CN109037953A - 一种双极化宽带辐射单元及天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种双极化宽带辐射单元及天线。所述辐射单元包括两个交叉极化的第一偶极子和第二偶极子，第一偶极子包括两个相互对称的第一辐射臂，第二偶极子包括两个相互对称的第二辐射臂，第一辐射臂包括由N个辐射段围合形成的第一辐射体，第二辐射臂包括由M个辐射段围合形成的第二辐射体，且，第一辐射体和第二辐射体均呈多边形环状结构，其中，N和M均为大于4的整数。该结构能够在电长度不变的情况下，丰富了电流的路径，展宽了辐射单元的工作频段，具有良好的阻抗特性和方向特性，并且能够在一定程度上改善隔离度。

Description

一种双极化宽带辐射单元及天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种双极化宽带辐射单元及天线。

背景技术

目前，移动通信系统大部分是由2G、3G、4G通信系统构成，5G通信系统的研究也在火热的进行，今后多个通信制式将长期共存。随着移动用户的数量不断增加，以及移动用户需求的增加，对移动通信系统的设计也提出了越来越严格的要求。

天线作为移动通信系统的关键部件，其性能直接影响移动通信质量。天线通常包括反射板和固定在反射板上的双极化阵列天线，而天线的通信性能很大程度上取决于双极化振子(即辐射单元)的性能，而反映辐射单元的性能指标中的隔离度和带宽是衡量其性能的重要指标。

基于此，目前亟需一种双极化宽带辐射单元，用于提高辐射单元的带宽和隔离度。

发明内容

本发明实施例提供一种双极化宽带辐射单元及天线，以提高辐射单元的带宽和隔离度。

本发明实施例提供一种双极化宽带辐射单元，包括两个交叉极化的偶极子，两个所述偶极子分别为第一偶极子和第二偶极子，所述第一偶极子包括两个相互对称的第一辐射臂，所述第二偶极子包括两个相互对称的第二辐射臂，所述第一辐射臂包括由N个辐射段围合形成的第一辐射体，所述第二辐射臂包括由M个辐射段围合形成的第二辐射体，所述第一辐射体和所述第二辐射体均呈多边形环状结构；N和M均为大于4的整数。

如此，采用多个辐射段围合而成的第一辐射体(或第二辐射体)呈多边形环状结构，该结构能够在电长度不变的情况下，丰富了电流的路径，展宽了辐射单元的工作频段，具有良好的阻抗特性和方向特性，并且能够在一定程度上改善隔离度。

在一种可能的实现方式中，所述第一辐射臂包括沿所述辐射单元周向依次设置的两个所述第一辐射体，所述两个第一辐射体之间具有共用的第一辐射段；

所述第二辐射臂包括沿所述辐射单元周向依次设置的两个所述第二辐射体，所述两个第二辐射体之间具有共用的第二辐射段。

如此，第一偶极子(或第二偶极子)中可以具有两个多边形环状结构的辐射体，能够进一步地拓展辐射单元的带宽，同时能够提高双极化宽带辐射单元的辐射性能，这种结构的辐射单元具有更好的极化对称性，并且还具有较高的极化交叉鉴别率。

在一种可能的实现方式中，两个所述第一辐射体之间朝远离所述辐射单元中心的方向形成有第一缺口。

如此，由于第一缺口的存在，能够电长度不变的情况下，丰富了电流的路径，展宽了辐射单元的工作频段，提高了辐射单元的阻抗特性。

在一种可能的实现方式中，两个所述第二辐射体之间朝远离所述辐射单元中心的方向形成有第二缺口。

如此，由于第二缺口的存在，能够电长度不变的情况下，丰富了电流的路径，展宽了辐射单元的工作频段，提高了辐射单元的阻抗特性。

在一种可能的实现方式中，所述第一辐射臂还具有至少一个第一镂空区域，所述第一镂空区域设置于所述第一辐射段上；

所述第二辐射臂还具有至少一个第二镂空区域，所述第二镂空区域设置于所述第二辐射段上。

采用这种结构，能够减轻辐射单元的重量，减少辐射单元的制造费用。

在一种可能的实现方式中，所述第一辐射体远离所述辐射单元中心的一端呈弯折状；

所述第二辐射体远离所述辐射单元中心的一端呈弯折状。

如此，本发明实施例中的双极化宽带辐射单元安装到天线后，弯折的辐射臂可以使得天线的结构更加小型化，相比于同样电长度下不弯折的辐射臂而言，能够增加天线中相邻辐射单元之间的距离，从而提高相邻辐射单元之间的隔离度；进一步地，弯折的辐射臂还可以弥补极化的不对称性，改善辐射单元的辐射性能。

在一种可能的实现方式中，所述第一辐射体的弯折部分的长度与所述第一辐射体的未弯折部分的长度之和为0.2个波长-0.3个波长；

所述第二辐射体的弯折部分的长度与所述第二辐射体的未弯折部分的长度之和为0.2个波长-0.3个波长。

在一种可能的实现方式中，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂相邻的边缘之间呈形状。

如此，能够有效减小偶极子之间的耦合，提高偶极子之间的隔离度。

在一种可能的实现方式中，所述辐射单元为一体化压铸成型的结构。

采用这种结构容易制造，且结构较为简单，应用范围更广。

本发明实施例提供一种天线，所述天线包括反射板、以及权利要求1至9中任一项所述的至少一个辐射单元，所述辐射单元设置于所述反射板上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。

图1为本发明实施例提供的双极化宽带辐射单元的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的双极化宽带辐射单元的结构示意图之二；

图3a为本发明实施例提供的第一偶极子的结构示意图之一；

图3b为本发明实施例提供的第一偶极子的结构示意图之二；

图3c为本发明实施例提供的第一偶极子的结构示意图之三；

图4a为本发明实施例提供的第二偶极子的结构示意图之一；

图4b为本发明实施例提供的第二偶极子的结构示意图之二；

图4c为本发明实施例提供的第二偶极子的结构示意图之三；

图5为本发明实施例提供的一种弯折状的双极化宽带辐射单元的结构示意图；

图6a为本发明实施例提供的一种不弯折的第一辐射体的长度的示意图；

图6b为本发明实施例提供的一种弯折的第一辐射体的长度的示意图；

图7a为本发明实施例提供的整体角度的辐射单元的结构示意图；

图7b为本发明实施例提供的主视角度的辐射单元的结构示意图；

图7c为本发明实施例提供的仰视角度的辐射单元的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图；

图9a为本发明实施例中的辐射单元的VSWR的示意图；

图9b为本发明实施例中的辐射单元的隔离度的示意图；

图9c为本发明实施例中的辐射单元的水平面方向的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本申请进行具体说明。

图1示例性示出了本发明实施例提供的双极化宽带辐射单元的结构示意图之一，如图1所示，所述辐射单元100包括底座200、馈电巴伦300和两个交叉极化的偶极子，例如，图1中示出的第一偶极子400和第二偶极子500。其中，偶极子间可以呈正交极化关系，比如偶极子400和偶极子500间呈±45°极化。第一偶极子400可以包括两个相互对称的第一辐射臂，例如，图1中示出的第一偶极子400可以包括第一辐射臂410和第一辐射臂420；第二偶极子500也可以包括两个相互对称的第二辐射臂，例如，图1中示出的第二偶极子500可以包括第二辐射臂510和第二辐射臂520。

进一步地，第一辐射臂可以包括由N个辐射段围合形成的第一辐射体，且，第一辐射体可以呈多边形环状结构；其中，N为大于4的整数。如图1所示，第一辐射臂410可以包括第一辐射体411，并且第一辐射体411可以是由5个辐射段4111围合形成的五边形环状结构；第一辐射臂420可以包括第一辐射体421，并且第一辐射体421可以是由5个辐射段4211围合形成的五边形环状结构。

进一步地，第二辐射臂可以包括由M个辐射段围合形成的第二辐射体，且，第二辐射体可以呈多边形环状结构；其中，M为大于4的整数。如图1所示，第二辐射臂510可以包括第二辐射体511，并且第二辐射体511可以是由5个辐射段5111围合形成的五边形环状结构；第二辐射臂520可以包括第二辐射体521，并且第二辐射体521可以是由5个辐射段5211围合形成的五边形环状结构。

本发明实施例中，第一辐射体中包括的辐射段的数目与第二辐射体中包括的辐射段的数目可以相同，即N可以等于M，第一辐射体和第二辐射体呈相同的多边形环状结构。例如图1所示，第一辐射体411(或第一辐射体421)和第二辐射体511(或第二辐射体521)均可以是由5个辐射段围合形成的五边形环状结构。或者，第一辐射体中包括的辐射段的数目与第二辐射体中包括的辐射段的数目可以不同，即N可以不等于M，第一辐射体和第二辐射体均呈不同的多边形环状结构。例如图2所示，为本发明实施例提供的双极化宽带辐射单元的结构示意图之二，第一辐射体411(或第一辐射体421)可以是由5个辐射段围合形成的五边形环状结构，而第二辐射体511(或第二辐射体521)可以是由6个辐射段围合形成的六边形环状结构。

进一步地，本领域技术人员可以根据经验和实际情况来确定N(或M)的取值，具体不做限定。

需要说明的是，本发明实施例中，第一偶极子(或第二偶极子)中的辐射体的数目可以只有一个，或者也可以有多个，本领域技术人员可以根据经验和实际情况来设置，具体不做限定。

如此，采用多个辐射段围合而成的第一辐射体(或第二辐射体)呈多边形环状结构，该结构能够在电长度不变的情况下，丰富了电流的路径，展宽了辐射单元的工作频段，提高了辐射单元的阻抗特性并且能够在一定程度上改善隔离度。

以第一偶极子为例，图3a示例性示出了本发明实施例提供的第一偶极子的结构示意图之一，如图3a所示，第一偶极子400可以包括相互对称第一辐射臂410和第一辐射臂420。其中，第一辐射臂410可以包括沿辐射单元周向依次设置的两个第一辐射体411，且任意一个第一辐射体411可以是由5个辐射段围合形成的五边形环状结构，进一步地，两个第一辐射体411之间可以具有共用的第一辐射段4112；相应地，第一辐射臂420也可以包括沿辐射单元周向依次设置的两个第一辐射体421，且任意一个第一辐射体421也可以是由5个辐射段围合形成的五边形环状结构，进一步地，两个第一辐射体421之间可以具有共用的第一辐射段4212。

如此，第一偶极子中可以具有两个多边形环状结构的第一辐射体，能够进一步地拓展辐射单元的带宽，同时能够提高双极化宽带辐射单元的辐射性能，这种结构的辐射单元具有更好的极化对称性，并且还具有较高的极化交叉鉴别率。

进一步地，如图3b所示，为本发明实施例提供的第一偶极子的结构示意图之二。第一辐射臂410还可以具有至少一个第一镂空区域412，且，第一镂空区域412可以设置于第一辐射段4112上；相应地，第一辐射臂420也可以具有至少一个第一镂空区域422，且，第一镂空区域422可以设置于第一辐射段4212上。采用这种结构，能够减轻辐射单元的重量，减少辐射单元的制造费用。

进一步地，两个第一辐射体之间朝远离辐射单元中心的方向可以形成有第一缺口。如图3c所示，为本发明实施例提供的第一偶极子的结构示意图之三。第一辐射臂410中包括的两个第一辐射体411之间远离辐射单元中心(图3c中示出的O点)的方向可以形成有第一缺口413；相应地，第一辐射臂420中包括的两个第一辐射体421之间远离辐射单元中心(图3c中示出的O点)的方向可以形成有第一缺口423。如此，由于第一缺口的存在，能够电长度不变的情况下，丰富了电流的路径，展宽了辐射单元的工作频段，提高了辐射单元的阻抗特性。

以第二偶极子为例，图4a示例性示出了本发明实施例提供的第二偶极子的结构示意图之一，如图4a所示，第二偶极子500可以包括相互对称第二辐射臂510和第二辐射臂520。其中，第二辐射臂510可以包括沿辐射单元周向依次设置的两个第二辐射体511，且任意一个第二辐射体511可以是由5个辐射段围合形成的五边形环状结构，进一步地，两个第二辐射体511之间可以具有共用的第二辐射段5112；相应地，第二辐射臂520也可以包括沿辐射单元周向依次设置的两个第二辐射体521，且任意一个第二辐射体521也可以是由5个辐射段围合形成的五边形环状结构，进一步地，两个第二辐射体521之间可以具有共用的第二辐射段5212。

如此，第二偶极子中可以具有两个多边形环状结构的第二辐射体，能够进一步地拓展辐射单元的带宽，同时能够提高双极化宽带辐射单元的辐射性能，这种结构的辐射单元具有更好的极化对称性，并且还具有较高的极化交叉鉴别率。

进一步地，如图4b所示，为本发明实施例提供的第二偶极子的结构示意图之二。第二辐射臂510还可以具有至少一个第二镂空区域512，且，第二镂空区域512可以设置于第二辐射段5112上；相应地，第二辐射臂520也可以具有至少一个第二镂空区域522，且，第二镂空区域522可以设置于第二辐射段5212上。采用这种结构，能够减轻辐射单元的重量，减少辐射单元的制造费用。

本发明实施例中，第二镂空区域(或第一镂空区域)可以为多种形状，比如三角形、矩形、多边形、圆形、不规则图形等，具体不做限定。

进一步地，两个第二辐射体之间朝远离辐射单元中心的方向可以形成有第二缺口。如图4c所示，为本发明实施例提供的第二偶极子的结构示意图之二。第二辐射臂510中包括的两个第二辐射体511之间远离辐射单元中心(图4c中示出的O点)的方向可以形成有第二缺口513；相应地，第二辐射臂520中包括的两个第二辐射体521之间远离辐射单元中心(图4c中示出的O点)的方向可以形成有第二缺口523。如此，由于第二缺口的存在，能够电长度不变的情况下，丰富了电流的路径，展宽了辐射单元的工作频段，提高了辐射单元的阻抗特性。

本发明实施例中，第二缺口(或第一缺口)的形状可以为多种形状，比如图4b中示出的第二缺口的形状为V形，或者，缺口的形状也可以为半圆形、矩形、不规则形状等，本领域技术人员可以根据经验和实际情况来设置缺口的形状，具体不做限定。

本发明实施例中，第一辐射体远离辐射单元中心的一端可以呈弯折状，相应地，第二辐射体远离辐射单元中心的一端也可以呈弯折状。进一步地，第一辐射体(或第二辐射体)可以向上弯折，也可以向下弯折，具体不做限定。更进一步地，第一辐射体(或第二辐射体)弯折的角度可以有多种可能，比如，可以呈90°弯折，或者也可以呈45°弯折，或者还可以以其它角度弯折，具体不做限定。

图5示例性示出了本发明实施例提供的一种弯折状的双极化宽带辐射单元的结构示意图，如图5所示，第一辐射体411(或第一辐射体421)远离辐射单元中心(图5中示出的O点)的一端可以向下弯折，且弯折的角度可以为90°；相应地，第二辐射体511(或第二辐射体521)远离辐射单元中心(图5中示出的O点)的一端也可以向下弯折，且弯折的角度也可以为90°。如此，本发明实施例中的双极化宽带辐射单元安装到天线后，弯折的辐射臂可以使得天线的结构更加小型化，相比于同样电长度下不弯折的辐射臂而言，能够增加天线中相邻辐射单元之间的距离，从而提高相邻辐射单元之间的隔离度；进一步地，弯折的辐射臂还可以弥补极化的不对称性，改善辐射单元的辐射性能。

进一步地，如图5所示，任意两个辐射臂的相邻的边缘之间可以呈形状，如此，能够有效减小偶极子之间的耦合，提高偶极子之间的隔离度。

进一步地，第一辐射体(或第二辐射体)的长度可以为0.2个波长-0.3个波长。一个示例中，以第一辐射体不弯折为例，如图6a所示，为本发明实施例提供的一种不弯折的第一辐射体的长度的示意图，第一辐射体411中远离辐射单元的中心点(图6a中示出的O点)的边缘处与辐射单元的中心点(图6a中示出的O点)之间的距离(图6a中示出的L)的长度可以为0.2-0.3个波长，比如为0.25个中心频点波长。相应地，第二辐射体在不弯折的情况下，其长度也可以参考上文说描述的内容，此处不再详细描述。

另一个示例中，以第一辐射体弯折为例，第一辐射体的弯折部分的长度与所述第一辐射体的未弯折部分的长度之和可以为0.2个波长-0.3个波长。如图6b所示，为本发明实施例提供的一种弯折的第一辐射体的长度的示意图，辐射单元的中心点(图6b中示出的O点)与第一辐射体411弯折处之间的距离D1，以及第一辐射体411中远离辐射单元的中心点(图6b中示出的O点)的边缘处与第一辐射体411的弯折处之间的距离D2，两个距离之和(即D1+D2)可以0.2-0.3个波长，比如为0.25个中心频点波长。相应地，第二辐射体在不弯折的情况下，第一辐射体的弯折部分的长度与所述第一辐射体的未弯折部分的长度之和可以为0.2个波长-0.3个波长此处不再详细描述。

为了更加清楚地介绍双极化宽带辐射单元的结构，下面从整体角度、主视角度、仰视角度来介绍双极化宽带辐射单元。图7a示例性示出了本发明实施例提供的整体角度的辐射单元的结构示意图，图7b示例性示出了本发明实施例提供的主视角度的辐射单元的结构示意图，图7c示例性示出了本发明实施例提供的仰视角度的辐射单元的结构示意图。

以图7a示出的结构为例，馈电巴伦的底部可以安装在底座200上，馈电巴伦的顶部可以与第一辐射臂410、第一辐射臂420(或第二辐射臂520、第二辐射臂520)靠近辐射单元的中心点的边缘处连接，如此，馈电网络中的线缆就可以通过馈电巴伦对辐射臂进行馈电。

进一步地，馈电巴伦的顶部与底部之间的距离可以为0.25个中心频点波长，本领域技术人员可以根据经验和实际情况设置该距离，具体不做限定。

更进一步地，如图7a所示，根据偶极子的数目不同，馈电巴伦的数据也不同。以辐射单元100包括第一偶极子和第二偶极子为例，第一偶极子(即图中示出的第一辐射臂410和第一辐射臂420)可以对应第一馈电巴伦301、第二偶极子(即图中示出的第二辐射臂510和第二辐射臂520)可以对应第二馈电巴伦302。每个馈电巴伦的内表面可以设置有走线凹槽，例如，图7a示出的第一馈电巴伦301可以设置有第一走线凹槽3011，第二馈电巴伦302可以设置有第二走线凹槽3021，馈电网络中的线缆可以分别通过第一走线凹槽3011和第二走线凹槽3021对对应的辐射臂进行馈电。

以第一馈电巴伦301为例，第一馈电巴伦301的顶部与第一走线凹槽3011对应的位置可以设置有第一走线孔3012，第一馈电巴伦301的顶部在远离第一走线孔3012的位置设置有金属柱3013、金属柱3014。采用这种结构，馈电网络中的线缆可以沿着第一走线凹槽3011从第一走线孔3012中穿出，并与馈电片(图中未示出)的一端焊接在一起，馈电片的另一端与金属柱3013、金属柱3014焊接，如此，可以对第一辐射臂410和第一辐射臂420进行馈电。

类似地，第二馈电巴伦302的结构可以参考第一馈电巴伦301进行设置，在此不再赘述。

本发明实施例中，双极化宽度辐射单元可以为拆分式的结构，即底座200、馈电巴伦300、两个交叉极化的偶极子(即第一偶极子400、第二偶极子500)之间可以相互独立，通过焊接、螺栓连接等方式进行连接；或者，双极化宽度辐射单元也可以为一体化压铸成型的结构，采用这种结构容易制造，且结构较为简单，应用范围更广。

基于同样的发明构思，图8示例性示出了本发明实施例提供的一种天线的结构示意图，如图8所述，天线800包括反射板801和上述的至少一个辐射单元100，每个辐射单元100可以设置于反射板801上。

具体来说，每个辐射单元100可以通过底座200安装在反射板801上。本发明实施例中，辐射单元100与反射板之间的安装方式可以有多种，例如，底座200与反射板之间可以通过螺纹连接。进一步地，反射板801可以包括底板8011、与底板8011连接且相对设置的侧壁8012和侧壁8013，辐射单元100可以根据偶极子相对于任一侧壁的安装方向进行安装，例如，图8中示出的偶极子相对于任一侧壁的安装方向形成±45°极化。更进一步地，多个辐射单元100可以按照一定间距呈直线状安装在反射板801上，从而可以形成宽带阵列天线。采用这种结构，由于每个辐射单元的辐射臂呈弯折状，可以使得天线的结构更加小型化，从而增加天线中相邻辐射单元之间的距离，进而提高相邻辐射单元之间的隔离度。

基于上文所描述的内容，图9a示例性示出了本发明实施例中的辐射单元的电压驻波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)的示意图，从图9a中可以看出，采用本发明实施例提供的辐射单元，在较宽的工作频段(具体在实际应用时，该工作频段不限于图9a中所示的工作频段)内具有良好的阻抗匹配性能。

图9b示例性示出了本发明实施例中的辐射单元的隔离度的示意图，从图9b中可以看出，采用本发明实施例中的辐射单元，两个交叉极化的偶极子之间的隔离度较好。

图9c示例性示出了本发明实施例中的辐射单元的水平面方向的示意图，从图9c中可以看出，本发明实施例中的辐射单元具有良好的方向特性和极化对称性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种双极化宽带辐射单元，其特征在于，包括两个交叉极化的偶极子，两个所述偶极子分别为第一偶极子和第二偶极子，所述第一偶极子包括两个相互对称的第一辐射臂，所述第二偶极子包括两个相互对称的第二辐射臂，所述第一辐射臂包括由N个辐射段围合形成的第一辐射体，所述第二辐射臂包括由M个辐射段围合形成的第二辐射体，所述第一辐射体和所述第二辐射体均呈多边形环状结构；N和M均为大于4的整数。

2.根据权利要求1所述的双极化宽带辐射单元，其特征在于，所述第一辐射臂包括沿所述辐射单元周向依次设置的两个所述第一辐射体，所述两个第一辐射体之间具有共用的第一辐射段；

所述第二辐射臂包括沿所述辐射单元周向依次设置的两个所述第二辐射体，所述两个第二辐射体之间具有共用的第二辐射段。

3.根据权利要求2所述的双极化宽带辐射单元，其特征在于，两个所述第一辐射体之间朝远离所述辐射单元中心的方向形成有第一缺口。

4.根据权利要求2所述的双极化宽带辐射单元，其特征在于，两个所述第二辐射体之间朝远离所述辐射单元中心的方向形成有第二缺口。

5.根据权利要求2所述的双极化宽带辐射单元，其特征在于，所述第一辐射臂还具有至少一个第一镂空区域，所述第一镂空区域设置于所述第一辐射段上；

所述第二辐射臂还具有至少一个第二镂空区域，所述第二镂空区域设置于所述第二辐射段上。

6.根据权利要求1所述的双极化宽带辐射单元，其特征在于，所述第一辐射体远离所述辐射单元中心的一端呈弯折状；

所述第二辐射体远离所述辐射单元中心的一端呈弯折状。

7.根据权利要求6所述的双极化宽带辐射单元，其特征在于，所述第一辐射体的弯折部分的长度与所述第一辐射体的未弯折部分的长度之和为0.2个波长-0.3个波长；

所述第二辐射体的弯折部分的长度与所述第二辐射体的未弯折部分的长度之和为0.2个波长-0.3个波长。

8.根据权利要求1所述的双极化宽带辐射单元，其特征在于，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂相邻的边缘之间呈形状。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的双极化宽带辐射单元，其特征在于，所述辐射单元为一体化压铸成型的结构。

10.一种天线，其特征在于，所述天线包括反射板、以及权利要求1至9中任一项所述的至少一个辐射单元，所述辐射单元设置于所述反射板上。