CN103972643B - 阵列天线及其局部不对称的辐射单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种局部不对称的辐射单元，其包括巴伦、由所述巴伦馈电与支撑的辐射体以及布置在所述辐射体中心位置的一对正交布置的馈电片，所述辐射体包括四个正交布置的辐射振子臂，两个相邻的所述辐射振子臂组成相邻组,其中，所述相邻组之间存在间隙，所述间隙至少设置有两种不同的宽度。一种阵列天线，其包括反射板和若干个在所述反射板上阵列排列的辐射单元，其中，其采用前所述的局部不对称的辐射单元。本发明阵列天线及其局部不对称的辐射单元端口间的隔离度高和交叉极化比高，辐射性能优良。

Description

阵列天线及其局部不对称的辐射单元

技术领域

本发明涉及一种移动通信天线技术，尤其涉及一种阵列天线及其局部不对称的辐射单元。

背景技术

移动通信的迅猛发展，进一步要求提高通信系统的容量，目前一般采用极化分集技术来提高天线的工作效率。而采用极化分集技术对天线设计提出了更高的要求，端口的隔离度问题和交叉极化比问题逐渐成为各设备厂商关注的焦点。更优的端口隔离度和更高的交叉极化比，是优质移动通信质量的保障。

因而，在宽频工作下设计出高隔离度和交叉极化比双极化天线辐射单元成为天线界研究的重点和难点。

发明内容

本发明的目的是，提供一种提高天线隔离度和交叉极化比的阵列天线及其双极化辐射单元，具体为一种阵列天线及其局部不对称的辐射单元。

为达到以上技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种局部不对称的辐射单元，其包括巴伦、由所述巴伦馈电与支撑的辐射体以及布置在所述辐射体中心位置的一对正交布置的馈电片，所述辐射体包括四个正交布置的辐射振子臂，两个相邻的所述辐射振子臂组成相邻组,其中，所述相邻组之间存在间隙，所述间隙至少设置有两种不同的宽度。

所述间隙的不同宽度还可以通过设置倒角结构来体现：所述辐射振子臂为方形，每个所述辐射振臂设有三个外轮廓角，所述辐射单元中的至少一个所述外轮廓角设置为倒角结构。

关于不同宽度的所述间隙的形成：所述相邻组的间隙处的外轮廓角至少一个设置为倒角结构。可选择地，任意两个所述间隙处的外轮廓角至少一个设置为倒角结构。或者，任意三个所述间隙处的外轮廓角至少一个设置为倒角结构。

所述辐射体的非对称结构的另一个实现形式：还包括从所述辐射振子臂延伸出的加载段，所述加载段由形成所述间隙的辐射振子臂边缘向所述巴伦的方向延伸，位于同一所述间隙的加载段形状相同。进一步地，同一个所述辐射振子臂的加载段形状不同。

所述辐射体的非对称结构的实现形式还可以为：所述辐射振子臂为镂空体和/或实心体。

可选择地，所有所述辐射振子臂为镂空体或实心体。或者，至少一个所述辐射振子臂为实心体，其余为镂空体。

为保持所述间隙的稳定性，该辐射单元还包括介质卡夹：所述介质卡夹包括若干个用于嵌入所述间隙的嵌入部分。进一步地，所述介质卡夹还包括若干个用于与所述辐射振子臂相固定的倒扣部分。更进一步地，所述介质卡夹还包括主体部分，所述主体部分、嵌入部分和倒扣部分一体成型。

关于所述介质卡夹的安装位置：所述介质卡夹设置在所述辐射体的中心位置。所述馈电片的非对称结构对所述辐射体的电气性能有增效作用：所述馈电片包括交叠部以及分别设置在所述交叠部两端的第一固定翼和第二固定翼；所述第二固定翼的长度大于所述第一固定翼；所述第一固定翼和第二固定翼位于同一平面，所述交叠部与所述第一固定翼和第二固定翼高低交错布置。

一种阵列天线，其包括反射板和若干个在所述反射板上阵列排列的辐射单元，其中，其采用前所述的局部不对称的辐射单元。

与现有技术相比较，本发明具有如下优势：

1)通过设置辐射振子臂和加载段的不对称结构来实现整个辐射单元的局部不对称，以此可有效提高天线阵列端口间的隔离度，减少天线生产调试时间；

2)所述辐射单元的局部不对称结构还可以提高天线阵列交叉极化比，特别是正负60°交叉极化比，减弱天线阵列两个极化信号的相关性；

3)一对所述馈电片可交换安装位置，形成阵列天线时可以根据需要调整所述馈电片的焊接位置，以此改善波瓣偏移，改善交叉极化，进一步起到改善阵列辐射特性的作用。

附图说明

图1为本发明的局部不对称的辐射单元的第一实施例的俯视结构图，示出辐射振子臂和馈电片的结构。

图2为本发明的阵列天线的第一实施例的结构示意图，其中包含多个辐射单元(不含介质卡夹)的实施例，每个辐射单元的辐射臂具有不同的倒角结构的布置。

图3为图1所示的本发明的局部不对称的辐射单元的第一实施例的仰视结构立体图，示出巴伦和加载段的结构,其中该辐射单元不含介质卡夹。

图4为本发明的阵列天线的第二实施例的结构示意图，其中包含多个辐射单元(不含介质卡夹)的实施例，每个辐射单元的辐射臂具有不同的镂空/实心的布置。

图5为本发明的局部不对称的辐射单元的介质卡夹的立体结构示意图。

图6为本发明的局部不对称的辐射单元的馈电片的立体结构示意图。

图7为本发明的局部不对称的辐射单元的馈电片的侧视图。

图8为本发明的局部不对称的辐射单元的馈电片在辐射单元上的第一组装结构示意图，示出了上馈电片和下馈电片的安装位置。

图9为本发明的局部不对称的辐射单元的馈电片在辐射单元上的第二组装结构示意图，示出了上馈电片和下馈电片的安装位置。

图10为本发明的阵列天线的电压驻波比的测试结果。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

请参考图1和图3所展示的本发明的局部不对称的辐射单元的典型实施例，所述辐射单元包括辐射体1、对该辐射体1起馈电与支撑作用的巴伦2以及布置在所述辐射体1中心位置的馈电片3。

请继续参考图1，所述辐射体1包括四个辐射振子臂，分别为辐射振子臂11、12、13和14，其中所述辐射振子臂11和13组成一组半波振子，所述辐射振子臂12和14组成另一组半波振子，两组半波振子在同一平面上正交布置。这里将位置相邻的两个所述辐射振子臂定义为相邻组，包括辐射振子臂11和12、12和13、13和14以及14和11，在所述组成相邻组的辐射振子臂之间设有间隙，分别为间隙15、16、17和18。

为实现所述辐射体1的非对称结构，首先可以通过所述间隙15、16、17和18之间的非对称性设置。

具体地，请参考图1，所述间隙15、16、17和18的整体宽度不同，所述间隙15和17的宽度大于所述间隙16和18的宽度。

另一种情况，如图1所示，本实施例中的所述辐射振子臂为方形，四个所述辐射振子臂以“田”字状排列，并以中心位置连接。基于前述这个结构，首先，每个所述辐射振子臂形成三个外轮廓角，以所述辐射振子臂11为例，该辐射振子臂11上包含有与辐射振子臂12靠近的外轮廓角11α、与辐射振子臂14靠近的外轮廓角11β以及不与任意一个辐射振子臂靠近的外轮廓角11γ。其次，以所述间隙15为例，该间隙15由所述辐射振子臂11与12相互靠近的边缘以及外轮廓角11α和12β共同形成。所述间隙16、17和18的形成方式与所述间隙15相类似。再次，再以所述间隙15为例，可以根据所述辐射单元的电气要求将所述外轮廓角11α和/或12β设置为倒角结构，以此改变所述间隙15的靠近所述外轮廓角处的末段的宽度，由此实现所述辐射体1的非对称结构。

进一步地，如图2所示，对其他所述辐射振子臂的外轮廓角如前所述的倒角结构设置，通过对所述辐射体1设置不同位置和不同数量的倒角结构，最终使所述间隙15、16、17和18之间的宽度大小不均一。所述外轮廓角的倒角结构的设置可以有以下多种情况：

(1)其中三个所述间隙设置倒角结构：辐射体1A的间隙15和16分别设置1个倒角结构，间隙18设置2个倒角结构；辐射体1B的间隙15设置1个倒角结构，间隙16和18分别设置2个倒角结构。

(2)位置相邻的所述间隙设置倒角结构：辐射体1E的间隙16和17分别设置1个倒角结构；辐射体1F的间隙15和18分别设置1个倒角结构；辐射体1G的间隙15和18分别设置1个倒角结构；辐射体1H的间隙16和17分别设置1个倒角结构。

(3)位置相对的所述间隙设置倒角结构：辐射体1C的间隙15设置2个倒角结构，间隙17设置1个倒角结构；辐射体1D的间隙15设置1个倒角结构，间隙17设置2个倒角结构；辐射体1I和1J的间隙15和17分别设置1个倒角结构；辐射体1K的间隙15和17分别设置2个倒角结构；辐射体1L的间隙16和18分别设置2个倒角结构。

(4)同一所述间隙中倒角结构的设置：由于一个所述间隙含有两个所述外轮廓角可以被设置成倒角结构，因此这种所述外轮廓角的可选择性增加了所述辐射体1非对称结构的实现方式。例如，所述辐射体1I和1J的间隙15和17分别设置了1个倒角结构，两者的区别在于，所述辐射体1I的倒角结构设置在其外轮廓角11α和13α处，所述辐射体1J的倒角结构设置在其外轮廓角12β和14β处。

其次，该辐射单元还可以通过从所述辐射振子臂延伸出的加载段4，来进一步实现所述辐射体1的非对称结构。

如图3所示，所述加载段4由形成所述辐射振子臂相邻组的间隙的边缘向所述巴伦2的方向延伸，每个所述相邻组存在一个加载段对，包括加载段对41、42、43和44，其中，每个所述加载段对的两个加载段形状相同，两个位置相邻的所述加载段对的形状不同，也就是说，同一个所述辐射振子臂的两个加载段4形状不同。例如，所述加载段对41包括在所述辐射振子臂11上的加载段41a和在所述辐射振子臂12上的加载段41b，该加载段41a和41b的横截面均为阶梯形状；所述加载段对42包括在所述辐射振子臂12上的加载段42a和在所述辐射振子臂13上的加载段42b，该加载段42a和42b的横截面均为近似“L”字的形状；在此可以看到，在同一个所述辐射振子臂12上的加载段41b和加载段42a形状不同。所述辐射振子臂11、13和14的加载段都有相类似的设置。本领域技术人员应当知晓，所述加载段4的形状不限于上述描述的，技术人员可以根据辐射单元的电气要求进行变化。

再次，如图4所示的四个所述辐射振子臂为“伞”字型镂空的镂空体，但根据所述辐射单元的电气要求所述辐射振子臂也可以设置为实心体，因此，可以以不同方式排列所述镂空体的辐射振子臂和实心体的辐射振子臂，来实现所述辐射体1的非对称结构。

请参考图4，所述镂空体的辐射振子臂和实心体的辐射振子臂的设置可以有以下多种方式：

(1)位置相邻的两个所述辐射振子臂为实心体，其余为镂空体：辐射体1M的辐射振子臂11和12为实心体，其余为镂空体；辐射体1N的辐射振子臂13和14为实心体，其余为镂空体；辐射体1O的辐射振子臂11和14为实心体，其余为镂空体；辐射振子臂1P的辐射振子臂12和13为实心体；其余为镂空体。

(2)位置相对的两个所述辐射振子臂(即同一组半波振子)为实心体，其余为镂空体：辐射体1U的辐射振子臂11和13为实心体，其余为镂空体；辐射体1V的辐射振子臂12和14为实心体，其余为镂空体。

(3)任意一个所述辐射振子臂为实心体，其余为镂空体：辐射体1Q的辐射振子臂14为实心体；辐射体1R的辐射振子臂12为实心体；辐射体1S的辐射振子臂为11为实心体；辐射体1T的辐射振子臂为实心体。

(4)所有所述辐射振子臂为实心体或镂空体：辐射体1W的所有辐射振子臂为镂空体；辐射体1X的所有辐射振子臂为实心体。

请参考图1和图5，该辐射单元还包括对所述间隙起稳定作用的介质卡夹5。所述介质卡夹5包括主体部分51、嵌入部分52和倒扣部分53。所述介质卡夹5安装在所述辐射体的中心位置，因此，对应地，所述主体部分51为环状的介质片，所述介质片的中空部分(未标示)用来作为所述馈电片3安装的空间。在所述主体部分51对应于所述间隙的位置，所述主体部分51向下延伸出嵌入部分52，用于插入到所述间隙中，以稳定所述间隙的大小，避免在安装和使用的过程中导致所述间隙偏小。参考图1，在所述主体部分51对应于所述镂空的辐射振子臂的适宜的镂空位置，所述主体部分51向下延伸出倒扣部分53，用于抓扣所述辐射振子臂的背面，以稳定所述辐射振子臂相邻组的相对位置，避免在安装和使用的过程中导致所述间隙偏大。如果所述辐射振子臂为实心体，所述倒扣部分53的布置位置需要根据所述辐射振子臂的不同而进行适应性变化。

请参考图6和图7，该辐射单元还包括对该辐射单元的阵列辐射特性有改善作用的馈电片3。所述馈电片3包括交叠部31以及分别设置在所述交叠部31两端的第一固定翼32和第二固定翼33。所述第一固定翼32上设有安装孔321，所述第二固定翼33上设有安装孔331，所述第二固定翼33的长度大于所述第一固定翼32。进一步地，所述第一固定翼32和第二固定翼33位于同一平面，所述交叠部31与所述第一固定翼32和第二固定翼33高低交错布置，其中所述交叠部31向外凸出的一面为面31a，其背面为面31b。

请参考图8，两个所述馈电片3正交布置，安装在所述辐射体1的中心位置，每个所述辐射振子臂在该馈电片3的相应安装位置向下凹陷分别形成的安装平台111、121、131和141。其中，位于上层的为上馈电片3a，该上馈电片3a的面31a朝上，通过该上馈电片3a的两个所述固定翼分别安装在所述安装平台111和131上；位于下层的为下馈电片3b，该下馈电片3b的面31b面朝上，该下馈电片3b安装在所述安装平台121和141上。

两个所述馈电片3的安装位置还可以交换：如图9所示，所述上馈电片3a安装在所述安装平台121和141上，所述下馈电片3b安装在所述安装平台111和131上。

若干个本发明所述的辐射单元装设于金属反射板上，辅以必要且公知的馈电网络，便构成本发明的阵列天线。请参考图10，本发明的阵列天线的电压驻波比的测试结果表明，本发明的局部不对称的辐射单元具有良好的交叉极化比。

综上所述，本发明阵列天线及其局部不对称的辐射单元端口间的隔离度高和交叉极化比高，辐射性能优良。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种局部不对称的辐射单元，其包括巴伦、由所述巴伦馈电与支撑的辐射体以及布置在所述辐射体中心位置的一对正交布置的馈电片，所述辐射体包括四个正交布置的辐射振子臂，从所述振子臂延伸出的加载段，两个相邻的所述辐射振子臂组成相邻组,其特征在于：所述相邻组之间存在间隙，所述间隙至少设置有两种不同的宽度；所述加载段由形成所述间隙的辐射振子臂边缘向所述巴伦的方向延伸，位于同一所述间隙的加载段形状相同,同一个所述辐射振子臂的加载段形状不同。

2.如权利要求1所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：所述辐射振子臂为方形，每个所述辐射振子臂设有三个外轮廓角；所述辐射体中的至少一个所述外轮廓角设置为倒角结构。

3.如权利要求2所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：至少一个所述相邻组的间隙处的外轮廓角至少一个设置为倒角结构。

4.如权利要求3所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：任意两个相邻的所述间隙处的外轮廓角至少一个设置为倒角结构。

5.如权利要求3所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：任意三个所述间隙处的外轮廓角至少一个设置为倒角结构。

6.如权利要求1～5任意一项所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：所述辐射振子臂为镂空体和/或实心体。

7.如权利要求6所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：所有所述辐射振子臂为镂空体或实心体。

8.如权利要求6所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：至少一个所述辐射振子臂为实心体，其余为镂空体。

9.如权利要求1所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：还包括介质卡夹，所述介质卡夹包括若干个用于嵌入所述间隙的嵌入部分。

10.如权利要求9所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：所述介质卡夹还包括若干个用于与所述辐射振子臂相固定的倒扣部分。

11.如权利要求10所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：所述介质卡夹还包括主体部分，所述主体部分、嵌入部分和倒扣部分一体成型。

12.如权利要求11所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：所述介质卡夹设置在所述辐射体的中心位置。

13.如权利要求1所述的局部不对称的辐射单元，其特征在于：所述馈电片包括交叠部以及分别设置在所述交叠部两端的第一固定翼和第二固定翼；所述第二固定翼的长度大于所述第一固定翼；所述第一固定翼和第二固定翼位于同一平面，所述交叠部与所述第一固定翼和第二固定翼高低交错布置。

14.一种阵列天线，其包括反射板和若干个在所述反射板上阵列排列的辐射单元，其特征在于：其采用如权利要求1～13任意一项所述的局部不对称的辐射单元。