CN107046167B - 超宽频带双极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽频带双极化天线，包括环形辐射体、巴伦组件、馈电组件和反射板，所述环形辐射体由四个辐射臂组成且平行放置于反射板正上方,四个所述辐射臂之间依次留有四个缝隙或间隙，所述巴伦组件包括对应的四组巴伦，每组巴伦包括至少一个巴伦臂，每组所述巴伦中至少有一个巴伦臂一端连接于对应辐射臂的中间部位，另一端与反射板固定，所述馈电组件包括沿所述巴伦臂和辐射臂铺设的馈电线并于所述缝隙或间隙处馈电。本发明利用天线辐射臂电流分布的自身特性，将传统连接于辐射臂末端的巴伦改为连接于辐射臂中间部位的巴伦，使得巴伦臂长度不受1/4波长的限制，因而极大地增加了天线带宽。本发明还公开了一种双超宽频带双极化天线。

Description

超宽频带双极化天线
技术领域
本发明涉及移动通信等无线通信领域，尤其涉及一种超宽频带双极化天线。
背景技术
TDD/FDD-LTE混合组网已经成为4G网络建设的主流组网方式，天馈系统共杆共塔安装、多制式网络共用共享天馈资源，已成为产业界普遍关注的焦点，具有宽频带、小型化、多制式共享特性的多端口天线已成为众多天线设计师的主攻目标。
现有技术的基站天线单元通常采用传统双导体馈电巴伦，该巴伦与单元辐射臂的两端相连接，由于巴伦长约1/4波长，呈现一定的频带特性，天线单元相对频带较窄，较难满足实际使用需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种超宽频带双极化天线及双超宽频带双极化天线，与传统天线单元相比，本发明提供的超宽频带双极化天线的频带宽度极大地增加。
为了实现上述目的，本发明公开了一种超宽频带双极化天线，包括环形辐射体、巴伦组件、馈电组件和反射板，所述环形辐射体由四个辐射臂组成且平行放置于反射板正上方,四个所述辐射臂之间依次留有四个缝隙或间隙，所述巴伦组件包括与四个所述辐射臂对应的四组巴伦，每组所述巴伦包括一个巴伦臂、两个或两个以上巴伦臂，每组所述巴伦中至少有一个所述巴伦臂的一端连接于对应所述辐射臂的中间部位，另一端与所述反射板固定，所述馈电组件包括沿所述巴伦臂和辐射臂铺设的馈电线并于相邻辐射臂之间的缝隙或间隙处对所述辐射臂馈电。
与现有技术相比，本发明将连接于辐射臂两端的巴伦改为连接于辐射臂中间部位的巴伦(以下将连接至辐射臂中间部位的巴伦称为新型巴伦)，馈电线可沿着巴伦臂铺设至辐射臂，沿着辐射臂延伸至相邻辐射臂之间的缝隙或间隙处对相邻辐射臂馈电，新型巴伦对辐射臂电流分布影响较小，本发明的新型巴伦甚至提升了环天线的辐射带宽，电磁仿真结果表明，低频可实现460MHz-960MHz超宽频双极化天线，高频可实现1350MHz-2700MHz超宽频双极化天线，带宽达一个倍频程，即相对带宽达67％。再者，新型巴伦长度不受1/4波长的限制，因而极大地增加了天线带宽。且，本发明可利用环天线工作模式的正交性，进行双极化四点馈电共享辐射臂，两两馈电同相激励合并，形成±45°极化辐射信号。
较佳地，所述环形辐射体的周长为1至2个设计频率所对应的波长，所述环形辐射体至所述反射板的距离为1/4个设计频率所对应的波长。
较佳地，四个所述辐射臂为结构相同的导电体且绕所述环形辐射体的中心对称设置，以使相邻两所述辐射臂互呈90度排列。此时，馈电线在相邻辐射臂之间的四个缝隙或间隙处对辐射臂或巴伦臂馈电，其馈电线两两对应合并激励±45°极化辐射信号。即同极化180°方向对称同相馈电，异极化90°方向正交馈电，从而使天线的±45°极化信号耦合度有效对消，天线单元隔离度极大地提高，带宽成倍地增加。
较佳地，所述馈电线为射频同轴馈电电缆或者微带线。
较佳地，所述馈电线与所述巴伦臂和辐射臂之间设有焊接短路点。
较佳地，四组所述巴伦臂的上端连接于对应所述辐射臂的中间部位，下端收拢固定于所述反射板上或者分散固定于所述反射板上。
较佳地，相邻所述辐射臂之间的缝隙或间隙呈窄矩形状、阶梯状或渐变型式。
较佳地，所述环形辐射体呈方环、圆环、多边环等。
较佳地，四组所述巴伦臂相对于所述反射板水平设置并与所述环形辐射体共面设置，所述巴伦臂的外端连接于对应所述辐射臂的中间部位，内端临近所述环形辐射体中间并通过向下延伸的杆体固定于所述反射板上。
较佳地，所述环形辐射体、巴伦组件和馈电组件由半刚性或者刚性射频同轴电缆弯折焊接而成，所述射频同轴电缆的外导体形成所述环形辐射体和巴伦组件，所述馈电组件就是所述半刚性或者刚性射频同轴电缆本身，且刚性射频同轴电缆内部传输射频信号，所述内导体与对应辐射臂相连接(即，延伸至间隙或缝隙处的射频同轴电缆的内导体，与该间隙或缝隙另一侧的外导体连接)，从而达到馈电的目的。
较佳地，所述辐射臂呈片状且所述辐射臂相对于所述反射板平行设置或倾斜设置或垂直设置；所述巴伦臂呈柱型或者片型且相对于所述反射板平行设置、倾斜设置或垂直设置，当所述巴伦臂为片型时，所述巴伦臂与所述辐射臂相连的一端的宽度小于、等于或大于所述辐射臂的宽度，当所述巴伦臂大于或小于所述辐射臂的宽度时，相邻所述辐射臂之间的缝隙或间隙呈阶梯状或渐变型式。
具体地，所述辐射臂为矩形片、梯形片、板面呈圆扇形的弧形片、片体弯曲的弧形片、片体弯折的折形片、板面呈圆扇形且片体弯曲的圆锥曲面片、板面呈扇形且镂空的扇形片；所述巴伦臂可为板面呈矩形的条形片、板面呈圆扇形的弧形片、板面呈圆扇形且片体弯折的圆锥曲面片、圆柱、棱柱或“8”型的柱状；当所述辐射臂和巴伦臂均为圆锥曲面片时，所述环形辐射体和巴伦组件形成一圆锥喇叭状的结构；当所述辐射臂和巴伦臂均为梯形片且相对于所述反射板倾斜设置时，所述环形辐射体和巴伦组件形成一角锥喇叭状的结构。
本发明还公开了一种双超宽频带双极化天线，包括高频段天线和低频段天线，所述高频段天线的结构如上述超宽频带双极化天线所示，所述低频段天线上述超宽频带双极化天线所示，所述高频段天线嵌套于所述低频段天线内部以构成双超宽频带双极化天线。
附图说明
图1a是本发明第一实施例中所述超宽频带双极化天线的立体示意图。
图1b是本发明第一实施例中所述超宽频带双极化天线的部分立体示意图。
图1c是图1b中所述超宽频带双极化天线另一角度的立体示意图。
图1d是图1b中所述超宽频带双极化天线的俯视图。
图1e是本发明另一实施例中所述超宽频带双极化天线的结构示意图。
图2是本发明第二实施例中所述超宽频带双极化天线的结构示意图。
图3是本发明第三实施例中所述超宽频带双极化天线的结构示意图。
图4是本发明第四实施例中所述超宽频带双极化天线的结构示意图。
图5是本发明第五实施例中所述超宽频带双极化天线的结构示意图。
图6是本发明第六实施例中所述超宽频带双极化天线的结构示意图。
图7是本发明第七实施例中所述超宽频带双极化天线的结构示意图。
图8是本发明第八实施例中所述超宽频带双极化天线的结构示意图。
图9是本发明第九实施例中所述超宽频带双极化天线的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
参考图1a至图1d，本发明第一实施例公开了一种超宽频带双极化天线100，包括环形辐射体101、巴伦组件102、馈电组件103和反射板104，所述环形辐射体101由四个辐射臂21组成且平行放置于反射板104正上方,四个所述辐射臂21之间依次留有四个缝隙24(或间隙)。所述巴伦组件102包括与四个所述辐射臂21对应的四组巴伦，每组所述巴伦包括一个巴伦臂22，所述巴伦臂22的一端连接于对应所述辐射臂21的中间部位(包括但不限于所述辐射臂21的最中间)，另一端与所述反射板104固定，所述馈电组件103包括沿所述巴伦臂22和辐射臂21铺设的馈电线23并于相邻辐射臂21之间的缝隙处对所述辐射臂21馈电。
参考图1a至图1d，四个所述辐射臂21为结构相同的导电体且绕所述环形辐射体101的中心对称设置，以使相邻两所述辐射臂21互呈90度排列。此时，馈电线23在相邻辐射臂21之间的四个缝隙处馈电，互为对角的两个缝隙为一组，其馈电线两两合并对应激励±45°极化辐射信号。即同极化180°方向对称同相馈电，从而使得本发明天线的±45°极化信号耦合度有效对消，单元隔离度极大地提高，带宽成倍地增加。
参考图1a至图1d，在本实施例中，所述辐射臂21呈片状且相对于所述反射板104垂直设置，即，辐射臂21与环形辐射体101其环面垂直方向的尺寸较大，环面径向方向的尺寸较小。具体的，所述辐射臂21呈板面呈矩形的条形片。当然，所述辐射臂21也可以为其它形状的条形片，包括弯折的条形片。其中，所述环形辐射体101为立面方环形，当然，所述环形辐射体101还可以是圆环形或其它多边形。其中，所述辐射臂21为导电体。其中，所述环形辐射体101的周长为1至2个设计频率所对应的波长，所述环形辐射体101至所述反射板104的距离为1/4个设计频率所对应的波长。
本实施例中，每组所述巴伦臂22具有一个巴伦臂22，所述巴伦臂22与所述辐射臂21为同质材料。当然，每组所述巴伦臂22也可以具有两个或两个以上的巴伦臂22。如图1e所示，在本发明另一实施例中，每组所述巴伦具有三个巴伦臂22a和22b，新型的巴伦臂22b连接于所述辐射臂21a的中间与反射板104之间，另外两个巴伦臂22a分别连接于所述辐射臂21a的两端与反射板104之间，本实施例具有传统巴伦(巴伦臂22a)以及新型巴伦(巴伦臂22b)，馈电组件可沿传统巴伦或新型巴伦铺设，这要视具体情况而定。参考图1e，所述辐射臂21a呈片体弯折的折形片，所述环形辐射体101a呈多边形环。
参考图1a，所述环形辐射体101设于所述反射板104正上方，四组所述巴伦臂22的上端连接于对应所述辐射臂21的中间部位，下端收拢固定于所述反射板104上。其中，所述巴伦臂22的下端通过一底座105收拢在一起，该底座105固定于反射板104上。参考图1a至图1d，在本实施例中，所述巴伦臂22为条形片状且相对于所述反射板104倾斜设置。所述巴伦臂22上端宽度小于所述辐射臂21的宽度。其中，所述巴伦臂22呈弯折的条形。当然，所述巴伦臂22也可以直接固定于反射板104上。
参考图1a、1c和图1d，所述馈电线23由四条射频同轴馈电电缆31、32、33和34组成，分为两组，电缆31、33为第一组，电缆32、34为第二组。两组电缆分别对应于±45°极化馈电。四条电缆31、32、33和34在巴伦组件102的底部汇合并顺着巴伦臂22铺设至辐射臂21，沿着辐射臂21铺设至相邻辐射臂21之间的缝隙处，电缆31、32、33和34的外导体分别与辐射臂21平齐，内导体延长并与对应的辐射臂21焊接，并在相邻辐射臂21之间的缝隙处以对所述辐射臂21馈电。馈电点为23a、23b、23c和23d，其中，电缆31、32、33和34顺着巴伦臂22和辐射臂21时，可间隔适当点焊接短路或者使他们所有的结合处焊接短路。当然，所述馈电线并不限于射频同轴电缆馈电。所述馈电线23也可以为微带线型式。
其中，所述馈电线23铺设方式由技术人员依据需要的极化馈电要求进行设置，本实施例中，所述馈电线23分为两组，每组馈电线分别顺着辐射臂21铺设至180度对称分布的缝隙处馈电，两组馈电线23对应激励±45°极化辐射信号。
参考图2，为本发明的第二实施例，与第一实施例不同的是，在本实施例中，其超宽频带双极化天线的巴伦臂222分散地固定于反射板104上。具体地，所述巴伦臂222呈板面成矩形片且相对于所述反射板104竖直设置。所述辐射臂211呈矩形片且相对于所述反射板104竖直设置。
其中，每一所述巴伦臂222末端弯折形成一固定片105a，所述巴伦臂222通过所述固定片105a固定于所述反射板104上。当然，所述巴伦臂222也可以直接固定于反射板104上。
参考图3，为本发明第三实施例，与第一实施例不同的是，在本实施例中，其超宽频带双极化天线的辐射臂213呈片体弯曲的弧形片并相对于所述反射板104垂直设置，该弧形片为圆弧形片，所述环形辐射体1013呈立体圆环形。每组所述巴伦臂223具有两个且相对于所述反射板104倾斜设置，两个所述辐射臂213的上端均连接于所述辐射臂213的中间部位，下端通过底座105收拢在一起并固定于反射板104上。其中，倾斜设置的巴伦臂可用于控制天线的辐射和阻抗特性。本实施例中，每组巴伦中，有两个巴伦臂223连接于辐射臂213中间，当然，每组巴伦连接于辐射臂213中间的巴伦臂223也可以为3个、4个等数目。环形辐射体1013为圆环形的天线对称性更好，辐射特性更优良，带宽更宽。
参考图4，为本发明的第四实施例，与第一实施例不同的是，在本实施例中，其超宽频带双极化天线的辐射臂214为板面呈圆扇形且片体弯折的圆锥曲面片，所述环形辐射体1014呈斜面圆环形。每组所述巴伦具有一个巴伦臂224，该巴伦臂224具有一个较宽的巴伦臂224，所述巴伦臂224的上端连接于所述辐射臂213的中间，下端收拢后连接于底座105上，该底座105固定于反射板104上。斜式宽臂的巴伦臂224可用于控制天线的辐射和阻抗特性。连接于辐射臂214中间的巴伦臂224为板面呈矩形且横向弯折呈弧形的条形片(扇形)，
参考图5，为本发明的第五实施例，与第一实施例不同的是，在本实施例中，其超宽频带双极化天线的辐射臂215为板面呈圆扇的弧形片且相对于所述反射板104平行设置，其巴伦臂225与所述环形辐射体1015相对于所述反射板104的距离相等，即所述辐射臂215与所述巴伦臂225共面设置，所述巴伦臂225的外端连接于对应所述辐射臂215的中间部位，内端相互收拢于所述环形辐射体101中间并通过杆体106和底座105固定于所述反射板104上。所述巴伦臂225为板面为条形片，巴伦组件1025呈十字状，所述环形辐射体1015呈平面圆环形。
参考图6，为本发明的第六实施例，与第一实施例不同的是，在本实施例中，其超宽频带双极化天线的辐射臂216为板面呈扇形且镂空的扇形片且相对于所述反射板104平行设置，所述巴伦臂226的一端连接于所述辐射臂216的中间，下端通过安装底座105与所述反射板104固定。具体地，所述巴伦臂226相对于所述反射板104垂直设置并与反射板固定。其中，镂空设计的扇形片可有效降低天线成本及重量。
较佳者，所述巴伦臂226呈截面为“8”型的柱状。使得巴伦臂226的内部可通过馈电线23(图中未示)。
参考图7，为本发明第七实施例，与上述实施例不同的是，在本实施例中，所述环形辐射体101b、巴伦组件102b和馈电组件103b由半刚性或刚性射频同轴电缆弯折焊接而成。所述射频同轴电缆的外导体形成所述环形辐射体101b和巴伦组件102b，所述射频同轴电缆本身形成所述馈电组件，且所述馈电组件103b的所述射频同轴电缆的外导体同时是辐射臂217，在所述辐射臂217之间的缝隙处，所述馈电组件103b的所述射频同轴电缆的内导体25则与其所在缝隙另一侧的辐射臂217相连接以便馈电，巴伦臂227一端连接于辐射臂217之间，另一端收拢汇聚在一起并与反射板固定。且所述射频同轴电缆的内导体和外导体之间(同轴电缆内部)传输射频信号。
其中，馈电组件103b分为两组馈电线，对应于四个馈电点104a、104b、104c、104d，分为两组，104a及104c为+45°极化激励，104b及104d为-45°极化激励，在激励点处，馈电组件103b的馈电线伸长部分的内导体分别与另一对应外导体焊接以达到馈电的目的，每组馈电线的中间点用于信号输入输出，馈电组件103b(巴伦臂227)在底部汇聚焊接在一起并与金属加强板(图中未示)焊接以便与反射板固定。
参考图8，为本发明的第八实施例，与第一实施例不同的是，在本实施例中，所述辐射臂218和巴伦臂228均为板面呈圆扇形且片体弯折的圆锥曲面片，以使所述环形辐射体101c和巴伦组件102c形成一圆锥喇叭状的结构。此种情况时巴伦臂228与对应辐射臂218处处连接，整个结构的上部区域为斜置的环形辐射体101c部分，下部区域为斜置的巴伦组件102c部分。
较佳者，所述巴伦臂228上端的宽度大于所述辐射臂218的宽度，使得相邻所述辐射臂218之间的缝隙24a呈阶梯状，缝隙24a还可以呈渐变状，当然，所述巴伦臂228上端的宽度也可以等于或小于辐射臂218的宽度。
当然，若所述辐射臂和巴伦臂均为梯形片且相对于所述反射板倾斜设置时，所述环形辐射体和巴伦组件形成一角锥喇叭状的结构(图中未示)。
参考图9，为本发明的第九实施例，与第一实施例不同的是，在本实施例中，其超宽频带双极化天线的辐射臂219为板面呈圆扇的弧形片且相对于所述反射板104平行设置，所述环形辐射体1019呈平面圆环状。每组所述巴伦中，巴伦臂225为板面呈矩形且横向弯折呈弧形的条形片，该巴伦臂225上端连接于所述辐射臂213的中间，下端收拢一起并连接于底座105上，该底座105固定于反射板104上。
上述实施例中，所述环形辐射体与所述巴伦组件可一次性压铸成型，所述环形辐射体与所述巴伦组件可钣金冲压折弯成型，所述环形辐射体与所述巴伦组件可由半刚性或刚性射频同轴电缆弯折焊接成型，所述环形辐射体与所述巴伦组件及所述馈电组件可由PCB实现。
较佳者，基于上述超宽频带双极化天线，可将较高频段天线嵌套于较低频段天线内部可构成双超宽频带双极化天线(图中未示)。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种超宽频带双极化天线，其特征在于：包括环形辐射体、巴伦组件、馈电组件和反射板，所述环形辐射体由四个辐射臂组成且平行放置于反射板正上方,四个所述辐射臂之间依次留有四个缝隙或间隙，所述巴伦组件包括与四个所述辐射臂对应的四组巴伦，每组所述巴伦包括一个、两个或两个以上巴伦臂，每组所述巴伦中至少有一个所述巴伦臂的一端连接于对应所述辐射臂的中间部位，另一端与所述反射板固定，所述馈电组件包括沿所述巴伦臂和辐射臂铺设的馈电线并于相邻辐射臂之间的缝隙或间隙处对所述辐射臂馈电。
2.如权利要求1所述的超宽频带双极化天线，其特征在于：所述环形辐射体的周长为1至2个设计频率所对应的波长，所述环形辐射体至所述反射板的距离为1/4个设计频率所对应的波长。
3.如权利要求1所述的超宽频带双极化天线，其特征在于：四个所述辐射臂为结构相同的导电体且绕所述环形辐射体的中心对称设置，以使相邻两所述辐射臂互呈90度排列。
4.如权利要求1所述的超宽频带双极化天线，其特征在于：构成所述馈电线的型式为射频同轴电缆或者微带线。
5.如权利要求1所述的超宽频带双极化天线，其特征在于：四组所述巴伦臂的上端连接于对应所述辐射臂的中间部位，下端收拢固定于所述反射板上或者分散固定于所述反射板上。
6.如权利要求1所述的超宽频带双极化天线，其特征在于：所述环形辐射体呈方环、圆环、多边环。
7.如权利要求1所述的超宽频带双极化天线，其特征在于：所述环形辐射体、巴伦组件和馈电组件由半刚性或者刚性射频同轴电缆弯折焊接而成，所述射频同轴电缆的外导体形成所述环形辐射体和巴伦组件，所述射频同轴电缆的内导体和外导体之间传输射频信号以形成所述馈电组件，且所述内导体于间隙或缝隙处与所述间隙或缝隙另一侧的外导体相连接以对所述环形辐射体的辐射臂馈电。
8.如权利要求1所述的超宽频带双极化天线，其特征在于：所述辐射臂呈片状且所述辐射臂相对于所述反射板平行设置或倾斜设置或垂直设置；所述巴伦臂呈柱型或者片型且相对于所述反射板平行设置、倾斜设置或垂直设置，当所述巴伦臂为片型时，所述巴伦臂与所述辐射臂相连的一端的宽度小于、等于或大于所述辐射臂的宽度，当所述巴伦臂大于或小于所述辐射臂的宽度时，相邻所述辐射臂之间的缝隙或间隙呈阶梯状或渐变型式。
9.如权利要求8所述的超宽频带双极化天线，其特征在于：所述辐射臂为矩形片、梯形片、板面呈圆扇形的弧形片、片体弯曲的弧形片、片体弯折的折形片、板面呈圆扇形且片体弯曲的圆锥曲面片、板面呈扇形且镂空的扇形片；所述巴伦臂可为板面呈矩形的条形片、板面呈圆扇形的弧形片、板面呈圆扇形且片体弯折的圆锥曲面片、圆柱、棱柱或“8”型的柱状；当所述辐射臂和巴伦臂均为圆锥曲面片时，所述环形辐射体和巴伦组件形成一圆锥喇叭状的结构；当所述辐射臂和巴伦臂均为梯形片且相对于所述反射板倾斜设置时，所述环形辐射体和巴伦组件形成一角锥喇叭状的结构。
10.一种双超宽频带双极化天线，其特征在于：包括高频段天线和低频段天线，所述高频段天线如权利要求1至9中任一项的超宽频带双极化天线所示，所述低频段天线如权利要求1至9中任一项的超宽频带双极化天线所示，所述高频段天线嵌套于所述低频段天线内部以构成双超宽频带双极化天线。
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