CN102074779A - 一种宽带双极化天线单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带双极化天线单元，用于实现较宽的频带特性。该辐射单元包括反射板，主辐射体，上绝缘块，下绝缘块以及平衡馈电装置。其中主辐射体包括支撑体和辐射片，四个辐射片与支撑体为一体且成90度。每个辐射片外轮廓呈90度扇形状，每个辐射片上开有镂空结构以及用于展宽带宽、提高极化纯度的加载段。相邻辐射片之间的间隙小于0.1个波长。该辐射单元采用耦合式平衡馈电，四个支撑体底部相互短路一体化设计且固定在反射板上。本发明具有超过45％的阻抗带宽，且具有外形尺寸小，结构简单，组成部件少，组装方便，易于生产，成本低廉等优点。
Description
[技术领域]
本发明涉及了移动通信基站天线领域，尤其涉及一种宽带双极化天线单元。
[技术背景]
伴随3G产业链的日趋成熟，从2008开始，第3代移动通信系统(3G)已在国内的进入规模布网和商用。移动通信在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用，截至2010年10月，我国移动通信用户总数达到8.05亿户，其中3G用户数达到2520万户，投入使用的基站天线超过200万副。随着各种移动通信业务及种类的不断增加，对数据传输速率的要求也越来越高，相应的各种通信制式的工作频段也在不断扩展。TD-SCDMA/LTE网络中智能天线的工作频率为1880-1920MHz，2010-2025MHz，2300-2400MHz，2500-2690MHz。DCS的通信频率为1710-1880MHz。PCS的通信频率为1850-1990MHz。UMTS的通信频率为1920-2170MHz。WiMax(Worldwide Interoperability forMicrowave Access，即全球微波互联接入)的部分通信频段为2300-2700MHz。因此，现已提出了设计一个兼顾上述制式的宽带天线的市场需求。
1710-2400MHz的相对频带宽度超过33％，1710-2700MHz的相对频带宽度则接近45％，现有的双极化天线振子一般都难以满足，由此组成的天线阵的带宽也受到限制。因此不同网络需要多付天线来支持。现有宽带振子的设计方案，如专利号为ZL200820122837.3，CN 201174423Y，CN 101465475A等所述的宽带振子，它的相对带宽只有33％左右。而且其结构复杂，工艺要求严格，成本较高，降低了产品的市场竞争力。
[发明内容]
本发明提供了一种适用于移动通信系统的宽带双极化天线单元，用于实现较宽的阻抗及增益特性。其相对带宽接近45％，实现结构简单，加工方便，成本低廉。
一种宽带双极化天线单元，包括辐射体和平衡馈电装置，该平衡馈电装置对辐射体馈电，即激励辐射体，该辐射体是由四个辐射片组成，所述的四个辐射片两两对称且正交分布，形成两对正交的对称辐射组合，该平衡馈电装置包括激励金属片和平衡巴仑，该平衡巴仑同时构成各辐射片的支撑体，所述的辐射片外轮廓呈90度扇形状，每个辐射片上设有镂空结构以及与该镂空结构边缘一体化成型的加载段，相邻辐射片之间的间隙小于0.1个波长，辐射片与支撑体成为一体，且呈90度夹角。
作为上述技术方案的改良，本发明的进一步技术方案如下：
上述的的激励金属片包括第一激励金属片和第二激励金属片，且该激励金属片为金属良导体。
上述的镂空结构以及与该镂空结构边缘一体化成型的加载段为一组合设计。
上述的镂空结构边缘轮廓呈弧形或者多边形。
上述的加载段为一与镂空结构边缘一体化成型的四方体或者锥体。
上述的加载段的长度仅限于镂空结构内部，且一端开路。
本发明所述的辐射单元每个辐射片上开有镂空结构以及可以展宽带宽、提高极化纯度的加载段。具有超过45％的阻抗带宽，且具有外形尺寸小，结构简单，组成部件少，组装方便，易于生产，成本低廉等有益效果。
[附图说明]
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明装配后的结构示意图；
图3为本发明辐射体的俯视图；
图4为本发明辐射片的俯视图。
[具体实施方式]
以下结合附图及具体实施例，对本发明进一步详细说明，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1，本实施例中的宽带双极化天线单元包括反射板O1，支撑柱O2，加载段O3，辐射片O4，第一激励金属片O5、第二激励金属片O6，第一绝缘块O7，第二绝缘块O8，固定底座O9构成，四个辐射片O3两两对称且正交，与支撑体O2一起组成本实施例的辐射体。该辐射体电介质材料为铝合金。
反射板O1为金属板，用于固定辐射体，还起到电磁波的反射作用，其厚度相对于工作波长可忽略不计。
支撑体O2通过固定底座O9固定在反射板O1上，形成直流短路。支撑体O2呈中空的半开放长方体状，壁厚为1.5mm，被四条3mm宽缝隙隔开。第一激励金属片5和第二激励金属片6外形呈“n”型，位于空心支撑体O2内部，且不与支撑体O2和辐射片O3电连接，激励金属片其中一端断开，以起到耦合作用，另一端向下穿过反射板O1，与位于反射板O1背面的馈电网络相连接。
支撑体O2同时构成平衡巴仑，激励金属片与支撑体O2构成一对微带传输线，共同组成本实施例的平衡馈电装置。
如图4，辐射片O4的外形呈90度扇形状，扇形朝向外侧的两个边a、b长度约为1/4个波长，辐射片O4上有一条呈长方形的加载段O3，长度约0.1个波长，其中a、b、c长度成一定的特殊比例，其比例值约为3∶3∶1。如图3所示，每两个对称的辐射片组成一个半波振子，两个半波振子以正交的方式放置，四个辐射片两两对称且正交分布。相邻的两个辐射片之间的间隙小于0.1个波长。
辐射片O4与支撑柱O2合为一体且成90度夹角。主辐射体的材料可以是铜，铝，铝合金、锌合金等，本实施例采用的材料为铝合金。
由于本实施例中激励金属片不与主辐射体连接，为了使激励金属片可靠地固定在支撑体内部，本实施例中使用第一绝缘块O7和第二绝缘块O8，将第一激励金属片O5和第二激励金属片O6组合成一个完整的馈电装置，内置于支撑体内，且与支撑体相隔离。如图1所示，第一绝缘块O7和第二绝缘块O8不仅起到固定作用，同时确保了第一激励金属片O5和第二激励金属片O6之间。
本实施例中，提供一个宽带双极化天线单元的实测示例，采用的铝合金反射板O1厚度约为1.5mm，长宽约为200mm×120mm，采用的支撑体O2的高度约为30mm，扇形辐射片的边长、宽约为30mm，其中加载段的长10约为10mm。将此辐射单元置于微波暗室内，使用网络分析仪对其进行实测，所得到的电压驻波比如图6，7所示，由图可见，在VSWR≤1.4时，阻抗带宽接近45％。
上述实施例为本专利较佳的实施例，并非用来限制本发明的实施范围，凡任何未背离本发明的原理所作的均等变化、组合、替代等，均属于本发明权利要求所要求保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种宽带双极化天线单元，包括辐射体和平衡馈电装置，该平衡馈电装置通过电磁耦合作用对辐射体馈电，即激励辐射体，该辐射体是由四个辐射片组成，所述的四个辐射片两两对称且正交分布，形成两对正交的对称辐射组合，该平衡馈电装置包括激励金属片和平衡巴仑，该平衡巴仑同时构成各辐射片的支撑体，其特征在于：
所述的辐射片外轮廓呈90度扇形状，每个辐射片上设有镂空结构以及与该镂空结构边缘一体化成型的加载段，相邻辐射片之间的间隙小于0.1个波长，辐射片与支撑体成为一体，且呈90度夹角。
2.根据权利要求1所述的一种宽带双极化天线单元，其特征在于：所述的激励金属片包括第一激励金属片和第二激励金属片，且该激励金属片为金属良导体。
3.根据权利要求1所述的一种宽带双极化天线单元，其特征在于：所述的镂空结构以及与该镂空结构边缘一体化成型的加载段为一组合设计。
4.根据权利要求1或3所述的一种宽带双极化天线单元，其特征在于：所述的镂空结构以及加载段的组合设计中，该镂空结构边缘轮廓呈弧形或者多边形。
5.根据权利要求1或3所述的一种宽带双极化天线单元，其特征在于：所述的加载段为一与镂空结构边缘一体化成型的四方体或者锥体。
6.根据权利要求1所述的一种宽带双极化天线单元，其特征在于：所述的加载段的长度仅限于镂空结构内部，且一端开路。
7.根据权利要求5所述的一种宽带双极化天线单元，其特征在于：所述的加载段的长度仅限于镂空结构内部，且一端开路。
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