CN103972663A - 移动通信天线及其双极化宽频辐射单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双极化宽频辐射单元，包括平衡装置和由平衡装置支撑的四个偶极子单元，每个偶极子单元包括一对振子臂，各偶极子单元以振子臂依次相邻设置形成包围状的辐射面，其中，所述每个振子臂的长度为0.4～0.45个工作频率波长；定义属于两个不同偶极子单元的各一个彼此相邻的振子臂共同构成相邻组，至少有一个相邻组中的两个振子臂彼此以一定的空间距离相互交叠布置。本发明的移动通信天线，采用一个或多个前一目的所提供的宽频双极化辐射单元。本发明双极化宽频辐射单元减小了物理尺寸，展宽了带宽，水平面波束收敛性好。

Description

移动通信天线及其双极化宽频辐射单元

技术领域

本发明涉及一种移动通信天线，尤其涉及其所采用的双极化宽频辐射单元。

背景技术

近年来，移动通信技术得到了快速的发展，各种制式的通信系统共存的场合越来越多，由于各种制式的通信系统有不同的工作频段，且随着第四代移动通信系统LTE的逐渐商业化，通信系统的工作频段进一步展宽，使得移动通信系统对天线的频带要求越来越宽。此外，为了节省基站站址安装资源，减少网络建设的成本，多种制式合一的通信系统方案受到越来越多的重视并被广泛采用，这就进一步要求天线能够工作在超宽的频带。

随着LTE700MHz系统的逐步商业化，为了与GSM900MHz,CDMA800MHz系统共站共址,就需要天线的工作频带能够拓宽到698MHz-960MHz,使得其能够兼容各个通信系统，该频带的相对带宽达到了31.6％，而目前应用于GSM900MHz,CDMA800MHz系统的双极化天线在带宽上有所限制，无法满足宽频带的要求。在此背景下需要全新设计一种电路带宽，辐射带宽均能满足要求的宽频双极化辐射单元。

另外，现有技术所提供的双极化宽频辐射单元物理口径较大，如申请公告号为CN103094668A的发明专利申请所公开的宽频双极化辐射单元及天线，其互不相邻的两个偶极子之间的距离为0.35～0.45个工作波长；如授权公告号为CN102013560B的发明专利所公开的一种宽带高性能双极化辐射单元及天线，其每对偶极子中的单个单元与单元的间距为0.4～0.6个工作波长。

发明内容

本发明的首要目的是为克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、物理尺寸更小、带宽更宽以及电气性能良好双极化宽频辐射单元。

本发明的另一目的是为了适应前一目的而提供一种移动通信天线。

为达到以上技术目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的双极化宽频辐射单元，包括平衡装置和由平衡装置支撑的四个偶极子单元，每个偶极子单元包括一对振子臂，各偶极子单元以振子臂依次相邻设置形成包围状的辐射面，其中，所述每个振子臂的长度为0.4～0.45个工作频率波长；定义属于两个不同偶极子单元的各一个彼此相邻的振子臂共同构成相邻组，至少有一个相邻组中的两个振子臂彼此以一定的空间距离相互交叠布置。

振子臂的具体结构为：一个或多个相邻组中，其所具有的两个相邻振子臂以一定的空间距离交叠布置，其余相邻组中的两个相邻振子臂以彼此相对端相连构成共用臂。

振子臂的另一种结构为：每一相邻组中的两个相邻振子臂均以一定的空间距离交叠布置。

关于振子臂的交叠形式：存在交叠关系的相邻组中的两个振子臂，彼此面面相向且相平行设置。存在交叠关系的所述相邻组的两个振子臂，沿所述辐射面的径向或垂直于所述辐射面的方向相交叠。

关于振子臂的形状：可选择地，所有振子臂在辐射面上的投影形状为直线形、折线形、弧形或部分弧形。

具体地，所有振子臂呈折线形，其弯折角靠近或远离该辐射单元的中心位置。

所有振子臂呈弧形或部分弧形，弧形部分的圆心与该辐射单元的中心位置位于所述振子臂的同侧或异侧。

更优地，所述振子臂还设置有加载导体块。

所述加载导体块设置在所述辐射面的径向上，或在垂直于所述辐射面的方向上设置所述加载导体块。

关于加载导体块的形状：所述加载导体块为四边形、椭圆形、圆形、三角形和扇形的任意一种或组合形状。

进一步地，所述平衡装置包括底座和支撑臂，各支撑臂一端固定在底座上，另一端用于固持所述偶极子单元的振子臂；每条支撑臂的长度为0.25个工作频率波长。

本发明的移动通信天线，采用一个或多个前一目的所提供的宽频双极化辐射单元。

与现有技术相比较，本发明具有如下优势：通过新颖的设计思路，设计交叠结构，有效减小了辐射单元的物理尺寸，展宽了辐射单元的带宽，并得到了良好的水平面波束收敛性。

附图说明

图1a为本发明双极化宽频辐射单元第一实施例的立体结构示意图。

图1b为本发明双极化宽频辐射单元第一实施例的俯视结构示意图。

图2为本发明双极化宽频辐射单元第二实施例的俯视结构示意图。

图3为本发明双极化宽频辐射单元第三实施例的俯视结构示意图。

图4为本发明双极化宽频辐射单元第四实施例的俯视结构示意图。

图5为本发明双极化宽频辐射单元第五实施例的俯视结构示意图。

图6为本发明双极化宽频辐射单元第六实施例的俯视结构示意图。

图7为本发明双极化宽频辐射单元第七实施例的立体结构示意图。

图8为本发明双极化宽频辐射单元第八实施例的俯视结构示意图。

图9为本发明双极化宽频辐射单元第九实施例的立体结构示意图。

图10为本发明双极化宽频辐射单元第十实施例的立体结构示意图。

图11为本发明双极化宽频辐射单元的水平面主极化方向图。

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1a和图1b所揭示的典型实施例，本发明的双极化宽频辐射单元包括一个辐射体1和对该辐射体1起馈电与支撑作用的平衡装置(未标示)。

所述辐射体1包括四个辐射对称的偶极子单元11、12、13和14，所述每个偶极子单元包括一对振子臂，以偶极子单元11为例，该偶极子单元11包括振子臂11a和11b，所述振子臂11a和11b彼此以一端相对，另一端则以相反向展开，且各与邻近的偶极子单元12的振子臂12a(或偶极子单元14的振子臂14b)以一定的空间距离相互交叠布置，两个振子臂之间面面相向、相互平行，如此，两个不属于同一个偶极子单元的在空间位置上相邻的振子臂便构成一个相邻组，同一辐射体中便有四个相邻组。本实施例中，四个偶极子单元以辐射对称为构造条件而围绕同一几何中心设置，从而借助各偶极子单元的振子臂呈现一包围状的辐射面。本发明中，所述每个振子臂的长度被优化为0.4～0.45个工作频率波长以便为辐射单元的小型化设定较高的电气性能前提。

所述平衡装置包括位于所述辐射体1下方的底座3和以放射状固定支撑在该底座3上的四对支撑臂2，每对支撑臂2具有两条平行臂，两条平行臂的顶端分别固定连接同一偶极子单元的两个振子臂的彼此相对端，两条平行臂的底端则固定于所述底座3上；每对支撑臂2的长度为0.25个工作频率波长。为了使该辐射单元的性能稳定，在所述每个支撑臂2上设置有电缆的短路焊接点(未图示)，用于抑制馈电电缆的表面电流。

请参考图1b、图2～6，各图示中可以看出，所述振子臂的形状为具有均一几何尺寸的片状杆体，可为直线形、折线形、弧形、部分弧形或其它类似变体，其中折线形、弧形和部分弧形的振子臂实质上是直线形振子臂的变形；上述这些形状也可以理解为所述振子臂在辐射面上的投影形状。下面以偶极子单元11和12为例展开描述。参考图2和图3，所述折线形的振子臂11b(11a、12a或12b)设有弯折段11b'(11a’、12a’或12b’)，同时形成对应的弯折角α和β；所述振子臂11b以该弯折段11b’与邻近的振子臂12a的弯折段12a’平行交叠；所有振子臂的弯折角(如弯折角α和β)可靠近或远离该辐射单元的辐射对称中心，但为了维持包围状的辐射面，对于同一偶极子单元，如图2所示，其所述振子臂的弯折段靠近辐射中心设置时，其相对端的一段相互呈钝角设置，如图3所示，其所述振子臂的弯折段远离辐射中心设置时，其相对端的一段相互呈锐角设置。

参考图4和图5，所述弧形的振子臂11b(11a、12a或12b)以其末端与邻近的振子臂的平行交叠，弧形的圆心可与该辐射单元的辐射对称中心位于所述振子臂的同侧(图4)或异侧(图5)。

参考图6，所述部分弧形的振子臂11b(11a、12a或12b)设有弧形段11b’(11a’、12a’或12b’)，并且以该弧形段11b’与邻近的振子臂的弧形段12a’平行交叠；所述弧形段11b’(11a’、12a’或12b’)的圆心也可与该辐射单元的辐射对称中心位于所述振子臂的同侧或异侧(未图示)。

关于振子臂的交叠方式，图1a、图1b和图2～6示出的均为相邻的振子臂在所述辐射面的径向上交叠布置，根据实际的设计需要，如图7和图9所示，振子臂也可在垂直于所述辐射面的方向上交叠布置，此时同一偶极子单元的一对振子臂为非对称结构。

所述振子臂的交叠方式有另一种变形：如图8和图9所示，仅有一组振子臂相邻组交叠布置，即偶极子单元12的振子臂12b与邻近的偶极子单元11的振子臂11a以前述的方式在辐射面径向(图8)或在垂直于辐射面的方向(图9)上交叠，其他偶极子单元的振子臂(如偶极子单元12的振子臂12a)都与邻近的偶极子单元的振子臂(如偶极子单元13的振子臂13b)相连形成共用臂；为了适应该辐射面的非辐射对称结构，该辐射单元的支撑臂2以辐射对称兼轴对称结构设置，如图8所示，不相邻的两个支撑臂21和22设置在同一平面上。

存在交叠关系的振子臂相邻组不限于只有一组，其余非交叠的振子臂相邻组均以前述的共用臂形式构成，此时，所述支撑臂2的结构需要根据辐射特性作相应的调整，这是本领域技术人员应当知晓的，故不再展开描述。

请参考图10，为了增加该双极化宽频辐射单元的可调节性，在所述每个振子臂上还设置有加载导体块4，所述振子臂相邻组中的两个加载导体块彼此相交叠布置；所述加载导体块4包括在辐射面径向上的导体块41和/或垂直于辐射面方向上的导体块42；所述加载导体块4不限于如图10所示的矩形，还可以为其他四边形、椭圆形、圆形、三角形和扇形的任意一种或所述这些形状的组合。

需要指出的是，本发明所称的同一相邻组中两个振子臂的交叠关系，主要是指两条振子臂在同一方向上有间隔地前后放置，较佳的，两条振子臂可完全平行，实际应用中也允许其适当变形而保持大致平行，尤其是由于物理固有的误差所导致的不平行，应视为不超脱本发明的精神实质。此外，判断这种交叠关系是否符合本发明的要求，可由本领域技术人员在本发明揭示的原理的基础上，结合实测数据对这种交叠关系做出适应性的调节，从而调节两条振子臂之间纵长方向各点的间距是否严密相等。

一个或多个本发明所述的双极化宽频辐射单元装设于金属反射板中，辅以必要且公知的馈电网络，便构成本发明的移动通信天线。请参考图11，为利用软件获得的辐射单元水平面主极化方向图，图中“Freq”代表频点，“xdb20Beamwidth(3)”代表水平面半功率波束宽度，由该图可知晓，本发明双极化宽频辐射单元具有良好的水平面波束收敛性。

综上所述，本发明双极化宽频辐射单元减小了物理尺寸，展宽了带宽，水平面波束收敛性好。

因此，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)

1.一种双极化宽频辐射单元，包括平衡装置和由平衡装置支撑的四个偶极子单元，每个偶极子单元包括一对振子臂，各偶极子单元以振子臂依次相邻设置形成包围状的辐射面，其特征在于：

所述每个振子臂的长度为0.4～0.45个工作频率波长；定义属于两个不同偶极子单元的各一个彼此相邻的振子臂共同构成相邻组，至少有一个相邻组中的两个振子臂彼此以一定的空间距离相互交叠布置。

2.如权利要求1所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：一个或多个相邻组中，其所具有的两个相邻振子臂以一定的空间距离交叠布置，其余相邻组中的两个相邻振子臂以彼此相对端相连构成共用臂。

3.如权利要求1所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：每一相邻组中的两个相邻振子臂均以一定的空间距离交叠布置。

4.如权利要求1所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：存在交叠关系的相邻组中的两个振子臂，彼此面面相向且相平行设置。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：存在交叠关系的所述相邻组的两个振子臂，沿所述辐射面的径向或垂直于所述辐射面的方向相交叠。

6.如权利要求1至4中任意一项所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：所有振子臂在辐射面上的投影形状为直线形、折线形、弧形或部分弧形。

7.如权利要求1至4中任意一项所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：所有振子臂呈折线形，其弯折角靠近或远离该辐射单元的中心位置。

8.如权利要求1至4中任意一项所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：所有振子臂呈弧形或部分弧形，弧形部分的圆心与该辐射单元的中心位置位于所述振子臂的同侧或异侧。

9.如权利要求1至4中任意一项所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：所述振子臂还设置有加载导体块。

10.如权利要求9所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：所述加载导体块设置在所述辐射面的径向上，或在垂直于所述辐射面的方向上设置所述加载导体块。

11.如权利要求10所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：所述加载导体块为四边形、椭圆形、圆形、三角形和扇形的任意一种或组合形状。

12.如权利要求1至4中任意一项所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：所述平衡装置包括底座和支撑臂，各支撑臂一端固定在底座上，另一端用于固持所述偶极子单元的振子臂。

13.如权利要求12所述的双极化宽频辐射单元，其特征在于：每条支撑臂的长度为0.25个工作频率波长。

14.一种移动通信天线，其特征在于：其包括一个或多个如权利要求1至13中任意一项所述的双极化宽频辐射单元。