CN101877434A - 一种偶极子天线单元及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种偶极子天线单元及其制造方法，所述方法包括：形成馈电模块，所述馈电模块的高度小于四分之一中心波长；在所述馈电模块的一端连接至少两个振子臂，在所述馈电模块的另一端连接金属反射板；在所述振子臂之间设置介质元件以改变电流分布特性，所述介质元件与所述振子臂位于同一平面。通过本实施例的方法制造的偶极子天线单元，在剖面高度降低的同时，保证了偶极子天线单元的带宽阻抗，由于偶极子天线单元的剖面高度的降低，大大减小了天线的体积。

Description

一种偶极子天线单元及其制造方法

技术领域

本发明涉及通信领域中的天线，尤其涉及一种偶极子天线单元及其制造方法。

背景技术

天线是移动通信系统中的一个能量转换装置，移动台发射的电磁波信号经过天线转换成电信号，供基站处理；反向的，基站将电信号通过天线转换成电磁波信号在自由空间中进行传播，移动台可以接收电磁波信号，从而实现通信系统的双向通信。随着通信技术的发展，天线小型化已成为基站天线的发展趋势，而集成天线系统概念的提出，将收发信机模块集成到天线中，也对天线的小型化提出了更为迫切的要求。

基站天线一般由天线单元、馈电网络和移相网络三部分组成。基站天线的体积主要由天线单元的剖面高度和单元间距决定，单元间距是由频段和设计要求决定的，数值相对固定，因此降低天线单元的剖面高度是减小基站天线体积的有效方法，也是降低集成天线体积的有效方法。

另一方面，天线还有一个重要的技术指标——带宽，带宽是天线能正常工作的频带范围，通常指的是天线的阻抗带宽，常用的通信系统的带宽集中在824MHz～960MHz、1710MHz～2170MHz两个宽频段。天线的带宽是通过阻抗匹配实现的，因此要保证天线的带宽，就必须实现相应的带宽阻抗匹配。

发明人在实现本发明的过程中发现，偶极子天线单元因其简单的结构形式和相对优越的电气性能，在基站天线中得到广泛的应用，但由于要达到一定的带宽，偶极子天线单元通常剖面比较高，通常为四分之一中心频率波长，才能实现带宽阻抗匹配，例如，带宽为1710MHz～2170MHz频段内的偶极子天线单元的剖面高度为38mm左右才能实现带宽阻抗匹配。为了实现天线的小型化，需要降低天线单元的剖面高度，但是偶极子天线的剖面高度的降低会改变天线的阻抗，从而偶极子天线的剖面高度和带宽需求是相互矛盾的，降低天线单元的剖面高度，带宽受限，很难以满足要求。

发明内容

为了解决上述现有技术中所指出的偶极子天线单元的低剖面高度与高带宽相互矛盾的问题，本发明实施例提供一种偶极子天线单元及其制造方法，能够降低天线单元的剖面高度并保证带宽阻抗。

本发明实施例的上述目的是通过如下技术方案实现的：

一种偶极子天线单元的制造方法，所述方法包括：形成馈电模块，所述馈电模块的高度小于四分之一中心波长；在所述馈电模块的一端连接至少两个振子臂，在所述馈电模块的另一端连接金属反射板；在所述振子臂之间设置介质元件以改变电流分布特性，所述介质元件与所述振子臂位于同一平面。

一种偶极子天线单元，所述偶极子天线单元包括至少两个振子臂，馈电模块，金属反射板和介质元件，其中：所述馈电模块的一端连接所述至少两个振子臂，所述馈电模块的另一端连接所述金属反射板，所述馈电模块的高度小于四分之一中心波长；所述介质元件设置于所述振子臂之间，所述介质元件与所述振子臂位于同一平面。

通过本实施例的偶极子天线单元，由于偶极子天线单元的剖面高度主要是由馈电模块的高度决定的，本发明实施例提供的偶极子天线单元可以使馈电模块的高度小于四分之一中心波长，从而降低了偶极子天线单元的剖面高度，另外，在剖面高度降低的同时在振子臂之间填充了介质元件，介质元件能够调整偶极子天线单元的阻抗，从而保证了偶极子天线单元的阻抗特性，满足了带宽阻抗匹配需求，实现了天线的高带宽。所以，在剖面高度降低的同时，保证了偶极子天线单元的带宽，大大减小了天线的体积。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的偶极子天线单元制造方法流程图；

图2为本发明一实施例的偶极子天线单元的立体图；

图3为本发明一个实施例的偶极子天线单元俯视图；

图4为本发明另一实施例的偶极子天线单元俯视图；

图5为本发明另一实施例的偶极子天线单元俯视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例一

本发明实施例提供一种偶极子天线单元的制造方法，以下结合附图对本实施例进行详细说明。

图1为本实施例的方法流程图，请参照图1，本实施例的偶极子天线单元的制造方法包括：

101：形成馈电模块，所述馈电模块的高度小于四分之一中心波长；

102：在所述馈电模块的一端连接至少两个振子臂，在所述馈电模块的另一端连接金属反射板；

103：在所述振子臂之间设置介质元件以改变电流分布特性，所述介质元件与所述振子臂位于同一平面。

在本实施例中，馈电模块的高度决定了偶极子天线单元的剖面高度，在制造偶极子天线单元时直接降低馈电模块的高度，从而降低了偶极子天线单元的剖面高度，例如，常规偶极子天线单元的剖面高度为四分之一中心波长，根据本实施例的方法，可以使偶极子天线单元的剖面高度小于四分之一中心波长，例如至少降低到0.2个中心波长。

在本实施例中，振子臂的形状任意，可以是钻石形或扇形等等。介质元件设置于振子臂之间以改变电流分布特性，其介电常数和形状可以一定，也可以不一定，并且介质元件的形状和大小取决于每两相邻振子臂之间的形状以及偶极子天线单元的带宽阻抗匹配需要。

由于降低偶极子天线单元的剖面高度，振子臂离反射板之间电流耦合增大，改变了天线的电流分布，从而改变了其输入阻抗，难以与特定的50欧姆阻抗匹配。而根据本实施例的方法，在振子臂附近设置介质元件，等效于在振子臂间添加不平衡结构，对由于耦合电流引起的电流分布变化起到补偿作用，从而实现天线的带宽阻抗阻抗匹配，保证了偶极子天线单元的带宽阻抗。

通过本实施例的方法，由于偶极子天线单元的剖面高度主要是由馈电模块的高度决定的，本发明实施例提供的偶极子天线单元的制造方法可以使偶极子天线单元的馈电模块的高度小于四分之一中心波长，从而降低了偶极子天线单元的剖面高度，在降低偶极子天线单元的剖面高度的同时，在振子臂之间填充了介质元件，介质元件能够调整偶极子天线单元的阻抗，从而保证了偶极子天线单元的带宽阻抗特性，满足了带宽阻抗匹配需求，实现了天线的高带宽。所以，在剖面高度降低的同时，保证了偶极子天线单元的带宽，大大减小了天线的体积。

在本实施例中，在偶极子天线单元的振子臂之间设置介质元件以适应剖面高度降低后的带宽阻抗匹配需要，可以通过多种不同的方式实现，以下结合不同的实施例对此加以说明。

实施例二

本实施例还提供一种偶极子天线单元的制造方法，在本实施例所提供的方法中，在得到剖面高度小于四分之一中心波长的偶极子天线单元的同时，在偶极子天线单元的每两相邻的振子臂之间均匀对称设置介质元件，以下结合附图对本实施例进行说明。

图3为根据本实施例的方法所制造的偶极子天线单元的俯视图，如图3所示，在本实施例中，振子臂31的形状为钻石形，故每两相邻的振子臂之间的形状为梯形，因此，设置于每两相邻的振子臂之间的介质元件321、322、323、324的形状为梯形。

在本实施例中，介质元件的形状和大小则根据偶极子天线单元实际的带宽阻抗匹配需求来进行调节，由于不同的介质元件的介电常数不同，对振子臂之间的电流分布的影响也不同，因此，为了达到天线单元的带宽阻抗匹配需求，需要调节介质元件的形状和大小，直到满足该天线单元的带宽阻抗匹配需求为止。

在本实施例中，介质元件321、322、323、324与振子臂31完全接触，但本实施例并不以此作为限制，在实际实施时，介质元件321、322、323、324与振子臂31也可以部分接触，或不接触，并根据介质元件的材料，通过固定件对该介质元件进行固定，固定方式有多种，只要让其位于振子臂之间即可，在此不一一举例。

本实施例还提供一种偶极子天线单元的制造方法，在本实施例所提供的方法中，在得到剖面高度小于四分之一中心波长的偶极子天线单元的同时，在偶极子天线单元的振子臂整个平面均匀对称设置介质元件，使每一所述振子臂都被所述介质元件所包围，以下结合附图对本实施例进行说明。

图4为根据本实施例的方法所制造的偶极子天线单元的俯视图，如图4所示，在本实施例中，介质元件42位于振子臂41整个平面上，且包围每一个振子臂，介质元件42的形状可以是方形、圆形或其他多边形，同样的，该介质元件的形状和大小可以根据偶极子天线单元的带宽阻抗匹配需要进行调节。

在图3和图4所示实施例中，介质元件是均匀对称的设置，也就是说，该介质元件的介电常数是固定的，且是呈对称设置。

本实施例还提供一种偶极子天线单元的制造方法，在本实施例所提供的方法中，在得到剖面高度小于四分之一中心波长的偶极子天线单元的同时，在偶极子天线单元的每两相邻的振子臂之间非均匀对称设置介质元件，以下结合附图对本实施例进行说明。

图5为根据本实施例的方法所制造的偶极子天线单元的俯视图，如图5所示，在本实施例中，介质元件521、522、523、524位于振子臂51平面内，且呈非均匀对称设置，例如，介质元件521和522不对称，如此设置，有利于改善天线隔离度等特性，同样的，每一介质元件的形状和大小可以根据偶极子天线单元的带宽阻抗匹配需要进行调节。

在本实施例中，介质元件521、522、523、524是非均匀对称的设置于每两相邻的振子臂之间，也就是说，该介质元件的介电常数不固定，即材料不均匀，或者形状不对称，或者材料不均匀而且形状不对称。

本实施例提供了一种制造偶极子天线单元的方法，根据该方法制造的偶极子天线单元，成型和装配简易，成本低廉，且由于偶极子天线单元的剖面高度主要是由馈电模块的高度决定的，本发明实施例提供的偶极子天线单元可以使馈电模块的高度小于四分之一中心波长，从而降低了偶极子天线单元的剖面高度，另外，在剖面高度降低的同时在振子臂之间填充了介质元件，介质元件能够调整偶极子天线单元的阻抗，从而保证了偶极子天线单元的阻抗特性，满足了带宽阻抗匹配需求，实现了天线的高带宽。所以，在剖面高度降低的同时，保证了偶极子天线单元的带宽，大大减小了天线的体积。

对应前述实施例中的偶极子天线单元的制造方法，本发明实施例还提供一种偶极子天线单元，以下分别通过不同的实施例对此加以说明。

实施例三

本实施例提供一种偶极子天线单元，以下结合附图对本实施例进行说明。

图2为本发明实施例的偶极子天线单元的立体图，如图2所示，本发明实施例的偶极子天线单元主要包括：至少两个振子臂21，馈电模块22，金属反射板23以及介质元件24，其中：

馈电模块22的一端与振子臂21相连接，馈电模块22的另一端与金属反射板23相连接，馈电模块22的高度小于四分之一中心波长。

在本实施例中，馈电模块22可以是巴仑馈电结构，相对于现有技术中常规的四分之一中心波长的巴仑馈电结构，本实施例的馈电模块22可以采用小于四分之一中心波长的巴仑馈电结构，例如采用0.2中心波长的巴仑馈电结构。

介质元件24设置于振子臂21之间，例如，可以设置于每相邻两振子臂21之间，或者设置于振子臂21的整个平面上并包围每一个振子臂21。该介质元件24与振子臂21可以完全接触，或部分接触，或不接触，并通过固定件对该介质元件24进行固定，由于介质元件24与振子臂21接触与否不影响本发明的实现，因此固定件可以将介质元件24固定至任意位置，例如，将介质元件24固定至振子臂21上，或者将介质元件固定至馈电模块22上，或者将介质元件24固定至反射板23上。其中，介质元件的材料可以是玻璃纤维、陶瓷等，本实施例并不以此作为限制。

在本实施例中，振子臂21的形状任意，可以为钻石形或者扇形，当介质元件24设置于每两相邻的振子臂21之间，并与振子臂21完全接触时，该介质元件24的形状取决于每两相邻的振子臂21之间的间隙的形状；当介质元件24设置于每两相邻的振子臂21之间，且与振子臂21部分接触或不接触时，该介质元件24的形状任意，但要位于每两相邻的振子臂21之间的间隙内；当介质元件24设置于振子臂21平面上，且包围每一振子臂21时，该介质元件24的形状可以为方形、圆形或任意多边形。

在本实施例中，该介质元件的形状和大小可以根据偶极子天线单元的带宽阻抗匹配需要进行调节。在具体调节以实现带宽阻抗匹配时，可以通过调整介质元件的形状、大小或材料中的一种或几种的组合，例如，相同的形状和大小时，介质元件材料的介电常数越大，偶极子天线单元的阻抗越小。

本实施例的偶极子天线单元既适用于单极化偶极子天线，也适用于双极化偶极子天线，在单极化偶极子天线中，有两个振子臂对称设置，而在双极化偶极子天线中，有四个振子臂对称设置，下面以双极化偶极子天线为例，结合附图对本实施例的偶极子天线单元进行说明。

图3为本发明一个实施例的偶极子天线单元的俯视图，如图3所示，本实施例的偶极子天线单元包括：四个振子臂31，馈电模块(图未示)，反射板33以及介质元件321、322、323、324，该介质元件321、322、323、324与振子臂31位于同一平面，且与振子臂31完全接触，并通过固定件(图未示)进行固定。介质元件321、322、323、324与四个振子臂31可以完全接触，或部分接触，或不接触。

在本实施例中，振子臂31的形状为钻石形。介质元件包括四个部分321、322、323、324，每个部分分别设置于每两相邻的振子臂21之间，且该四个部分321、322、323、324呈均匀对称设置，即介质元件不同部分的介电常数相同，形状取决于每两相邻的振子臂21之间的形状，在本实施例中为梯形，该介质元件的形状或大小则取决于实际的带宽阻抗匹配需求，可以根据实际带宽阻抗匹配需求来进行调节。

图4为本发明另一个实施例的偶极子天线单元的俯视图，与图3所示的偶极子天线单元不同的是，本实施例的偶极子天线单元的介质元件42是一个整体，设置于振子臂41的整个平面上，且呈均匀对称设置，并包围振子臂41，通过固定件加以固定，在本实施例中，该介质元件42的形状为方形。同样的，该介质元件42的形状和大小可以根据实际带宽阻抗匹配需求来进行调节。介质元件42与振子臂41可以完全接触，或部分接触，或不接触。

图5为本发明另一个实施例的偶极子天线单元的俯视图，与图3所示的偶极子天线单元不同的是，本实施例的偶极子天线单元的介质元件包括四个部分521、522、523、524，每个部分分别设置于每两相邻的振子臂51之间，且该四个部分521、522、523、524呈非均匀对称设置，以改善天线隔离度等特性，这里的非均匀对称包括介质元件形状的不对称，例如，介质元件521和522不对称；或者介质元件材料的不均匀，即不同部分的介电常数不相同，例如四个部分521、522、523、524的介电常数各不相同；或者既有形状的不对称也有材料的不均匀。介质元件的四个部分521、522、523、524与振子臂51可以完全接触，或部分接触，或不接触。

由于偶极子天线单元的剖面高度主要是由馈电模块的高度决定的，本发明实施例提供的偶极子天线单元可以使馈电模块的高度小于四分之一中心波长，从而降低了偶极子天线单元的剖面高度，另外，在剖面高度降低的同时在振子臂之间填充了介质元件，从而保证了偶极子天线单元的阻抗特性，满足了带宽阻抗匹配需求。另外，该偶极子天线单元结构简单，成型和装配简易，成本低。本发明实施例的低剖面偶极子天线单元的实现，不仅可以实现基站天线的小型化，同时可以推广到双频共轴，集成天线等系统中，应用前景广泛。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种偶极子天线单元的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

形成馈电模块，所述馈电模块的高度小于四分之一中心波长；

在所述馈电模块的一端连接至少两个振子臂，在所述馈电模块的另一端连接金属反射板；

在所述振子臂之间设置介质元件以改变电流分布特性，所述介质元件与所述振子臂位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述振子臂之间设置介质元件包括：

在每两相邻的振子臂之间设置介质元件；或者

在所述振子臂整个平面设置介质元件，使每一所述振子臂都被所述介质元件所包围。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述介质元件为均匀对称设置，或非均匀对称设置；

所述非均匀对称包括所述介质元件材料不均匀和/或所述介质元件形状不对称。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述振子臂之间设置介质元件之后，所述方法还包括：

根据所述偶极子天线单元的带宽阻抗匹配需要调节所述介质元件的形状和大小。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述振子臂之间设置介质元件还包括：

使所述介质元件与所述振子臂完全接触，或部分接触，或不接触。

6.一种偶极子天线单元，其特征在于，所述偶极子天线单元包括至少两个振子臂，馈电模块，金属反射板和介质元件，其中：

所述馈电模块的一端连接所述至少两个振子臂，所述馈电模块的另一端连接所述金属反射板，所述馈电模块的高度小于四分之一中心波长；

所述介质元件设置于所述振子臂之间，所述介质元件与所述振子臂位于同一平面。

7.根据权利要求6所述的偶极子天线单元，其特征在于：

所述介质元件在每两相邻的所述振子臂之间均匀对称设置，或非均匀对称设置；

所述非均匀对称包括所述介质元件材料不均匀和/或所述介质元件形状不对称。

8.根据权利要求7所述的偶极子天线单元，其特征在于：

所述介质元件包括多个部分，每个部分位于两相邻所述振子臂之间的间隙内；或者，

所述介质元件为一个整体，每一所述振子臂都被所述介质元件包围。

9.根据权利要求6至8任一项所述的偶极子天线单元，其特征在于：

所述介质元件与所述振子臂完全接触，或部分接触，或不接触；

所述介质元件通过固定件固定至振子臂或馈电模块或金属反射板上。

Images