CN102104203A - 一种多频双极化天线阵子及其天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于天线领域，提供了一种多频双极化天线阵子及其天线系统，多频双极化天线阵子包括从下到上依次平行放置的反射板、低频辐射片和高频介质板，反射板中部开设有一个通孔，通孔内嵌装有低频介质板，低频介质板的下方装有低频屏蔽盒，低频屏蔽盒、嵌装有低频介质板的反射板和低频辐射片通过第一固定柱串接，低频辐射片和高频介质板通过支承座固定连接。本发明的多频双极化天线阵子及其天线系统，由于多频双极化天线阵子采用高频介质板上的第一辐射结构，第二辐射结构，第三辐射结构和第四辐射结构来作为低频辐射介质板上第五辐射结构的引向片，从而大大降低了高度，节省了空间，且结构简单，具备较高的增益和良好的交叉极化特性。

Description

一种多频双极化天线阵子及其天线系统

技术领域

本发明属于天线领域，尤其涉及一种多频双极化天线阵子及其天线系统。

背景技术

随着移动通信技术的发展，对基站天线的要求越来越高，尤其空间资源的紧张，就对天线的大小和重量有了更严格的要求。目前，普通的多频极化天线阵子结构比较复杂，高度较高，占据空间大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种多频双极化天线阵子，旨在解决现有技术中的普通的多频极化天线阵子结构比较复杂，高度较高，占据空间大的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种多频双极化天线阵子，包括从下到上依次平行放置的反射板、低频辐射片和高频介质板，所述反射板中部开设有一个通孔，通孔内嵌装有低频介质板，低频介质板的下方装有低频屏蔽盒，所述低频屏蔽盒、嵌装有低频介质板的反射板和低频辐射片通过第一固定柱串接，所述低频辐射片和高频介质板通过支承座固定连接。

本发明实施例还提供了一种天线系统，所述天线系统包括所述多频双极化天线阵子。

本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于：由于多频双极化天线阵子采用高频介质板上的第一辐射结构，第二辐射结构，第三辐射结构和第四辐射结构来作为低频辐射介质板上第五辐射结构的引向片，从而大大降低了高度，节省了空间，且结构简单，具备较高的增益和良好的交叉极化特性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多频双极化天线阵子的立体图；

图2是图1所示实施例的正面结构示意图；

图3是图1所示实施例中的高频介质板的上表面的结构示意图；

图4是图1所示实施例中的高频介质板的下表面的结构示意图；

图5是图1所示实施例中高频介质板的是上表面部分结构示意图。

图6是馈电电缆的结构示意图。

图7是把馈电电缆的内芯焊接在图5所示高频介质板的的焊盘上的结构示意图。

图8是图1所示实施例中的支承座的结构示意图；

图9是图1所示实施例中的反射板上的低频介质板的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的天线系统的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的另一种天线系统的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的高频阵子的结构示意图；

图13是本发明实施例提供的高频阵子的侧面结构示意图；

图14是本发明实施例提供的天线系统的应用原理图。

图中：1.反射板，2.高频介质板，3.低频辐射片，4.馈电电缆，5.凸台，6.缝隙，7.支承座，8.低频屏蔽盒，9.焊盘，10.下台阶，11.寄生金属环片，12.上台阶，13.低频介质板，14.圆孔，15.第五辐射结构，16.传输介质，17.外导体，18.凹槽，19.中空凸台，20.内芯，21.上延伸臂，22.下延伸臂，23.空隙，24.第一固定柱，25.挡板，26.第一孔，27.第二孔，28.第三孔，29.第四孔，30.第一辐射结构，31，第二辐射结构，32.第三辐射结构，33.第四辐射结构，34。高频第一级辐射片，35.高频介质板，36.高频屏蔽盒，37.高频第一级辐射片，38.第二固定柱，39.第三固定柱，40.铜皮，41.缝隙，42.反射板，43.挡板，44.高频功分网络，45.高频滤波器，46.高频移相器，47.高频率滤波器的输出端，50.低频功分网络，51.低频滤波器，52.低频滤波器的输出端，53.低频移相器，101.多频双极化天线阵子，102.反射板，103高频阵子。

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。

请参阅图1和图2，本发明实施例提供的一种多频双极化天线阵子，包括从下到上依次平行放置的反射板1、低频辐射片3和高频介质板2，反射板1的两侧设置有挡板25，中部开设有一个通孔，通孔内嵌装有低频介质板13，低频介质板13的下方装有低频屏蔽盒8，低频屏蔽盒8、嵌装有低频介质板13的反射板1和低频辐射片3通过第一固定柱24串接，低频辐射片3和高频介质板2通过支承座7固定连接。

其中，低频介质板13的上表面覆盖有一层金属层。低频介质板13可通过胶或塑料固件与反射板1进行固定。

低频屏蔽盒8更具体的是焊接在低频介质板13的上表面覆盖有的金属层上。

请参阅图3至图7，高频介质板2的上表面覆盖有间隔分布的中间围成空隙23的第一辐射结构30、第二辐射结构31、第三辐射结构32和第四辐射结构33，高频介质板2的下表面覆盖有四个间隔分布的寄生金属环片11，用以协调交叉极化，回波损耗等电气性能指标达到一个理想的平衡状态。其中第一辐射结构30、第二辐射结构31、第三辐射结构32和第四辐射结构33上分别开设有第一孔26、第二孔27、第三孔28和第四孔29。所述第一孔26、第二孔27、第三孔28和第四孔29通透过高频介质板2，第三孔28和第四孔29与空隙23相通。

第一辐射结构30上设置有上延伸臂21，第二辐射结构31上设置有下延伸臂22，且上延伸臂21和下延伸臂22交叉且不接触，下延伸臂22为凹形，凹形底部在高频介质板2的下表面上。上延伸臂21和下延伸臂22的顶端分别延伸至第三孔28和第四孔29的中心处。上延伸臂21和下延伸臂22的下表面上分别还设置有焊盘9，用来焊接馈电电缆4的内芯20。

请参阅图8，支承座7的顶部设置有两个凸台5和两个中空凸台19，分别插装固定在高频介质板2的第一孔26，第二孔27，第三孔28，第四孔29中，且分别与第一辐射结构30，第二辐射结构31，第三辐射结构32，第四辐射结构33相焊接，可以起到加固和接地作用。

支承座7的底部固定安装在低频辐射片3上。

支承座7内部开设有凹槽18，馈电电缆4包括内芯20，传输介质16和外导体17。馈电电缆穿过低频屏蔽盒8，低频介质板2和低频辐射片3上的馈电电缆孔后进入凹槽18中，凹槽18中分别设置有中空的下台阶10和上台阶12。下台阶10的内径小于外导体17的内径，但大于传输介质的外径。上台阶12的内径大于内芯20的外径，但小于传输介质16的外径。

所以，当馈电电缆4穿入后，外导体17便被下台阶10挡住，从而不能继续穿入，而外径比外导体17小的传输介质16则可以接续穿入，在上台阶10处被挡住，从而不能继续穿入，而比传输介质16外径小的内芯20最后可穿到中空凸台19的中间位置，从而可以焊接固定在焊盘9上。

其中，外导体17焊接在凹槽18上。

另外，低频屏蔽盒8，低频介质板2和低频辐射片3上开设有供穿入馈电电缆4的馈电电缆孔。

请参阅图9，低频介质板13的上表面覆盖有第五辐射结构15，所述第五辐射结构15的中间开设有一个十字形缝隙6，可露出低频介质板13的一部分，在十字形缝隙6的中间位置对应的低频介质板13处开设有圆孔14。

通过低频介质板13背面的馈电传输线路耦合馈电至十字形缝隙6，第五辐射结构产生的电磁场再通过低频辐射片3、第一辐射结构30、第二辐射结构31、第三辐射结构32、第四辐射结构33及寄生金属环片11辐射出电磁波。

其中，第一辐射结构30，第二辐射结构31，第三辐射结构32，第四辐射结构33和第五辐射结构15均采用金属材料制成。

请参阅图10，本发明实施例还提供一种天线系统，所述天线系统包括一个以上的所述多频双极化天线阵子101。

更具体的，所述天线系统包括一个以上均匀间隔排置的所述多频双极化天线阵子101。

其中，当所述天线系统包括的多频天线阵子为两个以上时，多频双极化天线阵子共用反射板102。

请参阅图11，本发明实施例提供的另一种天线系统，在图10所述两个相邻的多频双极化天线阵子101之间还插装有高频阵子103，所述高频阵子与多频双极化天线阵子共用反射板102。

更具体的，相邻的所述多频双极化天线阵子之间的距离为相邻的所述多频双极化阵子和高频阵子之间的距离的两倍。

该距离倍数关系主要是因为高频段的频率大约是低频断频率的两倍，即低频段的波长是高频段的波长的两倍得出。当然，在具体应用中，可以适当的在两倍左右的范围内调整。

请参阅图12和图13，高频阵子包括从下到上依次平行放置的反射板42，高频第二辐射片34，高频第一辐射片37，所述反射板42的两侧设置有挡板43，中部开设有一个通孔，通孔内嵌装有高频介质板35，高频介质板35的下方装有高频屏蔽盒36，所述高频介质板35与所述高频第二辐射片34通过第二固定柱38固定连接，所述高频第二辐射片34与所述高频第一辐射片37通过第三固定柱39固定连接。

其中，所述高频介质板35的上表面还覆盖有一层铜皮40，所述铜皮40中间开设有一个十字形缝隙41，可露出所述高频介质板35的一部分。

其中，所述高频屏蔽盒36由金属材料制成。

所述第二固定柱38，第三固定柱39由塑料制成。

请参阅图14，为本发明实施例提供的天线系统的应用原理图。

其中，相邻的高频阵子103和多频双极化天线阵子101之间通过高频功分网络44连接有用于使传输信号到达下个高频阵子的相位产生连续线性变化，进而改变辐射方向的下倾角度的高频移相器46，其中高频功分网络44的主馈线端连接有用于滤掉低频信号的高频滤波器45，高频滤波器的输出端47用于连接高频馈电电缆。

其中，相邻的多频双极化天线阵子101之间通过低频功分网络50连接有用于使传输信号到达下个多频双极化天线阵子的相位产生连续线性变化，进而改变辐射方向的下倾角度的低频移相器53，其中低频功分网络50的主馈线端连接有用于滤掉高频信号的低频滤波器51，低频滤波器的输出端52用于连接低频馈电电缆。

例如，当低频移相器使从上一个到下一个多频双极化天线阵子的相位状态设置为{0，-φ₁，-2φ₁，-3φ₁}，则天线的下倾角θ₁由式 ${\mathrm{\φ}}_1=\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\λ}}_1}{d}_1\·\sin {\mathrm{\θ}}_1$ 确定，其中d₁是多频双极化天线阵子的间距，λ₁是传输信号波长。

同理，当高频移相器使从上一个到下一个高频阵子的相位状态设置为{0，-φ₂，-2φ₂，-3φ₂}，则天线的下倾角θ₂由式 ${\mathrm{\φ}}_2=\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\λ}}_2}{d}_2\·\sin {\mathrm{\θ}}_2$ 确定，其中d₂是高频单元间距， $d_2=\frac{1}{2}{d}_1,$ λ₂是高频传输信号波长， ${\mathrm{\λ}}_2\≈\frac{1}{2}{\mathrm{\λ}}_1.$

本发明的多频双极化天线阵子及其天线系统，由于多频双极化天线阵子采用高频介质板上的第一辐射结构，第二辐射结构，第三辐射结构和第四辐射结构来作为低频辐射介质板上第五辐射结构的引向片，从而大大降低了高度，节省了空间，且结构简单，具备较高的增益和良好的交叉极化特性。

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 (13)

1.一种多频双极化天线阵子，其特征在于，包括从下到上依次平行放置的反射板、低频辐射片和高频介质板，所述反射板中部开设有一个通孔，通孔内嵌装有低频介质板，低频介质板的下方装有低频屏蔽盒，所述低频屏蔽盒、嵌装有低频介质板的反射板和低频辐射片通过第一固定柱串接，所述低频辐射片和高频介质板通过支承座固定连接。

2.如权利要求1所述的多频双极化天线阵子，其特征在于，所述高频介质板的上表面覆盖有间隔分布的中间围成空隙的第一辐射结构、第二辐射结构、第三辐射结构和第四辐射结构，下表面覆盖有四个间隔分布的寄生金属环片，所述第一辐射结构、第二辐射结构、第三辐射结构和第四辐射结构上分别开设有通透过高频介质板的第一孔、第二孔、第三孔和第四孔。

3.如权利要求2所述的多频双极化天线阵子，其特征在于，所述第三孔和第四孔与所述空隙相通。

4.如权利要求2所述的多频双极化天线阵子，其特征在于，所述第一辐射结构和第二辐射结构上分别设置有交叉且不接触的上延伸臂和下延伸臂，所述上延伸臂和下延伸臂的顶端分别延伸至所述第三孔和第四孔的中心处。

5.如权利要求4所述的多频双极化天线阵子，其特征在于，所述述上延伸臂和下延伸臂的下表面上分别设置有焊盘。

6.如权利要求2所述的多频双极化天线阵子，其特征在于，所述支承座的顶部设置有两个凸台和两个中空凸台，分别插装固定在高频介质板的第一孔，第二孔，第三孔，第四孔中，且分别与第一辐射结构，第二辐射结构，第三辐射结构，第四辐射结构相焊接。

7.如权利要求1至6中任一项所述的多频双极化天线阵子，其特征在于，所述支承座内部开设有凹槽，所述凹槽中分别设置有中空的下台阶和上台阶，所述下台阶的内径小于馈电电缆的外导体的内径且大于馈电电缆的传输介质的外径，所述上台阶的内径大于馈电电缆的内芯的外径且小于馈电电缆的传输介质的外径。

8.如权利要求7所述的多频双极化天线阵子，其特征在于，所述低频介质板的上表面覆盖有第五辐射结构，所述第五辐射结构的中间开设有一个十字形缝隙，在十字形缝隙的中间位置对应的低频低频介质板处开设有圆孔。

9.如权利要求7所述的多频双极化天线阵子，其特征在于，所述反射板的两侧设置有挡板。

10.如权利要求7所述的多频双极化天线阵子，其特征在于，所述低频屏蔽盒，低频介质板和低频辐射片上开设有供穿入馈电电缆的馈电电缆孔。

11.一种天线系统，其特征在于，所述天线系统包括至少一个权利要求1至6中任一项所述的多频双极化天线阵子。

12.如权利要求11所述的天线系统，其特征在于，所述多频双极化天线阵子均匀间隔排置。

13.如权利要求12所述的天线系统，其特征在于，两个相邻的所述多频双极化天线阵子之间还插装有高频阵子，所述高频阵子与多频双极化天线阵子共用反射板，相邻的所述多频双极化天线阵子之间的距离为相邻的所述多频双极化阵子和高频阵子之间的距离的两倍。

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