CN101635392A - 一种天线单元、共轴辐射组件及天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种单极化单元、共轴辐射组件及天线，一种单极化多频天线单元，包括：工作于第一频率范围的第一偶极单元，所述第一偶极单元包括第一偶极子臂、第二偶极子臂和第一平衡不平衡变换器，其中，第一偶极子臂和第二偶极子臂相互对称，所述第一偶极子臂、第二偶极子臂通过所述第一平衡不平衡变换器电连接于一反射板上，所述第一偶极子臂的结构构成一个工作于第二频率范围的第二偶极单元，所述第二偶极子臂的结构构成另一个工作于第二频率范围的第二偶极单元。从而，本发明实施例提供一个能同时工作在两种频率范围的一体化结构的天线单元，并能获得比传统天线单元更高的增益。

Description

一种天线单元、共轴辐射组件及天线

技术领域

本发明涉及一种移动通信的天线技术领域，尤其是一种单极化多频天线单元、双极化多频共轴辐射组件及天线阵列。

背景技术

天线是移动通信系统的空中接口部分，移动台向空中发射信号，由基站天线接收，然后到基站收发信机处理；反向地，基站也通过天线向移动台发射信号；从而，移动通信系统实现双向通信。

近年来，双极化、多频段天线日益受到人们的青睐。尤其在移动通信领域中，能有效解决多路径衰落问题的双极化天线得到了广泛应用。双极化天线用于发射或接收两个线性正交的极化信号，极化方向例如可以是垂直及水平定向，或者相对垂直方向以+45°及-45°的方向定向；而移动通信包含了多种频率范围，分别有450-470MHz，806-960MHz，1710-2170MHz，2300-2700MHz等。随着移动通信的发展，移动运营商同时拥有了多种频率范围的移动通信牌照，为了提高通信质量，降低成本，运营商希望能开发同时工作在多个频段的双极化天线，于是就提出了多频双极化天线需求。

现有共轴方案的多频双极化天线，换言之，即现有多频双极化天线共轴单元的结构，一般是环绕第二辐射元件(又名中央辐射元件)设置第一辐射元件，第一辐射元件由工作在第一频率上的四个正交偶极构成，第二辐射元件由工作在第二频率上的两个交叉的正交偶极构成，这些元件设置在反射板上；

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下缺点：现有的多频双极化天线共轴单元，结构上比较复杂，并且构成现有多频双极化天线共轴单元的现有天线单元(第一辐射元件、第二辐射元件)的增益不高。

发明内容

本发明实施例一方面提供一种结构简单的单极化多频天线单元，能获得比现有天线单元更高的单元增益；

本发明实施例另一方面提供由单极化多频天线单元构成的共轴辐射组件，以及由共轴辐射组件构成的多频双极化天线阵列。

本发明实施例的技术方案具体是这样实现的：

一种单极化多频天线单元，包括：工作于第一频率范围的第一偶极单元，所述第一偶极单元包括第一偶极子臂、第二偶极子臂和第一平衡不平衡变换器，所述第一偶极子臂和第二偶极子臂相互对称，所述第一偶极子臂、第二偶极子臂通过所述第一平衡不平衡变换器电连接于一反射板上，所述第一偶极子臂的结构构成一个工作于第二频率范围的第二偶极单元，所述第二偶极子臂的结构构成另一个工作于第二频率范围的第二偶极单元。

一种共轴辐射组件，该共轴辐射组件位于反射板上，用于发射和/或接收两种频率范围中的具有两个线性正交极化方向的电磁波，该共轴辐射组件由两个彼此正交布置的所述的单极化多频天线单元组成，在该共轴辐射组件中所述单极化多频天线单元中的第二偶极单元构成偶极子方阵。

一种双极化多频天线阵列，包括：至少两个所述的共轴辐射组件，所述共轴辐射组件在垂直扩展方向上彼此上下设置在反射板上的，或者，所述共轴辐射组件在水平扩展方向上彼此前后设置在反射板上的，或者，所述共轴辐射组件以多个行及列的方式相互侧向及上下级联的布置。

由上述技术方案可见，本发明实施例中采用将工作于第一频率范围和第二频率范围的偶极单元构成一体化结构，因此可以灵活使用在多频段或者单频段上，并且本发明实施例的天线单元和共轴辐射组件采用一体化结构，具有结构简单的优点。

并且，对于工作于第一频率范围的第一偶极单元，由于所述第一偶极子臂和所述第二偶极子臂分别构成一个工作于第二频率范围的第二偶极单元，因此，有效电尺寸加大了，从而可以获得比传统天线单元更高的增益。

并且，对于工作于第二频率范围的第二偶极单元，由于是一对偶极子形成一个极化方向上的单元，有了阵列的增益贡献，同样可获得比传统天线单元更高的增益，因此，本发明实施例提供的天线单元能获得比传统天线单元更高的增益；本发明实施例提供的共轴辐射组件能获得比现有共轴辐射组件更好的增益；以及，相对于由传统天线单元组成的天线阵列，本发明实施例提供的天线阵列也能获得更高的增益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的单极化偶极子的结构示意图；

图2为现有的单极化偶极子的一种馈电点结构示意图；

图3为本发明实施例一的天线单元的立体结构示意图；

图4为本发明实施例一的天线单元的双臂折弯并联结构示意图；

图5为本发明实施例的天线单元一种增益仿真示意图；

图6为本发明实施例的天线单元另一种增益仿真示意图；

图7为本发明实施例二的天线单元的立体结构示意图；

图8为本发明实施例三的共轴辐射组件的结构示意图；

图9为本发明实施例三的共轴辐射组件中双臂折弯并联结构示意图；

图10为图8的共轴辐射组件的俯视示意图；

图11为本发明实施例四的共轴辐射组件的结构示意图；

图12为本发明实施例五的由共轴辐射组件组合成双极化多频天线阵列的结构示意图；

图13为图12的双极化多频天线阵列的俯视示意图；

图14为图12的双极化多频天线阵列的侧视示意图；

图15为本发明实施例六的由共轴辐射组件组合成双极化多频天线阵列的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到偶极子(dipole，又名半波振子)为通讯领域最基本的辐射体，为了方便描述本发明实施例的方案，下面参阅图1，先介绍传统的单极化偶极子的结构，结合图1、图2所示，该单极化偶极子包括：偶极子臂101a、101b、平衡不平衡变换器102，偶极子臂101a、101b通过平衡不平衡变换器102电连接于反射板103上；该反射板103具有足够大的尺寸，以便辐射在反射板上的偶极后方的电磁场被向前反射，该反射板103在水平的辐射方向上具有一个垂直于反射板面并呈一定高度的隔墙104；其中，成对称关系的偶极子臂101a、101b之间的缝隙处存在馈电点105，现有馈电点结构包括：同轴线馈电、微带线馈电，微带线耦合馈电等，为了方便理解，下面简单介绍一种同轴线馈电点结构，如图2所示，为采用同轴线进行馈电的结构示意图，同轴线外导体连接偶极子的一臂101a，同轴线内导体连接偶极子的另一臂101b，需要说明的是本发明实施例中的馈电点结构可以采用现有的馈电点结构，例如：同轴线馈电点结构，故下面描述的本发明实施例中关于馈电点结构部分不再赘述，且相关附图中均不涉及馈电点的结构，仅用直线指示其位置。

本发明实施例中，提供了一种结构简单的单极化多频天线单元，也可以称为单极化多频共轴偶极子；本发明实施例的单极化多频天线单元，包括：工作于第一频率范围F1的第一偶极单元，所述第一偶极单元包括第一偶极子臂、第二偶极子臂和第一平衡不平衡变换器，其中，第一偶极子臂和第二偶极子臂相互对称，所述第一偶极子臂、第二偶极子臂通过所述第一平衡不平衡变换器电连接于一反射板上，所述第一偶极子臂的结构构成一个工作于第二频率范围F2的第二偶极单元，所述第二偶极子臂的结构构成另一个工作于第二频率范围F2的第二偶极单元。

以及，所述第一偶极子臂包括第三偶极子臂、第四偶极子臂和第二平衡不平衡变换器，其中，所述第三偶极子臂和第四偶极子臂相互对称，所述第三偶极子臂、第四偶极子臂通过所述第二平衡不平衡变换器与所述第一平衡不平衡变换器连接，至少由所述第三偶极子臂、第四偶极子臂和第二平衡不平衡变换器构成一个工作于第二频率范围F2的第二偶极单元；

以及，所述第二偶极子臂包括第三偶极子臂、第四偶极子臂和第二平衡不平衡变换器，其中，所述第三偶极子臂和第四偶极子臂相互对称，所述第三偶极子臂、第四偶极子臂通过所述第二平衡不平衡变换器与所述第一平衡不平衡变换器连接，至少由所述第三偶极子臂、第四偶极子臂和第二平衡不平衡变换器构成另一个工作于第二频率范围F2的第二偶极单元。

其中，所述第一频率范围的中心频率与第二频率范围的中心频率的比值处于1∶2.5至1∶1.5的范围内。

请参阅图3，为本发明实施例一的天线单元的立体结构示意图，其中，该天线单元包括：工作于第一频段F1(即第一频率范围)的第一偶极单元，例如，这里的第一频段可以是900M，该第一偶极单元包括：偶极子臂201a、201b，平衡不平衡变换器202，偶极子臂201a、201b通过平衡不平衡变换器202电连接于反射板203上，在偶极子臂201a、201b之间的缝隙处形成第一频段(如900M)馈电点204，平衡不平衡变换器202(以下为方便描述简称为变换器202)构成相应偶极子臂201a、201b的支撑件，其中，偶极子臂201a的结构构成了一个工作于第二频段F2(即第二频率范围)的第二偶极单元，这里的第二频段F2可以是1800M，在一种实现下，偶极子臂201a采用双臂折弯并联结构，如图4所示，从偶极子臂201a与变换器202接合处的两端向与1800M馈电点204处反向的方向延伸出两个并列的长臂2010，长臂2010与变换器202形成一定的角度θ1，这里的角度可以为90°左右，并且两个并列的长臂2010间具有一定的间距，每个长臂2010在一个特定的位置处向外折弯形成第一折弯段2011、第二折弯段2012，其中第一折弯段2011、第二折弯段2012之间形成一定的角度θ2，这里的角度可以为90°左右；需要说明的是：这里的第一折弯段2011为工作于第二频段F2(例如：1800M)的第二偶极单元的平衡不平衡变换器，这里的第二折弯段2012为工作于第二频段F2(例如：1800M)的第二偶极单元的偶极子臂，在两个对称的第二折弯段2012之间的缝隙处形成第二频段(如1800M)的馈电点205；应当理解的是：工作于第二频段的第二偶极单元的两个对称的偶极子臂也可以分别采用双臂折弯并联结构；考虑到偶极子臂201a、201b的结构完全对称，故不再对偶极子臂201b的结构赘述，亦即偶极子臂201b的结构构成另一个工作于第二频段F2(即第二频率范围)的第二偶极单元。应当理解：前述提及的第一偶极单元自身的部分结构构成了第二偶极单元，即本发明实施例采用共体结构实现了用于两个频段的天线单元，以及，本发明实施例的第一偶极单元是一种特殊的偶极子，第二偶极单元即是一种偶极子，需要说明的是：

900M频段，可以为824-960MHz或870-960MHz；

1800M频段，可以为1710-2170MHz，1710-1880MHz或1920-2170MHz。

需要说明的是：第一频段和第二频段相对而言，前者为低频段，后者为高频段，在本发明实施例中，在一种实现下，第一频段的中心频率：第二频段的中心频率的比值可以处于1∶1.5-1∶2.5的范围内，优选为1∶2；

以及，在本发明实施例中，在一种实现下，工作于第一频段F1的第一偶极单元的偶极子臂的长度范围L＝1/4λ±0.05λ，优选的，L＝1/4λ，这里的λ为第一偶极单元的中心频率的工作波长，波长λ＝C/频率，即λ＝C/第一频率范围F1的中心频率，C为自由空间中的光速。

以及，前述提到的特定的位置处，为了方便理解，可以称为折弯处，在一种实现下，折弯处的位置可以在(1/2L±1/4L)范围内，优选为1/2L处，L即工作于第一频段F1的第一偶极单元的偶极子臂的长度。

以及，在一种实现下，工作于第一频段F1的第一偶极单元的平衡不平衡变换器的高度0＜H＜＝1/4λ；在另一种实现下，高度H优选可以处于：1/4λ±1/8λ范围内，这里的λ为第一偶极单元的中心频率的工作波长，即λ＝C/第一频段F1的中心频率，C为自由空间中的光速。

以及，在一种实现下，工作于第一频段F1的第一偶极单元的偶极子臂201a、201b之间的缝隙处，换句话说，即偶极子臂201a、201b之间的间距可以处于1mm至10mm的范围内；工作于第二频段F2的第二偶极单元的两个第二折弯段2012之间的缝隙处，换句话说，即工作于第二频段F2的第二偶极单元的偶极子臂之间的间距可以处于1mm至10mm的范围内。

可见，本发明实施例的天线单元上包括三个偶极子单元，其中，两个呈对称的工作于高频段的第二偶极子单元分别直接制作在工作于低频段的第一偶极子单元的两个偶极子臂上，换句话说，工作于低频段的第一偶极单元的两个对称偶极子臂分别当作一个完整的工作于高频段的偶极子，因此，本发明实施例提供一种能同时工作在两个频段的一体化结构的天线单元，具有结构简单的优点；应当理解的是：本发明实施例也可以提供能同时工作在三个频段的一体化结构的天线单元，换言之，即本发明实施例可以提供能同时工作在多频段的一体化结构的天线单元。

并且，对于工作于第一频段的第一偶极单元，偶极子臂采用了并联的形式，形成阻抗加载，可以使单元的阻抗更容易匹配，同时，由于有效电尺寸的加大，可以获得比传统天线单元更高的增益。

通常情况下，偶极子的辐射阻抗高于传输线的特性阻抗，其匹配需要经过平衡不平衡变换器做一定的阻抗变换，例如：当平衡不平衡变换器为1/4中心频率的工作波长，平衡变换段能起到电流平衡和阻抗变换的作用，偶极子的辐射阻抗与传输线的特性阻抗获得良好的匹配。而本发明实施例的天线单元通过工作于第一频段F1的第一偶极单元的偶极子臂采用双臂折弯并联的形式，形成阻抗加载，有效降低了第一偶极单元的辐射阻抗，使得第一偶极单元的辐射阻抗接近传输线阻抗，获得良好的匹配。同时，第一偶极单元有效地增加了单元辐射的定向性，可比传统偶极子单元获得高出0.5dB左右的增益。

对于工作于第二频段F2的第二偶极单元，由于是一对偶极子形成一个极化方向上的单元，有了阵列的增益贡献，同样可获得比传统天线单元更高的增益，例如：约高出0.5dB的单元增益。

请参阅图5，为本发明实施例一的天线单元工作于824-960MHz时的增益仿真示意图，当本发明实施例一的天线单元工作于824-960MHz时，可以获得9.1-10dBi的增益；而传统天线单元在同样频段同样波束宽度下可以获得8.5-9.3dBi的增益；具体描述如下：

当freq＝0.82GHZ，Phi＝-45deg时，获得9.0678dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为66.3331deg；

当freq＝0.82GHZ，Phi＝45deg时，获得9.0673dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为66.0169deg。

当freq＝0.87GHZ，Phi＝-45deg时，获得9.3147dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为63.7459deg；

当freq＝0.87GHZ，Phi＝45deg时，获得9.3144dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为63.6640deg。

当freq＝0.91GHZ，Phi＝-45deg时，获得9.5782dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为61.6262deg；

当freq＝0.91GHZ，Phi＝45deg时，获得9.5782dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为61.6178deg。

当freq＝0.96GHZ，Phi＝-45deg时，获得9.9579dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为58.9051deg；

当freq＝0.96GHZ，Phi＝45deg时，获得9.9579dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为59.0993deg。

其中，X轴表示Xdb20Beamwidth(3)，指的是功率方向图3dB波束宽度(基站天线一般要求3dB波束宽度为65度+/-6度，即在59度～71度范围)，X轴的单位是deg，deg表示度；

Y轴表示增益值(增益一般用最大值Max表示)，Y轴的单位是dBi，dBi表示天线增益是与点源天线作为基准比较对象的，freq指的是频率，Phi指的是代表的方向图的切面角度，这里的+45deg表示的是水平面方向图，-45deg代表垂直面方向图(基站天线一般关注水平面和垂直面方向图)。

请参阅图6，为本发明实施例一的天线单元工作于1710-2170MHz时的增益仿真示意图，当本发明实施例一的天线单元工作于1710-2170MHz时，可以获得9.95-10.76dBi的增益；而传统天线单元在同样频段同样波束宽度下可以获得8.8-9.3dBi左右的增益。如图6所示，具体描述如下：

当freq＝1.71GHZ，Phi＝-45deg时，获得10.7578dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为59.2366deg；

当freq＝1.71GHZ，Phi＝45deg时，获得10.7578dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为59.6449deg。

当freq＝1.88GHZ，Phi＝-45deg时，获得10.6191dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为62.9315deg；

当freq＝1.88GHZ，Phi＝45deg时，获得10.6191dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为63.3420deg。

当freq＝1.92GHZ，Phi＝-45deg时，获得10.4918dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为65.9013deg；

当freq＝1.92GHZ，Phi＝45deg时，获得10.4918dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为66.3366deg。

当freq＝2.17GHZ，Phi＝-45deg时，获得9.9539dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为67.4352deg；

当freq＝2.17GHZ，Phi＝45deg时，获得9.9548dBi的增益，功率方向图3dB波束宽度为67.6654deg。

其中，X轴表示Xdb20Beamwidth(3)，指的是功率方向图3dB波束宽度(基站天线一般要求3dB波束宽度为65度+/-6度，即在59度～71度范围)，X轴的单位是deg，deg表示度；

Y轴表示增益值(增益一般用最大值Max表示)，Y轴的单位是dBi，dBi表示天线增益是与点源天线作为基准比较对象的，freq指的是频率，Phi指的是代表的方向图的切面角度，这里的+45deg表示的是水平面方向图，-45deg代表垂直面方向图(基站天线一般关注水平面和垂直面方向图)。

请参阅图7，为本发明实施例二的天线单元的立体结构示意图，如图所示，第二偶极单元的2个对称的偶极子臂2012直接制作在第一偶极单元的偶极子臂201a上，同理，另一个第二偶极单元的2个对称的偶极子臂2012直接制作在第一偶极单元的偶极子臂201b上，本发明实施例二与实施例一的区别在于：本发明实施例二的天线单元中的第一偶极单元的偶极子臂201a、201b相对于水平方向可以向下倾斜，也可以稍微向上倾斜，本发明实施例二的天线单元中的第二偶极单元的偶极子臂2012同理，即前述提到的θ1、θ2，在一种实现下，可以属于45°至90°的范围内，应当理解的是：大于90°的合理范围内也是可以实现的，小于45°的合理范围内也是可以实现的，例如：本发明实施例二的天线单元中的第一偶极单元的偶极子臂201a、201b相对于水平方向也可以向上稍微倾斜。需要说明的是：当θ1属于45°至90°的范围时，能有效降低第二偶极单元距离反射板203的高度，从而使第二偶极单元能获得更好的方向图特性。

并且，本发明实施例的天线单元上包括三个偶极子单元，其中，两个呈对称的工作于高频段的第二偶极子单元分别直接制作在工作于低频段的第一偶极子单元的两个偶极子臂上，换句话说，工作于低频段的第一偶极单元的两个对称偶极子臂分别当作一个完整的工作于高频段的偶极子，因此，本发明实施例提供一种能同时工作在两个频段的一体化结构的天线单元，具有结构简单的优点；应当理解的是：本发明实施例也可以提供能同时工作在三个频段的一体化结构的天线单元，换言之，即本发明实施例可以提供能同时工作在多频段的一体化结构的天线单元。

并且，对于工作于第一频段的第一偶极单元，偶极子臂采用了并联的形式，形成阻抗加载，可以使单元的阻抗更容易匹配，同时，由于有效电尺寸的加大，可以获得比传统天线单元更高的增益。

对于工作于第二频段F2的第二偶极单元，由于是一对偶极子形成一个极化方向上的单元，有了阵列的增益贡献，同样可获得比传统天线单元更高的增益，例如：约高出0.5dB的单元增益。

本发明实施例还提供一种共轴辐射组件，该共轴辐射组件位于反射板上，能同时工作于第一频率范围F1和第二频率范围F2，用于发射和/或接收两种频率范围中的具有两个线性正交极化方向的电磁波，该共轴辐射组件由两个彼此正交布置的本发明实施例的单极化多频天线单元组成，在该共轴辐射组件中所述单极化多频天线单元中的第二偶极单元构成偶极子方阵。

请参阅图8-10，为本发明实施例三的双极化多频段共轴辐射组件30的结构示意图，本发明实施例三的共轴辐射组件30位于反射板203上，能同时工作于第一频率范围F1和第二频率范围F2，用于发射和/或接收两个频段范围中的具有两个线性正交极化方向的电磁波，例如：可以是垂直及水平定向，也可以是相对垂直方向(或相对于水平方向)以+45°及-45°的方向定向，本发明实施例三的共轴辐射组件30由两个彼此正交(定向)布置的本发明实施例一的天线单元组成，本发明实施例一的天线单元包括：工作于第一频率范围F1的第一偶极单元，所述第一偶极单元包括第一偶极子臂201a、第二偶极子臂201b和第一平衡不平衡变换器，其中，第一偶极子臂201a和第二偶极子臂201b相互对称，所述第一偶极子臂201a、第二偶极子臂201b通过所述第一平衡不平衡变换器电连接于一反射板203上，所述第一偶极子臂201a的结构构成一个工作于第二频率范围F2的第二偶极单元，即第二偶极单元的2个对称的偶极子臂2012和第二平衡不平衡变换器2011直接制作在第一偶极子臂201a上；

所述第一偶极子臂201b的结构构成一个工作于第二频率范围F2的另一个第二偶极单元，即第二偶极单元的2个对称的偶极子臂2012和第二平衡不平衡变换器2011直接制作在第一偶极子臂201b上，请参阅图9，为本发明实施例三的共轴辐射组件中双臂折弯并联结构示意图。

如图10所示为多频双极化的共轴辐射组件30的俯视示意图，可见，本发明实施例的双极化多频段共轴辐射组件中，第二偶极单元组成偶极子方阵，这里的第二偶极单元即第一偶极单元的偶极子臂201a、201b。

第二偶极单元平行或垂直于第一偶极单元定向，第一频率范围与第二频率范围的中心频率的比例在1∶1.5至1∶2.5之间。

第一偶极单元在反射板上的高度小于第一偶极单元的中心频率的工作波长，这里的第一偶极单元的中心频率的工作波长λ＝C/第一频率范围F1的中心频率，C为自由空间中的光速，在一种实现下，高度H可以处于0＜H＜＝1/4λ；在另一种实现下，优选的，工作于第一频率范围F1的第一偶极单元的平衡不平衡变换器的高度H可以处于：(1/4λ±1/8λ)范围内。

需要说明的是：本发明实施例三的共轴辐射组件由两个彼此正交(定向)布置的本发明实施例一的天线单元组成，本发明实施例一的天线单元包括工作于第一频段F1的第一偶极单元和工作于第二频段F2的第二偶极单元，两个第一偶极单元正交部署，形成第一频段F1(如900M)交叉极化偶极子；其中，一个第一偶极单元上相对的两个第二频段F2(1800M)第二偶极单元采用同相馈电，相当于一个第二频段F2(1800M)偶极子；另一个第一偶极单元上相对的两个第二频段F2(1800M)第二偶极单元也采用同相馈电，相当于另一个第二频段F2(1800M)偶极子，极化方向与前一个偶极子互相垂直。

本发明实施例的共轴辐射组件中，对于工作于第一频率范围的第一偶极单元，偶极子臂采用了并联的形式，形成阻抗加载，可以使单元的阻抗更容易匹配，同时，由于有效电尺寸的加大，可以获得比传统天线单元更高的增益。并且，对于工作于第二频率范围的第二偶极单元，由于是一对偶极子形成一个极化方向上的单元，有了阵列的增益贡献，同样可获得比传统天线单元更高的增益，因此，相对于现有共轴辐射组件，由本发明实施例的天线单元构成的共轴辐射组件能获得更好的增益；并且本发明实施例的共轴辐射组件采用由一体化结构的天线单元构成，具有结构简单的优点。

请参阅图11，为本发明实施例四的双极化多频段的共轴辐射组件31的结构示意图，与本发明实施例三的双极化多频段共轴辐射组件30的区别在于：本发明实施例四的双极化多频段共轴辐射组件由两个彼此正交(定向)布置的本发明实施例二的天线单元组成，本发明实施例二的天线单元包括：工作于第一频率范围F1的第一偶极单元，所述第一偶极单元包括第一偶极子臂201a、第二偶极子臂201b和第一平衡不平衡变换器，其中，第一偶极子臂201a和第二偶极子臂201b相互对称，所述第一偶极子臂201a、第二偶极子臂201b通过所述第一平衡不平衡变换器电连接于一反射板203上，所述第一偶极子臂201a的结构构成一个工作于第二频率范围F2的第二偶极单元，第二偶极子臂201b的结构构成另一个工作于第二频率范围F2的第二偶极单元，所述第一偶极子臂201a、第二偶极子臂201b分别与第一平衡不平衡变换器形成一定的夹角，换句话说，即第一偶极子臂、第二偶极子臂下倾，如图11所示，本发明实施例四的双极化多频段的共轴辐射组件形成伞状。应当理解的是：这里的第二偶极单元包括：第三偶极子臂2012、第四偶极子臂2012和第二平衡不平衡变换器2011，其中，第三偶极子臂2012和第四偶极子臂2012相互对称，所述第三偶极子臂2012、第四偶极子臂2012通过第二所述平衡不平衡变换器2011与第一平衡不平衡变换器连接。需要说明的是：第二偶极单元中的第三偶极子臂2012、第四偶极子臂2012也可以分别与第二所述平衡不平衡变换器2011形成一定的夹角，例如：属于45°至90°的范围内，应当理解的是：大于90°的合理范围内也是可以实现的，小于45°的合理范围内也是可以实现的。

本发明实施例的共轴辐射组件中，对于工作于第一频率范围的第一偶极单元，偶极子臂采用了并联的形式，形成阻抗加载，可以使单元的阻抗更容易匹配，同时，由于有效电尺寸的加大，可以获得比传统天线单元更高的增益。并且，对于工作于第二频率范围的第二偶极单元，由于是一对偶极子形成一个极化方向上的单元，有了阵列的增益贡献，同样可获得比传统天线单元更高的增益，因此，相对于现有共轴辐射组件，由本发明实施例的天线单元构成的共轴辐射组件能获得更好的增益；并且本发明实施例的共轴辐射组件采用由一体化结构的天线单元构成，具有结构简单的优点。

本发明实施例还提供一种双极化多频天线阵列，本发明实施例的双极化多频天线阵列包括多个本发明实施例的共轴辐射组件，为了方便描述，这里将本发明实施例的共轴辐射组件叫做第一辐射组件，第一辐射组件在垂直扩展方向上彼此上下设置在反射板上的；应当理解的是：第一辐射组件也可以在水平扩展方向上彼此前后设置在反射板上的，也可将多个第一辐射组件以多个行及列的方式相互侧向及上下级联的布置。

在两个相邻的用于第一频率范围(较低频率范围)的第一辐射组件之间的中间位置设有一个用于第二频率范围(较高频率范围)的相应辐射组件，即放置附加的第二辐射组件。第二辐射组件为双极化偶极单元，应当理解的是：第二辐射组件可以是十字交叉双极化偶极单元、偶极方阵的双极化偶极单元，或者是工作于较高频段的本发明实施例的共轴辐射组件等等。

进一步的，本发明实施例的多频双极化共轴辐射组件，可以按小于1个较低频率范围(第一频率范围F1)的中心频率的工作波长的间距成直线排列，这里的，工作波长λ＝C/第一频率范围F1的中心频率，C为自由空间中的光速，即间距为小于λ，同时在相邻两个共轴辐射组件之间，设置有一个单独的用于较高频率范围(第二频率范围)的相应辐射组件，构成完整的多频双极化共轴天线阵列。这里的，按小于1个较低频率范围(第一频率范围)的中心频率的工作波长的间距成直线排列，其中，工作波长λ＝C/第一频率范围F1的中心频率，C为自由空间中的光速，即间距为小于λ。

请参阅图12-14，为本发明实施例五的由多个共轴辐射组件组合成的多频双极化共轴天线阵列的结构示意图；在一个反射板203上设置有两个工作于第一频度范围(低频段)的第一辐射组件及一个工作于第二频率范围(高频段)的第二辐射组件，这里的第二辐射组件由一个十字偶极(即一个十字形状的偶极结构)组成，这样形成的天线阵列具有高的垂直方向的增益。

请参阅图15，为本发明实施例六的由多个共轴辐射组件组合成的多频双极化共轴天线阵列的结构示意图；与实施例五的区别在于：在一个反射板上设置有两个工作于第一频率范围(低频段)的第一辐射组件及一个工作于第二频率范围(高频段)的第二辐射组件，第二辐射组件为双极化偶极单元，这里的第二辐射组件为工作于高频段的本发明实施例三的共轴辐射组件，这样形成的天线阵列具有高的垂直方向的增益。

应当理解的是：本发明实施例还提供由多个本发明实施例四的共轴辐射组件组合成的多频双极化共轴天线阵列，即伞状的共轴辐射组件也可以按照上述方法构成多频双极化天线阵列，例如：将工作于较低频率范围的伞状共轴辐射组件，按小于1个较低频率范围(第一频率范围F1)的中心频率的工作波长的间距成直线排列，这里的，工作波长λ＝C/第一频率范围F1的中心频率，C为自由空间中的光速，即间距为小于λ，同时在每两个相邻的伞状共轴辐射组件间，设置一个单独的工作于较高频率范围的相应辐射组件，这里的工作于较高频率范围的相应辐射组件可以是十字交叉双极化偶极单元、偶极方阵的双极化偶极单元，或者是工作于较高频段的本发明实施例四的共轴辐射组件，从而构成完整的多频双极化共轴天线阵列，这样形成的天线阵列具有高的垂直方向的增益。

应当理解的是：通过对辐射组件的调整可以实现较高及较低的频率范围的辐射组件半值带宽的更好平衡。

可见，本发明实施例提供的天线单元通过采用将用于高频率范围和低频率范围的偶极单元构成一体化结构，因此可以灵活使用在多频段或者单频段上。并且本发明实施例的共轴辐射组件采用由一体化结构的天线单元构成，具有结构简单的优点。

并且，对于工作于低频段(第一频率范围F1)的第一偶极单元，偶极子臂采用了并联的形式，形成阻抗加载，可以使单元的阻抗更容易匹配，同时，由于有效电尺寸的加大，可以获得比传统天线单元更高的增益。

并且，对于工作于高频段(第二频率范围F2)的第二偶极单元，由于是一对偶极子形成一个极化方向上的单元，有了阵列的增益贡献，同样可获得比传统天线单元更高的增益，例如：约高出0.5dB的单元增益。因此，本发明实施例提供的天线单元能获得比传统天线单元更高的增益；本发明实施例提供的共轴辐射组件能获得比现有共轴辐射组件更好的增益；

并且，现有多频双极化天线共轴单元由于结构的原因，中央辐射元件的辐射会被外围辐射元件所严重干扰，而本发明实施例的共轴辐射组件采用一体化结构，能带来弱化辐射干扰的效果。

进一步的，相对于由传统天线单元组成的天线阵列，本发明实施例提供的天线阵列也能获得更高的增益，本发明实施例提供的多频双极化共轴天线阵列除了上述有益效果外，还具有高的垂直方向的增益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1、一种单极化多频天线单元，其特征在于，包括：工作于第一频率范围的第一偶极单元，所述第一偶极单元包括第一偶极子臂、第二偶极子臂和第一平衡不平衡变换器，所述第一偶极子臂和第二偶极子臂相互对称，所述第一偶极子臂、第二偶极子臂通过所述第一平衡不平衡变换器电连接于一反射板上，所述第一偶极子臂的结构构成一个工作于第二频率范围的第二偶极单元，所述第二偶极子臂的结构构成另一个工作于第二频率范围的第二偶极单元。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一偶极子臂和第二偶极子臂，分别采用双臂并联折弯的结构。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一、二偶极子臂，包括两个并列的具有一定间距的长臂，该长臂在一特定折弯处向外折弯形成第一折弯段、第二折弯段，其中，该第一折弯段为工作于第二频率范围的第二偶极单元的平衡不平衡变换器，该第二折弯段为工作于第二频率范围的第二偶极单元的偶极子臂，在两个对称的第二折弯段之间的缝隙处形成第二频率范围的馈电点。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一偶极子臂包括第三偶极子臂、第四偶极子臂和第二平衡不平衡变换器，其中，所述第三偶极子臂和第四偶极子臂相互对称，所述第三偶极子臂、第四偶极子臂通过所述第二平衡不平衡变换器与所述第一平衡不平衡变换器连接，至少由所述第三偶极子臂、第四偶极子臂和第二平衡不平衡变换器构成一个工作于第二频率范围的第二偶极单元；

所述第二偶极子臂包括第三偶极子臂、第四偶极子臂和第二平衡不平衡变换器，其中，所述第三偶极子臂和第四偶极子臂相互对称，所述第三偶极子臂、第四偶极子臂通过所述第二平衡不平衡变换器与所述第一平衡不平衡变换器连接，至少由所述第三偶极子臂、第四偶极子臂和第二平衡不平衡变换器构成另一个工作于第二频率范围F2的第二偶极单元。

5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述工作于第一频率范围的第一偶极单元的第一偶极子臂、第二偶极子臂的长度范围L为1/4λ±0.05λ，λ为第一偶极单元的中心频率的工作波长，所述特定折弯处在1/2L±1/4L范围内。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工作于第一频率范围的第一偶极单元的第一平衡不平衡变换器的高度H处于(1/4λ±1/8λ)范围内，λ为第一偶极单元的中心频率的工作波长。

7、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述工作于第一频率范围的第一偶极单元的第一偶极子臂、第二偶极子臂之间的间距处于1mm至10mm的范围内；所述工作于第二频率范围F2的第二偶极单元的第三偶极子臂、第四偶极子臂之间的间距处于1mm至10mm的范围内。

8、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一偶极子臂、第二偶极子臂分别与所述第一平衡不平衡变换器形成一定的夹角θ1，所述第一折弯段与第二折弯段之间形成一定的角度θ2，θ1、θ2分别属于45°至90°的范围内。

9、根据权利要求1任一项所述的装置，其特征在于，所述第一频率范围的中心频率与第二频率范围的中心频率的比值处于1∶2.5至1∶1.5的范围内。

10、一种共轴辐射组件，其特征在于，该共轴辐射组件位于反射板上，用于发射和/或接收两种频率范围中的具有两个线性正交极化方向的电磁波，该共轴辐射组件由两个彼此正交布置的如权1-9任一项所述的单极化多频天线单元组成，在该共轴辐射组件中所述单极化多频天线单元中的第二偶极单元构成偶极子方阵。

11、一种双极化多频天线阵列，其特征在于，包括：至少两个如权10所述的共轴辐射组件，所述共轴辐射组件在垂直扩展方向上彼此上下设置在反射板上的，或者，所述共轴辐射组件在水平扩展方向上彼此前后设置在反射板上的，或者，所述共轴辐射组件以多个行及列的方式相互侧向及上下级联的布置。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，在两个相邻的用于第一频率范围的共轴辐射组件之间的中间位置设有一个用于第二频率范围的相应辐射组件。

13、根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述设在中间位置的所述辐射组件由十字交叉双极化偶极单元组成；

或者，所述设在中间位置的所述辐射组件以一个偶极方阵的双极化偶极单元组成；

或者，所述设在中间位置的所述辐射组件以工作于第二频率范围的所述共轴辐射组件组成。

14、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述共轴辐射组件，按小于1个第一频率范围的中心频率的工作波长的间距成直线排列，并在相邻两个共轴辐射组件之间设置有一个单独的用于第二频率范围的相应辐射组件。

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