CN103151603A - 超宽带双极化辐射单元及阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双极化辐射单元的技术领域，公开了超宽带双极化辐射单元以及包括该辐射单元的阵列天线，辐射单元包括第一偶极子、第二偶极子及平衡-不平衡连接器，第一偶极子包括两第一半偶极子，第二偶极子包括两第二半偶极子，第一半偶极子包括第一辐射板，第二半偶极子包括第二辐射板，第一辐射板及第二辐射板呈两端收缩、中间两侧向外延伸形状，且中间呈镂空状，两第一辐射板及两第二辐射板上端共同绝缘连接于加载片。本发明提供的第一辐射体及第二辐射体两端收缩，中间两侧向外延伸，中间呈镂空，第一辐射板及第二辐射板上端设有加载片，可大大提高辐射单元的阻抗带宽，且加载片的使用可以盖上辐射单元辐射方向图的收敛性，结构也较为简单。

Description

超宽带双极化辐射单元及阵列天线

技术领域

本发明涉及双极化辐射单元的技术领域，尤其涉及超宽带双极化辐射单元以及包括该辐射单元的阵列天线。

背景技术

随着移动通信技术的迅猛发展，多系统及多制式共存，对基站阵列天线的要求也越来越高，天线集成化、宽带化成为发展的趋势。在双极化定向基站阵列天线的常用频段内，DCS网络的工作频率为1710MHz～1800MHz；PCS的工作频率为1850MHz～1990MHz；UMTS的工作频率为1920MHz～2170MHz；而随着LTE和TD-LTE的发展，现实中需要有工作频率能完全覆盖1710MHz～2700MHz的超宽频天线（相对带宽44.9%），其能够包含以上所有的网络制式，满足基站天线宽带化及通用性的要求。

基站天线的使用不仅仅需要满足宽带化的要求，其辐射性能也同样重要。传统的20%带宽左右的基站天线，其水平半功率波束宽度基本在60°～70°之间，而超宽频天线由于其超宽的带宽特性，其频率过宽则会带来性能离散的问题，因此，必须采用一定的技术手段加以克服，尤其是水平半功率波束宽度必须控制在65±5°范围内。

目前，常用的双极化天线的辐射单元采用微带贴片单元、一对正交的半波振子和二对正交半波阵子等各种结构来实现。要实现宽带化，缝隙微带多层贴片天线可以做到，但其装配较为复杂，且对工具及工装要求极高，由于其结构复杂，振子性能的一致性难以保证，且在整个工作频带内，方向图离散特性较为明显；二对半波阵子结构实现的双极化辐射单元，其能带来收敛的方向图特性，但由于其结构的特殊性，难以实现超宽带特性；而采用一对正交的半波振子实现双极化辐射单元能很好的解决超宽带的带宽问题，但是难以解决方向图离散特性较为明显的问题，其需要通过辐射单元加载和反射板的特殊处理及一些寄生边界才能实现方向图收敛，结构复杂。

中国专利号为201110064485.7的专利揭露的双极化宽频辐射单元及阵列天线就是这样一种超宽带天线。但其存在以下不足：（1）振子馈电结构较为复杂，Γ型状的馈电片配合卡盘和塑料固定卡固定在辐射体和平衡-不平衡馈电连接器的相对位置，结构及装配都较为复杂，为保证振子性能一致性需付出更多的额外努力；（2）方向图的收敛效果不够明显，水平半功率波速宽度超出65±5°范围。

而本发明加载型超宽带双极化辐射单元不但满足天线超宽带的要求，配合其他一些技术手段更能很好的解决全频带内辐射性能离散的问题。本发明加载型超宽带双极化辐射单元及天线除解决以上所述辐射单元及天线的超宽带性能和辐射性能离散的问题外还具有交叉极化好，馈电结构简单，单元一体化压铸成型，性能一致性好，可靠性高，易于模块化装配等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供超宽带双极化辐射单元，旨在解决现有技术中的双极化辐射单元难以实现超带宽、方向图离散特性较为明显以及结构复杂的问题。

本发明是这样实现的，超宽带双极化辐射单元，包括呈+45°极化方向布置的第一偶极子、呈-45°极化方向布置的第二偶极子及平衡-不平衡连接器，所述第一偶极子包括两相对布置的第一半偶极子，所述第二偶极子包括两相对布置的第二半偶极子，所述第一半偶极子包括第一辐射板，所述第二半偶极子包括第二辐射板，所述平衡-不平衡连接器分别连接于两所述第一辐射板及两所述第二辐射板下端，所述第一辐射板呈两端收缩、中间两侧向外延伸形状，且中间呈镂空状，所述第二辐射板呈两端收缩、中间两侧向外延伸形状，且中间呈镂空状，两所述第一辐射板及两所述第二辐射板上端共同绝缘连接于加载片。

本发明还提供了阵列天线，包括反射板以及多个上述的辐射单元，多个所述辐射单元相间设于所述反射板上。

与现有技术相比，本发明提供的辐射单元，其第一辐射体及第二辐射体两端收缩，中间两侧向外延伸，且中间呈镂空，另外，第一辐射板及第二辐射板上端设有加载片，可以改变第一偶极子及第二偶极子的表面电流分布，这样可大大提高辐射单元的阻抗带宽，使得辐射单元的工作频率覆盖1710MHz～2700MHz范围，且加载片的使用可以盖上辐射单元辐射方向图的收敛性，另外，该辐射单元的结构也较为简单。

使用本发明的辐射单元的阵列天线，其满足超宽带的前提下，其方向图的收敛性也较好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的超宽带双极化辐射单元的爆炸立体示意图；

图2是本发明实施例提供的超宽带双极化辐射单元的部分立体示意图一；

图3是本发明实施例提供的超宽带双极化辐射单元的部分立体示意图二；

图4是本发明实施例提供的阵列天线的立体示意图；

图5是图4中的A处放大示意图。

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。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述。

如图1～5所示，为本发明提供一较佳实施例。

本发明提供的超宽带双极化辐射单元1包括两呈正交布置的偶极子，分别是呈+45°极化方向布置的第一偶极子和呈-45°极化方向布置的第二偶极子，第一偶极子包括两个相对设置的第一半偶极子13，即两个第一半偶极子13呈+45°极化方向布置，第二偶极子包括两个相对设置的第二半偶极子14，即两个第二半偶极子14呈-45°极化方向布置，这样两个第一半偶极子13和两个第二半偶极子14呈相间环绕布置。

上述的第一半偶极子13包括第一辐射体，第一辐射体呈板状，其呈枫叶状，即两端收缩，中间两侧向外延伸的板状结构，且该第一辐射体中间呈镂空状，也就是该第一辐射体中设有贯穿其上下端的第一通腔131，第一通腔131的外形与第一辐射体的外形相同，当然，也可以不相同，根据实际需要，该第一通腔131可以设置为多种形状。

第二半偶极子14的结构形状与第一半偶极子13的结构形状相似，其包括第二辐射体，该第二辐射体呈板状，其呈枫叶状，即两端收缩，中间两侧向外延伸的板状结构，且该第二辐射体中间呈镂空状，也就是该第二辐射体中设有贯穿其上下端的第二通腔141，第二通腔141的外形与第二辐射体的外形相同，当然，也可以不相同，根据实际需要，该第二通腔141可以设置为多种形状。

上述的辐射单元1还包括平衡-不平衡连接器16，其设置在两偶极子的下方，该平衡-不平衡连接器16呈条状，包括底块以及四个设于底块外周且向上延伸布置的支撑板161（巴伦），支撑板161呈条状，四个支撑板161环绕底块相间布置，相邻的支撑板161之间具有缝隙162，且四个支撑板161的上端分别对应连接在两个第一半偶极子13及两个第二半偶极子14的下端。

在两个偶极子上还设有两个正交布置的馈电片15，一馈电片15的两端分别置于两第一半偶极子13上，一端与一第一半偶极子13连接，另一端用于与外部电缆2连接；另一馈电片15的两端分别置于两第二半偶极子14上，一端与一第二半偶极子14连接，另一端用于与外部电缆2连接。这样，该辐射单元1中可以与外部两个电缆2连接，两个电缆2分别连接在两外部电缆2的另一端。

本实施例中，在两偶极子上方，还设有加载片18，该加载片18呈片状结构，其分别绝缘连接在两第一偶极子和第二偶极子上。

上述的辐射单元1中，第一辐射体及第二辐射体呈枫叶状设置，且其中间呈镂空状，可以大大提升辐射单元1的阻抗带宽，且在偶极子上方设置加载片18，能改变第一偶极子及第二偶极子表面电流分布，大大提高阻抗带宽，使得该辐射单元1的工作频率能完全覆盖1710MHz～2700MHz范围，且加载片18的使用，展宽高频段的波束宽度，能改善辐射单元1辐射方向图的收敛效果，使得该辐射单元1在获得超宽带的工作频率的基础上，具有方向图收敛性较好的效果，且该辐射单元1的结构也较为简单。

具体地，两第一半偶极子13的内端设有向下凹的第一凹台133，其中，一第一凹台133上设有用于安装馈电片15的第一馈电平台134，另一第一凹台133中设有供外部电缆2穿过的第一通孔，这样，当外部的电缆2穿过第一半偶极子13的第一凹台133的第一通孔后，露出第一凹台133，一馈电片15的两端则分别连接在第一馈电平台134及露出第一凹台133的电缆2上。

两第二半偶极子14的内端设有向下凹的第二凹台，其中，一第二凹台上设有用于安装馈电片15的第二馈电平台，另一第二凹台中设有供外部电缆2穿过的第二通孔，这样，当外部的电缆2穿过第二半偶极子14的第二凹台的第二通孔后，露出第二凹台，另一馈电片15的两端则分别连接在第二馈电平台及露出第二凹台的电缆2上。

上述的第一凹台133及第二凹台的内凹深度不一样，这样，保证两个馈电片15可以处于正交安装状态，且不会干涉。

本实施例中，第一馈电平台134及第二馈电平台的结构相同，分别包括呈柱状设置且向上延伸的平台体，该平台体上设有台阶结构。馈电片15的两端分别设有第三通孔，其中一第三通孔则穿过平台体，抵压在平台体的台阶结构上，另一端的第三通孔则供电缆2穿过。

具体的，馈电片15呈“一”字型结构，相对于“L”馈电片15结构，其结构简单，且不易变形，保证辐射单元1的阻抗一致性，提高驻波一致性。

为了便于在偶极子上安装加载片18，且使加载片18与偶极子绝缘设置，本实施例中，在偶极子上设有绝缘支撑架12，该绝缘支撑架12放置在偶极子上，加载片18则安装在该绝缘支撑架12上。

具体地，两第一半偶极子13和两第二半偶极子14的镂空区域分别设有安装平台132，该安装平台132中设有安装孔，这样，在偶极子中则形成了四个呈环绕状布置的安装孔。

安装架包括架体121，架体121的下端设有四个分别向下延伸且分别与四个安装孔对应的第一安装柱123，这样，当架体121安装在偶极子上时，四个第一安装柱123则分别插设在四个安装孔中，使得安装架与偶极子连接在一起。

具体地，架体121上还设有向上突起的第二安装柱122，该第二安装柱122可以插设在加载片18中，从而使得加载片18固定在偶极子上方。

当然，第二安装柱122的数目可以根据加载片18的具体形状而定，本实施例中，加载片18呈圆盘状，且外周向外突出四个安装片，架体121上也设有四个上述的第二安装柱122，四个第二安装柱122分别插设在四个安装片中，从而使得加载片18固定。

在实际中，加载片18的形状可以是多样化，只要其是片面状则可以，例如方形状、圆盘状等，或者还可以在加载片18中设置其它结构，例如穿孔等等，这些均在本发明的保护范围内。

本实施例中，安装架为塑料等绝缘材料制成，加载片18则为金属材料。

上述的偶极子与平衡-不平衡连接器16为一体成型制造，且四个连接板均匀环绕布置在底块外周，这样，相邻连接板之间的缝隙162则一致，且为了便于偶极子和平衡-不平衡连接器16形成的整体模具成型，提高压铸模产品的一致性，从而提高该辐射单元1性能的一致性，本实施例中，缝隙162呈下窄上宽形状。

平衡-不平衡连接器16的底块底部设有向外突出的固定台163，该固定台163中设有第四通孔，利用该固定台163，可以避免底块整个底部全部与阵列天线3中的反射板31接触，有利于较少连接的非线性因素，提高互调效果。且通过螺钉等穿过该第四通孔，将辐射单元1固定在反射板31上。

本实施例中，电缆2包括内导体、包裹在内导体外的介质层以及包裹在介质层外的外导体，两个电缆2的内导体及介质层分别穿过第一通孔及第二通孔，且介质层抵压在馈电片15的下端，内导体则穿过馈电片15的第三通孔，并于第三通孔焊接在一起。两电缆2的外导体分别抵压在第一半偶极子13及第二半偶极子14的下端，并且焊接在该连接处，使得电缆2与辐射单元1稳固连接。

本实施例还提供了阵列天线3，其包括反射板31以及多个相间设置在该反射板31上的上述的辐射单元1，该多个辐射单元1呈列状布置。该结构的阵列天线3在保证超宽带的基础上，且具有良好的方向图收敛性。

上述的反射板31呈异性结构，其包括呈条状的底板311以及设于该底板311两侧的侧板312，侧板312相对于底板311朝上倾斜状设置，侧板312与底板311之间形成小于夹角，从而，两侧板312与底板311之间形成半包裹形状，辐射单元1安装在反射板31的底板311上表面，平衡-不平衡连接器16的底块抵接在反射板31的底板311上，且连接在辐射单元1上的电缆2则穿过底板311，延伸至外部。

多个辐射单元1相间设置，本实施例中，相邻的辐射单元1之间设有金属棒32，该金属棒32呈拱形布置，其两端分别连接在反射板31上，中间向上呈拱起状。通过在相邻的辐射单元1之间设置金属棒32，可以降低辐射单元1之间的互耦，提高天线3的隔离度，并改善天线3辐射图的交叉极化。

反射板31的结构中，侧板312与底板311之间形成夹角β，其中，100°＜β＜160°，该结构的反射板31有利于提高天线3辐射方向图的收敛性。

本实施例中，辐射单元1的平衡-不平衡连接器16与反射板31之间设有隔离垫17，也就是说，隔离垫17放置在反射板31的底板311上，辐射单元1的平衡-不平衡连接器16的底块则抵压在该隔离垫17上，从而使得辐射单元1与反射板31隔离开。该隔离垫17的设置可以减少辐射单元1与反射板31之间的接触非线性，提交互调，保证互调的一致性。

上述的隔离垫17上还设有供电缆2穿过的保护孔，电缆2穿过该隔离垫17的保护孔，进而穿过反射板31，这样，可以保证电缆2的稳定，避免在装配过程中，电缆2的拉扯，影响电缆2与辐射单元1之间的连接。

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 (12)

1.超宽带双极化辐射单元，包括呈+45°极化方向布置的第一偶极子、呈-45°极化方向布置的第二偶极子及平衡-不平衡连接器，所述第一偶极子包括两相对布置的第一半偶极子，所述第二偶极子包括两相对布置的第二半偶极子，所述第一半偶极子包括第一辐射板，所述第二半偶极子包括第二辐射板，所述平衡-不平衡连接器分别连接于两所述第一辐射板及两所述第二辐射板下端，其特征在于，所述第一辐射板呈两端收缩、中间两侧向外延伸形状，且中间呈镂空状，所述第二辐射板呈两端收缩、中间两侧向外延伸形状，且中间呈镂空状，两所述第一辐射板及两所述第二辐射板上端共同绝缘连接于加载片。

2.如权利要求1所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，所述平衡-不平衡连接器、两所述第一辐射板及两所述第二辐射板一体成型。

3.如权利要求1或2所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，所述平衡-不平衡连接器包括底块及四个设于所述底块外周且朝上延伸的支撑板，相邻的所述支撑板之间具有缝隙，四个所述支撑板的上端分别对应连接于两所述第一辐射板及两所述第二辐射板下端。

4.如权利要求1或2所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，两所述偶极子上设有两呈正交布置的馈电片，一所述馈电片两端分别置于两所述第一辐射板上，分别电连接于一所述第一辐射板及外部电缆，另一所述馈电片分别置于两所述第二辐射板上，分别电连接于一所述第二辐射板及外部电缆。

5.如权利要求4所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，所述第一辐射板内端设有向下凹的第一凹台，一所述第一凹台上设有用于连接一所述馈电片的第一馈电平台，另一所述第一凹台中设有供外部电缆穿过的第一通孔；所述第二辐射板内端设有向下凹的第二凹台，一所述第二凹台上设有用于连接另一所述馈电片的第二馈电平台，另一所述第二凹台中设有供外部电缆穿过的第二通孔。

6.如权利要求1或2所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，两所述第一辐射板和两所述第二辐射板上共同连接有绝缘支撑架，所述加载片连接于所述绝缘支撑架上。

7.如权利要求6所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，两所述第一半偶极子和两所述第二半偶极子的镂空区域分别设有安装平台，所述绝缘支撑架包括架体，所述架体下端分别设有四个插设于所述安装平台中的第一安装柱。

8.阵列天线，其特征在于，包括反射板以及多个如权利要求1～7任一项所述的辐射单元，多个所述辐射单元相间设于所述反射板上。

9.如权利要求8所述的阵列天线，其特征在于，所述反射板包括底板以及设于所述底板两侧且朝上倾斜的侧板，所述辐射单元的平衡-不平衡连接器抵接于所述底板上。

10.如权利要求8所述的阵列天线，其特征在于，多个所述辐射单元呈列状布置，相邻的所述辐射单元之间设有金属棒，所述金属棒的两端分别连接于所述反射板，中间朝上拱起。

11.如权利要求8所述的阵列天线，其特征在于，所述侧板与所述底板之间的夹角在100°至160°范围内。

12.如权利要求9所述的阵列天线，其特征在于，所述平衡-不平衡连接器与反射板底板之间设有隔离垫。

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