CN109599668A - 一种低剖面双极化振子单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低剖面双极化振子单元，涉及通信技术领域，该振子单元包括盖片、振子和基座板，振子片为双面PCB板，其中一面由底部向上部覆盖有由铜箔形成的巴伦，其另一面由顶部向下部覆盖有铜箔，两面铜箔重合区域形成分布式电容，所述重合区域的两面铜箔通过细铜箔及金属化过孔进行连接，所述的细铜箔形成分布式电感；本发明降低了振子单元的剖面高度，振子臂离底板之间电流耦合增大，改变了振子臂的电流分布，从而改变了其输入阻抗，难以匹配，通过在巴伦上串联一个并联的分布式电容和分布式电感，拓宽了振子单元的带宽，不仅实现了超宽带范围的匹配，获得良好的匹配隔离特性，同时获得了超宽带范围内稳定的方向图和高交叉极化。

Description

一种低剖面双极化振子单元

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种低剖面双极化振子单元。

背景技术

随着移动通信技术的迅速发展，基站上的天面资源的紧张，基站天线不仅要求具有良好的宽频高辐射性能，同时也需要天线的小型化。振子单元是移动通信基站系统天线中一个重要的部件，其好坏直接影响天线的整体性能，其尺寸同样影响天线的整体尺寸。

现有技术中振子单元高度一般采用大于或等于四分之一中心工作波长如公开号为CN 103367897的发明专利《小型化高隔离度宽频带双极化印刷偶极子天线》，这样有利于振子匹配和巴伦平衡，但却存在如下问题：由于振子本身的高度限制，无法降低天线的厚度很难实现天线小型化；振子本身前后比差，需要在振子旁边增加边界来实现好的前后比，这样不仅会增加了成本，同时也会使交叉极化变差。公开号为CN 101877434的发明专利申请《一种偶极子天线单元及其制造方法》中提出了一种降低振子高度的方法，但需要在振子臂之间加载介质元件，增加成本和结构的不稳定性。

另外，目前多频阵列天线拥有大量的需求；在多频阵列设计当中，通常是将不同频段的两列阵列镶嵌放置来实现多频小型化的性能，这样各振子单元就需要具有一定的带外抑制效果的来改善不同频率之间的相互影响，也就是说具高异频隔离度的振子单元设计具有重要的意义。

发明内容

本发明针对背景技术的问题提供一种低剖面双极化振子单元，降低了振子单元的剖面高度，振子臂离底板之间电流耦合增大，改变了振子臂的电流分布，从而改变了其输入阻抗，难以匹配，通过在巴伦上串联一个并联的分布式电容和分布式电感，拓宽了振子单元的带宽，不仅实现了超宽带范围的匹配，获得良好的匹配隔离特性，同时获得了超宽带范围内稳定的方向图和高交叉极化。

为了实现上述目的，本发明提出一种低剖面双极化振子单元，该振子单元包括：盖片、振子和基座板，振子通过插接的方式设置于盖片与基座板之间；所述的振子包括两片正交插接的振子片，振子高度小于0.2倍中心工作波长，即振子盖片顶面到基座板底面的距离小于0.2倍中心工作波长；

所述振子片为双面PCB板，其中一面由底部向上部覆盖有由铜箔形成的巴伦，其另一面由顶部向下部覆盖有铜箔，两面铜箔重合区域形成分布式电容，所述重合区域的两面铜箔通过细铜箔及金属化过孔进行连接，所述的细铜箔形成分布式电感。

优选地，所述的振子片，在覆盖有巴伦的一面，细铜箔的一端连接重合区域铜箔的下方，另一端连接金属化过孔；在顶部覆盖有铜箔的一面，所述细铜箔的一端连接重合区域铜箔的上方，另一端连接金属化过孔。

优选地，所述细铜箔采用高阻抗线。

优选地，所述巴伦的对面覆盖有与馈线相连接的匹配电路。

优选地，所述两片正交插接的振子片形成具有四瓣叶片状的振子，在两片振子片的中间位置设置有上下相互对应的开槽。

优选地，所述盖片包括四个两两呈正交分布的辐射臂，形成两对正交的对称辐射组合。

优选地，所述盖片设置有用于与振子配合插接的通孔。

优选地，所述基座板设置有用于与振子配合插接的凹槽。

优选地，该振子单元工作于1700～2700MHz频段范围，所述中心工作波长指1700～2700MHz频段范围内的中心频点的波长。

优选地，所述基座板还设置有多个安装孔。

本发明提出一种低剖面双极化振子单元，具有如下有益效果：

1、本发明提供的双极化振子单元的剖面高度小于五分之一中心波长，从而降低了振子单元高度，有利于减小天线体积，便于实现天线小型化；

2、本发明降低了振子单元的剖面高度，振子臂离底板之间电流耦合增大，改变了振子臂的电流分布，从而改变了其输入阻抗，难以匹配，通过在振子片的两面重合覆盖铜箔和细铜箔的设置，使巴伦上串联一个并联的分布式电容和分布式电感，拓宽了振子单元的带宽，不仅实现了超宽带范围的匹配，获得良好的匹配隔离特性，同时获得了超宽带范围内稳定的方向图和高交叉极化；

3、本发明的振子单元与低频振子间的耦合度较小，即具有较高的异频隔离度，高低频相互影响小，在实现多频多端口天线时，高低频间距可以缩小，可大大减小了天线的体积。同时不需要级联滤波器，减少天线中滤波器的损耗，提高了天线的增益；

4、本发明的振子单元容易加工，安装方便，由于把分布式电容和电感串联到了巴伦上，故不需要额外的电路或者介质加载。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例中振子单元整体结构示意图；

图2为本发明一种实施例中振子单元的爆炸结构示意图；

图3为本发明一种实施例中振子片的含巴伦面的结构示意图；

图4为本发明一种实施例中振子片的含匹配电路面的结构示意图；

图5为本发明一种实施例中振子单元的分布式电容和分布式电感的等效电路图；

图6为本发明一种实施例中振子单元安装在天线底板上的结构示意图；

图7为本发明一种实施例中振子单元的回波和隔离图；

图8为本发明一种实施例中振子单元的水平面主极化方向图的仿真结果图；

图9为本发明一种实施例中振子单元的水平面主极化和交叉极化方向图的仿真结果图；

图10为本发明一种实施例中振子单元，以及普通高频振子单元与低频振子单元的隔离度对比图；

标号说明：

1-盖片、2-振子、3-基座板、4-底板、11-辐射臂、12-通孔、21-第二凸台、22-第一凸台、23-铜箔、24-细铜箔、25-金属化过孔、26-铜箔、27-匹配电路、31-凹槽、32-安装孔；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种低剖面双极化振子单元；

本发明一种优选实施例中，如图1所示，该振子单元包括：盖片1、振子2和基座板3，振子2通过插接的方式设置于盖片1与基座板3之间；所述的振子2包括两片正交插接的振子片，相互插接的振子片形成具有四瓣叶片的振子，振子高度小于0.2倍中心工作波长；所述振子单元工作于1700～2700MHz频段范围，中心工作波长是指此频段范围内的中心波长；

本发明实施例中，如图2所示，所述振子2包括两片正交插接的振子片，振子片为双面PCB板，两块振子片的叶片中央分别设置相互对应的开槽，在靠近盖片的振子片(设置于上端的振子片)上的开槽的开口朝下，靠近基座板的振子片(设置于下端的振子片)上的开槽的开口朝上，与上端的振子片的开槽相对应设置，实现两块振子片的相互插接，并形成具有四瓣叶片的振子2；实际应用中，两块振子片之间也可以采用其他方式实现相互插接即可；

本发明实施例中，如图2至图4所示，两块振子片的顶部均设置有第一凸台22、底部均设置有第二凸台21，振子片的叶片一面的由底部向上覆盖有矩形铜箔23形成的巴伦，另一面顶部也覆有矩形铜箔26，两面矩形铜箔重合区域形成分布式电容；在底部覆盖有铜箔的一面，所述细铜箔24的一端连接重合区域铜箔的下方，另一端连接金属化过孔25；在顶部覆盖有铜箔的一面，所述细铜箔24的一端连接重合区域铜箔的上方，另一端连接金属化过孔25；所述细铜箔24为高阻抗线，形成分布式电感；该结构设计在巴伦上串联了一个并联的分布式电容和电感，其等效电路如图5所示，在振子片上巴伦的对面覆盖有匹配电路27，其与馈线相连接，对整个振子进行馈电；

本发明实施例中，如图2所示，盖片1包括四个辐射臂11且四个辐射臂11两两呈正交分布，以形成两对正交的对称辐射组合，每一个辐射臂11上均设置有一个通孔12，该通孔12与振子片顶部的第一凸台22相对应，以将所述两块振子片插接在一起，其不仅增强了振子单元的结构的稳定性，同时也为盖片1上的辐射臂11与振子片上的巴伦电连接创造条件。

本发明实施例中，盖片1采用印刷电路板制成，印刷电路板中的介质只起到支撑辐射臂11的作用，故盖片也可以用铝板或铝合金制成，而不需要介质支撑。

本发明实施例中，如图2所示，基座板3上设有与第二凸台21相匹配的凹槽31，两块振子片底部通过第二凸台21与凹槽31的匹配与基座板3插接；

本发明实施例中，振子片的底部第二凸台21可以设计为多段不连续的结构，对应地，在基座板3上设置的凹槽31也为不连续的凹槽31；本发明实施例中是以将各块振子片的底部第二凸台21以及对应的基座板3上的凹槽31均设计成两段不连续的结构，实际应用中，也可以设计成多段不连续结构；而且，实际应用中，也可以将各块振子片的底部第二凸台21以及对应的基座板3上的凹槽31均设计成连续结构，如凹槽31在基座板3上可以呈现为“十”字结构状。

在本发明实施例中，如图6所示，基座板3上还设有6个安装孔32，以便整个振子单元固定到天线的底板4上，基座板3与天线底板4邻近的面覆有铜箔，铜箔上边覆盖一层绿油，以实现基座板与底板电耦合连接。

在本发明实施例中，如图7所示，为本实施例提供的一种低剖面双极化振子单元在金属平板上的隔离和回波，可以看出单个振子的两个极化回波都在14dB以上，隔离度在35dB以上，说明该单元振子匹配良好，两极化间相互影响小。同时，图8和图9也给出了单个振子的远场方向图，选取了1710-2700MHz四个有代表性的频点方向图，可以看出10dB波瓣基本满足120度的波瓣宽度，同时3dB波瓣宽度也在61-67度之间，前后比大于25dB。另外，0度交叉极化大于25dB，±60度交叉极化大于10dB。可以看出该振子单元不仅在宽频带内具有稳定方向图，同时具有高交叉极化，且不需要增加任何边界。

在本发明实施例中，如图10所示，为本发明所提出的低剖面双极化振子单元，以及普通高频振子单元与低频振子单元放在一起时隔离度，所述普通高频振子工作在于1700～2700MHz频段范围，振子高度为四分之一中心波长，所述低频振子工作在于690～960MHz频段范围，高低频单元间距都为95mm，可以看出普通高频振子与低频振子在690～960MHz频段范围内的隔离度仅为21dB，而本发明振子与低频振子在690～960MHz频段范围内的隔离度高达36dB以上。由此可见使用本发明中的振子单元具有较高的异频隔离度；高低频放在一起时，高频振子对低频振子的影响小，有利于天线小型化。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低剖面双极化振子单元，该振子单元包括：盖片、振子和基座板，振子通过插接的方式设置于盖片与基座板之间；所述的振子包括两片正交插接的振子片，振子高度小于0.2倍中心工作波长，即振子盖片顶面到基座板底面的距离小于0.2倍中心工作波长；

其特征在于，

所述振子片为双面PCB板，其中一面由底部向上部覆盖有由铜箔形成的巴伦，其另一面由顶部向下覆盖有铜箔，两面铜箔重合区域形成分布式电容，所述重合区域的两面铜箔通过细铜箔及金属化过孔进行连接，所述的细铜箔形成分布式电感。

2.根据权利要求1所述的低剖面双极化振子单元，其特征在于，所述的振子片，在覆盖有巴伦的一面，细铜箔的一端连接重合区域铜箔的下方，另一端连接金属化过孔；在顶部覆盖有铜箔的一面，所述细铜箔的一端连接重合区域铜箔的上方，另一端连接金属化过孔。

3.根据权利要求1所述的低剖面双极化振子单元，其特征在于，所述细铜箔采用高阻抗线。

4.根据权利要求1所述的低剖面双极化振子单元，其特征在于，所述巴伦的对面覆盖有与馈线相连接的匹配电路。

5.根据权利要求1所述的低剖面双极化振子单元，其特征在于，所述两片正交插接的振子片形成具有四瓣叶片状的振子，在两片振子片的中间位置设置有上下相互对应的开槽。

6.根据权利要求1所述的低剖面双极化振子单元，其特征在于，所述盖片包括四个两两呈正交分布的辐射臂，形成两对正交的对称辐射组合。

7.根据权利要求1所述的低剖面双极化振子单元，其特征在于，所述盖片设置有用于与振子配合插接的通孔。

8.根据权利要求1所述的低剖面双极化振子单元，其特征在于，所述基座板设置有用于与振子配合插接的凹槽。

9.根据权利要求1所述的低剖面双极化振子单元，其特征在于，该振子单元工作于1700～2700MHz频段范围，所述中心工作波长指1700～2700MHz频段范围内的中心频点的波长。

10.根据权利要求1所述的低剖面双极化振子单元，其特征在于，所述基座板还设置有多个安装孔。