CN103647140A

CN103647140A - 双极化天线

Info

Publication number: CN103647140A
Application number: CN201310696049.0A
Authority: CN
Inventors: 褚庆昕; 徐宁; 涂治红; 董锦渊
Original assignee: South China University of Technology SCUT; GCI Science and Technology Co Ltd
Current assignee: South China University of Technology SCUT; GCI Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-16
Also published as: CN103647140B

Abstract

一种双极化天线，包括：两条同轴馈线、介质基板、两层相同的振子单元，两层振子单元对应设置于介质基板上下两层，介质基板通过支撑架固定在反射板上，两层振子单元通过两条同轴馈线进行馈电，每层振子单元采用十字交叉微带结构，每层振子单元包括四个振子臂，每个振子臂均设有两条斜边，振子臂的两条斜边相互垂直，相邻振子臂的斜边相吻合并且相邻斜边存在间隙，相邻斜边上均设有延伸部，相邻延伸部关于相邻斜边的中心线对称设置。通过本发明方案可以对阻抗匹配进行灵活的调整，最终实现对频带的相应覆盖。

Description

双极化天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种双极化天线。

背景技术

随着移动通信的蓬勃发展，原有的TD-SCDMA系统开始了向TD-LTE系统进化的进程。对于TD-LTE系统，除了工作频段分布于较宽的频段上以外，还进一步突出了智能天线的建设。与原有的线阵式基站天线相比，TDD系统中的智能天线利用二维面阵的形式结合上行来波估计，实现以主波束对准信号，零点对准干扰的自适应方向图，提高了移动通信系统的容量和质量。在基站建设的过程中，智能天线的物理尺寸与重量等参数被严格限制，而其辐射性能如增益、波束宽度、交叉极化比和前后比等各方面在不同频段也分别有不同的要求，同时多阵列结构中阵元间的相互影响情况不可忽略。由于阵列天线中的辐射单元在很大程度上决定了天线的多项性能，因此上面提及的因素都加大了阵元的设计难度。

传统技术中给出了TD-LTE室内双极化天线，采用了十字交叉微带结构（上下两层）实现了±45°垂直极化的双极化振子单元，并且利用高度为四分之一波长的同轴线和支撑柱焊接于铜支撑板上。不同极化方向的振子分别通过分布于双面覆铜板上下两层金属桥进行馈电。同时，双极化振子单元辐射臂上的双排过锡通孔将上下层振子短路，实现驻波宽带匹配。不同极化方向振子间的耦合缝隙可调整双极化振子单元的谐振点，辐射臂终端的引向柱可以使辐射臂上电流分布均匀。

传统技术中，通过耦合缝隙调整双极化振子单元的谐振点的方式不够灵活。若调整缝隙的长度，会带来振子单元的变形，导致振子上电流的分布改变，会对辐射性能产生影响；若调整缝隙的宽度，有可能出现宽度很小也无法满足要求。利用引向柱的方式虽然可以使辐射臂上的电流分布更为均匀，但引向柱上分布的电流会对辐射参数产生影响。同时，引向柱的出现会对振子的匹配造成影响，成为振子匹配参数的敏感因素，这将对加工及安装提出了较高要求。而在介质基板上附加引向柱的方式也增加了振子安装的难度及成本。

发明内容

基于此，有必要针对不能有效调整谐振点的问题，提供一种双极化天线。

一种双极化天线，包括：两条同轴馈线、介质基板、两层相同的振子单元，

两层振子单元对应设置于介质基板上下两层，介质基板通过支撑架固定在反射板上，两层振子单元通过两条同轴馈线进行馈电，

每层振子单元采用十字交叉微带结构，每层振子单元包括四个振子臂，每个振子臂均设有两条斜边，振子臂的两条斜边相互垂直，相邻振子臂的斜边相吻合并且相邻斜边存在间隙，相邻斜边上均设有延伸部，相邻延伸部关于相邻斜边的中心线对称设置。

上述双极化天线，包括两条同轴馈线、介质基板、两层相同的振子单元，每层振子单元采用十字交叉微带结构，每层振子单元包括四个振子臂，每个振子臂均设有两条斜边，振子臂的两条斜边相互垂直，相邻振子臂的斜边相吻合并且相邻斜边存在间隙，通过在相邻斜边上均设有延伸部，相邻延伸部关于相邻斜边的中心线对称设置，利用不同极化振子件延伸出延伸部的方式调整振子间的耦合度，可以对阻抗匹配进行灵活的调整，最终实现对频带的相应覆盖。

附图说明

图1为本发明双极化天线实施例一的结构示意图；

图2为本发明双极化天线实施例中其中一个振子臂的结构示意图；

图3为本发明双极化天线实施例二的上层振子单元结构示意图；

图4为本发明双极化天线实施例二的下层振子单元结构示意图；

图5为本发明双极化天线具体运用实例结构示意图；

图6为本发明双极化天线的驻波比参数的仿真结果；

图7为本发明双极化天线不同极化方向端口间的隔离度。

具体实施方式

以下针对本发明双极化天线的各实施例进行详细的描述。

如图1所示，为本发明双极化天线实施例一的结构示意图，包括：两条同轴馈线130和140、介质基板150、两层相同的振子单元160和170。其中，170在介质基板下层，图中没有示出。同轴馈线130和140设置在支撑架120里面。

两层振子单元160和170对应设置于介质基板150上下两层，介质基板150通过支撑架120固定在反射板110上，两层振子单元160和170通过两条同轴馈线进行馈电。作为设置的一种实现方式，可以是印刷在介质基板上通过印制振子单元，可以成本低廉、质量轻便、加工安装简单。由于两层振子单元是相同的，因此可以实现对应印制在介质基板上，使上下振子单元的振子臂一一对应。每个振子臂上可以设有至少一个将上下两层振子臂短路的金属通孔，从而连接上下两层，实现对应馈电。介质基板与反射板平行。通过在上下两层设置相同的振子单元160和170，可以更好地阻抗匹配及方便馈电。

每层振子单元采用十字交叉微带结构，每层振子单元包括四个振子臂，每个振子臂均设有两条斜边161和162，振子臂的两条斜边相互垂直，相邻振子臂的斜边相吻合并且相邻斜边存在间隙180，相邻斜边上均设有延伸部190（即每个斜边上均设有延伸部，图中190只示出了其中一斜边上的延伸部），相邻延伸部关于相邻斜边的中心线对称设置。延伸部可以是矩形的金属块，具体大小和长度根据需要设定。根据天线性能，介质基板上的振子单元的振子臂的对称线与反射板对角线平行或者重合。

本实施例通过在斜边出加载了延伸部，振子臂延伸部与相邻延伸部间的距离、两者的宽度及长度，都能对谐振频点进行有效的调整。且在延伸部间距离及延伸部宽度不变的情况下，仅通过延伸部长度改变即可使谐振频点的频率比在较大的范围内改变，实现了对阻抗匹配的灵活控制，为进一步的工程调试留下充足的空间。本方案可以适用于TDD系统中，实现了对FAD频带的相应覆盖。

在其中一个实施例中，如图1，还可以包括反射板110、支撑架120。作为一种优选方式，反射板可以是带有翻边的反射板，可以调节反射板的翻边控制天线的波瓣宽度。支撑架的形状可以各异，具体根据需要设定。比如，金属支撑架的顶端留有突出部分作为卯，与介质基板上对应开孔的榫位相对应，两者组合后通过焊接连接金属支架与振子的一臂，和另一侧上对应与同轴线外导体相连的振子臂构成平衡馈电的完整振子。金属支撑架与同轴馈线一同构成平衡-不平衡馈电结构。

在其中一个实施例中，振子臂包括分别位于对称中心两侧的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分关于对称中心对称，且振子臂的两条斜边关于对称中心对称。由于将振子臂设计为对称结构，所以每个振子臂有一个对称中心，且两条斜边关于这对称中心对称。

在其中一个实施例中，如图2所示，振子臂可以分成内侧部210、中间部220、外侧部230，将两条斜边所在部位称为振子臂的内侧部，中间部镂空。通过将振子臂中间部分的金属挖空，仅留下外轮廓上的窄金属边，可以限制振子上的电流流动路径，并优化阻抗宽带匹配。

在其中一个实施例中，如图2所示，振子臂可以分成内侧部210、中间部220、外侧部230，将两条斜边所在部位称为振子臂的内侧部，中间部镂空。以外侧部为起点沿内侧部方向在中间部的镂空处设有凸出部240。凸出部可以是矩形金属块。通过加载凸出部，除了能进一步对阻抗作出宽带匹配外，还能有效地拓宽振子对低频段的覆盖下限。

在其中一个实施例中，振子臂可以分成内侧部、中间部、外侧部，将两条斜边所在部位称为振子臂的内侧部，中间部镂空。中间部包括轮廓部，轮廓部弯折设置。比如，如图2所示，可以设置五个弯折部，分别为第一弯折部251、第二弯折部252、第三弯折部253、第四弯折部254、第五弯折部255。通过振子电流路径的弯折，降低了振子工作的下限频点。

在其中一个实施例中，振子臂包括内侧部、外侧部，振子臂的两条斜边设于内侧部，外侧部设有对称的两个枝节部261和262。枝节部可以是矩形金属块，长短和大小根据需要设定。通过多枝节的加载不仅能进一步对阻抗作出宽带匹配外，还能有效地拓宽振子对低频段的覆盖下限。

在其中一个实施例中，如图3和图4，图3是介质基板上面印制的振子单元，图4是介质基板下面印制的振子单元。本发明还包括第一微带馈线301、第二微带馈线302和第三微带馈线401，振子臂包括内侧部，振子臂的两条斜边设于内侧部，每层振子单元包括第一振子臂310和410、第二振子臂320和420、第三振子臂330和430和第四振子臂340和440，并且顺时针排列。当然这里所谓的顺时针只是为了方便说明振子臂的排列顺序，具体根据需要调整。上层和下层的振子单元是一一对应的，比如上层第一振子臂310和下层第一振子臂410对应。

介质板上层的第一振子臂的内侧部设有第一凹槽350，介质板上层的第二振子臂的内侧部设有第二凹槽360，介质基板上对应第一凹槽位置设有第一通孔351，介质基板上对应第二凹槽位置设有第二通孔361和第三通孔362，同轴馈线包括第一同轴馈线和第二同轴馈线，

第一同轴馈线的外导体与介质基板下层的第一振子臂410焊接，第一同轴馈线的内导体通过第一通孔351与第一微带馈线301连接，第一微带馈线301设置在介质基板上层的第一振子臂310和第三振子臂330之间，并与介质基板上层的第三振子臂330连接，第一微带馈线301可以是一个矩形馈线。

第二同轴馈线的外导体与介质基板下层的第二振子臂420焊接，第二同轴馈线的内导体通过第二通孔361与第二微带馈线302连接，第二微带馈线302连接第二通孔361和第三通孔362，第二微带线302通过第三通孔362与第三微带线401连接，第三微带馈线401设置在介质基板下层的第二振子臂420和第四振子臂440之间，并与介质基板下层的第四振子臂440连接，第二微带馈线可以是条形状，第二微带馈线上的第二通孔靠近第二凹槽，第三通孔远离第二凹槽。

每个振子臂上设有至少一个将上下两层振子臂短路的金属通孔。通过设置金属通孔，可以实现上下两层振子单元馈电。

本实施例中，位于介质基板上的微带馈电部分呈交叉十字分布，且分别与相应极化方向上的同轴馈线内导体相连，同轴线的外导体与相应振子臂的下层结构相连。其中，-45°极化方向振子的第一微带馈线全部位于介质基板的上层，+45°极化方向的微带馈线（第二微带馈线和第三微带馈线）则有效地利用了介质基板的上下两面，部分馈线通过金属化过孔的方式延至下层，与另一极化方向的微带馈线错开，并与相应+45°极化振子臂的下层结构相连接。从而实现交叉馈电，具有很好的隔离度。其中一种方式，上层的第一微带馈线和下层的第二微带馈线、第三微带馈线整体可以构成一个十字型结构。

在其中一个实施例中，如图2所示，振子臂包括内侧部，振子臂的两条斜边设于内侧部，在内侧部设有两个将上下两层振子臂短路的金属通孔271和272。通过设置对称的两个金属通孔，并且在靠近馈电端进行设置，可以达到更好的上下层馈电。

上述实施例可以自由组合，比如，如图5所示，作为其中一种组合，可以包括带有翻边的反射板510、支撑架520、两条同轴馈线530、介质基板540、两层相同的振子单元，介质基板上下各一层，上层为550。两层振子单元对应设置于介质基板上下两层，介质基板通过支撑架固定在反射板上，两层振子单元通过两条同轴馈线进行馈电，每层振子单元采用十字交叉微带结构，每层振子单元包括四个振子臂，每个振子臂均设有两条斜边，振子臂的两条斜边相互垂直，相邻振子臂的斜边相吻合并且相邻斜边存在间隙，相邻斜边上均设有延伸部，相邻延伸部关于相邻斜边的中心线对称设置。在内侧部设有两个将上下两层振子臂短路的金属通孔561和562。同时加载凸出部551、两个枝节部552和553，并将轮廓部弯折设置。该实施例设计的双极化天线中振子臂中间部分的金属被挖空，仅留下外轮廓上的窄金属边，用以限制振子上的电流流动路径，并优化阻抗宽带匹配。同时，通过振子电流路径的弯折，降低了振子工作的下限频点。在振子臂的终端部分，分别加载有枝节与凸出部。多个枝节和凸出部的加载除了能进一步对阻抗进行宽带匹配外，还能有效地拓宽振子对低频段的覆盖下限，取代了传统技术中的引向柱加载，简化了安装步骤，也降低了加工过程中人工带来的误差。在不同极化方向的振子之间，加载了缝隙距离较近的延伸部。相邻延伸部间的距离，两者的宽度及长度，都能对谐振频点进行有效的调整。且在延伸部间距离及延伸部宽度不变的情况下，仅通过延伸部长度的改变即可使谐振频点的频率比在较大的范围内改变，实现了对阻抗匹配的灵活控制。

参见图6，为所发明天线的驻波比参数(VSWR)的仿真结果，图中的曲线说明了所设计的天线能覆盖目标的FAD频段。图7为所发明天线单元不同极化方向端口间的隔离度，两端口间隔离度良好。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种双极化天线，其特征在于，包括：两条同轴馈线、介质基板、两层相同的振子单元，

2.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述振子臂包括分别位于对称中心两侧的第一部分和第二部分，第一部分和第二部分关于对称中心对称，且所述振子臂的两条斜边关于对称中心对称。

3.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述振子臂包括内侧部、中间部、外侧部，所述振子臂的两条斜边设于内侧部，所述中间部镂空。

4.根据权利要求3所述的双极化天线，其特征在于，以外侧部为起点沿内侧部方向在中间部的镂空处设有凸出部。

5.根据权利要求3所述的双极化天线，其特征在于，中间部包括轮廓部，轮廓部弯折设置。

6.根据权利要求1所述的双极化天线，其特征在于，所述振子臂包括内侧部、外侧部，所述振子臂的两条斜边设于内侧部，所述外侧部设有对称的两个枝节部。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的双极化天线，其特征在于，所述振子臂包括内侧部、外侧部，所述振子臂的两条斜边设于内侧部，所述外侧部设有对称的两个枝节部。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的双极化天线，其特征在于，还包括第一微带馈线、第二微带馈线和第三微带馈线，所述振子臂包括内侧部，所述振子臂的两条斜边设于内侧部，每层振子单元包括第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂和第四振子臂，并且顺时针排列，

介质板上层的第一振子臂的内侧部设有第一凹槽，介质板上层的第二振子臂的内侧部设有第二凹槽，介质基板上对应第一凹槽位置设有第一通孔，介质基板上对应第二凹槽位置设有第二通孔和第三通孔，同轴馈线包括第一同轴馈线和第二同轴馈线，

第一同轴馈线的外导体与介质基板下层的第一振子臂焊接，第一同轴馈线的内导体通过第一通孔与第一微带馈线连接，第一微带馈线设置在介质基板上层的第一振子臂和第三振子臂之间，并与介质基板上层的第三振子臂连接，

第二同轴馈线的外导体与介质基板下层的第二振子臂焊接，第二同轴馈线的内导体通过第二通孔与第二微带馈线连接，第二微带馈线连接第二通孔和第三通孔，第二微带线通过第三通孔与第三微带线连接，第三微带馈线设置在介质基板下层的第二振子臂和第四振子臂之间，并与介质基板下层的第四振子臂连接，

每个振子臂上设有至少一个将上下两层振子臂短路的金属通孔。

9.根据权利要求1至6任意一项所述的双极化天线，其特征在于，所述振子臂包括内侧部，所述振子臂的两条斜边设于内侧部，在内侧部设有两个将上下两层振子臂短路的金属通孔。