CN107808998A - 多极化辐射振子及天线 - Google Patents

Abstract

一种多极化辐射振子及天线，包括辐射单元、第一组极化馈电单元及第二组极化馈电单元；包括相互连接的第一组极化辐射单元及第二组极化辐射单元，每组极化辐射单元包括相互正交的两个极化方向，第一组极化辐射单元及第二组极化辐射单元相邻两个极化的极化电场矢量方向呈45度夹角；第一组极化辐射单元为电偶极子单元，第二组极化辐射单元为磁偶极子单元；第一组极化馈电单元对第一组极化辐射单元进行馈电，第二组极化馈电单元对所述第二组极化辐射单元进行馈电。由于四个极化共用一个辐射单元，不需要采用多个振子组合实现四个线极化，因此，采用该多极化辐射振子，可以使得天线结构更紧凑，减小天线的尺寸。

Description

多极化辐射振子及天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种多极化辐射振子及天线。

背景技术

随着移动通信网络制式的增多，要求基站天线能支持多种通信制式，为了节省站址和天馈资源，减小物业协调难度，降低投资成本，能够支持多系统通信的多频天线逐渐成为运营商建网的首选。目前移动通信网络中主要运用的天线为±45°极化组合、水平极化和垂直极化组合方式，采用双极化或者多极化天线，可以利用极化分集接收技术提高信道容量，防止信号衰落。

常规基站通信系统采用±45°极化组合基站天线，或者水平极化和垂直极化组合这四种线极化形式的基站天线，但是运营商需求包含±45°极化、水平极化和垂直极化的基站天线时候，传统的设计方法是如图1所示，采用一副±45°极化基站天线天线和一副水平极化和垂直极化基站天线肩并肩合并，这种方法将天线的物理尺寸增大了一倍，并不利于天线的小型化设计要求。

发明内容

基于此，有必要针对多极化天线结构尺寸较大的问题，提出一种能够降低多极化天线结构尺寸的多极化辐射振子及天线。

一种多极化辐射振子，包括辐射单元、第一组极化馈电单元及第二组极化馈电单元；

所述辐射单元包括相互连接的第一组极化辐射单元及第二组极化辐射单元，每组极化辐射单元包括相互正交的两个极化方向，第一组极化辐射单元及第二组极化辐射单元相邻两个极化的极化电场矢量方向呈45度夹角；所述第一组极化辐射单元为电偶极子单元，所述第二组极化辐射单元为磁偶极子单元；

所述第一组极化馈电单元对所述第一组极化辐射单元进行馈电，所述第二组极化馈电单元对所述第二组极化辐射单元进行馈电。

一种天线，包括权上述的多极化辐射振子，及用于固定所述多极化辐射振子的反射板。

由于四个极化共用一个辐射单元，该辐射单元包括相互连接的第一组极化辐射单元及第二组极化辐射单元，每组极化辐射单元包括相互正交的两个极化方向，第一组极化辐射单元及第二组极化辐射单元相邻两个极化的极化电场矢量方向呈45度夹角；且第一组极化辐射单元为电偶极子单元，第二组极化辐射单元为磁偶极子单元，从而使得该多极化辐射振子具有高性能的同时，不需要采用多个振子组合实现四个线极化，如采用两个双极化振子组合实现四个线极化，因此，采用该多极化辐射振子，可以使得天线结构更紧凑，减小天线的尺寸。同时，还能达到降低成本，实施方法简单等有益效果。

附图说明

图1为传统多极化辐射天线的结构示意图；

图2为一实施例中多极化辐射振子的整体结构示意图；

图3为图2的多极化辐射振子的细节结构示意图；

图4为一具体实施例的多极化辐射振子电场极化示意图；

图5为一实施例中多极化辐射振子的细节结构示意图；

图6为一实施例中多极化辐射振子的辐射单元的俯视图；

图7为一个实施例中多极化辐射振子的爆炸结构图；

图8为图6的辐射单元的结构示意图；

图9为一实施例的多极化辐射振子的第二组极化馈电单元的一视角结构示意图；

图10为图9的第二组极化馈电单元的俯视图；

图11为一具体示例中四极化辐射单元振子的第一组极化辐射的H面方向图；

图12为一具体示例中四极化辐射单元振子的第二组极化辐射的H面方向图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

请参阅图2，一种多极化辐射振子，包括辐射单元A、第一组极化馈电单元100及第二组极化馈电单元200。

辐射单元A包括相互连接的第一组极化辐射单元300及第二组极化辐射单元400，每组极化辐射单元包括相互正交的两个极化方向，第一组极化辐射单元300及第二组极化辐射单元400相邻两个极化的极化电场矢量方向呈45度夹角；且第一组极化辐射单元300为电偶极子单元，第二组极化辐射单元400为磁偶极子单元。

第一组极化馈电单元100对第一组极化辐射单元300进行馈电，第二组极化馈电单元200对第二组极化辐射单元400进行馈电。

由于四个极化共用一个辐射单元A，该辐射单元A包括相互连接的第一组极化辐射单元300及第二组极化辐射单元400，每组极化辐射单元包括相互正交的两个极化方向，第一组极化辐射单元300及第二组极化辐射单元400相邻两个极化的极化电场矢量方向呈45度夹角；且第一组极化辐射单元300为电偶极子单元，第二组极化辐射单元400为磁偶极子单元，从而使得该多极化辐射振子具有高性能的同时，不需要采用多个振子组合实现四个线极化，如采用两个双极化振子组合实现四个线极化，因此，采用该多极化辐射振子，可以使得天线结构更紧凑，减小天线的尺寸。同时，还能达到降低成本，实施方法简单等有益效果。

进一步地，请参阅图2至图3，第一组极化馈电单元100包括相互正交的第一极化馈电单元110及第二极化馈电单元160；第二组极化馈电单元200包括相互正交的第三极化馈电单元210及第四极化馈电单元260。

第一组极化辐射单元300包括相互正交的第一极化辐射振子臂310及第二极化辐射振子臂360；第二组极化辐射单元400包括于中点处连通并正交的第三极化辐射腔410及第四极化辐射腔460。

如此，使得四个极化共用一个辐射单元A，具有高性能的同时，由于不需要采用多个振子组合实现四个线极化，如采用两个双极化振子组合实现四个线极化，因此，采用该多极化辐射振子，可以使得天线结构更紧凑，能够减小天线的尺寸。同时，还能达到降低成本，实施方法简单等有益效果。

在其中一实施例中，辐射单元A为一体化结构。该辐射单元A可以通过压铸的方式生成，也可以为钣金或者PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)结构。

在其中一具体实施例中，如图4所示，第一组极化可以为水平和垂直线极化；第二组极化可以为±45°极化线极化。四个极化的的相位中心相同，水平和垂直线极化与±45°极化线极化电场矢量方向夹角为45°。四个极化共用一个辐射单元A，但是分开馈电。四个极化分为两组，其中水平和垂直线极化为一组，±45°极化线极化为另一组极化。每组极化中的两个极化互相正交，每组极化中的两个极化的馈电单元也正交，每个极化方向的馈电单元分开馈电。优选地，第一组极化辐射单元300及第二组极化辐射单元400交叉45°设置，如此，充分利用不同极化四个方位角的空间，天线结构更紧凑，进一步缩小了辐射单元A的立体尺寸。

需要说明的是，第一组极化工作频段与第二组极化工作频段可以相同，也可以不相同。优选地，为了达到更好的效果，第一组极化工作频段与第二组极化工作频段不相同。

在其中一实施例中，请再结合参阅图5及图6，第一极化辐射振子臂310包括镜像对称设置第一振子臂311及第二振子臂312；第二极化辐射振子臂360包括镜像对称设置的第三振子臂361及第四振子臂362。

第三极化辐射腔410包括镜像对称设置的第一辐射腔411及第二辐射腔412；第四极化辐射腔460包括镜像对称设置的第三辐射腔461及第四辐射腔462。

各辐射腔(第一辐射腔411、第二辐射腔412、第三辐射腔461及第四辐射腔462)均包括底板441及与底板441连接的两个侧壁443，两个侧壁443相互平行；各辐射腔的底板441在同一平面上形成第二组极化辐射单元400的底板；相邻的每两个辐射腔之间均有一侧壁443相互连接，形成四个直角侧壁组445；各振子臂(第一振子臂311、第二振子臂312、第三振子臂361及第四振子臂362)分别设置于直角侧壁组445远离第二组极化辐射单元400的底板的一端。

如此，给每个极化提供了足够的辐射净空间，各个极化互不干扰，不影响其开放性的辐射场。还需要说明的是，各振子臂是分离的，互不相连，从而使得辐射腔上端有足够的空间，减少了不同极化电流互相干扰。

可选地，第一组极化为电偶极子，第二组极化为磁偶极子。如此，结合电偶极子和磁偶极子使用交叉45°放置，四个极化共用一个振子，缩小了辐射单元的立体尺寸，给每个极化提供了足够的辐射净空间，各个极化互不干扰，不影响其开放性的辐射场。同时，通过单个振子即可实现四极化，减小了天线的尺寸，实现了小型化设计要求。

在其中一具体实施例中，各辐射腔均为巴伦辐射腔。各辐射腔的底部开设有巴伦缝隙442，既可以作为第一极化组馈电单元100巴伦调节阻抗匹配，又可以作为第二组极化辐射单元400的辐射耦合腔，第二组极化馈电单元200对该巴伦缝隙442进行耦合馈电，这样四个极化的振子臂上方和下方都没有其它极化方向振子臂的遮挡，提高了辐射方向图的稳定性，使得不同系统之间具有较高的隔离度。在该实施例中，各辐射腔的宽度可以大于各振子臂的宽度。

进一步地，第一组极化辐射单元300还包括馈电圆管500，馈电圆管500设置于直角侧壁组445的拐角处；第一组极化辐射单元300的两个极化馈电单元(第一极化馈电单元110及第二极化馈电单元160)的两端分别固定于一个馈电圆管500内部。从而在馈电圆管500中形成第一组极化馈电单元100的馈电环境，对第一组极化辐射单元300的第一极化馈电单元110及第二极化馈电单元160进行馈电。

为了提高馈电的准确性，馈电圆管500为巴伦馈电圆管。可以通过卡夹180(见图7)将第一组极化辐射单元300的两个极化馈电单元的两端分别固定于一个馈电圆管500内部。该卡夹180为绝缘材质，如，该卡夹180可以为塑料卡夹，以免影响馈电结果，进一步提高馈电准确性。可选的，第一组极化馈电单元100可以为压铸结构，或者微带线结构，并且通过塑料卡夹固定于馈电圆管500内部。

更进一步地，请参阅图7和图8，馈电圆管500包括第一馈电圆管501及第二馈电圆管502；第一馈电圆管501的长度大于辐射腔的侧壁的高度，第二馈电圆管502的长度小于辐射腔的侧壁443的高度。

第一组极化馈电单元100的各极化馈电单元(第一极化馈电单元110、第二极化馈电单元160)的一端固定于第二馈电圆管502内，另一端固定于第一馈电圆管501内并在第一馈电圆管501的底端形成馈电点；第一馈电圆管501的底端为远离第一馈电圆管501的伸入端的一端，伸入端为第一组极化馈电单元100的极化馈电单元(第一极化馈电单元110、第二极化馈电单元160)伸入至第一馈电圆管501的一端。

如此，使得第一组极化馈电单元100可以通过该馈电点与射频电缆焊接，从而进行馈电，射频信号经过射频电缆输入连接到辐射单元A。进一步地，射频电缆外导体焊接在第一馈电圆管501的底端(管脚)，射频电缆内芯与第一组极化馈电单元100焊接。

在其中一实施例中，各辐射腔的底板441均开设有馈电缝隙442(见图6)。如此，形成第二组极化馈电单元200的馈电环境，对第二组极化辐射单元400进行馈电。为了提高馈电的准确性，该馈电缝隙442为巴伦馈电缝隙。

进一步地，为了进一步提高馈电的准确性，馈电缝隙442的宽度为第二组极化馈电单元200工作频段的中心频点波长的0.015～0.05倍，馈电缝隙442的长度为第二组极化馈电单元200工作频段的中心频点波长的1/4～1/2倍。

在其中一实施例中，第二组极化馈电单元200的第三极化馈电单元210及第四极化馈电单元260为压铸结构、微带线结构或带状线结构。

可选地，第一组极化馈电单元100可以为压铸结构或者微带线结构。优选地，第一组极化馈电单元100的第一极化馈电单元110及第二极化馈电单元160为压铸结构，通过塑料卡夹固定于巴伦圆管500内。如此，第一极化馈电单元110及第二极化馈电单元160通过压铸耦合线为第一组极化辐射单元300进行馈电。如此可以减少焊点，提高天线的无源互调。

进一步地，请结合参阅图6至图8，第三极化馈电单元210及第四极化馈电单元260为微带线结构，且印制在介质板600上。如此，充分利用辐射腔的空间。介质板600上开设有与第二组极化馈电单元200相邻的馈电孔604；介质板600设置于第二组极化辐射单元400的底板上，第二组极化辐射单元400的底板上开设有与馈电孔604对应的导通孔444。如此，射频电缆可以穿过导通孔444及馈电孔604与第二组极化馈电单元200连接。在其它实施例中，第三极化馈电单元210及第四极化馈电单元260也可以为基于空气压铸的微带线结构，或者带状线结构。

第二组极化辐射单元400的底板上还可以包括固定孔449，该固定孔449用于固定多极化辐射振子，可以为螺丝孔。如此，可以通过该固定孔449将多极化辐射振子固定在反射板上。可以理解地，在其它实施例中，还可以通过卡座将多级化辐射振子固定在反射板上。

可选的，辐射单元A的第一组辐射极化单元300的辐射面可以平行反射板，也可以垂直于反射板。

请结合参阅图9和图10，在其中一个具体实施例中，第二组极化馈电单元200通过介质板600来实现。该第二组极化馈电单元200可以设置于第二组极化辐射单元400内的底部，也可以设置于第二组极化辐射单元400底部与反射板之间。介质板600成十字架结构，包括三层结构，即微带线层、绝缘层601及导电层602。微带线层包括与第三极化馈电单元210对应的第三极化微带线610及与第四极化馈电单元260对应的第四极化微带线660。绝缘层601可以为绝缘材料形成的一层结构，该绝缘层601将微带线层与导电层602绝缘隔开。导电层602由导电材质构成。导电层602开设有与馈电缝隙442对应的缝隙644。导电层602可以通过印制方式印制有接地结构。介质板600上开设有与第三极化微带线610或第四极化微带线660相邻的馈电孔604。如此，射频电缆可以穿过馈电孔604与第二组极化馈电单元200连接。具体地，射频电缆的外导体与馈电孔604焊接，穿过馈电孔604的射频电缆的内芯与第二组馈电单元200的微带线(第三极化微带线610、第四极化微带线660)焊接。介质板600上还开设有与固定孔449对应的介质固定孔609。如此，可以形成第二组极化馈电单元200，并可通过该介质固定孔609与辐射单元A固定于反射板上。

进一步地，在该具体实施例中，第三极化微带线610及第四极化微带线660均未一分二功分器结构，两边等功率分配并通过巴伦缝隙442给各辐射腔耦合馈电，如此通过各辐射腔形成磁振子，其E面为全向，通过底部反射板反射，形成定向天线后能够提高天线的增益。

由于第三极化微带线610及第四极化微带线660有交叉地方，在本实施例中，采用弓形金属片605跳线结构，弓形金属片405在第四极化微带线660上方跨过，连接上第四极化微带线660断开的第三极化微带线610，如此，可以采用单面板，减少安装的复杂性。

为了减少不同极化间的相互干扰，在其中一实施例中，各振子臂(第一振子臂311、第二振子臂312、第三振子臂361及第四振子臂362)与第二组极化辐射单元400的底板的距离为1/8～1/2倍的第一组极化辐射单元300的工作频段的中心频点波长。在其中一具体实施例中，第一组极化辐射单元300的辐射面距离反射板距离为1/8～1/2倍的第一组极化辐射单元300的工作频段的中心频点波长。进一步地，或在其中另一实施例中，各辐射腔的长度为1/8～1/2倍的第二组极化辐射单元400的工作频段的中心频点波长。

优选地，各振子臂与第二组极化辐射单元400的底板的距离为1/4倍的第一组极化辐射单元300的工作频段的中心频点波长。各辐射腔的长度为1/4倍的第二组极化辐射单元400的工作频段的中心频点波长。此时，不同极化间电流的相互干扰最小。

为了进一步减少不同极化间电流的相互干扰，各振子臂与第二组极化辐射单元400的底板的距离大于各辐射腔的侧壁443(见图6)的高度。

本发明还提供一种天线，包括上述的多极化辐射振子，及用于固定多极化辐射振子的反射板。该天线具有与该多极化辐射振子对应的有益效果。

为检验上述多极化辐射振子及天线的工作情况，在其中一具体示例中，将第一组极化设定为±45°极化，其工作频段设定为1710-2690MHz，其单个单元辐射方向图如图11所示，水平面波束宽度为60-69°，其它指标显然也满足组使用要求；将第二组极化设定为水平垂直极化，其工作频段设定为3.3-3.8GHz，其单个单元辐射方向图如图12所示，水平面波束宽度为69-74°，其它指标显然也满足组使用要求。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种多极化辐射振子，包括辐射单元、第一组极化馈电单元及第二组极化馈电单元；

所述辐射单元包括相互连接的第一组极化辐射单元及第二组极化辐射单元，每组极化辐射单元包括相互正交的两个极化方向，第一组极化辐射单元及第二组极化辐射单元相邻两个极化的极化电场矢量方向呈45度夹角；所述第一组极化辐射单元为电偶极子单元，所述第二组极化辐射单元为磁偶极子单元；

所述第一组极化馈电单元对所述第一组极化辐射单元进行馈电，所述第二组极化馈电单元对所述第二组极化辐射单元进行馈电。

2.根据权利要求1所述的多极化辐射振子，其特征在于：

所述第一组极化馈电单元包括相互正交的第一极化馈电单元及第二极化馈电单元；所述第二组极化馈电单元包括相互正交的第三极化馈电单元及第四极化馈电单元；

所述第一组极化辐射单元包括相互正交的第一极化辐射振子臂及第二极化辐射振子臂；所述第二组极化辐射单元包括于中点处连通并正交的第三极化辐射腔及第四极化辐射腔。

3.根据权利要求2所述的多极化辐射振子，其特征在于：

所述第一极化辐射振子臂包括镜像对称设置第一振子臂及第二振子臂；所述第二极化辐射振子臂包括镜像对称设置的第三振子臂及第四振子臂；

所述第三极化辐射腔包括镜像对称设置的第一辐射腔及第二辐射腔；所述第四极化辐射腔包括镜像对称设置的第三辐射腔及第四辐射腔；

各辐射腔均包括底板及与所述底板连接的两个侧壁，所述两个侧壁相互平行；各所述辐射腔的底板在同一平面上形成所述第二组极化辐射单元的底板。

4.根据权利要求3所述的多极化辐射振子，其特征在于：

相邻的每两个辐射腔之间均有一侧壁相互连接，形成四个直角侧壁组；各振子臂分别设置于所述直角侧壁组远离所述第二组极化辐射单元的底板的一端。

5.根据权利要求4所述的多极化辐射振子，其特征在于，所述第一组极化辐射单元还包括馈电圆管，所述馈电圆管设置于所述直角侧壁组的拐角处；所述第一组极化辐射单元的两个极化馈电单元的两端分别固定于一个馈电圆管内部。

6.根据权利要求5所述的多极化辐射振子，其特征在于，所述馈电圆管包括第一馈电圆管及第二馈电圆管；所述第一馈电圆管的长度大于所述辐射腔的侧壁的高度，所述第二馈电圆管的长度小于所述辐射腔的侧壁的高度；

所述第一组极化馈电单元的各极化馈电单元的一端固定于所述第二馈电圆管内，另一端固定于所述第一馈电圆管内并在所述第一馈电圆管的底端形成馈电点；所述第一馈电圆管的底端为远离所述第一馈电圆管的伸入端的一端，所述伸入端为所述第一组极化馈电单元的极化馈电单元伸入至所述第一馈电圆管的一端。

7.根据权利要求3所述的多极化辐射振子，其特征在于，各所述辐射腔的底板均开设有馈电缝隙；所述馈电缝隙的宽度为所述第二组极化馈电单元工作频段的中心频点波长的0.015～0.05倍，所述馈电缝隙的长度为所述第二组极化馈电单元工作频段的中心频点波长的1/4～1/2倍。

8.根据权利要求2所述的多极化辐射振子，其特征在于，所述第二组极化馈电单元的所述第三极化馈电单元及所述第四极化馈电单元为压铸结构、微带线结构或带状线结构。

9.根据权利要求8所述的多极化辐射振子，其特征在于，所述第三极化馈电单元及所述第四极化馈电单元为微带线结构，且印制在介质板上；所述介质板上开设有与所述第二组极化馈电单元相邻的馈电孔；所述介质板设置于所述第二组极化辐射单元的底板上，所述第二组极化辐射单元的底板上开设有与所述馈电孔对应的导通孔。

10.根据权利要求3所述的多极化辐射振子，其特征在于，各所述振子臂与所述第二组极化辐射单元的底板的距离为1/8～1/2倍的第一组极化辐射单元的工作频段的中心频点波长；或/及，各所述辐射腔的长度为1/8～1/2倍的第二组极化辐射单元的工作频段的中心频点波长；各所述振子臂与所述第二组极化辐射单元的底板的距离大于各所述辐射腔的侧壁的高度。

11.根据权利要求3所述的多极化辐射振子，其特征在于，所述辐射单元为一体化结构。

12.一种天线，包括权利要求11任意一项所述的多极化辐射振子，及用于固定所述多极化辐射振子的反射板。