CN105990649A - 小型化超宽频双极化辐射单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小型化超宽频双极化辐射单元，用于装设于金属反射板上组成天线，其包括环形底座及两对正交极化且用于发射或接收通信信号的偶极子，每对偶极子平行对置，每个偶极子包括并行设置的一对巴伦及关于该对巴伦对称设置的两个辐射臂，所有偶极子的巴伦的第一端共同连接于同一底座上，辐射臂连接于巴伦的与第一端相对的第二端上，每个辐射臂的横截面积由该辐射臂与对应巴伦的连接处至该辐射臂的自由端逐渐变小，每个辐射臂呈平滑弯曲状并逐渐朝向该小型化超宽频双极化辐射单元的中心收敛。本发明还提供一种超宽带天线。本发明能够有效展宽辐射单元工作带宽，相对拉远低频单元和相邻高频单元之间的距离，提升该辐射单元的辐射性能。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种小型化超宽频双极化辐射单元。
背景技术
随着电信业的发展，频带利用越来越紧张。在此前提下，随着数字电视频谱压缩技术的发展与模拟电视禁用频道的有效利用，700MHz频段将可以释放出约100MHz资源用于移动通信公网或国家安全专网。该频段具有的优点：
1.频率低，设备功耗低，组网成本低；
2.波长较长，信号覆盖广、穿透力强等特性，适合大范围网络覆盖；
国际电信联盟于2007年召开的世界无线电大会(WRC-07)确定释放部分700MHz频段用于发展移动通信业务。从全球范围来看，700MHz频段正陆续被用于4G。越来越多的国家表示，将对700MHz频谱进行清理并留给下一代无线通信技术使用。因此，700MHz超宽频天线成为了发展趋势。
基站天线作为实现移动通信网络覆盖的核心设备之一，是移动通信系统的重要组成部分。在当前2G、3G和4G网络共存的大环境下，多频天线需求越来越多，对性能指标的要求也越来越高，兼容2G，3G及LTE4G频段(1710-2690MHz)则成了多频天线技术发展的潮流及必然趋势。
当前已有的2G宽频辐射单元的频率覆盖范围为790M-960M，需要设计一款满足LTE700M(698M-960M)天线的辐射单元来配合LTE4G系列产品的发展。因此，700MHz辐射单元需要在原有2G宽频辐射单元的前提下，扩展工作频带，同时提升前后比等辐射性能。
可见，对兼容2G，3G及LTE4G频段的多频天线来说，合理设计辐射单元的结构和尺寸，使辐射单元工作频带进一步展宽，以及提升辐射单元的辐射性能是非常重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型化超宽频双极化辐射单元，旨在解决现有技术中存在的原有辐射单元频带不足的问题。
本发明是这样实现的，一种小型化超宽频双极化辐射单元，用于装设于金属反射板上组成天线，其包括环形底座及两对正交极化且用于发射或接收通信信号的偶极子，每对所述偶极子平行对置，每个所述偶极子包括并行设置的一对巴伦及关于该对巴伦对称设置的两个辐射臂，所有所述偶极子的所述巴伦的第一端共同连接于同一所述底座上，所述辐射臂连接于所述巴伦的与所述第一端相对的第二端上，每个所述辐射臂的横截面积由该辐射臂与对应所述巴伦的连接处至该辐射臂的自由端逐渐变小，每个所述辐射臂呈平滑弯曲状并逐渐朝向该小型化超宽频双极化辐射单元的中心收敛。
进一步地，所述偶极子的所述辐射臂的延伸平面相对所述小型化超宽频双极化辐射单元的安装平面倾斜。
进一步地，所述偶极子的所述辐射臂的延伸平面与所述小型化超宽频双极化辐射单元所在的安装平面的夹角范围为80-90°。
进一步地，相邻所述偶极子的相邻两个所述辐射臂相对于该小型化超宽频双极化辐射单元的垂直中心面对称。
进一步地，每个所述辐射臂包括由对应所述巴伦向外延伸后向内弯曲形成的向外拱起段及由该向外拱起段的末端朝向该小型化超宽频双极化辐射单元的中心延伸后向外弯曲形成的向内拱起段。
进一步地，所述向外拱起段为向外拱起的弧形段，所述向内拱起段为向内拱起的弧形段，所述向外拱起段的曲率中心与该小型化超宽频双极化辐射单元的中心同侧，所述向内拱起段的曲率中心与该小型化超宽频双极化辐射单元的中心异侧。
进一步地，所述小型化超宽频双极化辐射单元是通过一体化压铸成型法加工而成的。
进一步地，平行对置的两个所述偶极子间距为0.45-0.55个工作波长。
进一步地，所有所述巴伦均为由所述底座向外极速扩张后逐渐回拢的弧形段。
本发明的另一目的在于提供一种超宽带天线，其包括金属反射板及至少一个上述小型化超宽频双极化辐射单元，该小型化超宽频双极化辐射单元安装于所述金属反射板上。
每个所述辐射臂的横截面积由该辐射臂与对应所述巴伦的连接处至该辐射臂的自由端逐渐变小，能够有效展宽辐射单元工作带宽，所有辐射臂的横截面积均为由巴伦处逐渐减小的设计，使本发明的小型化超宽频双极化辐射单元的工作频带展宽了约100MHz，当本发明的小型化超宽频双极化辐射单元装设于金属反射板之后组成天线时，该天线可以兼容2G，3G及LTE4G频段，适应超宽频的需要。每个所述辐射臂呈平滑弯曲状并逐渐朝向该小型化超宽频双极化辐射单元的中心收敛，在多频天线应用中，此特征能够相对拉远低频单元和相邻高频单元之间的距离，明显减小低频单元对相邻高频单元的影响，尤其是对驻波和隔离的影响，提升该辐射单元的辐射性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的小型化超宽频双极化辐射单元的立体结构图。
图2是图1的小型化超宽频双极化辐射单元的俯视结构图。
图3是图1的小型化超宽频双极化辐射单元的仰视结构图。
图4是本发明实施例提供的超宽带天线的立体结构图。
图5是本发明实施例提供的另一种结构的超宽带天线的立体结构图。
具体实施方式
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。
请同时参阅图1至图3，本发明实施例提供的小型化超宽频双极化辐射单元用于装设于金属反射板上组成天线。所述小型化超宽频双极化辐射单元包括环形底座及两对正交极化且用于发射或接收通信信号的偶极子，每对所述偶极子平行对置，每个所述偶极子包括并行设置的一对巴伦及关于该对巴伦对称设置的两个辐射臂，所有所述偶极子的所述巴伦的第一端共同连接于同一所述底座上，所述辐射臂连接于所述巴伦的与所述第一端相对的第二端上，每个所述辐射臂的横截面积由该辐射臂与对应所述巴伦的连接处至该辐射臂的自由端逐渐变小，每个所述辐射臂呈平滑弯曲状并逐渐朝向该小型化超宽频双极化辐射单元的中心收敛。
在本发明中，每个所述辐射臂的横截面积由该辐射臂与对应所述巴伦的连接处至该辐射臂的自由端逐渐变小，能够有效展宽辐射单元工作带宽，所有辐射臂的横截面积均为由巴伦处逐渐减小的设计，使本发明的小型化超宽频双极化辐射单元的工作频带展宽了约100MHz，当本发明的小型化超宽频双极化辐射单元装设于金属反射板之后组成天线时，该天线可以兼容2G，3G及LTE4G频段，适应超宽频的需要。
每个所述辐射臂呈平滑弯曲状并逐渐朝向该小型化超宽频双极化辐射单元的中心收敛，在多频天线应用中，此特征能够相对拉远低频单元和相邻高频单元之间的距离，明显减小低频单元对相邻高频单元的影响，尤其是对驻波和隔离的影响，提升该辐射单元的辐射性能。
具体地，所述小型化超宽频双极化辐射单元10包括四个偶极子1a、1b、1c、1d，其中偶极子1a、1c为一对，偶极子1b、1d为一对。偶极子1a和偶极子1c正交于偶极子1b和偶极子1d，形成两个正交的极化。偶极子1a、1c平行对置，偶极子1a包括并行设置的一对巴伦1a1、1a1’及关于该对巴伦1a1、1a1’对称设置的两个辐射臂，偶极子1b包括并行设置的一对巴伦1b1、1b1’及关于该对巴伦1b1、1b1’对称设置的两个辐射臂，偶极子1c包括并行设置的一对巴伦1c1、1c1’及关于该对巴伦1c1、1c1’对称设置的两个辐射臂，偶极子1d包括并行设置的一对巴伦1d1、1d1’及关于该对巴伦1d1、1d1’对称设置的两个辐射臂。所有所述偶极子1a、1b、1c、1d的所述巴伦1a1、1a1’、1b1、1b1’、1c1、1c1’、1d1、1d1’的第一端共同连接于同一所述底座1e上，所述辐射臂连接于对应所述巴伦的与所述第一端相对的第二端上，每个所述辐射臂的横截面积由该辐射臂与对应所述巴伦的连接处至该辐射臂的自由端(末端)逐渐变小，每个所述辐射臂呈平滑弯曲状并逐渐朝向该小型化超宽频双极化辐射单元10的中心收敛。
在本实施例中，该小型化超宽频双极化辐射单元10的口径为0.45-0.55个工作波长，典型值为0.5个工作波长。所述辐射单元10的每个偶极子的两个辐射臂关于对应巴伦对称，提高交叉极化性能。每一个辐射臂的横截面积在连接巴伦处最大，渐变减小至该辐射臂末端，能有效展宽辐射单元的工作频带。
每个所述辐射臂呈平滑弯曲状并逐渐朝向该小型化超宽频双极化辐射单元10的中心收敛，能有效增加辐射臂的臂长，并减小低频单元对相邻高频辐射单元的影响。
进一步地，每个偶极子1a、1b、1c、1d的所述辐射臂的延伸平面相对所述小型化超宽频双极化辐射单元10的安装平面倾斜。优选地，每个所述偶极子1a、1b、1c、1d的所述辐射臂的延伸平面与所述小型化超宽频双极化辐射单元10所在的安装平面的夹角范围为80°-90°。易见的，辐射臂逐渐向该辐射单元10的中心收敛的，在多频天线应用中，能够相对拉远低频单元和相邻高频单元之间的距离，明显减小低频单元对相邻高频单元的影响，尤其是对驻波和隔离的影响。
在本实施例中，每个偶极子1a、1b、1c、1d的所述辐射臂的横截面为平行四边形。在其他实施例中，辐射臂的横截面可为圆形、T形、U形或L形。
进一步地，小型化超宽频双极化辐射单元10具有一对称中心线，相邻所述偶极子的相邻两个所述辐射臂相对于该小型化超宽频双极化辐射单元10的对称中心线对称。
相邻所述偶极子的相邻两个所述辐射臂相对于该小型化超宽频双极化辐射单元10的垂直中心面对称。该垂直中心面是指垂直于底座的中心的平面。相邻所述偶极子1a、1b的相邻两个所述辐射臂相对于该小型化超宽频双极化辐射单元10的垂直中心面对称。相邻所述偶极子1c、1d的相邻两个所述辐射臂相对于该小型化超宽频双极化辐射单元10的垂直中心面对称。
正交极化的两对偶极子中，每对偶极子共同形成一个平面，两对偶极子的平面正交共同形成一个垂直于底座1e的垂直中心线，通过该垂直中心线且平分两对偶极子形成的两个平面的夹角的平面为上述垂直中心面。相邻所述偶极子的相邻两个所述辐射臂相对于该辐射单元的垂直中心面对称。
进一步地，每个所述辐射臂包括由对应所述巴伦向外延伸后向内弯曲形成的向外拱起段及由该向外拱起段的末端朝向该小型化超宽频双极化辐射单元的中心延伸后向外弯曲形成的向内拱起段。辐射臂先向外拱起然后再向内拱起，使辐射臂形成平滑弯曲的形状，并且辐射臂以向该辐射单元中心收敛的方式存在，在多频天线应用中，此特征能够相对拉远低频单元和相邻高频单元之间的距离，明显减小低频单元对相邻高频单元的影响，尤其是对驻波和隔离的影响，提升该辐射单元的辐射性能。
具体地，分别连接于偶极子1a的两个辐射臂中的其中一个辐射臂包括向外拱起段1a2和向内拱起段1a3，另外一个辐射臂包括向外拱起段1a2'和向内拱起段1a3'。分别连接于偶极子1b的两个辐射臂中的其中一个辐射臂包括向外拱起段1b2和向内拱起段1b3，另外一个辐射臂包括向外拱起段1b2'和向内拱起段1b3'。分别连接于偶极子1c的两个辐射臂中的其中一个辐射臂包括向外拱起段1c2和向内拱起段1c3，另外一个辐射臂包括向外拱起段1c2'和向内拱起段1c3'。分别连接于偶极子1d的两个辐射臂中的其中一个辐射臂包括向外拱起段1d2和向内拱起段1d3，另外一个辐射臂包括向外拱起段1d2'和向内拱起段1d3'。
优选地，所述向外拱起段1a2、1b2、1c2、1d2、1a2'、1b2'、1c2'、1d2'为向外拱起的弧形段，所述向内拱起段1a3、1b3、1c3、1d3、1a3'、1b3'、1c3'、1d3'为向内拱起的弧形段，所述向外拱起段1a2、1b2、1c2、1d2、1a2'、1b2'、1c2'、1d2'的曲率中心与该小型化超宽频双极化辐射单元10的中心同侧，所述向内拱起段1a3、1b3、1c3、1d3、1a3'、1b3'、1c3'、1d3'的曲率中心与该小型化超宽频双极化辐射单元10的中心异侧。通过两个拱起的弧形段，能有效增加辐射臂臂长，并减小低频单元对相邻高频辐射单元的影响。
所述小型化超宽频双极化辐射单元10是通过一体化压铸成型法加工而成的，具有方便加工，可靠性高，一致性好的特点。
在本实施例中，平行对置的两个所述偶极子间距为0.45-0.55个工作波长。所述四个偶极子中偶极子1a和偶极子1c平行对置，间距为0.45-0.55个工作波长；偶极子1b和偶极子1d平行对置，间距为0.45-0.55个工作波长；偶极子1a和偶极子1c正交于偶极子1b和偶极子1d，形成两个正交的极化。
进一步地，所有所述巴伦1a1、1a1’、1b1、1b1’、1c1、1c1’、1d1、1d1’均为由所述底座1e向外极速扩张后逐渐回拢的弧形段，能相对拉远所述辐射单元10与嵌套于所述辐射单元10内部的高频单元之间的距离，明显减小低频单元对高频单元的影响，尤其是对驻波和隔离的影响。当然，所述巴伦1a1，1a1’、1b1、1b1’、1c1、1c1’、1d1、1d1’也可以是其他形式的多段线组合。
偶极子1a的巴伦1a1的背面上端设置有馈线定位槽1a4,巴伦1a1’的上端设置有馈电搭接片1a0。馈线沿巴伦1a1走到定位槽1a4，外导体与定位槽1a4焊接在一起，内导体与馈电搭接片1a0焊接在一起。同样地，偶极子1c的两个巴伦1c1、1c1’分别设置有馈线定位槽与馈电搭接片1c0，偶极子1b的两个巴伦1b1、1b1’同样分别设置有馈线定位槽与馈电搭接片1b0，偶极子1d的两个巴伦1d1、1d1’同样分别设置有馈线定位槽1d4与馈电搭接片1d0。这种结构具有简单，可靠、一致性好的特点。
底座1e上设置有四个螺钉孔位1e1，螺孔为盲孔，能提高辐射单元10互调性能，通过螺钉孔位1e1可将所述辐射单元10固定。
如前所述，偶极子1a和偶极子1c平行对置，偶极子1b和偶极子1d平行对置，偶极子1a和偶极子1c正交于偶极子1b和偶极子1d，形成两个正交的极化。对应地，偶极子1a和偶极子1c的馈线并联，形成一个极化的公共馈电点；偶极子1b和偶极子1d的馈线并联，形成另一个极化的公共馈电点，这两个极化彼此正交。
综上所述，本发明所述辐射单元10具有小型化，超宽频带、辐射性能好、组阵互耦小的特点。此外，所述辐射单元10结构简单，方便加工，可靠性高，电气性能良好，能够灵活应用于各种单频、多频天线中，前景广阔。
本发明在原有频率带宽为790-960MHz低频天线振子的前提下，700MHz低频辐射单元把频带扩展到698-960MHz，覆盖整个移动4G频段，大大地提高了频带利用率，为4G系列化产品的全覆盖打下了坚实的基础。
请同时参阅图4，本发明的另一目的在于提供一种超宽带天线，其包括金属反射板(图未示)及至少一个上述小型化超宽频双极化辐射单元10，该小型化超宽频双极化辐射单元10通过底座1e的螺钉孔位1e1安装于所述金属反射板20上。
该辐射单元10设置有一高频单元30，该辐射单元10通过底座1e电气设置于金属反射板上。
请同时参阅图5，可以理解地，金属反射板20上设有多个均匀排列的上述辐射单元10，每个辐射单元10内部嵌设有一个高频单元30，且相邻两个辐射单元10之间均设有一个高频单元30。
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 (10)
1.一种小型化超宽频双极化辐射单元，用于装设于金属反射板上组成天线，其特征在于：所述小型化超宽频双极化辐射单元包括环形底座及两对正交极化且用于发射或接收通信信号的偶极子，每对所述偶极子平行对置，每个所述偶极子包括并行设置的一对巴伦及关于该对巴伦对称设置的两个辐射臂，所有所述偶极子的所述巴伦的第一端共同连接于同一所述底座上，所述辐射臂连接于所述巴伦的与所述第一端相对的第二端上，每个所述辐射臂的横截面积由该辐射臂与对应所述巴伦的连接处至该辐射臂的自由端逐渐变小，每个所述辐射臂呈平滑弯曲状并逐渐朝向该小型化超宽频双极化辐射单元的中心收敛。
2.如权利要求1所述的小型化超宽频双极化辐射单元，其特征在于：所述偶极子的所述辐射臂的延伸平面相对所述小型化超宽频双极化辐射单元的安装平面倾斜。
3.如权利要求2所述的小型化超宽频双极化辐射单元，其特征在于：所述偶极子的所述辐射臂的延伸平面与所述小型化超宽频双极化辐射单元所在的安装平面的夹角范围为80°-90°。
4.如权利要求1所述的小型化超宽频双极化辐射单元，其特征在于：相邻所述偶极子的相邻两个所述辐射臂相对于该小型化超宽频双极化辐射单元的对称中心线对称。
5.如权利要求1-4任一项所述的小型化超宽频双极化辐射单元，其特征在于：每个所述辐射臂包括由对应所述巴伦向外延伸后向内弯曲形成的向外拱起段及由该向外拱起段的末端朝向该小型化超宽频双极化辐射单元的中心延伸后向外弯曲形成的向内拱起段。
6.如权利要求5所述的小型化超宽频双极化辐射单元，其特征在于：所述向外拱起段为向外拱起的弧形段，所述向内拱起段为向内拱起的弧形段，所述向外拱起段的曲率中心与该小型化超宽频双极化辐射单元的中心同侧，所述向内拱起段的曲率中心与该小型化超宽频双极化辐射单元的中心异侧。
7.如权利要求1-4任一项所述的小型化超宽频双极化辐射单元，其特征在于：所述小型化超宽频双极化辐射单元是通过一体化压铸成型法加工而成的。
8.如权利要求1-4任一项所述的小型化超宽频双极化辐射单元，其特征在于：平行对置的两个所述偶极子间距为0.45-0.55个工作波长。
9.如权利要求1-4任一项所述的小型化超宽频双极化辐射单元，其特征在于：所有所述巴伦均为由所述底座向外极速扩张后逐渐回拢的弧形段。
10.一种超宽带天线，其包括金属反射板，其特征在于：所述超宽带天线还包括如权利要求1-9任一项所述的至少一个小型化超宽频双极化辐射单元，该小型化超宽频双极化辐射单元安装于所述金属反射板上。
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