观地实现了两对半波阵子的场正交，例如垂直和水平，±45°斜角，从而实现天线阵子的双极化。理想的正交对双极化阵子的两个极化的极化分极和双极化天线的效率非常重要，其正交特性的优劣通常用交叉极化分辨率或者交叉极化比来评估。目前普遍应用的评估指标是：主轴交叉极化比和±60°交叉极化比，且要求主轴典型值高于20dB，在±60°高于10dB。然而，大多相对简单的振子结构由于加工或者馈电不平衡等原因造成阵子辐射单元空间辐射不平衡，仅仅依靠阵子本身无法满足对交叉极化的要求，交叉极化特性较差。

中国专利CN1988260A提供了一种较好的解决技术方案，其方式是在辐射单元阵子臂的末端通过特定的结构连接起来，通过调整这些特定连接结构的形状来提高天线阵子对称性，从而提高阵子空间辐射的平衡性，进而提高交叉极化特性。但是，实际应用中，上述结构为了实现抗匹配的要求，会使其辐射片尺寸增大很多，导致其辐射片成本较高，同时由于相邻单元间距过于靠近，引起阵列设计困难。

发明内容

本发明目的在于提供一种宽频双极化天线阵子结构，可提高阵子本身空间辐射的平衡性，进而提高交叉极化特性，使其辐射阵子具有更高的辐射/接收效率，结构稳定可靠，更易于作为一个单独的部件快速进行装配和焊接。

本发明是这样实现的：一种宽频双极化天线辐射元结构，包括表面辐射单元、介质板、馈电支座和反射板，还包括一寄生结构、所述表面辐射单元包括半波阵子阵子臂，所述馈电支座位于介质板和反射板之间，所述寄生结构设置于表面辐射单元阵子臂之背部，使得相邻的两个阵子臂呈电容性连接；所述表面辐射单元和寄生结构分别附着于介质板的两面。其中，所述表面辐射单元包括对称且呈斜45°十字交叉布置的两对半波阵子的阵子臂，所述阵子臂呈“U”或“V”形；所述寄生结构为可改变其形状或/和位置、或改变其长度或/和粗细、或改变其长度或/和厚度的寄生金属环片，所述寄生金属环片置放于两个相邻极化的阵子臂末端的背面。

本发明可以在不改变天线阵子的基本结构和保证其基本电气性能的情况下，通过增加寄生结构改善了阵子电流的平衡性，有效的提高了交叉极化特性，尤其是在±60°方向上，增强了辐射的方向性；其次，馈电支座的支撑臂和微带传输的设计优点，在于很低的传输损耗、宽带匹配以及低互耦效应，也即改善了回波损耗、隔离度。此外，本发明与现有技术中线路板型、电缆型馈电方式阵子结构相比，结构更加稳定可靠，更易于作为一个单独的部件快速进行装配和焊接。

本发明适用于各种频段，包括CDMA/GSM(806-960MHz)，UMTS(1710-2170MHz)，Wimax(2300-2700MHz、3300-3800MHz)等。

附图说明

图1a是本发明实施例一之表面辐射单元正面视图；

图1b是本发明实施例一之表面辐射单元背面视图；

图1c是本发明平板导体馈电结构的辐射单元视图；

图1d是本发明平板导体馈电结构与支座结构三维视图；

图2a是本发明实施例二之表面辐射单元正面视图；

图2b是本发明实施例二之表面辐射单元背面视图；

图2c是本发明线路板馈电结构的辐射单元视图；

图2d、图2e是本发明线路板馈电结构与支座结构视图(阵子沿辐射单元+45°剖面的侧视图)；

图2f、图2g是本发明线路板馈电结构与支座结构视图(阵子沿辐射单元-45°剖面的侧视图)。

上述附图中：

图1a-图1d为本发明导体型馈电的表面辐射单元结构实施例，其中：

1-表面辐射单元                      2-介质板

3-寄生金属环片                      4-反射板

5-馈电支座                          6-馈电段

7-支座与表面辐射单元连接的凸起部分  8-平板导体

9-支座的外导体凸起部分              10-固定介质

图2a-图2e为本发明线路板型馈电的表面辐射单元结构实施例，其中：

11-表面辐射单元                     12-介质板

13-寄生金属环片                     14-反射板

15-线路板支座                       16-支座的内导体部分

17、18-支座与表面辐射单元连接的上凸起部分

19、20-支座下凸起部分               21-支座的外导体部分

图2f-图2g为本发明线路板型馈电的表面辐射单元之馈电支座的另一种结构实施例，其中：

22-线路板支座                       23-支座的内导体部分

24、25-支座与表面辐射单元连接的上凸起部分

26、27-支座下凸起部分               28-支座的外导体部分

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种改进的宽频双极化天线辐射元结构，包括表面辐射单元、介质板、馈电支座和反射板，所述表面辐射单元包括半波阵子阵子臂，可为对称且呈斜45°十字交叉布置的两对半波阵子的阵子臂，所述阵子臂可呈”U”或“V”形；所述馈电支座位于介质板和反射板之间，本发明还包括一寄生结构，位于表面辐射单元两个相邻极化的阵子臂末端，所述表面辐射单元和寄生结构可分别附着于介质板的正反两面，可采用蚀刻或其他方式实现。本发明通过设置寄生结构，可使得相邻两个极化的阵子臂间实现了电容性连接，从而消除了阵子臂的末端效应；同时由于寄生结构置于阵子臂的末端，高频自身在其1/4波长结构开路变成了短路，使得一路极化的电流与另一路极化的电流相连通，从而改变了电流的不平衡性。

所述寄生结构可改变其在介质板上的形状或/和位置，或改变其长度或/和粗细，也可改变其长度或/和厚度，具体地，所述寄生结构可为金属环片状结构，也可为半环状金属片结构，还可以是方形片状结构，或者为圆环片状结构，通常可放置于两个相邻极化的阵子臂末端的背面，也可放置于单个的“U”形或“V”阵子臂末端的背面，通过调整这些寄生金属环片形状和位置，可提高天线阵子对称性，从而提高阵子空间辐射的平衡性，进而提高交叉极化特性。所述金属环片应足够长，以满足高频1/2波长的行程，其作用是可相互抵消不同极化阵子产生的自感应电流，同时使得同一极化的阵子形成场同向叠加，方向性达到最优。也就是说，可通过改变金属环的长度或/和粗细、长度或/和厚度来调整阵子臂末端电流的平衡性和改变阵子的辐射电阻，最终可使得交叉极化比、回波损耗等电气指标达到一个理想的平衡状态。

附图提供了实现本发明的两种较佳的具体实施例，下面结合附图对本发明做进一步详述。

实施例一：

本实施例为采用平板导体馈电方式的表面辐射单元结构实施例。

请参阅图1a-图1c，本实施例表面辐射单元结构包括表面辐射单元1、介质板2、反射板4和馈电支座5，还包括寄生金属环片3，在本实施例中，所述表面辐射单元1包括对称的且斜45°十字交叉布置的两对半波阵子的阵子臂，该阵子臂形为类似“U”形结构，馈电段6位于各阵子臂中间，一端连接阵子臂，另一端与平板导体8的凸起部分相连；寄生金属环片3为半环状金属片结构，位于两个相邻极化的阵子臂末端。这样，高频自身在其1/4波长结构开路变成了短路，使得一路极化的电流与另一路极化的电流相连通，即两个极化的阵子臂间实现了电容性连接。表面辐射单元1和寄生金属环片3分别以蚀刻方式使之附着于介质板2的正反两面。

请参阅1a和图1d，本发明较佳的实施例中，所述馈电支座5含有四个支撑臂，其形状为光滑的类梯形结构，其顶端和下端分别设有用于支座与辐射单元连接的凸起部分7和支座的外导体凸起部分9，其中支座与辐射单元连接的凸起部分7与馈电段6进行焊接，其下端之支座的外导体凸起部分9穿过反射板4的缝隙，但不与反射板4接触，与天线的馈电网络焊接。在所述馈电支座5上，还设有平板导体8，所述平板导体8结构与馈电支座5相适配，通过塑料介质10紧固在馈电支座5的类梯形结构腔内；馈电支座的外导体凸起部分9还与表面辐射单元1焊接，其下端与反射板4用螺钉紧固，从而起到一个扼流圈的作用。所述馈电支座5与平板导体8组成了微带传输的馈电结构方式，这种方式能实现三种有益的效果：低损耗传输、低回波匹配以及两路极化近场的低耦合效果。另外，馈电支座5的底部有四个对称的圆环，其作用是减少与接地板的接触面积，也即实现了辐射阵子的低无源互调效果。

对于本领域技术人员来说，就馈电方式而言，上述实施例可以用电缆来替代，电缆的内导体可等效于上述较佳实施例中的平板导体8之结构，与表面辐射单元1焊接；电缆的外导体则焊接到馈电支座5上，焊接的位置可根据匹配的需要进行调节，而馈电支座5的结构可根据电缆的固定方式进行结构调整。

实施例二：

本实施例为采用线路板导体馈电方式的表面辐射单元结构实施例。

请参阅图2a-图2g，本实施例表面辐射单元结构包括表面辐射单元11、介质板12、反射板14和馈电支座15，还包括寄生金属环片13。在本实施例中，所述寄生金属环片3亦为半环状金属片结构，所述表面辐射单元11包括对称的且斜45°十字交叉布置的两对半波阵子的阵子臂，该阵子臂形为类似“V”形结构，且在“V”形尾部两端电容性连接，寄生金属环片3位于两个相邻极化的阵子臂末端，表面辐射单元11和寄生金属环片13分别以蚀刻方式使之附着在介质板12的正反两面。

请再参阅图2c～图2e，本实施例线路板馈电支座15通过支座与表面辐射单元连接的上凸起部分17、18穿过介质板12与表面辐射单元11连接，并通过其支座下凸起部分19、20穿过反射板14。于所述馈电支座15上，附着有支座内导体部分16和外导体部分21，所述支座内导体部分16顶端与表面辐射阵子11进行焊接，其下端穿过反射板14的缝隙但不与反射板14接触，与天线的馈电网络焊接；所述馈电支座的外导体部分21顶端与表面辐射单元11焊接，下端与反射板14焊接从而起到一个扼流圈的作用。

图2f～图2g展示了本实施例馈电支座的另一种结构。请参见图2f～图2g，线路板馈电支座22其结构与上述线路板馈电支座15结构稍有不同，其余构件完全相同。所述馈电支座22通过支座与表面辐射单元连接的上凸起部分24、25穿过介质板12与表面辐射单元11连接，并通过其支座下凸起部分26、27穿过反射板14。同样地，于所述馈电支座22上，附着有支座内导体部分23和外导体部分28，所述支座内导体部分23顶端与表面辐射阵子11进行焊接，其下端穿过反射板14的缝隙但不与反射板14接触，与天线的馈电网络焊接；所述馈电支座的外导体部分28顶端与表面辐射单元11焊接，下端与反射板14焊接从而起到一个扼流圈的作用。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种宽频双极化天线辐射元结构，包括表面辐射单元、介质板、馈电支座和反射板，所述表面辐射单元包括半波阵子阵子臂，所述馈电支座位于介质板和反射板之间，其特征在于：还包括寄生结构，所述寄生结构位于表面辐射单元阵子臂末端，使得相邻的两个阵子臂呈电容性连接；所述表面辐射单元和寄生结构分别附着于所述介质板的两面；所述表面辐射单元包括对称且呈斜45°十字交叉布置的两对半波阵子的阵子臂，所述阵子臂呈“U”或“V”形；所述寄生结构为可改变其形状或/和位置、或改变其长度或/和粗细、或改变其长度或/和厚度的寄生金属环片，所述寄生金属环片置放于两个相邻极化的阵子臂末端的背面。

2.如权利要求1所述的一种宽频双极化天线辐射元结构，其特征在于：所述寄生金属环片为半环状金属片结构，或为方形片状结构，或为圆环片状结构。

3.如权利要求1-2任一项所述的一种宽频双极化天线辐射元结构，其特征在于：所述馈电支座顶端与表面辐射单元连接，下端与反射板连接而形成一扼流圈，该馈电支座上还设有平板导体，所述平板导体为一有宽度变化的金属导体带，其顶端穿过介质板与表面辐射单元接触并固接，下端有间隙地穿过反射板与天线的馈电网络固接。

4.如权利要求3所述的一种宽频双极化天线辐射元结构，其特征在于：所述馈电支座含有四个支撑臂，其为与所述平板导体相适配的类梯形结构。

5.如权利要求4所述的一种宽频双极化天线辐射元结构，其特征在于：所述馈电支座底部设有四个对称的圆环。

6.如权利要求1-2任一项所述的一种宽频双极化天线辐射元结构，其特征在于：所述馈电支座上设有内导体和外导体，所述内导体顶端与表面辐射单元阵子连接，其下端有间隙地穿越反射板与天线的馈电网络焊接；所述外导体顶端与表面辐射单元连接，下端与反射板连接而形成一扼流圈。

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