CN110098478A - 基站天线及其双极化天线振子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基站天线及其双极化天线振子，由于每个振子单元形成有主极化辐射臂及辅助辐射臂，故电流将沿着主极化辐射臂及辅助辐射臂延伸流动，从而延长电流路径并对电流路径进行规范。进一步的，由于主极化辐射臂沿极化方向延伸，故辐射片上的电流路径也将大部分与振子单元的极化方向一致。与极化方向同向的电流的面积分决定激化场强的大小。由于电流在上述天线振子双极化方向的积分面积显著增加，故增益提高。另外，由于双极化方向电流路径的增加，与极化方向垂直的电流路径相对减少，故激发的交叉极化电流很小，从而有效改善隔离度。因此，上述基站天线及其双极化天线振子的辐射指标得到显著改善。

Description

基站天线及其双极化天线振子

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基站天线及其双极化天线振子。

背景技术

随着世界范围内5G网络计划的推进，新频段基站天线的研发正在大规模开展。由于工作频率的提高，以及基站天线小型化的要求越来越普及，天线振子的小型化及振子间距的缩小成为达成其目标的必要手段。然而，随之而来的问题也同时出现。譬如，天线振子缩小会导致增益下降；而振子间的间距缩小则会造成振子间隔离和耦合度的变差。因此，会导致基站天线的辐射指标不佳。

发明内容

基于此，有必要针对现有天线振子导致天线辐射指标不佳的问题，提供一种可改善辐射指标的基站天线及其双极化天线振子。

一种双极化天线振子，包括辐射片，所述辐射片上形成有两组极化方向正交的振子单元及分别为每个所述振子单元馈电的馈电点，所述辐射片局部镂空，以使每个所述振子单元形成多个主极化辐射臂及连接相邻两个所述主极化辐射臂的辅助辐射臂，所述多个主极化辐射臂均沿对应的所述振子单元的极化方向延伸。

在其中一个实施例中，在同一个所述振子单元中，所述辅助辐射臂相对于所述主极化辐射臂倾斜设置。

在其中一个实施例中，在同一个所述振子单元中，所述辅助辐射臂的长度之和小于所述多个主极化辐射臂的长度之和。

在其中一个实施例中，每个所述振子单元均为轴对称结构，对称轴沿对应的所述振子单元的极化方向延伸并穿过所述馈电点。

在其中一个实施例中，所述辐射片为全金属结构。

在其中一个实施例中，还包括设置于所述馈电点的金属馈电柱，且所述金属馈电柱与所述辐射片一体成型。

在其中一个实施例中，部分所述主极化辐射臂围绕形成一收容空间，其余所述主极化辐射臂位于所述收容空间内。

在其中一个实施例中，所述主极化辐射臂包括由所述馈电点依次连接的第一主极化辐射臂、第二主极化辐射臂、第三主极化辐射臂、第四主极化辐射臂、第五主极化辐射臂、第六主极化辐射臂、第七主极化辐射臂及第八主极化辐射臂，所述第一主极化辐射臂及所述第七主极化辐射臂与所述第八主极化辐射臂并列且间隔设置，以形成所述收容空间，所述第二主极化辐射臂、第三主极化辐射臂、第四主极化辐射臂、第五主极化辐射臂及第六主极化辐射臂位于所述收容空间内。

在其中一个实施例中，所述第八主极化辐射臂远离所述第七主极化辐射臂的一端与相邻所述振子单元中所述第八主极化辐射臂远离所述第七主极化辐射臂的一端连接。

一种基站天线，包括多个如上述优选实施例中任意一项所述的双极化天线振子。

上述基站天线及其双极化天线振子，由于每个振子单元形成有主极化辐射臂及辅助辐射臂，故电流将沿着主极化辐射臂及辅助辐射臂延伸流动，从而延长电流路径并对电流路径进行规范。进一步的，由于主极化辐射臂沿极化方向延伸，故辐射片上的电流路径也将大部分与振子单元的极化方向一致。与极化方向同向的电流的面积分决定激化场强的大小。由于电流在上述天线振子双极化方向的积分面积显著增加，故增益提高。另外，由于双极化方向电流路径的增加，与极化方向垂直的电流路径相对减少，故激发的交叉极化电流很小，从而有效改善隔离度。因此，上述基站天线及其双极化天线振子的辐射指标得到显著改善。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中双极化天线振子的结构示意图；

图2为图1所示双极化天线振子的正面示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1及图2，本发明提供了一种基站天线及双极化天线振子100。其中，上述基站天线包括双极化天线振子100。多个双极化天线振子100可按预设规则排列成天线阵列，以满足信号收发需求。

双极化天线振子100包括辐射片110。辐射片110为收发信号的主体，呈片状，故使得双极化天线振子100呈贴片式，从而有利于实现基站天线的小型化。其中，辐射片110上形成有两组极化方向正交的振子单元111及分别为每个振子单元111馈电的馈电点113。

具体的，振子单元111为4个，4个振子单元111呈十字交叉分布。而且，对角的两个振子单元111极化方向相同，形成同一组振子单元111。两组振子单元111具有相互垂直的极化方向。对应的，辐射片110上具有4个馈电点113分别为4个振子单元111馈电。对于同一组振子单元111，电流由其中一个馈电点113流入，并从另一个馈电点113流出。

辐射片110的外部轮廓可以呈圆形、矩形或其他形状，一般为轴对称结构。辐射片110可由铜、铝等金属材料成型，也可为PCB板作为衬底的复合结构。在本实施例中，辐射片110为全金属结构。

具体的，全金属结构指的是辐射片110是由同一种金属构成，辐射片110可通过钣金、雕刻、倒模等方式一体成型，以得到全金属结构。一方面，可以简化成型工艺，降低成本，且辐射片110的可靠性较高；另一方面，全金属结构的辐射片110质地均匀，从而可改善因介质基板非均匀性而导致的互调不稳定的问题。

进一步的，在本实施例中，双极化天线振子100还包括设置于馈电点113的金属馈电柱120，且金属馈电柱120与辐射片110一体成型。

具体的，金属馈电柱120也对应为4个。金属馈电柱120可直接为对应的振子单元111馈电。其中，同一组振子单元111对应的两个金属馈电柱120可分别连接至一分二功分器上，以达到双极化反向馈电效果。射频能量由金属馈电柱120直接传导至辐射片110，以实现电磁能量辐射。

在实现馈电的同时，金属馈电柱120还可作为支撑件对整个辐射片110进行支撑。而且，可通过开模加工使金属馈电柱120与辐射片110一次成型，从而有利于降低成本。需要指出的是，在其他实施例中，振子单元111也可通过馈电巴伦实现馈电。

辐射片110局部镂空，以使每个振子单元111形成多个主极化辐射臂1112及连接相邻两个主极化辐射臂1112的辅助辐射臂1114。多个主极化辐射臂1112均沿对应的振子单元111的极化方向延伸。

其中，可通过在整面金属结构上进行蚀刻、镭雕形成镂空区域，进而得到带有主极化辐射臂1112及辅助辐射臂1114的辐射片110。此外，还可通过设计相应的模具，并通过倒模直接成型出带有主极化辐射臂1112及辅助辐射臂1114的辐射片110。

主极化辐射臂1112呈长条形，辅助辐射臂1114的长度一般远小于主极化辐射臂1112。多个主极化辐射臂1112相互平行，可依次串联或其中多个实现并联。主极化辐射臂1112及辅助辐射臂1114沟通构成了电流传播路径。因此，电流在辐射片110上的流向将不是随机分布的，而是会受到辐射片110结构的限制。具体的，电流将沿着主极化辐射臂1112延伸的方向流动，并依次流过多个主极化辐射臂1112。因此，电流路径有效延长。

而且，由于主极化辐射臂1112沿极化方向延伸，故辐射片110上的电流流向尽可能与振子单元111的极化方向保持一致。根据积分方程远场辐射公式，与极化方向同向的电流的面积分决定激化场强的大小。由于电流在上述天线振子100双极化方向的积分面积显著增加，故其增益将显著提高。

在本实施例中，在同一个振子单元111中，辅助辐射臂1114相对于主极化辐射臂1112倾斜设置。电流在振子单元111内流动时，也会流经辅助辐射臂1114。辅助辐射臂1114相对于主极化辐射臂1112倾斜，则表示辅助辐射臂1114不与极化方向垂直。因此，流经辅助辐射臂1114的电流在极化方向上也存在分量，故与极化方向同向的电流的积分面积将进一步增大，从而可进一提升天线振子100的增益。

另外，由于双极化方向电流路径的增加，而与极化方向垂直的电流路径相对减少，故激发的交叉极化电流很小，从而有效改善隔离度。

在本实施例中，在同一个振子单元111中，辅助辐射臂1114的长度之和小于多个主极化辐射臂1112的长度之和。

具体，相邻的主极化辐射臂1112之间的间距较小，故辅助辐射臂1114的长度远小于主极化辐射臂1112的长度。一般情况下，辅助辐射臂1114可看作主极化辐射臂1112侧面的凸起部分，其长度甚至可忽略不计。因此，在与极化方向垂直的方向上，电流分布更少，从而进一步减少该方向上电流的积分面积，以进一步提升天线振子100的隔离度。

在本实施例中，每个振子单元111均为轴对称结构，对称轴沿对应的振子单元111的极化方向延伸并穿过馈电点113。因此，电流由馈电点113进入振子单元111后，将向两个对称的部分同时传递，从而可得到对称的辐射方向图和辐射场，进而有利于提高天线振子100的增益及其他辐射指标。

在本实施例中，部分主极化辐射臂1112围绕形成一收容空间，其余主极化辐射臂1112位于收容空间内。

具体的，多个主极化辐射臂1112及辅助辐射臂1114可看作一长条形的金属结构经多次弯折后，形成的互相嵌套的结构。此时，在极化方向上，至少部分主极化辐射臂1112存在重叠。因此，在单位面积内，主极化辐射臂1112的长度更长，故有利于实现天线振子100及基站天线的小型化。

进一步的，如图2所示，在本实施例中，主极化辐射臂1112包括由馈电点113依次连接的第一主极化辐射臂a、第二主极化辐射臂b、第三主极化辐射臂c、第四主极化辐射臂d、第五主极化辐射臂e、第六主极化辐射臂f、第七主极化辐射臂g及第八主极化辐射臂h，第一主极化辐射臂a及第七主极化辐射臂g与第八主极化辐射臂h并列且间隔设置，以形成收容空间，第二主极化辐射臂b、第三主极化辐射臂c、第四主极化辐射臂d、第五主极化辐射臂e及第六主极化辐射臂f位于收容空间内。

本实施例中的第一主极化辐射臂a、第二主极化辐射臂b、第三主极化辐射臂c、第四主极化辐射臂d、第五主极化辐射臂e、第六主极化辐射臂f、第七主极化辐射臂g及第八主极化辐射臂h均为两个，且分别形成对称的两个部分，对称的两个部分之间存在镂空区域。在每个部分内，第一主极化辐射臂a、第二主极化辐射臂b、第三主极化辐射臂c、第四主极化辐射臂d、第五主极化辐射臂e、第六主极化辐射臂f、第七主极化辐射臂g及第八主极化辐射臂h依次串联。

具体的，第一主极化辐射臂a、第二主极化辐射臂b在一条直线上，并位于振子单元111的最内侧，第八主极化辐射臂h与第一主极化辐射臂a、第二主极化辐射臂相间隔并位于振子单元111的最外侧。第二主极化辐射臂b、第三主极化辐射臂c、第四主极化辐射臂d、第五主极化辐射臂e及第六主极化辐射臂f与5个辅助辐射臂1114配合，在收容空间内排列成“十”字形成。

需要指出的是，以上只是示出振子单元111的一种形式。在其他实施例中，主极化辐射臂1112的数量、长度及位置关系可根据需求设计。

进一步的，在本实施例中，第八主极化辐射臂h远离第七主极化辐射臂g的一端与相邻振子单元111中第八主极化辐射臂h远离第七主极化辐射臂g的一端连接。

具体的，相邻振子单元111是通过各自的第八主极化辐射臂h实现电连接。电流经馈电点113流入振子单元111后，将依次流过第一主极化辐射臂a至八主极化辐射臂h，再进入相邻的振子单元111中。因此，振子单元111中电流路径将尽可能延长，从而有利于提升天线振子100的增益。

上述基站天线及其双极化天线振子100，由于每个振子单元111形成有主极化辐射臂1112及辅助辐射臂1114，故电流将沿着主极化辐射臂1112及辅助辐射臂1114延伸流动，从而延长电流路径并对电流路径进行规范。进一步的，由于主极化辐射臂1112沿极化方向延伸，故辐射片110上的电流路径也将大部分与振子单元111的极化方向一致。与极化方向同向的电流的面积分决定激化场强的大小。由于电流在上述天线振子100双极化方向的积分面积显著增加，故增益提高。另外，由于双极化方向电流路径的增加，与极化方向垂直的电流路径相对减少，故激发的交叉极化电流很小，从而有效改善隔离度。因此，上述基站天线及其双极化天线振子100的辐射指标得到显著改善。

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

Claims (10)

1.一种双极化天线振子，包括辐射片，所述辐射片上形成有两组极化方向正交的振子单元及分别为每个所述振子单元馈电的馈电点，其特征在于，所述辐射片局部镂空，以使每个所述振子单元形成多个主极化辐射臂及连接相邻两个所述主极化辐射臂的辅助辐射臂，所述多个主极化辐射臂均沿对应的所述振子单元的极化方向延伸。

2.根据权利要求1所述的双极化天线振子，其特征在于，在同一个所述振子单元中，所述辅助辐射臂相对于所述主极化辐射臂倾斜设置。

3.根据权利要求1所述的双极化天线振子，其特征在于，在同一个所述振子单元中，所述辅助辐射臂的长度之和小于所述多个主极化辐射臂的长度之和。

4.根据权利要求1所述的双极化天线振子，其特征在于，每个所述振子单元均为轴对称结构，对称轴沿对应的所述振子单元的极化方向延伸并穿过所述馈电点。

5.根据权利要求1所述的双极化天线振子，其特征在于，所述辐射片为全金属结构。

6.根据权利要求5所述的双极化天线振子，其特征在于，还包括设置于所述馈电点的金属馈电柱，且所述金属馈电柱与所述辐射片一体成型。

7.根据权利要求1所述的双极化天线振子，其特征在于，部分所述主极化辐射臂围绕形成一收容空间，其余所述主极化辐射臂位于所述收容空间内。

8.根据权利要求7所述的双极化天线振子，其特征在于，所述主极化辐射臂包括由所述馈电点依次连接的第一主极化辐射臂、第二主极化辐射臂、第三主极化辐射臂、第四主极化辐射臂、第五主极化辐射臂、第六主极化辐射臂、第七主极化辐射臂及第八主极化辐射臂，所述第一主极化辐射臂及所述第七主极化辐射臂与所述第八主极化辐射臂并列且间隔设置，以形成所述收容空间，所述第二主极化辐射臂、第三主极化辐射臂、第四主极化辐射臂、第五主极化辐射臂及第六主极化辐射臂位于所述收容空间内。

9.根据权利要求8所述的双极化天线振子，其特征在于，所述第八主极化辐射臂远离所述第七主极化辐射臂的一端与相邻所述振子单元中所述第八主极化辐射臂远离所述第七主极化辐射臂的一端连接。

10.一种基站天线，其特征在于，包括多个如上述权利要求1至9任意一项所述的双极化天线振子。