CN107181068A - 高频超宽带双极化全波辐射单元 - Google Patents
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Abstract
本发明高频超宽带双极化全波辐射单元包括第一介质基板，第一介质基板上表面的四个折合振子和对其馈电的四组带状馈电线，第一介质基板下表面的四个折合振子和对其馈电的四组带状馈电线，形成第一介质基板上层与下层相一致的覆铜层构成全波振子的辐射表面。上下两组折合振子分别通过第一馈电桥、第二馈电桥实现外部馈电，第一馈电桥、第二馈电桥分别设置在第二介质基板和第三介质基板上，该第二介质基板与第三介质基板正交放置固定于四个平衡巴伦内，同轴电缆内、外导体分别通过平衡巴伦、馈电桥对带状馈电线馈电。本发明优化了折合振子电路特性，实现超宽带驻波比带宽，克服全波振子高输入阻抗难匹配、难实现超宽带频段要求的特点。
Description
【技术领域】
本发明涉及通信领域，尤其是涉及一种高频超宽带双极化全波辐射单元。
【背景技术】
随着移动通信技术的迅猛发展，多系统及多制式共存，对基站阵列天线的要求也越来越高，天线集成化、宽带化成为发展的趋势。在双极化定向基站阵列天线的常用频段内，DCS网络的工作频率为1710MHz～1800MHz；PCS的工作频率为1850MHz～1990MHz；UMTS的工作频率为1920MHz～2170MHz；而随着LTE和TD-LTE的发展，现实中需要有工作频率能完全覆盖1710MHz～2690MHz的超宽频天线(相对带宽44.9％)，其能够包含以上所有的网络制式，满足基站天线宽带化及通用性的要求。
基站天线的使用不仅仅需要满足宽带化的要求，其辐射性能也同样重要。传统的20％带宽左右的基站天线，其水平半功率波束宽度基本在60°～70°之间，而超宽频天线由于其超宽的带宽特性，其频率过宽则会带来性能离散的问题，因此，必须采用一定的技术手段加以克服。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种高输入阻抗匹配方式，集小型化、超宽带化、高增益化于一体的高频超宽带双极化全波辐射单元。
为实现本发明目的，提供以下技术方案：
本发明提供一种高频超宽带双极化全波辐射单元，其包括第一介质基板，设置在第一介质基板上表面的四个折合振子和对其馈电的四组带状馈电线，以及印刷在第一介质基板下表面的四个折合振子和对其馈电的四组带状馈电线，形成第一介质基板上层与下层相一致的覆铜层构成全波振子的辐射表面。上下两组折合振子分别通过第一馈电桥、第二馈电桥实现外部馈电，第一馈电桥、第二馈电桥分别设置在第二介质基板和第三介质基板上，该第二介质基板与第三介质基板正交放置固定于四个平衡巴伦内，同轴电缆的内、外导体分别通过平衡巴伦、馈电桥对带状馈电线馈电。
优选的，其中一个平衡巴伦连接一同轴电缆外导体形成对相邻带状馈电线馈电，该同轴电缆内导体通过第二馈电桥连接至对角平衡巴伦，并形成对该平衡巴伦43耦合馈电，从而形成给对角的相邻带状馈电线馈电，形成全波辐射单元的“﹢”极化；其中另一个平衡巴伦连接另一同轴电缆外导体形成对相邻带状馈电线馈电，该另一同轴电缆内导体通过第一馈电桥连接至对角的平衡巴伦，并形成对该平衡巴伦耦合馈电，从而形成给对角相邻带状馈电线馈电，形成全波辐射单元的“﹣”极化。
优选的，其还包括置于第一介质基板正上方的寄生单元。
优选的，该寄生单元置于第一介质基板正上方0.1λ～0.15λ，其中λ为全波辐射单元中心频率相对应的波长，寄生单元的形状可为圆形或者方形，寄生单元离辐射单元表面的高度及寄生单元的大小有效改善辐射单元驻波比。
优选的，每组带状馈电线为非对称性结构，连接折合振子的其中一端断开，断开处可通过调节开缝的大小及与折合振子的距离实现折合振子的电抗调节，使折合振子达到最优的阻抗匹配效果而实现超宽带，其中辐射表面口径约为λ/2，其中λ为全波辐射单元中心频率相对应的波长。
优选的，介于两两折合振子之间置有耦合片。耦合片改善了两个折合振子之间的电容耦合，平衡两折合振子间的电流大小，改善主极化方向图的对称性改善其Squint指标。
优选的，该平衡巴伦的顶端分别连接到相邻带状馈电线的中心连接部位处。
优选的，该平衡巴伦高度约为λ/6～λ/5，其中λ为全波辐射单元中心频率相对应的波长。
优选的，该平衡巴伦由圆柱形或者方形实现，与金属底座压铸成一体。
优选的，其中两个相邻的平衡巴伦沿着金属底座向后延伸至反射板背面，实现同轴电缆在反射板背部焊接，有利于实现自动化焊接；或者四个平衡巴伦高度一致，金属底座固定在PCB滤波器或者PCB合路器上馈电，该PCB滤波器或者PCB合路器置于反射板正面，节省反射板背部馈电网络布线空间，实现天线多频化，小型化。
对比现有技术，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种高频超宽带双极化全波辐射单元，提供一种高输入阻抗匹配方式，优化了折合振子的电路特性，提供了一种集滤波或者功分器于一体的高频辐射单元，实现了频段从1710MHz～2690MHz的超宽带驻波比带宽，克服了全波振子高输入阻抗难匹配、难实现超宽带频段要求的特点。实现了集小型化、超宽带化、天线多频化、高增益化于一体的高频辐射单元方式，实现自动化生产要求。相比较与半波振子，其全波辐射单元增益要高。
【附图说明】
图1为本发明实施例一的立体示意图；
图2为本发明实施例一不带寄生单元的示意图；
图3为本发明实施例一反面的立体示意图；
图4为本发明实施例二的立体示意图；
图5为本发明实施例二不带寄生单元的示意图；
图6为本发明实施例二反面的立体示意图；
图7为本发明折合振子末端增加耦合片的情况下方向图；
图8为本发明折合振子末端无耦合片的情况下方向图。
【具体实施方式】
请参阅图1～6，本发明高频超宽带双极化全波辐射单元的示意图，其包括第一介质基板1，设置在第一介质基板上表面的四个折合振子，包括第一上折合振子21、第二上折合振子22、第三上折合振子23、第四上折合振子24，以及印刷在第一介质基板1下表面的四个折合振子，包括第一下折合振子31、第二下折合振子32、第三下折合振子33、第四下折合振子34。所属设置在第一介质基板1上表面的四个折合振子通过设置在第一介质基板上表面的四组带状馈电线馈电，包括第一上馈电线221、第二上馈电线222、第三上馈电线223、第四上馈电线224，所属设置在第一介质基板1下表面的四个折合振子通过设置在第一介质基板下表面的四组带状馈电线馈电，包括第一下馈电线331、第二下馈电线332、第三下馈电线333、第四下馈电线334。形成介质基板1上层与下层相一致的覆铜层构成全波振子的辐射表面。
上下两组折合振子21/31，22/32，23/33，24/34分别围绕中心点设置，并分别通过第一馈电桥9、第二馈电桥10实现外部馈电，位于上层的第一馈电桥9印刷在第二介质基板7上，位于下层的第二馈电桥10印刷在第三介质基板8上。该第二介质基板7与第三介质基板8正交放置固定于四个平衡巴伦内，包括围绕中心点设置的第一平衡巴伦41、第二平衡巴伦42、第三平衡巴伦43、第四平衡巴伦44。
该平衡巴伦的顶端分别连接到相邻带状馈电线的中心连接部位处。其中第一平衡巴伦41的顶端连接到相邻的第一上馈电线221与第四上馈电线224的中心连接部位处以及第一下馈电线331与第四下馈电线334的中心连接部位处，连接一同轴电缆外导体，形成对相邻的第一上馈电线221与第四上馈电线224以及第一下馈电线331与第四下馈电线334馈电，该同轴电缆内导体通过第二馈电桥10连接至对角的第三平衡巴伦43，并形成对该第三平衡巴伦43耦合馈电，平衡巴伦43的顶端连接到相邻第二上馈电线222与第三上馈电线223的中心连接部位处以及第二下馈电线332与第三下馈电线333的中心连接部位处，从而形成给对角相邻的第二上馈电线222与第三上馈电线223以及第二下馈电线332与第三下馈电线333馈电，形成全波辐射单元的“﹢”极化。
第二平衡巴伦42的顶端连接到相邻的第一上馈电线221与第二上馈电线222的中心连接部位处以及第一下馈电线331与第二下馈电线332的中心连接部位处，连接另一同轴电缆外导体形成对相邻的第一上馈电线221与第二上馈电线222以及第一下馈电线331与第二下馈电线332馈电，该另一同轴电缆内导体通过第一馈电桥9连接至对角的第四平衡巴伦44，并形成对该第四平衡巴伦44耦合馈电，平衡巴伦44的顶端连接到相邻第三上馈电线223与第四上馈电线224的中心连接部位处以及第三下馈电线333与第四下馈电线334的中心连接部位处。从而形成给对角相邻的第三上馈电线223与第四上馈电线224以及第三下馈电线333与第四下馈电线334馈电，形成全波辐射单元的“﹣”极化。
每组带状馈电线为非对称性结构，连接折合振子的其中一端断开。断开处可通过调节开缝的大小及距离折合振子21/31，22/32，23/33，24/34的距离实现折合振子的电抗调节，使折合振子达到最优的阻抗匹配效果而实现超宽带，其中辐射表面口径约为λ/2(λ为全波辐射单元中心频率相对应的波长)。
位于上辐射面的折合振子21，22，23，24之间设有耦合片12，位于下辐射面的折合振子31，32，33，34之间设有耦合片13，耦合片12/13改善了两个折合振子之间的电容耦合，平衡两折合振子间的电流大小，改善主极化方向图的对称性改善其Squint指标。如图7所示为折合振子末端增加耦合片12/13的情况下方向图，如图8所示为折合振子末端无耦合片12/13的情况下方向图。
第一介质基板1的辐射单元正上方设有基板5和寄生单元6。该寄生单元6置于第一介质基板正上方0.1λ～0.15λ，其中λ为全波辐射单元中心频率相对应的波长。寄生单元6的形状可为圆形或者方形。调节寄生单元6离辐射单元表面的高度及寄生单元6的大小可有效改善辐射单元驻波比。
平衡巴伦41，42，43，44高度约为λ/6～λ/5，由圆柱形或者方形实现，与金属底座4压铸成一体，其中λ为全波辐射单元中心频率相对应的波长。
其中图1至图3所示实施例一，其中两个相邻的平衡巴伦41，42沿着金属底座4向后延伸至反射板背面实现同轴电缆在反射板背部焊接，有利于实现自动化焊接。
图4～6所示实施例二中的平衡巴伦41，42，43，44高度一致，金属底座4固定在PCB滤波器11或者PCB合路器上馈电，该PCB滤波器11或者PCB合路器置于反射板正面，节省反射板背部馈电网络布线空间，实现天线多频化，小型化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高频超宽带双极化全波辐射单元，其特征在于，其包括第一介质基板，设置在第一介质基板上表面的四个折合振子和对其馈电的四组带状馈电线，以及印刷在第一介质基板下表面的四个折合振子和对其馈电的四组带状馈电线，上下两组折合振子分别通过第一馈电桥、第二馈电桥实现外部馈电，第一馈电桥、第二馈电桥分别设置在第二介质基板和第三介质基板上，该第二介质基板与第三介质基板正交放置固定于四个平衡巴伦内，同轴电缆的内、外导体分别通过平衡巴伦、馈电桥对带状馈电线馈电。
2.如权利要求1所述的高频超宽带双极化全波辐射单元，其特征在于，其中一个平衡巴伦连接一同轴电缆外导体形成对相邻带状馈电线馈电，该同轴电缆内导体通过第二馈电桥连接至对角平衡巴伦，并形成对该平衡巴伦43耦合馈电，从而形成给对角的相邻带状馈电线馈电，形成全波辐射单元的“﹢”极化；其中另一个平衡巴伦连接另一同轴电缆外导体形成对相邻带状馈电线馈电，该另一同轴电缆内导体通过第一馈电桥连接至对角的平衡巴伦，并形成对该平衡巴伦耦合馈电，从而形成给对角相邻带状馈电线馈电，形成全波辐射单元的“﹣”极化。
3.如权利要求2所述的高频超宽带双极化全波辐射单元，其特征在于，其还包括置于第一介质基板正上方的寄生单元。
4.如权利要求3所述的高频超宽带双极化全波辐射单元，其特征在于，该寄生单元置于第一介质基板正上方0.1λ～0.15λ，其中λ为全波辐射单元中心频率相对应的波长。
5.如权利要求1或2所述的高频超宽带双极化全波辐射单元，其特征在于，每组带状馈电线为非对称性结构，连接折合振子的其中一端断开。
6.如权利要求1或2所述的高频超宽带双极化全波辐射单元，其特征在于，介于两两折合振子之间置有耦合片。
7.如权利要求1或2所述的高频超宽带双极化全波辐射单元，其特征在于，该平衡巴伦的顶端分别连接到相邻带状馈电线的中心连接部位处。
8.如权利要求7所述的高频超宽带双极化全波辐射单元，其特征在于，该平衡巴伦高度约为λ/6～λ/5，其中λ为全波辐射单元中心频率相对应的波长。
9.如权利要求8所述的高频超宽带双极化全波辐射单元，其特征在于，该平衡巴伦由圆柱形或者方形实现，与金属底座压铸成一体。
10.如权利要求8所述的高频超宽带双极化全波辐射单元，其特征在于，其中两个相邻的平衡巴伦沿着金属底座向后延伸至反射板背面；或者四个平衡巴伦高度一致，金属底座固定在PCB滤波器或者PCB合路器上馈电，该PCB滤波器或者PCB合路器置于反射板正面。
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