CN109742521B - 一种双极化辐射单元和天线 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种双极化辐射单元和天线。该双极化辐射单元包括两组极化正交的振子臂、PCB板和两条微带线，振子臂设置于PCB板的第一面上，振子臂的顶部与第一面之间的高度在预设范围内，相邻振子臂之间设置有第一缝隙，第一面上具有第二缝隙，第二缝隙位于第一缝隙在PCB板的投影内，微带线设置于PCB板的第二面，微带线位于第二缝隙在PCB板的投影内，第一面和第二面为PCB板相背离的两个面，其中，微带线通过第二缝隙进行电磁耦合馈电，并通过第一缝隙沿振子臂辐射电磁波。由于振子臂的顶部与第一面之间的高度在预设范围内，在整体结构上可以提供一种紧凑的辐射单元，从而实现天线的小型化设计。

Description

一种双极化辐射单元和天线

技术领域

本申请实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种双极化辐射单元和天线。

背景技术

随着移动通信技术的飞速发展，移动通信网络制式越来越多，使得现今的基站天线必须具备兼容多种通信制式进行通信的功能。

常规的基站通信系统采用±45°极化组合天线，为了兼顾超带宽性能，天线的辐射单元大多采用半波振子结构，为了提高辐射单元特性，辐射面与反射板之间的距离为0.25倍的中心频点波长，这导致辐射单元的高度必须达到70至80毫米之间，从而限制了天线的小型化。

综上，亟需一种双极化的辐射单元，用于提供一种结构紧凑的辐射单元，从而实现天线的小型化设计。

发明内容

本申请实施例提供一种通信方法双极化的辐射单元和天线，用于提供一种结构紧凑的辐射单元，从而实现天线的小型化设计。

本申请实施例提供一种双极化辐射单元，包括两组极化正交的振子臂、PCB板和两条微带线，振子臂设置于PCB板的第一面上，振子臂的顶部与第一面之间的高度在预设范围内，相邻振子臂之间设置有第一缝隙，第一面上具有第二缝隙，第二缝隙位于第一缝隙在PCB板的投影内，微带线设置于PCB板的第二面，微带线位于第二缝隙在PCB板的投影内，第一面和第二面为PCB板相背离的两个面，其中，微带线通过第二缝隙进行电磁耦合馈电，并通过第一缝隙沿振子臂辐射电磁波。

可选的，第一缝隙之间呈对角设置，第二缝隙之间呈对角设置，两条微带线呈对角设置。

可选的，振子臂的底部与振子臂的顶部之间的高度为双极化辐射单元工作频段中心频点波长λ的0.03125-0.5倍。

可选的，每组振子臂根据PCB板的中心点对称设置，每组振子臂中的任一振子臂包括M个子振子臂，M为正整数。

可选的，振子臂呈漏斗结构，振子臂的第一开口靠近PCB板的中心点，振子臂的第二开口远离PCB板的中心点，其中，第二开口大于第一开口，第一开口高度小于第二开口的高度。

可选的，振子臂的第二开口的最大距离为[0.25λ，1.5λ]。

可选的，还包括导片，导片和振子臂的第二开口的一侧连接。

可选的，PCB板的第一面和振子臂的底部固定连接，PCB板的第一面和振子臂的底部之间设置有绝缘材料。

可选的，第一面为金属层，第二面为介质材料层，微带线印刷于介质材料层。

可选的，两条微带线中的每条微带线的两端为“L”形开路结构。

可选的，双极化辐射单元还包括反射板，反射板通过绝缘连接部件与PCB板固定连接。

本申请实施例提供一种天线，包括如上述实施例中任一项所述的双极化辐射单元。

本申请实施例中，包括两组极化正交的振子臂、PCB板和两条微带线，振子臂设置于PCB板的第一面上，振子臂的顶部与第一面之间的高度在预设范围内，相邻振子臂之间设置有第一缝隙，第一面上具有第二缝隙，第二缝隙位于第一缝隙在PCB板的投影内，微带线设置于PCB板的第二面，微带线位于第二缝隙在PCB板的投影内，第一面和第二面为PCB板相背离的两个面，其中，微带线通过第二缝隙进行电磁耦合馈电，并通过第一缝隙沿振子臂辐射电磁波。由于振子臂11、12、13和14的顶部与第一面21之间的高度在预设范围内，因此，在整体结构上可以提供一种紧凑的辐射单元，比如整个辐射单元的高度在40至50毫米左右，从而实现天线的小型化设计。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供一种双极化辐射单元的结构示意图；

图2为本申请实施例提供一种双极化辐射单元的结构示意图；

图3为本申请实施例提供一种双极化辐射单元的俯视示意图；

图4为本申请实施例提供一种振子臂的结构示意图；

图5为本申请实施例提供一种振子臂的结构示意图；

图6为本申请实施例提供一种振子臂的结构示意图；

图7为本申请实施例提供一种振子臂的结构示意图；

图8为本申请实施例提供一种振子臂的结构示意图；

图9为本申请实施例提供一种振子臂的结构示意图；

图10为本申请实施例提供一种振子臂的结构示意图；

图11为本申请实施例提供一种振子臂的结构示意图；

图12为本申请实施例提供一种振子臂和PCB板了固定的结构示意图；

图13为本申请实施例提供一种振子臂和PCB板了固定的结构示意图；

图14为本申请实施例提供一种微带线的结构示意图；

图15为本申请实施例提供一种辐射单元的结构示意图；

图16为本申请实施例提供一种辐射单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

图1和图2示例性示出了本申请实施例适用的一种双极化辐射单元的结构示意图，图1是该双极化辐射单元是基于顶面的视角图，图2是该双极化辐射单元基于底面的视角图。如图1和图2所示，包括两组极化正交的振子臂11、12、13和14，PCB板20和两条微带线31和32，第一面21和第二面22为PCB板相背离的两个面。

振子臂11、12、13和14设置于PCB板20的第一面21上，振子臂11、12、13和14的顶部与第一面21之间的高度在预设范围内。相邻振子臂11、12、13和14之间设置有第一缝隙101、102、103和104。PCB板20的第一面21上具有第二缝隙201、202、203和204，第二缝隙201、202、203和204位于第一缝隙101、102、103和104在PCB板20的投影内。微带线31和32设置于PCB板20的第二面22，微带线31和32位于第二缝隙201、202、203和204在PCB板20的投影内。具体地，微带线31与第二缝隙201和203位置对应，微带线32与第二缝隙202和204位置对应。

本申请实施例中，微带线31和32通过第二缝隙201、202、203和204进行电磁耦合馈电，并通过第一缝隙101、102、103和104沿振子臂11、12、13和14辐射电磁波。由于振子臂11、12、13和14的顶部与第一面21之间的高度在预设范围内，因此，在整体结构上可以提供一种紧凑的辐射单元，比如整个辐射单元的高度在40至50毫米左右，从而实现天线的小型化设计。

本申请实施例中，每个第一缝隙101、102、103左右相邻的振子臂为一组极化的辐射振子臂。为了满足双极化正交的要求，振子臂11和振子臂13可以是根据PCB板20的中心点对称设置的，同理，振子臂12和振子臂14可以是根据PCB板20的中心点对称设置的。因此，一种可选的实施方式中，第一缝隙101、102、103和104在PCB板20上的投影在PCB板20的相对的两条边的中点连线上。即第一缝隙101和103的投影在PCB板20一组相对的两条边的中点连线上，第一缝隙102和104的投影在PCB板20另一组相对的两条边的中点连线上。相对地，第二缝隙也对应地设置在PCB板20上相对的两条边的中点连线上。

另一种可选的实施方式中，第一缝隙101、102、103和104之间呈对角设置，即第一缝隙101、102、103和104在PCB板20上的投影在PCB板20的对角线上。相对地，第二缝隙201、202、203和204可以是根据PCB板20的中心点对称设置的。图3示例性示出了本申请实施例适用的一种双极化辐射单元的俯视示意图，其中，第一缝隙101和103的投影在PCB板20第一条对角线上，第一缝隙102和104在PCB板20第二条对角线上。PCB板20的第一条对角线具有第二缝隙201和203，PCB板20的第二条对角线具有第二缝隙202和204。

可选的，每个第一缝隙的宽度可以是一样的，且每个第二缝隙的宽度可以是一致的。第一缝隙的宽度和该第一缝隙对应的第二缝隙的宽度可以是一致的，或者第一缝隙的宽度可以大于该第一缝隙对应的第二缝隙的宽度，或者第一缝隙的宽度可以小于该第一缝隙对应的第二缝隙的宽度。

本申请实施例中，两组振子臂中每组振子臂中任一振子臂可以包括M个子振子臂，M为正整数。可选的，每组振子臂可以是对称的，比如，如图1所示的，每个振子臂包含1个子振子臂。也可以如图4所述的振子臂的结构，图4示例性示出了本申请实施例适用的一种振子臂的结构示意图，如图4所示，每个振子臂包含中2个子振子臂，也就是将振子臂11，12，13和14从中间断开，在断开处可以有导片。可选的，每组振子臂可以是不对称的，比如振子臂11和13中，振子臂11可以由2个子振子臂组成，另一个可以有3个振子臂组成。可选的，两组振子臂中可以有一组振子臂是对称的，另一组振子臂是不对称的。图5示例性示出了本申请实施例适用的一种振子臂的结构示意图，如图5所示，振子臂14上开设有一条缝隙，其它振子臂上是没有缝隙的。也可以在一个振子臂上开设多个缝隙。如此，可以通过上述不同方式的振子臂的结构改善振子臂的阻抗匹配值和辐射特性。

下面介绍可选的振子臂的形状，一种可选的实施方式中，每个振子臂11，12，13和14可以是漏斗结构，该漏斗状的振子臂的顶侧和两侧的夹角为60-120度。图6、图7、图8和图9分别示例性示出了本申请实施例适用的一种振子臂的结构示意图，如图6和图7所示，振子臂的第一开口可以是靠近PCB板20的中心点，振子臂的第二开口远离PCB板20的中心点。可选的，振子臂的第二开口大于第一开口，第一开口H1高度小于第二开口H2的高度。可选的，如图8所示，振子臂的第二开口大于第一开口，第一开口高度H1大于第二开口高度H2。如图9所示，振子臂的第二开口大于第一开口，第一开口H1高度等于第二开口H2的高度，越低频的信号走的电流路径越长，并且一边辐射电磁波信号，末端翘起，可以与从反射板反射回来的电磁波信号实现同相位叠加，实现辐射效率最佳，从而提高前后比和增益。

一种可选的实施方式中，振子臂的底部与振子臂的顶部之间的高度为双极化辐射单元工作频段中心频点波长λ的0.03125-0.5倍。换句话说，振子臂的最高点到PCB板的高度(比如图7所示的第二开口高度H2)为工作频段中心频点波长λ的0.03125-0.5倍。基于上述对第二开口高度的限制，振子臂的形状可以是如6、图7、图8和图9提及的漏斗形，还可以是拱形，金字塔形等等。

本申请实施例中，假设工作频段为550MHz至960MHz，则双极化辐射单元工作频段中心频点是指f＝(550+960)/2＝755MHZ。波长等于λ＝1/f。

一种可选的实施方式中，振子臂11，12，13和14的第二开口的最大距离为[0.25λ，1.5λ]。也就是第二开口的宽度为双极化辐射单元工作频段中心频点波长λ的0.25-1.5倍。

为了满足振子臂的阻抗匹配和改善辐射性能，一种可选的实施方式中，振子臂上还连接导片。该导片可以和振子臂任一侧连接。图10和图11分别示例性示出了本申请实施例适用的一种振子臂的结构示意图，如图10和图11所示，导片40和振子臂的第二开口的一侧连接。可选的，导片40可以和振子臂的第一开口的一侧连接，或者和振子臂的两侧相连接，或者如图4所示的在振子臂11，12，13和14的中间断处连接导片40。一种可选的实施方式中，可以在每个振子臂上增加一个导片40，或者在每个子振子臂上增加一个导片40，或者在其中一部分振子臂或者子振子臂上增加一个导片40。

本申请实施例中，一种可选的实施方式中，导片40可以和该导片40连接的振子臂是一体的，也就是说，导片和振子臂在制造时就是被连接在一起的，不是后期加上去的，比如可以直接与振子臂物理上的电气连接，实现一体化设计。另一种可选的实施方式中，导片40可以是后期添加到振子臂上的，比如可以通过焊接的方式或者贴片的方式。

一种可选的实施方式中，PCB板可以接近于正方形。如图1和图2所示，第一面21为金属层，第二面22为介质材料层，而微带线31和32是印刷于介质材料层。

下面介绍可选的振子臂11、12、13和14和PCB板20的固定方式。一种可选的实施方式中，两组极化正交的振子臂11、12、13和14为金属，如此，振子臂11、12、13和14可以通过焊接与PCB板上的金属地固定。另一种可选的实施方式中，两组极化正交的振子臂11、12、13和14可以是非电镀的钣金或者表面电镀金属的注塑塑料，且振子臂11、12、13和14和PCB板上的金属地之间有一层绿油或者塑料薄膜隔绝绝缘，如此，可以通过振子臂上的通孔和PCB板上的通孔将振子臂和PCB板固定起来。如此，可以减少成本，并减轻振子臂的重量。图12和图13示例性示出了本申请实施例适用的一种振子臂和PCB板了固定的结构示意图，如图12和图13所示，振子臂上有4个第一通孔105，PCB板上包括第二通孔23，振子臂可以使用塑料铆钉将第一通孔105和第二通孔23固定，由此固定振子臂和PCB板。

为了改善振子臂的阻抗匹配特兹特性，可以在PCB板20的金属地上镂刻一些缝隙。

一种可选的实施方式中，两条微带线31和32呈对角设置。具体地，微带线31和第二缝隙201和203相对于介质材料层对应，同理，微带线32和第二缝隙202和204相对于介质材料层对应。图14示例性示出了本申请实施例适用的一种微带线的结构示意图，如图14所示，微带线31的输入端为33，微带线32的输入端为34。两条微带线31和32的两端为“L”形开路结构，这是因为调节微带线的开端长度可以有效的抵消缝隙的电抗部分，从而使馈电和缝隙实现阻抗匹配。由于微带线31和微带线32之间具有交叉部分，因此，可选的，微带线31中间可以包含一个金属拱桥，跨过微带线32.。微带线31和32是一个一分二等功率功分。

一种可选的实施方式中，双极化辐射单元还包括反射板，该反射板可以通过绝缘连接部件与PCB板固定连接。图15和图16示例性示出了本申请实施例适用的一种辐射单元的结构示意图，如图15和图16所示，包括反射板41，PCB板20上的多个第三通孔24，反射板41可以通过绝缘连接部件42与第三通孔42连接，以固定反射板41和PCB板20。反射板41的作用是通过振子臂辐射出去的电磁波可以更集中地沿着预设的方向辐射。

一种可选的实施方式中，存在一种天线，可以包括上述介绍的任何一种辐射单元。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做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申请范围的所有变更和修改。

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

Claims (11)

1.一种双极化辐射单元，其特征在于，包括两组极化正交的振子臂、PCB板和印制在PCB板上的两条微带线；

所述振子臂设置于所述PCB板的第一面上，所述振子臂的顶部与所述第一面之间的高度在预设范围内；相邻振子臂之间设置有第一缝隙；

所述第一面上具有第二缝隙；所述第二缝隙位于所述第一缝隙在所述PCB板的投影内；所述振子臂呈漏斗结构；所述振子臂的第一开口靠近所述PCB板的中心点；所述振子臂的第二开口远离所述PCB板的中心点；其中，所述第二开口大于所述第一开口，所述第一开口高度小于所述第二开口的高度；

所述微带线设置于所述PCB板的第二面；所述微带线位于所述第二缝隙在所述PCB板的投影内；所述第一面和所述第二面为所述PCB板相背离的两个面；其中，所述微带线通过所述第二缝隙进行电磁耦合馈电，并通过所述第一缝隙沿所述振子臂辐射电磁波。

2.如权利要求1所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述第一缝隙之间呈对角设置；所述第二缝隙之间呈对角设置；所述两条微带线呈对角设置。

3.如权利要求1所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述振子臂的底部与所述振子臂的顶部之间的高度为所述双极化辐射单元工作频段中心频点波长λ的0.03125-0.5倍。

4.如权利要求1所述的双极化辐射单元，其特征在于，每组振子臂根据所述PCB板的中心点对称设置；所述每组振子臂中的任一振子臂包括M个子振子臂，M为正整数。

5.如权利要求1所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述振子臂的第二开口的最大距离为[0.25λ，1.5λ]；其中，λ为双极化辐射单元工作频段中心频点波长。

6.如权利要求1所述的双极化辐射单元，其特征在于，还包括导片，所述导片和所述振子臂的第二开口的一侧连接。

7.如权利要求1至6任一项所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述PCB板的第一面和所述振子臂的底部固定连接；所述PCB板的第一面和所述振子臂的底部之间设置有绝缘材料。

8.如权利要求1所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述第一面为金属层，所述第二面为介质材料层，所述微带线印刷于所述介质材料层。

9.如权利要求1所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述两条微带线中的每条微带线的两端为“L”形开路结构。

10.如权利要求8所述的双极化辐射单元，其特征在于，所述双极化辐射单元还包括反射板，所述反射板通过绝缘连接部件与所述PCB板固定连接。

11.一种天线，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的双极化辐射单元。

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