CN102117961B - 宽频双极化定向辐射单元及天线 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种宽频双极化定向辐射单元及天线。所述宽频双极化定向辐射单元，用于安装在反射板上构成天线，其包括支撑件、辐射体以及馈电电缆，还包括如下三种阻抗带宽提升结构中的至少一种：设于每个所述辐射体上的镂空结构，所述镂空结构包括位于所述辐射体中部的第一镂空多边形和两个对称地位于所述第一镂空多边形两侧的第二镂空多边形；设于各所述辐射体的下表面的加载段；所述馈电电缆与所述辐射体电连接的对应连接处低于所述辐射体的上表面。所述宽频双极化定向辐射单元为一体化设计，结构简单，安装方便，一致性好，易于生产；而且具备很宽的阻抗带宽、高隔离度、高增益及高交叉极化的特点。

Description

宽频双极化定向辐射单元及天线
技术领域
本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种宽频双极化定向辐射单元及天线。
背景技术
随着移动通信的迅猛发展，各种制式的工作频段也在不断扩展，TD-SCDMA网络中智能天线的工作频率为1880-1920MHz，2010-2025MHz，2300-2400MHz；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 for Microwave Access，即全球微波互联接入)的部分通信频段为2300-2690MHz。因此，现已提出了能兼顾上述制式的，工作频段为1710-2690MHz的宽带天线的市场需求。而1710-2690MHz的相对频带宽度则达到44.5%，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。
现有宽带振子的设计方案，如申请号为20091003979.4的中国专利所揭露的双极化天线振子，其采用4个镂孔扇形辐射片且整体压铸成型的结构，但相对带宽仍不够理想，不能满足市场需要。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种高阻抗带宽、高隔离度的，结构简单，安装方便，一致性好，易于生产的宽频双极化定向辐射单元及天线。
为解决上述技术问题，一方面，一种宽频双极化定向辐射单元，用于安装在反射板上构成天线，其包括固定于所述反射板上的支撑件、多个自所述支撑件的第一端延伸形成的辐射体以及为所述辐射体馈电的馈电电缆，所述多个辐射体构成两组正交的半波振子，所述宽频双极化定向辐射单元还包括如下三种阻抗带宽提升结构中的至少一种：
设于每个所述辐射体上的镂空结构，所述镂空结构包括位于所述辐射体中部的第一镂空多边形和两个对称地位于所述第一镂空多边形两侧的第二镂空多边形；
设于各所述辐射体的下表面，自所述辐射体与所述支撑件相连接的根部分别沿各所述辐射体的与所述支撑件对应相邻的两边缘延伸形成的加载段；
所述馈电电缆与所述辐射体电连接的对应连接处低于所述辐射体的上表面。
另一方面，还提供了一种天线，包括作为发射器的反射板，所述反射板上设置至少一所述的宽频双极化定向辐射单元。
上述技术方案具有如下有益效果：
1.因为采用了设于每个辐射体上的包括位于所述辐射体中部的第一镂空多边形和两个对称地位于所述第一镂空多边形两侧的第二镂空多边形组成的镂空结构，所以提升了阻抗带宽和隔离度。
2.因为采用了自所述辐射体与所述支撑件相连接的根部分别沿各所述辐射体的与所述支撑件对应相邻的两边缘延伸形成的加载段，所以提升了阻抗带宽和隔离度。
3.因为采用了所述馈电电缆与所述辐射体电连接的对应连接处低于所述辐射体的上表面的结构，所以提升了阻抗带宽和隔离度。
本发明实施例的宽频双极化定向辐射单元及天线在三种阻抗带宽提升结构均采用时效果最佳，克服了现有的双极化天线振子相对带宽及对应的天线阵的带宽低的技术问题，进而达到了高阻抗带宽、高隔离度的，结构简单，安装方便，一致性好，易于生产的技术效果。
附图说明
图1是本发明实施例的宽频双极化定向辐射单元的结构示意图。
图2是本发明实施例的宽频双极化定向辐射单元的分解示意图。
图3是本发明实施例的宽频双极化定向辐射单元的加载段的第一实施方式的结构示意图。
图4是本发明实施例的宽频双极化定向辐射单元的加载段的第二实施方式的结构示意图。
图5是本发明实施例的宽频双极化定向辐射单元的加载段的第三实施方式的结构示意图。
图6是本发明实施例的宽频双极化定向辐射单元的加载段的第四实施方式的结构示意图。
图7是本发明实施例的装配有馈电电缆的宽频双极化定向辐射单元的示意图。
图8是本发明实施例的宽频双极化定向辐射单元实测的驻波及隔离示意图。
图9是本发明实施例的宽频双极化定向辐射单元仿真的方向图。
附图标注说明：辐射体 1；细长方体 2；第一镂空多边形 3；第二镂空多边形 4；馈电片 5；绝缘垫片6；圆台 7；通孔 8；加载段 9；支撑件 10；螺孔 11；定位销 12；外导体 13；内导体 14。
具体实施方式
请参考图1～图7，本发明实施例提供了一种宽频双极化定向辐射单元及天线。所述宽频双极化定向辐射单元大致“T”字形，用于安装在反射板上构成天线，包括支撑件10及多个自支撑件10的第一端延伸形成的多个辐射体1组成的两组正交的半波振子、加载段9及馈电部件。其中，支撑件10、加载段9及辐射体1为一体成型而成，这种一体化设计增强了所述宽频双极化定向辐射单元的机械抗震性和生产的一致性。
支撑件10用于固定于所述反射板上，为上大下小并具有一定斜度的柱形支撑结构。支撑件10第一端对应一凹槽，第二端设置有用于固定于所述反射板的螺孔11及两个定位销12，螺孔11设于两个定位销12的中间位置。从而，借助螺栓及设有所述反射板上的定位孔，所述宽频双极化定向辐射单元便可以牢靠地固定在所述反射板上。
两组正交的半波振子，每组所述半波振子均包括两个辐射体1，辐射体1共有4个，且呈矩阵排列，同一组的辐射体1位于对角位置，辐射体1两两对称且正交组合形成正负45度的极化方向分布。各辐射体1等高，相邻两辐射体1之间具有等宽间隙。各辐射体1的靠内部的角落下陷形成缺口，各辐射体1的缺口共同组成所述凹槽。
各辐射体1呈镂空的正方框状，每个辐射体1对应的镂空结构由3个呈对称放射状分布的多边形组成，包括位于辐射体1中部的第一镂空多边形3和两个对称地位于第一镂空多边形3两侧的第二镂空多边形4，也即嵌在所述镂空结构的两细长方体2将所述镂空结构划分为中间一个第一镂空多边形3和两侧的两个第二镂空多边形4。因而，通过将传统的方形金属薄片，进行镂空使得宽频双极化定向辐射单元的阻抗带宽得到很好的延展，且降低了生产成本；辐射体1的轮廓为正方形，这样使得辐射体1上的电流在两个臂分叉处的流动的方向始终呈180度反向，并通过辐射体1与辐射体1之间的矢量叠加及抵消作用，得到了正负45度的双极化辐射，保证了宽频双极化定向辐射单元工作电流的对称性，这种特殊的辐射结构具有良好的隔离度特性，而且阻抗特性得到很好的改善，从而达到展宽带宽的作用。
两个相邻的辐射体1的缺口内设有圆台7，另两个相邻的辐射体1缺口内分别开设有通孔8。
加载段9有4对共8个，设于各辐射体1的下表面，自辐射体1与支撑件10相连接的根部分别沿各辐射体1的与支撑件10对应相邻的两边缘延伸形成，加载段9实现了所述宽频双极化定向辐射单元的阻抗带宽和高隔离度。如图3所示，第一实施方式中，加载段9在其延伸方向的各处等高，呈长方体状；如图4～图5所示，第二和第三实施方式中，加载段9的高度从所述根部沿所述边缘逐渐降低，从而对应的斜面呈直线或曲线；如图6所示，加载段9高度从其中段开始沿所述边缘逐渐降低，从而对应的截面呈梯形状。
馈电部件设于所述凹槽内，用于为辐射体1馈电，包括两片馈电片5、两根馈电电缆及绝缘垫片6。
每个馈电片5一端套设于圆台7上，另一端电连接于所述馈电电缆。两片馈电片5呈十字形的空间垂直状，构成两个极化交叉馈电，可以有效地改变所述宽频双极化定向辐射单元的阻抗特性。
所述馈电电缆的外导体13与通孔8的底端面持平并电连接，所述馈电电缆的内导体14穿过并电连接于馈电片5的另一端。通过在辐射体1的缺口位置开设通孔8和增加圆台7，以及外导体13上端面与通孔8的底端面持平的结构，使对应的馈电方式便于生产组装及焊接，且结构工艺简单，一致性好，成本低廉。
绝缘垫片6垫设于馈电片5与辐射体1对应缺口的底面之间，绝缘垫片6采用塑料、陶瓷等绝缘材料，从而具有良好的绝缘效果，保证了电性能的一致性。
所述天线包括作为发射器的反射板及设置于所述反射板上的至少一所述宽频双极化定向辐射单元。辐射体1的上表面与所述反射板的距离为0.2～0.3个中心频率波长。
请参考图8，可以看出，采用本发明实施例的宽频双极化定向辐射单元在1710~2700MHz频段下的驻波均小于1.4；隔离度小于-28dB。
请参考图9，可以看出在1710～2700MHz宽频带下的波束宽度在61～69之间，跨度较小。
最后应补充说明，辐射体的馈电方式为直接馈电方式，生产可靠，馈电网络的布局方便灵活。若改为其它的馈电方式，如空气耦合等，这时只需要适当调节辐射体的尺寸和耦合部分的电抗值大小。
以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种宽频双极化定向辐射单元，用于安装在反射板上构成天线，其包括固定于所述反射板上的支撑件、多个自所述支撑件的第一端延伸形成的辐射体以及为所述辐射体馈电的馈电电缆，所述多个辐射体构成两组正交的半波振子，其特征在于，所述宽频双极化定向辐射单元还包括如下结构：
设于每个所述辐射体上的镂空结构，所述镂空结构包括位于所述辐射体中部的第一镂空多边形和两个对称地位于所述第一镂空多边形两侧的第二镂空多边形；
设于各所述辐射体的下表面，自所述辐射体与所述支撑件相连接的根部分别沿各所述辐射体的与所述支撑件对应相邻的两边缘延伸形成的加载段；
所述馈电电缆与所述辐射体电连接的对应连接处低于所述辐射体的上表面。
 2. 如权利要求1所述的宽频双极化定向辐射单元，其特征在于，所述加载段在其延伸方向的各处等高或所述加载段的高度从所述根部或从所述加载段的中段开始沿所述边缘逐渐降低。
3. 如权利要求1所述的宽频双极化定向辐射单元，其特征在于，各所述辐射体等高，相邻两所述辐射体之间具有等宽间隙。
4. 如权利要求1所述的宽频双极化定向辐射单元，其特征在于，所述辐射体共有4个，且呈矩阵排列，同一组的辐射体位于对角位置，所述辐射体两两对称且正交组合形成正负45度的极化方向分布。
5. 如权利要求1所述的宽频双极化定向辐射单元，其特征在于，每组半波振子的两个辐射体的相邻顶角通过馈电片连接，所述馈电电缆的内导体穿过并电连接于所述馈电片，对应的外导体电连接于所述辐射体。
6. 如权利要求5所述的宽频双极化定向辐射单元，其特征在于，所述宽频双极化定向辐射单元还包括绝缘垫片，所述绝缘垫片垫设于所述馈电片与所述辐射体之间。
7. 如权利要求1所述的宽频双极化定向辐射单元，其特征在于，所述支撑件的第二端设置有用于固定于所述反射板的两个定位销及螺孔，所述螺孔设于两个所述定位销的中间位置。
8. 如权利要求1所述的宽频双极化定向辐射单元，其特征在于，所述支撑件、加载段及辐射体一体成型而成。
9. 一种天线，包括作为发射器的反射板，其特征在于：所述反射板上设置至少一如权利要求1～8中任意一项所述的宽频双极化定向辐射单元。
10. 如权利要求9所述的天线，其特征在于：所述辐射体的上表面与所述反射板的距离为0.2～0.3个中心频率波长。
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