CN103811849B - 宽频双极化天线辐射单元及其天线 - Google Patents

宽频双极化天线辐射单元及其天线 Download PDF

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本发明适用于移动通信基站天线领域,提供了一种宽频双极化天线辐射单元,包括一体成型的辐射体、两对平衡器及底盘;辐射体包括两对对称阵子;每个阵子通过与其对应的平衡器与底盘相连;每个平衡器顶部设有馈电连接凸台;各阵子包括由多段结构构成的两个偶极子臂,两个偶极子臂关于其对应的平衡器对称,各偶极子臂包括位于其末段的加载段,加载段沿垂直于底盘平面的向上与向下的两个方向延伸。该辐射单元交叉极化特性好、辐射图收敛且机械性能强,结构可靠,易加工生产。同时还公开了一种使用上述辐射单元的宽频天线,该天线交叉极化特性好,辐射收敛性好,电性能一致性好,天线组阵中所述辐射单元间及所述辐射单元与高频振子间的互耦影响小。

Description

宽频双极化天线辐射单元及其天线
技术领域
[0001] 本发明属于移动通信基站天线领域,尤其涉及一种宽频双极化天线辐射单元及使用该辐射单元的宽频天线。
背景技术
[0002] 随着移动通信技术的发展和实际运用环境复杂性逐渐提高,移动通信技术对基站天线的要求也越来越高。因此,高互调、高辐射性能、高可靠性的天线越来越成为成移动通信运营商青睐的宠儿。作为手机移动通信收发的终端,基站天线一般由形式相同的辐射单元组合成阵列形式,以获得高的增益。辐射单元的增益,交叉极化比,前后比等性能也直接影响到整个天线的增益,交叉极化比,前后比等指标。目前,双极化天线的辐射单元多采用微带贴片单元、一对正交的半波阵子或者两对正交半波阵子结构来实现双极化。目前移动通信领域低频段790MHZ-960MHZ的相对带宽为19.4%,高频段1710MHZ-2170MHZ的相对带宽为123.7%,一般来说带宽越宽,其辐射性能在整个频带内的离散特性越明显。微带天线以其复杂的寄生结构和装配流程逐渐被市场淘汰;而对于采用一对半波阵子结构实现双极化的辐射单元,增益优势不够明显,且在宽频带全频带范围内的方向图离散特性较为明显,而采用两对正交半波阵子结构的双极化福射单元方式能带来更高的单元增益,更好的方向图收敛特性,而越来越受到厂家的重视。毫无疑问,采用二对半波阵子实现的双极化辐射单元结构上相对前二者较为复杂,尤其790-960MHZ低频段阵子体积大,重量劣势表现明显,给产品可靠性带来隐患,因此,在提高其辐射性能的同时,如何降低辐射单元的体积,降低重量,提高可靠性,保证产品的性能一致性,同时兼顾多频复合阵子使用时的性能成为挑战。在组阵时,一般是将多个不同的辐射单元组成阵列使用,如将多个宽频双极化天线辐射单元组合成阵列,或作为多频天线在所述辐射单元之间及辐射单元中设置高频振子,当所述辐射单元的阵子体积大,会遮蔽其外部高频振子,而对外部高频振子产生不良影响,当所述辐射单元内部结构过于靠近内嵌高频振子,造成阵子之间互耦增大。
[0003] 如专利CN201134512Y和CN 102013560就是描述的这样一种由二对对称阵子组成的辐射单元形式,但其仍存在以下不足:
[0004] 1、CN201134512Y阵子壁末端较粗的截面造成对称振子臂的末端重量过大,在运输和应用中由于振动会影响偶极子臂和平衡器连接的可靠性,甚至有断裂的风险。同样的,全部向下弯曲的加载段也没有经过减重处理,增加可靠性风险。
[0005] 2、CN201134512Y平衡器直线连接对称阵子和环形底座,内置高频振子时,其平衡器臂过于靠近高频振子,造成较大的互耦影响。
[0006] 3、CN 102013560虽然提到CN201134512Y的部分不足并做了相应的改进,但仍存在其不足,如阵子壁其采用采用加载段向内折弯的结构,其虽然使得对高频的耦合度有所降低,但是其向内折弯会对内部的高频振子方向图辐射形成一定程度的遮挡,影响辐射图效果。
[0007] 4、CN 102013560其采用金属折线薄片作为辐射体,其意图提高可加工性和可靠性,但在实际运用中,其需要大量的外部塑料件来实现稳固,对性能一致性存在影响。
[0008] 5、CN 102013560阵子单元臂的金属折线的形式导致电镀表面积增大,无疑会提高了阵子的加工成本。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于提供一种具有增益高,交叉极化特性好,辐射性能高度收敛,结构可靠性高,易加工生产的宽频双极化天线辐射单元。
[0010] 本发明是这样实现的,一种宽频双极化天线辐射单元,包括一体成型的辐射体、两对平衡器及底盘;所述辐射体包括两对呈正交且对称设置的阵子;所述两对平衡器分别与所述两对阵子对应,每个所述阵子通过与其对应的所述平衡器与所述底盘相连;每个所述平衡器顶端具有馈电连接凸台;每个所述阵子包括由多段结构构成的两个偶极子臂,所述两个偶极子臂关于其对应的所述平衡器对称,每个偶极子臂包括位于其末段的加载段,所述加载段沿垂直于所述底盘平面的向上与向下的两个方向延伸。
[0011] 具体地,每个所述偶极子臂还包括依次相连的长圆柱体段、折弯段、短圆柱体段、长方体结构段,所述长方体结构段的末端与所述加载段相连。
[0012] 更具体地,所述加载段呈半圆筒形。
[0013] 进一步地,所述长方体结构呈具有垂直于所述底盘平面的开口的叉形结构;所述加载段的半圆筒与所述叉形结构合围成框形结构。
[0014] 进一步地,所述加载段具有垂直于所述底盘平面的通口,该通口与所述长方体结构的开口相连通。
[0015] 具体地,所述长圆柱体段、折弯段和短圆柱体段横截面面积相同。
[0016] 具体地,每个所述平衡器的呈三段折线形式,其包括依次相连的第一段、第二段和第三段;所述第三段与所述底盘相连;所述第一段与所述辐射体相连,且垂直于所述底盘平面。
[0017] 进一步地,每个所述阵子的长度相同,且为0.43至0.46个波长。
[0018] 具体地,所述底盘底面呈圆形,且其底面设置有将该底盘安装于所述反射板上的安装台。
[0019] 本发明,通过将两对对称阵子正交设置,形成双极化结构,交叉极化特性好,辐射收敛性好的特点;将辐射体、平衡器和底盘一体成型,结构可靠性高,同时将每个偶极子臂设为多段结构,易进行加工生产,通过多段结构使偶极子臂向内折弯可减少辐射体的口径,从而减少辐射单元组阵时辐射单元之间的互耦和对辐射单元外的高频振子的影响,且体积变小、重量减低,而机械性能得到加强。将加载段设置为沿垂直于所述底盘平面的两个方向延伸,可以起到调节谐振的功能。加载段的长短对应于谐振频率的偏移,加载段的使用有效减低偶极子臂的长度减少辐射体的口径,从而降低阵子耦合;加载段不全部向上延伸可以减低阵子高度缩减整机厚度,不全部向下延伸可以在嵌套组合阵子的使用时降低与嵌套阵子间的互耦影响,通过合理的调节加载段,不仅可以起调节谐振点的作用,而且可以尽大程度的降低嵌套组合阵子的耦合。
[0020] 进一步地,将偶极子臂的长方体结构和加载段设置为具有垂直于所述底盘所述在面的开口与通口的结构,不仅起到阻抗调节作用,还可以降低阵子的重量,尤其使得偶极子臂与平衡器连接点形成的力矩减小,降低偶极子臂因振动而断裂的风险,减少其在运输及实际应用中损坏的概率,提高阵子的可靠性。
[0021] 本发明,平衡器与辐射体的阵子成一一对应关系,由两对平衡器构成,四个平衡器呈对称关系,每个平衡器的主体是呈三段折线形式,可以通过调整不同段之间的夹角来调整整个平衡器的长度;其中第一段垂直于所述反射板,在辐射单元作为嵌套组合阵子使用时,使得平衡器臂远离内部高频振子,能有效降低其对内嵌套的高频振子的耦合。
[0022] 本发明另一目的在于提供一种宽频天线,包括用于信号反射的反射板,所述反射板上设置有若干如上所述的宽频双极化天线辐射单元。
[0023] 该天线交叉极化特性好,辐射收敛性好,电性能一致性好,且结构可靠,适合大批量生产;天线组阵中所述辐射单元间及所述辐射单元与高频振子间的互耦影响小。
附图说明
[0024]图1是本发明一实施例提供的一种宽频天线的结构示意图。
[0025]图2是本发明另一实施例提供的一种宽频双极化天线辐射单元的结构示意图。
[0026] 图3是图2中平衡器顶端部分的局部放大图。
[0027] 图4是图2的辐射单元的仰视图。
[0028] 图5是图2的辐射单元的俯视图。
[0029] 图6是图5中偶极子臂的放大图。
[0030] 图7是图2的辐射单元的侧视图。
[0031] 图8是图2的辐射单元中嵌套高频振子的结构示意图。
具体实施方式
[0032] 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。
[0033] 请参阅图2、图3和图7,本实施例公开了一种宽频双极化天线辐射单元,包括一体成型的辐射体13、两对平衡器12及底盘11。所述辐射体13包括两对呈正交的对称阵子131,如图2中,相对的两个阵子131构成一组,并形成一个极化,两组对称阵子131形成交叉正交的双极化结构;所述两对平衡器12分别与所述两对阵子131对应,每个阵子131通过与其对应的平衡器12与所述底盘11相连;每个平衡器12顶部一端具有馈电连接凸台122,所述馈电连接凸台122上安装有馈电片14 ;每个平衡器12上安装有同轴馈电电缆15 ;每个所述阵子131包括由多段结构构成的两个偶极子臂132,所述两个偶极子臂132关于其对应的所述平衡器12对称。
[0034] 通过将两对对称阵子131正交设置,形成双极化结构,交叉极化特性好,辐射收敛性好的特点;将辐射体13、平衡器12和底盘11 一体成型,结构可靠性高,电气性能一致性好,同时将每个偶极子臂132设为多段结构,易进行加工生产,同时可通过调整多段结构,从而减少两对阵子131在一平面上合围的口径,即减少辐射体的口径,从而减少辐射单元10组阵时辐射单元之间的互耦和对辐射单元10外的高频振子的影响,且体积变小、重量减低,而机械性能得到加强。每个所述阵子131的长度相同且为0.43至0.46个波长,辐射体13的两对对称阵子131组成±45°极化方向。
[0035] 所述辐射单元10在组阵使用时,辐射体13的口径体积大,会遮蔽其外部高频振子30,而对外部高频振子30产生不良影响,当所述辐射单元10内部结构过于靠近内嵌高频振子30,造成阵子之间互耦增大。请参阅图4和图6,每个偶极子臂132包括位于其末段的加载段132e,所述加载段132e沿垂直于所述底盘11平面的向上与向下的两个方向延伸。可以起到调节谐振的功能。请同时参阅图8,加载段132e的长短对应于谐振频率的偏移,加载段132e的使用,有效减低偶极子臂132的长度,从而减少辐射体13的口径,从而在组阵时,降低所述福射单元10之间或所述福射单元10与外部高频振子30间的親合影响;加载段132e不全部向上延伸,可以减低阵子131高度,以缩减整机厚度;不全部向下延伸,可以在福射单元10中嵌套高频振子30使用时,降低福射体13与高频振子30间的互親影响。通过合理的调节加载段132e,不仅可以起调节谐振点的作用,而且可以尽大程度的降低对其内嵌套的高频振子30的耦合。
[0036] 请参阅图2和图3,每个所述平衡器12上开设有供同轴馈电电缆15固定的电缆固定槽123。同轴馈电电缆15固定在电缆固定槽123中,所述电缆固定槽123中设有便于同轴馈电电缆15固定的连接点,本实施例中,连接点为将同轴馈电电缆15进行焊接的焊接点124,请参阅图3,所述馈电连接凸台122由两个不同半径圆柱体122a,122b组合而成,用于与馈电片14的电连接的作用。
[0037] 所述馈电片14是由金属薄片制成,其作用是连接同轴馈电电缆15的内芯151和馈电连接凸台122,起馈电作用。
[0038] 请参阅图3,同轴馈电电缆15包括导电的内芯151、位于中间并绝缘的介质层152和外面且导电的屏蔽层153。
[0039] 请参阅图4和图6,每个所述偶极子臂132还包括依次相连的长圆柱体段132a、折弯段132b、短圆柱体段132c和长方体结构段132d。所述长方体结构段132d的末端与所述加载段132e相连。所述辐射体13包括两对对称阵子131,共八个偶极子臂132,整体上呈八边形结构。述折弯段132b为1/8圆环,可以使阵子131更加紧凑,减少辐射体13 口径,使辐射单元10体积变小,重量减轻,机械性能得到加强,并减少辐射单元组阵时辐射单元间的互耦和对辐射单元外的高频振子的影响;长圆柱体段132a、折弯段132b和短圆柱体段132c横截面面积相同,加工方便,同时结构强度更好,加工成本低。短圆柱体段132c末端与长方体结构段132d连接处设有圆倒角132c ',所述加载段132e呈半圆筒形,以便加工。本实施例中,请参阅图2和图7,所述加载段132e呈由所述长方体结构段132d起且沿垂直于所述底盘11平面的向上与向下两个方向延伸的半圆筒形结构,即所述加载段为沿靠近和远离所述底盘11平面的两个方向延伸。
[0040] 请参阅图4和图5,所述长方体结构段132d呈具有垂直于所述底盘11平面的开口的叉形结构;所述加载段132e的半圆筒与所述叉形结构合围成框形结构132f。所述加载段132e具有垂直于所述底盘11平面的通口,该通口与所述长方体结构段132d的开口相连通。将偶极子臂132的长方体结构段132d设置为具有垂直于所述底盘11所述在面的开口结构,将加载段132e设置为具有垂直于所述底盘11所述在面的通口结构,不仅起到阻抗调节作用,还可以降低阵子131的重量,尤其使得偶极子臂与平衡器连接点形成的力矩减小,降低偶极子臂因振动而断裂的风险,减少其在运输及实际应用中损坏的概率,提高阵子131的可靠性。
[0041] 请参阅图7,每个平衡器12呈三段折线形式,包括依次相连的第一段12a、第二段12b和第三段12c ;所述第三段12c与所述底盘11相连;所述第一段12a与所述辐射体13相连。所述第一段12a垂直于所述底盘11平面。将每个平衡器12设有呈三段折线形式。请一并参阅图1和图2,平衡器12与辐射体13的阵子131成一一对应关系,由两对平衡器12构成,四个平衡器12呈对称关系,每个平衡器12的主体是呈三段折线形式,可以通过调整不同段之间的夹角来调整整个平衡器12的长度;如第一段12a和第二段12b间夹角Θ 1,第二段12b与第三段12c间夹角Θ 2,调整夹角θ 1和Θ 2就能改变所述平衡器12的长度,从而调整辐射单元10的容感性。请再参阅图8,本实施例中,平衡器12的第一段12a垂直于所述底盘11平面,使得平衡器臂远离内嵌的高频阵子30,能有效降低辐射单元10与其内嵌套的高频振子30的耦合。请参阅图5,每个所述平衡器12包括并列且间隔设置的两支撑臂121,每个支撑臂121横截面呈L形结构。可通过调节两支撑臂121向其相对外侧延伸的面积来调节容感性,即调节巴伦的对称面面积大小来调节容感性;而L形的凸出部分可起到机械加强筋的作用。
[0042] 请参阅图4,所述底盘11底面呈圆形,且其底面设置有安装台111。底盘11起到电连接的作用,可以将四个平衡器12电连接到一起,同时在物理结构上方便一体化压铸成型;在底盘11的底部存在四个安装台111,有螺纹孔贯穿安装台111与底盘11,可以在进行稳固连接的情况下充分保证整个单元的互调。
[0043] 请参阅图1,本发明另一实施例公开了一种宽频天线,包括用于信号反射的反射板20 ;所述反射板20上设置有若干如上所述的宽频双极化天线辐射单元10。该天线交叉极化特性好,辐射收敛性好,电性能一致性好,且结构可靠,适合大批量生产;天线组阵中所述福射单元10间及所述福射单元10与高频振子30间的互親影响小。
[0044] 请参阅图1,反射板20起到信号反射的作用,其为硬质铝板折弯而成,其上开设有通孔,部分供所述辐射单元10固定,另有四个通孔为同轴馈电电缆15通过所用。所述辐射单元10通过其底盘11上的安装台111固定于反射板20上。
[0045] 安装时,将切割好的同轴馈电电缆15的屏蔽层153与平衡器12的电缆固定槽123中的焊接点124焊接。以便同轴馈电电缆15固定于电缆固定槽123中。然后,将馈电片14放置在馈电连接凸台122以及同轴馈电电缆15的内芯151上,并将其与同轴馈电电缆15的内芯151和馈电连接凸台122分别焊接。这样,依次在两对平衡器12上固定同轴馈电电缆15及对应的馈电片14。再将两对平衡器12引出的四根同轴馈电电缆15穿过反射板20上的通孔,之后,用螺钉将反射板20与辐射单元10固定安装。最后,用功分器将四根同轴馈电电缆15中对角的两根电缆相连接,以使相对的两平衡器12形成一对,并引出一根同轴馈电电缆15用于组阵使用。
[0046] 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 (7)

1.一种宽频双极化天线辐射单元,其特征在于:包括一体成型的辐射体、两对平衡器及底盘;所述辐射体包括两对呈正交且对称设置的阵子;所述两对平衡器分别与所述两对阵子对应,每个所述阵子通过与其对应的所述平衡器与所述底盘相连;每个所述平衡器顶端具有馈电连接凸台;每个所述阵子包括由多段结构构成的两个偶极子臂,所述两个偶极子臂关于其对应的所述平衡器对称,每个偶极子臂包括位于其末段的加载段,所述加载段沿垂直于所述底盘平面的向上与向下的两个方向延伸;每个所述偶极子臂还包括依次相连的长圆柱体段、折弯段、短圆柱体段、长方体结构段,所述长方体结构段的末端与所述加载段相连;所述加载段呈半圆筒形;所述长方体结构呈具有垂直于所述底盘平面的开口的叉形结构;所述加载段的半圆筒与所述叉形结构合围成框形结构。
2.如权利要求1所述的宽频双极化天线辐射单元,其特征在于:所述加载段具有垂直于所述底盘平面的通口,该通口与所述长方体结构的开口相连通。
3.如权利要求1所述的宽频双极化天线辐射单元,其特征在于:所述长圆柱体段、折弯段和短圆柱体段横截面面积相同。
4.如权利要求1-3任一项所述的宽频双极化天线辐射单元,其特征在于:每个所述平衡器的呈三段折线形式,其包括依次相连的第一段、第二段和第三段;所述第三段与所述底盘相连;所述第一段与所述辐射体相连,且垂直于所述底盘平面。
5.如权利要求1-3任一项所述的宽频双极化天线辐射单元,其特征在于:每个所述阵子的长度相同,且为0.43至0.46个波长。
6.如权利要求1-3任一项所述的宽频双极化天线辐射单元,其特征在于:所述底盘底面呈圆形,且其底面设置有安装台。
7.一种宽频天线,包括用于信号反射的反射板,其特征在于:所述反射板上设置有若干如权利要求1-6任一项所述的宽频双极化天线福射单元。
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