CN105024142A - 一种加载垂直寄生单元的±45°双极化基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加载垂直寄生单元的±45°双极化基站天线，包括金属地板及辐射体，所述辐射体包括两个相互交叉的偶极子及四个垂直寄生单元，所述四个垂直寄生单元分别位于偶极子与金属地板之间，且分别垂直于偶极子及金属地板。本发明加载寄生单元以后，交叉极化比明显的到了改善，从不到7dB上升到14dB以上。

Description

一种加载垂直寄生单元的±45°双极化基站天线

技术领域

本发明涉及双极化基站天线领域，具体涉及一种加载垂直寄生单元的±45°双极化基站天线。

背景技术

在移动通信系统中，通常采用分集技术克服复杂环境中的信号衰落，改善通信质量。其中，运用双极化天线的极化分集是一种成本低，效果好的分集方式。

双极化天线应该具有良好的正交极化特性，即在±60°的扇形服务区内，交叉极化方向图所表现的电平应该比相应角度上的主极化方向所表现的电平有明显降低，两者之间的差别集交叉极化比。显而易见，交叉极化比越大，两信号的相关性越小，分集效果越好。

现在天线公司调节交叉极化比通常是依靠仿真软件去“调”或者是“凑”，缺乏理论的分析指导设计。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种加载垂直寄生单元的±45°双极化基站天线，本发明±45°双极化基站天线在水平面±60°内交叉极化比都得到改善，而且不额外增加天线的尺寸。

本发明采用如下技术方案：

一种加载垂直寄生单元的±45°双极化基站天线，包括金属地板及辐射体，所述辐射体包括两个相互交叉的偶极子及四个垂直寄生单元，所述四个垂直寄生单元分别位于偶极子与金属地板之间，且分别垂直于偶极子及金属地板。

所述四个垂直寄生单元关于金属地板中心对称，且距离金属地板中心距离0.35个波长。

所述垂直寄生单元具体为长方形的金属条，长度在0.25个波长，且小于偶极子到金属地板的距离。

所述四个垂直寄生单元分别加载在两个相互交叉的偶极子的四个臂。

还包括微带基片，所述四个垂直寄生单元及偶极子印刷在微带基片上。

所述四个垂直寄生单元与偶极子及金属地板均不接触。

本发明的有益效果：本发明加载寄生单元以后，交叉计划比明显的到了改善，从不到7dB上升到14dB以上。

附图说明

图1是本发明天线部分结构示意图；

图2时本发明实施例中用镜像原理分析+45度极化的偶极子激励时的电流分布；

图3是图2中电流正交分解后的电流分布；

图4是场分量的示意图；

图5是本发明加载垂直寄生单元的±45°双极化基站天线的结构示意图；

图6是实施例中平行于Y轴偶极子的辐射方向图；

图7是实施例中平行于X轴偶极子的辐射方向图；

图8是实施例中两个垂直寄生单元的辐射方向图分析；

图9是实施例中和|E_θ|在XZ平面的总方向图；

图10是实施例中两个端口的驻波比；

图11是实施例中两个端口的|S₂₁|曲线；

图12(a)～图12(f)分别是第一端口在1.7G、1.95G及2.2G的垂直面(YZ平面)及水平面(XZ平面)的仿真与测试的辐射方向图；

图13(a)～图13(f)分别是第二端口在1.7G、1.95G及2.2G的垂直面(YZ平面)及水平面(XZ平面)的仿真与测试的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1及图5所示，一种加载垂直寄生单元的±45°双极化基站天线，包括金属地板3及辐射体，所述四个垂直寄生单元11、12、13、14分别位于偶极子与金属地板3之间，垂直于偶极子与金属地板，且与偶极子与金属地板都不接触。

所述四个垂直寄生单元关于金属地板中心对称，且距离金属地板中心距离0.35个波长。

所述垂直寄生单元具体为长方形的金属条，加载两个相互交叉的偶极子四个臂，长度在0.25个波长，且小于偶极子到金属地板的距离。

金属条的长短可以控制寄生电流的幅度，金属条可以印刷在微带基片6上，也可以通过其他的东西固定。

采用本结构的天线使±45°双极化基站天线在水平面±60°内交叉极化比都得到改善，而且不额外增加天线的尺寸。

本实施例中，所述四个垂直寄生电流具体为第一、第二、第三及第四垂直寄生电流11、12、13、14。所述第一、第二垂直寄生电流11、12加载在+45度极化偶极子两臂，第三、第四垂直寄生电流13、14加载在-45度极化偶极子两臂。

本发明实施例中垂直寄生单元由长31mm,宽2mm的金属条构成，偶极子的四个臂长度均为25mm,宽为2mm,微带基板的长为80mm.金属条距离金属地板中心点的距离为37mm。

交叉极化比是主极化接收天线与交叉极化接收天线接收到的能量之比。为了使得±45°双极化基站天线在宽角度内具有高交叉极化比，就要使得天线在水平面内电场和|E_θ|分量在宽角度内相等。

图2展示了+45度极化的偶极子激励时的电流分布。当45度极化的偶极子激励的时候，-45度的偶极子和第三、第四垂直寄生单元都处于对称面内，相当于短路接地，因此它们上面是没有电流的。运用镜像原理可以得到一个镜像的偶极子和两个镜像的寄生单元。镜像偶极子电流方向与原偶极子电流方向相反。镜像寄生单元上的电流与原寄生单元上的电流同相，图2中11`、12`及图中的虚线部分分别是镜像寄生单元及+45度极化镜像偶极子。

如图3所示，+45度极化偶极子上的电流还可以分解为一个平行于X轴的电流21和一个平行于Y轴的电流22，21'和22'分别是他们的镜像电流，11`、12`，垂直电流的镜像电流。

图4展示了场分量的示意图。对于水平面，即XZ平面，我们定义平行于XY面的电场分量为E_θ，垂直于XY面的电场分量为可以看出电场的E_θ分量由寄生单元的电流和平行于X轴的电流提供，电场的分量由平行于Y轴的电流提供。

我们利用方向图乘积原理和方向图叠加原理分析辐射方向图。图6展示了平行于Y轴偶极子的方向图。在XZ平面，平行于Y轴的偶极子辐射方向图是全向，乘上点源与无限大底板的方向图以后是一个波瓣较宽的单向辐射方向图。图7展示了平行于X轴偶极子在XZ平面的方向图。对于平行于X轴的偶极子，辐射方向图为“8”字，乘上点源与无限大底板的方向图以后是一个波瓣较窄的单向辐射方向图。可以看出在没有寄生单元的情况下，|E_θ|的波瓣宽度比的波瓣宽度要窄。图8展示了两个垂直寄生单元的方向图。单元方向图是一个水平的“8”字的一半，再乘上反相二元阵的方向图，总方向图还是一个水平的“8”字的一半。

图9展示了和|E_θ|在XZ平面的总方向图。的方向图就是平行于Y轴的偶极子和地板的方向图。|E_θ|的总方向图就是平行于X轴的偶极子与两个垂直寄生单元方向图的叠加。可以看出，在引入寄生单元以后，|E_θ|的波瓣宽度变宽，变得与的波瓣宽度相等。这样，就可以在宽角度内实现高交叉极化比。

图10是第一、第二端口4、5天线仿真与测试的驻波比。在1.71-2.17频段内，两个端口的VSWR<2。图11是两端口的|S₂₁|,这说明了两个端口的隔离在28dB以上。图12(a)～12(f)及图13(a)～13(f)是辐射方向图。表3及表4是加载垂直寄生单元的±45度双极化基站天线的第一端口4及第二端口5测试辐射特性总结。

表1是垂直寄生单元对于水平面内交叉极化比第一端口的影响

表2是垂直寄生单元第二端口对于水平面内交叉极化比的影响

表3是第一端口的测试辐射特性总结

表4是第二端口的测试辐射特性总结

频率

交叉极化比(dB)

增益(dBi)

	0度	+60度	-60度
					1.7GHz	31.69	23.24	24.82	8.02
2.2GHz	29.29	20.95	23.43	7.48
					2.7GHz	28.37	14.72	19.8	5.97

从表1表2可以看出，当加载垂直寄生单元以后，交叉极化比的到了大幅度改善。从只有6.6dB上升到了16dB以上。从表3表4可以看出，在所设计的频段，第一端口交叉极化比在轴向大于25dB，在±60°大于16dB；第二端口交叉极化比在轴向大于28dB，在±60°大于14.7dB

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，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，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种加载垂直寄生单元的±45°双极化基站天线，包括金属地板及辐射体，其特征在于，所述辐射体包括两个相互交叉的偶极子及四个垂直寄生单元，所述四个垂直寄生单元分别位于偶极子与金属地板之间，且分别垂直于偶极子及金属地板。

2.根据权利要求1所述的双极化基站天线，其特征在于，所述四个垂直寄生单元关于金属地板中心对称，且距离金属地板中心距离0.35个波长。

3.根据权利要求1所述的双极化基站天线，其特征在在于，所述垂直寄生单元具体为长方形的金属条，长度在0.25个波长，且小于偶极子到金属地板的距离。

4.根据权利要求1所述的双极化基站天线，其特征在于，所述四个垂直寄生单元分别加载在两个相互交叉的偶极子的四个臂。

5.根据权利要求1所述的双极化基站天线，其特征在于，还包括微带基片，所述四个垂直寄生单元及偶极子印刷在微带基片上。

6.根据权利要求1所述的双极化基站天线，其特征在于，所述四个垂直寄生单元与偶极子及金属地板均不接触。