CN102013560A - 一种宽带高性能双极化辐射单元及天线 - Google Patents

一种宽带高性能双极化辐射单元及天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽带高性能双极化辐射单元，包括两对极化正交的偶极子、对每个偶极子进行平衡馈电的平衡器，每个偶极子包括一端对称固定安装在平衡器上的两个单元臂，单元臂的另一端设有加载线，每个偶极子关于平衡器呈非对称的折线状，其中，一个单元臂末端的加载线向内折弯，另一个单元臂末端的加载线向下折弯。本发明偶极子的加载线采取向内折弯和向下折弯的组合设计方式，使得向内折弯的加载线可以远离镶套在两个低频振子间的高频振子，以减少对高频振子的影响，而向下弯折的加载线则很好地补偿了极化的不对称性，交叉极化性能指标有大幅提升，此外，本发明的结构设计使得无论在成本还是可靠性上都具有更大的优势。

Description

一种宽带高性能双极化辐射单元及天线
技术领域
本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其是涉及一种宽带高性能双极化辐射单元及天线。
背景技术
目前在2G和3G网络共存的情况下，对能够兼容2G和3G网络的多频段天线的需求越来越多，并且随着通信技术的发展，对多频天线的性能指标也提出越来越高的要求。
针对以上的发展趋势，目前市场上较为常见的是采用两对偶极子正交分布，形成正方形或圆形的天线设计方案，如专利US 6333720B1中所披露的天线设计方案，该专利所述的振子采用两对偶极子正交放置，振子臂呈直线形，整个振子截面呈正方形结构，该振子可以通过高频振子镶嵌在低频振子中间来满足多频天线的需求。但该专利所述的振子在多频应用上存在以下几点不足：(1)由于该振子的单元臂采用的是直线型，这样会使整个振子口面较大，从而对嵌套在两个低频振子间的高频振子产生较大的影响；(2)由于该专利中的辐射单元的平衡器结构采用的是直线型，这样会使低频振子与高频振子距离较近，高频振子的阻抗以及方向图性能等就受到低频振子的影响较大。
专利CN 201134512Y虽然相对于前一专利US 6333720B1的设计做了改进，但仍存在以下不足之处：(1)采用嵌套方式实现多频天线设计，位于低频振子内部的高频单元，由于离低频的巴伦较近，高频单元的驻波及辐射特性将仍受到较大影响；(2)该专利虽然通过收敛辐射口径，降低了不同频段振子间的互耦，但由于其所有加载段均采用向下弯的方式，增加了加载段对高频振子的影响；(3)该专利通过粗细不一的截面，尤其在末端加粗来展宽工作带宽，但给加工以及振子的可靠性也带来不利。
因此针对以上专利辐射单元的不足，本设计提供了一种结构简单，加工方便，并在双频以及多频天线应用上具有良好电性能的辐射单元。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种宽带高性能双极化辐射单元及天线。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种宽带高性能双极化辐射单元，包括多个偶极子、对每个偶极子进行平衡馈电的平衡器，每个偶极子包括一端对称固定安装在平衡器上的两个单元臂，所述单元臂的另一端设有加载线，其特征在于：每个偶极子呈折线状，并且关于平衡器呈非对称分布，其中，每个偶极子的一个单元臂末端的加载线向内折弯，另一个单元臂末端的加载线向下折弯。
作为上述方案的进一步改进，所述宽带高性能双极化辐射单元具有两对偶极子，两对偶极子的极化呈正交分布。
进一步，所述偶极子的单元臂呈直线状或折线状，两对正交极化的两对偶极子共同构成八边形或十六边形结构。
进一步，所述偶极子截面呈圆形、方形、L形、T形、短截线或多边形结构。
进一步，所述每对偶极子中的单个单元与单元的间距为0.4～0.6个工作波长。
进一步，所述各平衡器安装在一环形底座上。
进一步，所述平衡器的外表面设有供馈电电缆布设的走线凹槽。
此外，所述所述宽带高性能双极化辐射单元为一体化压铸成型单元。
一种宽频天线，包括作为发射器的金属反射板，其特征在于：所述金属反射板上线性设置至少两个所述的宽带高性能双极化辐射单元。
一种双宽频天线，包括作为发射器的金属反射板，其特征在于：所述金属反射板上除了线性设置至少两个所述的宽带高性能双极化辐射单元以外，还设置有多个高频段天线辐射单元，其中至少有一个高频段天线辐射单元内嵌在所述的宽带高性能双极化辐射单元中。
本发明的有益效果是：
本发明作为一种宽带高性能双极化辐射单元及天线，一方面，由于偶极子的加载线采取向内折弯和向下折弯的组合设计方式，使得向内折弯的加载线可以远离镶套在两个低频振子间的高频振子，以减少对高频振子的影响，而向下弯折的加载线则很好地补偿了极化的不对称性，使得在保证其他性能指标不变的情况下，交叉极化性能指标有大幅提升；另一方面，本发明的宽带高性能双极化辐射单元及天线带宽宽、效率高、辐射性能好并可灵活应用于单频天线及多频天线的场合；此外，本发明还具有结构简单合理、易于加工以及电性能优越等特点，因此应用前景广阔。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：
图1是本发明辐射单元整体结构示意图；
图2是本发明辐射单元仰视结构示意图；
图3是本发明辐射单元侧面结构示意图；
图4是本发明辐射单元所组成的宽频双极化天线的立体结构示意图；
图5是本发明辐射单元所组成的双宽频双极化天线的立体结构示意图。
具体实施方式
参照图1、图2和图3，一种宽带高性能双极化辐射单元，包括两对极化正交的偶极子、对每个偶极子进行平衡馈电的平衡器，每个偶极子包括一端对称固定安装在平衡器上的两个单元臂，所述单元臂的另一端设有加载线，其特征在于：所述每个偶极子关于平衡器呈非对称的折线状，其中，一个单元臂末端的加载线向内折弯，另一个单元臂末端的加载线向下折弯。
具体来讲，本发明所述的宽带高性能双极化发射单元及天线包括11a，11b，12a，12b，13a，13b，14a，14b所示的8个单元臂，其中单元臂11a和单元臂11b一端连接在平衡器21上，并与另一端连接的加载线61a、加载线61b共同构成一个偶极子11；单元臂12a和单元臂12b一端连接在平衡器22上，并与另一端连接的加载线62a、加载线62b共同构成一个偶极子12；单元臂13a和单元臂13b一端连接在平衡器23上，并与另一端连接的加载线63a、加载线63b共同构成一个偶极子13；单元臂14a和单元臂14b一端连接在平衡器24上，并与另一端连接的加载线64a、加载线64b共同构成一个偶极子14；所构成的4个偶极子两两间距0.4～0.6个工作波长，并正交固定于环形连接器111上，从而形成正负45°极化。
所述的每个偶极子11，12，13，14结构相同，其中以偶极子11为例进行说明：偶极子11包括单元臂11a和单元臂11b，所述11a和11b两个单元臂关于平衡器21呈非对称的线状，两个单元臂的一端固定在平衡器上，单元臂11a的另一端向内折弯形成加载段61a，而单元臂11b的另一端向下折弯形成加载段61b，通过形成两个加载段可以使得辐射单元口径减小，并通过向内折弯的加载段61a，使得在多频应用时低频振子对高频振子的影响减小。
同样，辐射单元中其他的3个偶极子结构也相同，具体说明如下：
偶极子12中，单元臂12a向内折弯形成加载段62a，单元臂12b向下折弯形成单元臂62b；
偶极子13中，单元臂13a向内折弯形成加载段63a，单元臂13b向下折弯形成单元臂63b；
偶极子14中，单元臂14a向内折弯形成加载段64a，单元臂14b向下折弯形成单元笔64b。
如图2和图3所示，各个平衡器的下表面有凹形走线槽，各个电缆91，92，93，94紧贴于走线槽内，并在平衡器靠近环形连接器111处进行焊接，以减少因电缆表面电流泄露引起的辐射单元电性能恶化，平衡器顶部的一端开有与走线凹槽连通的走线孔101，102，103，104，另一端设有用于焊接馈电片31，32，33，34的金属柱41，42，43，44。实际使用中，以偶极子13为例，带有一些绝缘介质的馈电电缆93穿过走线孔103与馈电片33进行连接，在平衡器顶部的另一端，金属柱43与馈电片进行连接，并在凹槽内接近走线孔103的位置将馈电电缆93的金属屏蔽层与凹槽进行焊接，从而形成电流回路。上述的结构设计能很好的保证辐射单元电性能的一致性，并且可以保证结构的稳定性。
其他偶极子也是采用相同的方式进行馈电：
对于偶极子11，电缆91以及金属柱41通过馈电片31焊接在一起，并将电缆91的金属屏蔽层在接近走线孔的地方与走线槽进行焊接，从而形成电流回路；
对于偶极子12，电缆92以及金属柱42通过馈电片32焊接在一起，并将电缆92的金属屏蔽层在接近走线孔的地方与走线槽进行焊接，从而形成电流回路；
对于偶极子13，电缆93以及金属柱43通过馈电片33焊接在一起，并将电缆93的金属屏蔽层在接近走线孔的地方与走线槽进行焊接，从而形成电流回路。
所述两对偶极子的极化呈正交分布，偶极子的单元臂呈直线状或折线状，两对正交极化的两对偶极子共同构成八边形或十六边形结构，偶极子截面呈圆形、方形、L形、T形、短截线或多边形结构，每对偶极子中的单个单元与单元的间距为0.4～0.6个工作波长。
所述各平衡器安装在一环形底座上，平衡器的外表面设有供馈电电缆布设的走线凹槽。
所述宽带高性能双极化辐射单元为一体化压铸成型单元。
本发明所述的辐射单元主要应用于移动通信领域的基站天线上。
作为本发明优选的实施方式，一种宽频天线，包括作为发射器的金属反射板，所述金属反射板上线性设置至少两个所述的宽带高性能双极化辐射单元。
此外，作为本发明优选的实施方式，一种双宽频天线，包括作为发射器的金属反射板，所述金属反射板上除了线性设置至少两个所述的宽带高性能双极化辐射单元以外，还设置有多个高频段天线辐射单元，其中至少有一个高频段天线辐射单元内嵌在所述的宽带高性能双极化辐射单元中。
如图4和图5所示，图示给出了本发明辐射单元所组成的宽频双极化天线的立体结构示意图以及辐射单元所组成的双宽频双极化天线的立体结构示意图，辐射单元通过环形连接器上的4个螺钉孔81，82，83，84固定在金属反射板10上。
图5则给出了辐射单元应用于双频天线的一种形式，所述辐射单元与一个更高频段的单元组成双频双极化天线，所述单元A1以及A2与高频单元B1，B2以及B3呈共轴组阵，B1，B3嵌套于单元A1以及A2中，B3单元放置在低频单元A1以及A2的连线的中间。由于低频单元采用这种不对称的结构形式，在减小振子口径面的同时也能减少低频对高频振子的影响。采用本专利中的辐射单元进行多频天线设计，可以保证各频段电性能的独立性。
综上所述，本发明交叉极化性能优异、天线带宽宽、效率高、辐射性能好并可灵活应用于单频天线及多频天线的场合。
以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种宽带高性能双极化辐射单元，包括多个偶极子、对每个偶极子进行平衡馈电的平衡器，每个偶极子包括一端对称固定安装在平衡器上的两个单元臂，所述单元臂的另一端设有加载线，其特征在于：每个偶极子呈折线状，并且关于平衡器呈非对称分布，其中，每个偶极子的一个单元臂末端的加载线向内折弯，另一个单元臂末端的加载线向下折弯。
2.根据权利要求1所述的一种宽带高性能双极化辐射单元，其特征在于：所述宽带高性能双极化辐射单元具有两对偶极子，两对偶极子的极化呈正交分布。
3.根据权利要求2所述的一种宽带高性能双极化辐射单元，其特征在于：所述偶极子的单元臂呈直线状或折线状，正交极化的两对偶极子共同构成八边形或十六边形结构。
4.根据权利要求1所述的一种宽带高性能双极化辐射单元，其特征在于：所述偶极子截面呈圆形、方形、L形、T形、短截线或多边形结构。
5.根据权利要求1所述的一种宽带高性能双极化辐射单元，其特征在于：所述每对偶极子中的单个单元与单元的间距为0.4～0.6个工作波长。
6.根据权利要求1所述的一种宽带高性能双极化辐射单元，其特征在于：所述各平衡器安装在一环形底座上。
7.根据权利要求1或6所述的一种宽带高性能双极化辐射单元，其特征在于：所述平衡器的外表面设有供馈电电缆布设的走线凹槽。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种宽带高性能双极化辐射单元，其特征在于：所述宽带高性能双极化辐射单元为一体化压铸成型单元。
9.一种宽频天线，包括作为发射器的金属反射板，其特征在于：所述金属反射板上线性设置至少两个如权利要求1～8中任意一项所述的宽带高性能双极化辐射单元。
10.一种双宽频天线，包括作为发射器的金属反射板，其特征在于：所述金属反射板上除了线性设置至少两个如权利要求1～8中任意一项所述的宽带高性能双极化辐射单元以外，还设置有多个高频段天线辐射单元，其中至少有一个高频段天线辐射单元内嵌在如权利要求1～8中任意一项所述的宽带高性能双极化辐射单元中。
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