CN104092008A - 天线单元和天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线单元和天线，其中该天线单元包括：辐射体、馈电装置、支撑体和反射板；所述辐射体与所述馈电装置连接，其中辐射体上设置有多条等间隔窄缝隙，多条等间隔窄缝隙将所述辐射体分割成多个辐射壁；支撑体连接辐射体和反射板；并且辐射体周长约为二分之一波长的整数倍，天线单元的高度约为十分之一至四分之一波长。天线单元不仅具有低剖面特性，并且有利于高低频天线单元间的镶嵌或叠加排布，从而可实现天线的超宽频辐射特性。

Description

天线单元和天线

技术领域

本发明涉及移动通信、雷达通信、卫星通信、定位导航通信等诸多无线通信领域，尤其涉及一种天线单元和天线。

背景技术

天线是移动通信等诸多无线通信领域的关键部件，因此，天线被要求具有宽频带甚至超宽频带特性，同时要具有低轮廓和低剖面的特点。

图1为现有技术中提供的天线单元的示意图，如图1所示天线单元是由四个对称振子依次排列成碗状或方斗状或其它形状，相对的两个对称振子为一组，两两一组同相或反相馈电形成±45°极化的低频天线单元(820-960MHz双极化天线或790-960MHz宽频双极化天线)；或者低频天线单元与高频天线单元相互嵌套排布组成(820-960MHz/1710-2170)或(790-960MHz/1710-2170)双频双极化天线。

然而，现有技术中所提供的天线单元存在如下缺点：天线单元高度(约为四分之一波长)较高，同时天线单元剖面较大，从而不利于高低频天线单元镶嵌排布，使得高低频天线单元辐射相互遮挡，天线单元波束严重畸变。

发明内容

本发明提供了一种天线单元和天线，从而使得天线单元具有低剖面特性，并且有利于高低频天线单元间的镶嵌或叠加排布，进而实现了天线的超宽频辐射特性。

第一方面，本发明实施例提供了一种天线单元，包括：辐射体、馈电装置、支撑体和反射板；所述辐射体与所述馈电装置连接，其中所述辐射体上设置有多条等间隔窄缝隙，所述多条等间隔窄缝隙将所述辐射体分割成多个辐射壁；所述支撑体连接所述辐射体和所述反射板；所述辐射体周长约为二分之一波长的整数倍；所述天线单元的高度约为十分之一至四分之一波长。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实施方式中，所述多个辐射壁的中心部位相连接。

结合第一方面的第一种可能实施方式，在第一方面的第二种可能实施方式中，所述辐射壁的外边长度约为二分之一波长，所述辐射体周长为所述辐射壁的外边长度与所述窄缝隙的个数的乘积。

结合第一方面的第一种可能实施方式或第二种可能实施方式任一项，在第一方面的第三种可能实施方式中，所述辐射体与所述反射板之间的距离为十分之一波长至四分之一波长。

结合第一方面的第一种可能实施方式或第二种可能实施方式或第三种可能实施方式任一项，在第一方面的第四种可能实施方式中，所述馈电装置位于所述辐射体的所述窄缝隙之间，或者所述馈电装置设置于所述辐射体之上。

结合第一方面的第一种可能实施方式或第二种可能实施方式或第三种可能实施方式或第四种可能实施方式任一项，在第一方面的第五种可能实施方式中，所述辐射体为圆形或者正多边形或者圆锥台形或者正多边棱锥台形。

第二方面，本发明实施例提供了一种天线，所述天线由至少一个上述的天线单元组成。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能实施方式中，所述天线包括至少一组双频双极化天线单元，所述双频双极化天线单元包括：低频天线单元和高频天线单元；所述高频天线单元嵌套于所述低频天线单元之中或者叠加于所述低频天线单元之上。

本发明提供一种天线单元和天线，其中天线单元包括:辐射体、馈电装置、支撑体和反射板；其中辐射体上设置有多条等间隔窄缝隙，多条等间隔窄缝隙将所述辐射体分割成多个辐射壁；支撑体连接辐射体和反射板；并且辐射体周长约为二分之一波长的整数倍；天线单元的高度约为十分之一至四分之一波长。天线单元的低剖面特性有利于高低频天线单元间的镶嵌排布或叠加排布，从而可实现天线的超宽频辐射特性。

附图说明

图1为现有技术中提供的天线单元的示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种天线单元的结构示意图；

图3A-3F为本发明一实施例提供的平面型辐射体结构示意图；

图4A-4C为本发明一实施例提供的立体型辐射体结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的电磁仿真的驻波比曲线图；

图6为本发明一实施例提供的天线单元的电流分布及电压分布示意图；

图7A-7G为本发明一实施例提供的馈电装置与辐射体的位置关系示意图；

图8A为本发明一实施例提供的立体型高低频天线单元之间的嵌套结构示意图；

图8B为本发明一实施例提供的平面型高低频天线单元之间的叠加结构示意图；

图9为本发明一实施例提供的双频双极化天线单元分解示意图；

图10为本发明另一实施例提供的超宽频双极化天线结构示意图；

图11为本发明另一实施例提供的双频双极化天线结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和特性更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图2为本发明一实施例提供的一种天线单元的结构示意图，该天线单元可应用于移动通信等诸多无线通信领域，该天线单元包括：辐射体101、馈电装置102、支撑体103和反射板104，辐射体101和馈电装置102连接，支撑体103连接辐射体101和反射104。其中，辐射体101上设置有多条等间隔窄缝隙105，多条等间隔窄缝隙105将辐射体101分割成多个辐射壁106，其中辐射体101周长约为二分之一波长的整数倍，天线单元的高度约为十分之一至四分之一波长。

具体地，如图2所示，辐射体101尺寸为150mm×150mm×1mm，可通过高度为59mm的支撑体103固定在反射板104之上，通过改变反射板104的宽窄可调整天线的水平波束宽度，辐射体101，馈电转换点108、馈电点107、馈电装置102位于同一平面，馈电装置102位于窄缝隙105之间,通过馈电点107将馈电装置102与一侧的辐射体101的某一辐射壁106相连，馈电装置102为带线和电缆结合的馈电系统，馈电装置102通过馈电转换点108将带线形式转换为电缆形式，馈电装置102的电缆部分通过支撑体103内部的孔109导向反射板104的背面，馈电装置102的电缆部分两两一组，从而形成了±45°极化65°水平波束宽度的天线单元。天线单元高度即辐射体101上表面至反射板104的距离为60mm，其中辐射体101、馈电装置102的带线部分、馈电转换点108、支撑体103可通过模具采用金属压铸方法一次成型。

图3A-3F为本发明一实施例提供的平面型辐射体结构示意图，如图3A-3F所示辐射体上设置有多条等间隔窄缝隙105，多条等间隔窄缝隙105将辐射体分割成多个辐射壁106，其中辐射体周长约为二分之一波长的整数倍，天线单元的高度约为十分之一至四分之一波长。图3A中窄缝隙105位于方形辐射体的对角线上，图3B中窄缝隙105垂直位于方形辐射体的四边，图3C中的方形辐射体为平面镂空结构，图3D中窄缝隙105沿圆形辐射体的径向方向，图3E中窄缝隙105垂直于多边形辐射体的四边，图3F中窄缝隙105方向为多边形辐射体的顶角方向。进一步地，所述辐射壁106的外边长度约为二分之一波长，所述辐射体周长为所述辐射壁106的外边长度与所述窄缝隙105的个数的乘积。并且多个辐射壁106的中心部位相连接。图4A-4C为本发明一实施例提供的立体型辐射体结构示意图，如图4A所示该辐射体为圆锥台形，图4B所示的辐射体为四棱锥台形，图4C所示的辐射体为镂空型四棱锥台形。其中馈电装置可位于辐射体的窄缝隙之间，或者馈电装置设置于所述辐射体的之上，馈电装置可以采用微带馈电方式，或者带线馈电方式，或者电缆馈电方式，馈电电缆可沿辐射体铺设，辐射体可作为微带馈电的地。馈电装置中包括至少一个馈电单元，各个馈电单元可采用独立馈电方式或者分组并联馈电方式。图5为本发明一实施例提供的电磁仿真的驻波比曲线图，在698—960MHz频带范围内驻波比均小于等于1.5。由此仿真结果可预知实现698—960MHz超宽频双极化天线单元的可能性。

通过在圆形金属片或正方形金属片或多边形金属片上以化学蚀刻方法或以机械切割方法或其它任意方法形成一条或多条等间隔窄缝隙可形成上述辐射体，若干条等间距的窄缝隙将整个辐射体分割为同样数量的辐射壁。

具体地，辐射体可以通过下面方法获取：印制电路板(Printed CircuitBoard，PCB)蚀刻成型方法，模具压铸成型方法，机械冲压再折弯成型方法。

图6为本发明一实施例提供的天线单元的电流分布及电压分布示意图，为方便起见图6中只画出了同一极化的两个馈电的情况，并且仅给出了其中一个馈电的电流分布，和另一馈电的电压分布，另一极化的电压电流分布与此类似。两个极化的馈电点彼此处于对方的电压幅点(电流节点)，故理论上彼此正交或隔离，相邻馈电点的中点位置为电压节点(0电位)，因此全部辐射壁可以短路至中心位置。

进一步地，由于辐射体的结构不尽相同，同时依具体情况和方便程度，馈电装置的设置方式也存在差异，图7A-7G为本发明一实施例提供的馈电装置与辐射体的位置关系示意图，本实施例中馈电装置为电缆馈电系统，或者微带馈电系统，或者带线馈电系统，或者它们的组合。如图7A所示沿窄缝隙的带线馈电系统，带线与辐射体异面，末端通过金属过孔或短路销钉与一侧辐射壁连接来实现馈电。图7B中沿窄缝隙的带线馈电系统与辐射体共面，末端直接与一侧辐射壁相接馈电。图7C中辐射体兼做微带馈电系统的地，微带线与辐射体异面，微带线末端通过金属过孔或短路销钉馈电。图7D中辐射体兼做微带馈电系统的地，微带线与辐射体异面，通过微带线耦合方式馈电。图7E中圆形平面天线单元为旋转对称微带耦合同相馈电，形成辐射体所在平面的无方向性辐射波束。图7F为旋转对称微带耦合同相馈电的方形平面天线单元，形成辐射体所在平面的无方向性辐射波束。图7G中电缆馈电系统在辐射体的窄缝隙处切有缺口以便形成电缆耦合馈电，电缆馈电系统也可直接焊接馈电，电缆馈电系统外导体沿辐射体铺设，铺设位置和方向并不受限，但在馈电点处电缆应垂直于缝隙。

图8A为本发明一实施例提供的立体型高低频天线单元之间的嵌套结构示意图，高频天线单元110嵌套于低频天线单元111之中，图8B为本发明一实施例提供的平面型高低频天线单元之间的叠加结构示意图，高频天线单元110叠加于低频天线单元111之上。详细地，图9为本发明一实施例提供的双频双极化天线单元分解示意图，低频天线单元兼做高频天线单元110的反射板，位于低频天线单元的辐射体101上部的四周竖直的金属板112是为了控制高频天线单元110的水平波束宽度，其存在并不影响低频天线单元的性能，反而可以增加低频天线单元的阻抗带宽，同时给低频天线单元波束特性也带来了好处，高频天线单元110为常见的方形振子双极化天线方案，由PCB加工而成，大小为60mm×60mm×1mm，高频天线单元110的巴伦113在支撑体103之上，并与之相连成为一个整体结构，巴伦113和支撑体103高度均为30mm，其中高频天线单元110焊接固定于巴伦113上部的四个具有定位功能的凸台114上。此双频双极化天线单元总高度为60mm，支撑体103固定于反射板之上，所有高低频馈电电缆均通过支撑体103内部的竖直孔导向反射板的背面。

本实施例提供了一种天线单元，包括：辐射体、馈电装置、支撑体和反射板，其中辐射体上设置有多条等间隔窄缝隙，多条等间隔窄缝隙将辐射体分割成多个辐射壁，并且该辐射体周长约为二分之一波长的整数倍，天线单元的高度约为十分之一至四分之一波长。天线单元具有低剖面特性。

实施例二

图10为本发明另一实施例提供的超宽频双极化天线结构示意图，其中该超宽频双极化天线是由若干个天线单元排阵组成，该天线单元包括：辐射体、馈电装置、支撑体和反射板；上述辐射体和上述馈电装置连接，其中辐射体上设置有多条等间隔窄缝隙，多条等间隔窄缝隙将辐射体分割成多个辐射壁；支撑体连接辐射体和反射板；辐射体周长约二分之一波长的整数倍，天线单元的高度约为十分之一至四分之一波长。即本实施例中天线单元即为上一实施例提供的天线单元。

图11为本发明另一实施例提供的双频双极化天线结构示意图，该双频双极化天线包括至少一组双频双极化天线单元，所述双频双极化天线单元包括：低频天线单元和高频天线单元；所述高频天线单元叠加于所述低频天线单元之上。如图11所示，本实施例提供的双频双极化天线由双频双极化天线单元115和高频天线单元110组成，双频双极化天线单元115和高频天线单元110交替排列，高频天线单元110为普通PCB天线，进一步地，这里的高频天线单元110的辐射体可以为平面型结构，也可以为立体型结构，双频双极化天线单元115可以为图8A所示的结构，也可以为图8B所示的结构，它们的效果与实施例一效果相同，在此不再赘述。

本实施例提供了一种超宽频双极化天线单元和双频双极化天线单元，其中它们所涉及的天线单元包括：辐射体、馈电装置、支撑体和反射板，其中辐射体上设置有多条等间隔窄缝隙，多条等间隔窄缝隙将辐射体分割成多个辐射壁，并且该辐射体周长约为二分之一波长的整数倍，天线单元的高度约为十分之一至四分之一波长。天线单元的低剖面特性有利于高低频天线单元间的镶嵌排布或者叠加排布，可实现超宽频双极化天线，进而可实现双超宽频双极化天线。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种天线单元，其特征在于，包括：辐射体、馈电装置、支撑体和反射板；

所述辐射体与所述馈电装置连接，所述辐射体上设置有多条等间隔窄缝隙，所述多条等间隔窄缝隙将所述辐射体分割成多个辐射壁；

所述支撑体连接所述辐射体和所述反射板；

所述辐射体周长约为二分之一波长的整数倍，所述天线单元的高度约为十分之一至四分之一波长。

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述多个辐射壁的中心部位相连接。

3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，所述辐射壁的外边长度约为二分之一波长，所述辐射体周长为所述辐射壁的外边长度与所述窄缝隙的个数的乘积。

4.根据权利要求1-3任一项所述的天线单元，其特征在于，所述辐射体与所述反射板之间的距离为十分之一至四分之一波长。

5.根据权利要求1-4任一项所述的天线单元，其特征在于，所述馈电装置位于所述辐射体的所述窄缝隙之间，或者所述馈电装置设置于所述辐射体之上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的天线单元，其特征在于，所述辐射体为圆形或者正多边形或者圆锥台形或者正多边棱锥台形。

7.一种天线，其特征在于，所述天线由至少一个1-6任一项所述的天线单元组成。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，包括至少一组双频双极化天线单元，所述双频双极化天线单元包括：低频天线单元和高频天线单元；

所述高频天线单元嵌套于所述低频天线单元之中或者叠加于所述低频天线单元之上。