CN110676570A - 一种宽带双线极化阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带双线极化阵列天线，属于双极化宽带振子天线技术领域。其包括反射板、两个振子辐射单元以及两个同轴接插件；振子辐射单元包括四个长方体支柱，每个长方体支柱的顶端均设有一个振子；振子辐射单元中设有两个呈正交极化关系的馈线结构，馈线结构为一弯折成四段的金属长条片，第四段长条片贴在所述反射板上，第一段长条片位于两个相邻的长方体支柱之间且其下端与反射板之间具有空隙，第三段长条片位于另外两个长方体支柱之间，第三段长条片两侧的两个振子短接；两个振子辐射单元中相同极化方向上的两个馈线结构之间设有空气带线网络，空气带线网络与同轴接插件连接。本发明天线结构简单、紧凑，辐射效率高，性能优异。

Description

一种宽带双线极化阵列天线

技术领域

本发明涉及宽带微波通信、基站通信以及双极化宽带振子天线技术领域，特别是指一种宽带双线极化阵列天线。

背景技术

目前，在无线通信和移动通信领域通信的频段越来越宽，对射频终端的要求也越来越高，这就需要天线的工作带宽也逐渐拓宽。现阶段能满足宽频带辐射的天线主要有以下几种形式：

1、板线阵子天线。该形式天线是通过板线传输线结构对半波振子馈电，其板线为纯金属结构，采用空气介质填充，通过板线馈电可获得较低的馈线损耗和可靠的结构支撑，借助同轴接插件顶馈设计无需焊接设计。

2、宽带Vivaldi天线。该天线形式具有频带宽、加工精度高、可实现馈线和网络一体化的特点，但天线的介质损耗较大，且存在漏波效应，天线单元增益低，多应用于单线化天线阵列，其实现双线极化的馈电结构复杂，可靠性差，不适合作为室外天线使用。

3、宽带加脊喇叭天线。该天线可实现宽频带辐射，并可实现较高的天线增益，但是，脊曲线设计较为复杂，加工难度大，成本较高，且天线喇叭纵向尺寸较高，尤其在低频率设计时尺寸更大，所以该形式天线较少应用在室外基站天线领域。

4.宽频段微带天线。该天线为多层微带贴片天线，通常工作带宽极限为1个倍频，其特点是加工简单，精度高，但其介质损耗较大，辐射效率低，此外，由于其采用印制板加工工艺设计，加工成本较高。

以上几种宽带天线形式各有优缺点，虽个别指标特性较优，但其他指标特性较差，无法同时满足宽频带、低成本的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种宽带双线极化阵列天线，其具有双线极化、损耗低、低轮廓、宽频带、低成本的特点。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

1.一种宽带双线极化阵列天线，其包括反射板、两个振子辐射单元以及两个同轴接插件；所述振子辐射单元包括立于反射板上的四个相同的长方体支柱，一个振子辐射单元中相邻的两个长方体支柱面面正对，每个长方体支柱的顶端均设有一个振子；所述振子具有两个彼此相对的圆角以及两个彼此相对的直角，其中，两个直角的边延长相交后恰好构成一个正方形，两个圆角恰好构成该正方形的两个倒圆角，每个振子均以一个直角为基点向其所在振子辐射单元的外部延伸，振子基点处的直角与长方体支柱顶面上最内端的直角重合，且长方体支柱的顶面被本长方体支柱上的振子完全覆盖；所述振子辐射单元中设有两个呈正交极化关系的馈线结构，所述馈线结构为一弯折成四段的金属长条片，其中，第二段长条片相对于第一段长条片向一个方向弯折90度，第三段长条片相对于第二段长条片向同一方向弯折90度，第四段长条片相对于第三段长条片向相反方向弯折90度，第四段长条片贴在所述反射板上，第一段长条片位于两个相邻的长方体支柱之间且其下端与反射板之间具有空隙，第三段长条片位于另外两个长方体支柱之间，第三段长条片两侧的两个振子短接；两个振子辐射单元及其中的两组馈线结构均呈平移关系；两个振子辐射单元中相同极化方向上的两个馈线结构之间还设有威尔金森功率分配器结构形式的空气带线网络，所述空气带线网络分别与两馈线结构中第一段长条片的下端连接，每一空气带线网络的功率合成出口均与一同轴接插件的内芯连接，所述同轴接插件的外芯与所述反射板连接。

进一步地，一个振子辐射单元中，相间的两个长方体支柱之间的棱间距为0.05λ₀，所述振子中，两个圆角的半径均为0.09λ₀，所述λ₀为天线工作频率对应的波长。

进一步地，所述空气带线网络的功率合成出口与所述反射板之间具有2mm的馈电缝隙。

进一步地，所述反射板上还设有极化隔离墙，所述极化隔离墙位于两个同轴接插件之间。

进一步地，所述振子、金属长条片、空气带线网络以及两个振子之间的短接结构均为铝片。

从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：

1、本发明天线具有宽频带的特点，其小于2的驻波带宽大于55%，带宽内增益大于8dB，性能优异。

2、本发明天线结构简单、紧凑，辐射效率高，可作为大规模MIMO子阵单元使用，馈线网络与辐射体可实现一体化设计，且天线体均采用铝片结构，成本低廉。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。

图1是图1是本发明实施例中天线的结构示意图。

图2是本发明实施例中馈线及空气带线网络的结构示意图。

图3是本发明实施例中馈线结构的示意图。

图4是本发明实施例中振子辐射单元的结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

如图1～4所示，一种宽带双线极化阵列天线，其包括反射板4、两个振子辐射单元1以及两个同轴接插件5；所述振子辐射单元1包括立于反射板4上的四个相同的长方体支柱7，一个振子辐射单元中相邻的两个长方体支柱面面正对，每个长方体支柱的顶端均设有一个振子6；所述振子6具有两个彼此相对的圆角以及两个彼此相对的直角，其中，两个直角的边延长相交后恰好构成一个正方形，两个圆角恰好构成该正方形的两个倒圆角，每个振子均以一个直角为基点向其所在振子辐射单元的外部延伸，振子基点处的直角与长方体支柱顶面上最内端的直角重合，且长方体支柱的顶面被本长方体支柱上的振子完全覆盖；所述振子辐射单元1中设有两个呈正交极化关系的馈线结构2，所述馈线结构2为一弯折成四段的金属长条片，其中，第二段长条片L₂相对于第一段长条片L₁向一个方向弯折90度，第三段长条片L₃相对于第二段长条片L₂向同一方向弯折90度，第四段长条片L₄相对于第三段长条片L₃向相反方向弯折90度，第四段长条片L₄贴在所述反射板上，第一段长条片L₁位于两个相邻的长方体支柱之间且其下端与反射板之间具有空隙，第三段长条片L₃位于另外两个长方体支柱之间，第三段长条片L₃两侧的两个振子通过短路片9短接；两个振子辐射单元及其中的两组馈线结构均呈平移关系；两个振子辐射单元中相同极化方向上的两个馈线结构之间还设有威尔金森功率分配器结构形式的空气带线网络3，所述空气带线网络3分别与两馈线结构中第一段长条片的下端连接，每一空气带线网络3的功率合成出口均与一同轴接插件5的内芯连接，所述同轴接插件的外芯与所述反射板连接。

此外，所述反射板上还可设置极化隔离墙8，所述极化隔离墙8位于两个同轴接插件5之间。

本天线主要由具有树叶状振子的辐射单元、门型的馈线、空气带线网络、反射板以及同轴接插件组成，其中，两个辐射单元并排放置，经由空气带线网络进行功率合成，构成1×2子阵列。该天线为一体化结构设置，结构紧凑。

具体地，仍见图1～4，一种宽带双线极化阵列天线，包括反射板4、振子辐射单元1、同轴接插件5、门型馈线结构8、空气带线网络3以及极化隔离墙8。其中：

振子辐射单元1由四个树叶状振子6和四个长方体支柱7组成，树叶状振子6由正方形铝片制成，以该铝片对角线两顶点为基点分别做倒圆角处理即得，倒角半径为0.09λ₀(λ₀为天线工作频率对应的波长)。振子6的一个顶点与长方体支柱7顶面的内端点重合，二者紧密贴合，相邻的两个振子6呈90°转角，相间的两个支柱的间隙为0.05λ₀。

在四个长方体支柱7的内部间隙内，设置有正交放置的两个馈线结构8，馈线结构由四部分馈线组成：

馈线L₁：为长方形片式结构，其长边延伸方向垂直于反射板向上，位于一对相邻长方体支柱7之间，其底端与反射板留有一定空隙，末端与馈线L₂相连，且位于树叶状振子6的下方；

馈线L₂：为长方形片式结构，其延伸方向平行于反射板，并与馈线L₁延伸方向呈90°弯折，指向四个树叶状振子6和长方体支柱7；

馈线L₃：为长方形片式结构，其延伸方向垂直于反射板向下，与馈线L₂呈90°弯折；

馈线L₄：为长方形片式结构，其延伸方向平行于反射板，与馈线L₃呈90°弯折；

显然，正交的两个馈线结构高度不同，从而避免两个L₂馈线段相交；

馈线L₃两侧的两个振子通过短路片9实现跨接短路，即，一个振子辐射单元中有三个振子被短路连接在一起；

7.空气带线网络3为威尔金森功率分配器结构形式，采用空气带状线信号传输电磁结构，空气带线网络3分别与两个振子辐射单元中相同极化方向上的两个馈线结构的第一段长条片的下端连接，功率合成出口底部与反射板之间留有2mm的馈电缝隙，同轴接插件的内导体由此馈于馈线的底部中心处，合成信号经由同轴接插件输出；

两个同轴接插件5之间设置有极化隔离墙8，隔离墙为长方体结构，可隔离同轴接插件处的电磁辐射。

上述天线中的振子、金属长条片、空气带线网络以及两个振子之间的短接结构均可采用铝片。

该天线的工作原理如下：当发射信号时，发射机将电磁型号通过波同轴接插件5馈入，由带状线馈电网络3输送给振子辐射单元，在树叶状振子、支柱的表面激励起电流，最终在远场形成功率辐射方向图；天线的接收与发射为互易过程。

该天线小于2的驻波带宽大于70%，带宽内增益大于8dB，其结构简单、紧凑，辐射效率高，可作为高效率子阵天线辐射单元。此外，该天线的馈线网络与辐射体可实现一体化设计，天线组成各部件均可采用铝片结构，实现了低成本设计，适合大规模生产制造。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。

出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。

总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种宽带双线极化阵列天线，其特征在于，包括反射板、两个振子辐射单元以及两个同轴接插件；所述振子辐射单元包括立于反射板上的四个相同的长方体支柱，一个振子辐射单元中相邻的两个长方体支柱面面正对，每个长方体支柱的顶端均设有一个振子；所述振子具有两个彼此相对的圆角以及两个彼此相对的直角，其中，两个直角的边延长相交后恰好构成一个正方形，两个圆角恰好构成该正方形的两个倒圆角，每个振子均以一个直角为基点向其所在振子辐射单元的外部延伸，振子基点处的直角与长方体支柱顶面上最内端的直角重合，且长方体支柱的顶面被本长方体支柱上的振子完全覆盖；所述振子辐射单元中设有两个呈正交极化关系的馈线结构，所述馈线结构为一弯折成四段的金属长条片，其中，第二段长条片相对于第一段长条片向一个方向弯折90度，第三段长条片相对于第二段长条片向同一方向弯折90度，第四段长条片相对于第三段长条片向相反方向弯折90度，第四段长条片贴在所述反射板上，第一段长条片位于两个相邻的长方体支柱之间且其下端与反射板之间具有空隙，第三段长条片位于另外两个长方体支柱之间，第三段长条片两侧的两个振子短接；两个振子辐射单元及其中的两组馈线结构均呈平移关系；两个振子辐射单元中相同极化方向上的两个馈线结构之间还设有威尔金森功率分配器结构形式的空气带线网络，所述空气带线网络分别与两馈线结构中第一段长条片的下端连接，每一空气带线网络的功率合成出口均与一同轴接插件的内芯连接，所述同轴接插件的外芯与所述反射板连接。

2.根据权利要求1所述的宽带双线极化阵列天线，其特征在于，一个振子辐射单元中，相间的两个长方体支柱之间的棱间距为0.05λ₀，所述振子中，两个圆角的半径均为0.09λ₀，所述λ₀为天线工作频率对应的波长。

3.根据权利要求1所述的宽带双线极化阵列天线，其特征在于，所述空气带线网络的功率合成出口与所述反射板之间具有2mm的馈电缝隙。

4.根据权利要求1所述的宽带双线极化阵列天线，其特征在于，所述反射板上还设有极化隔离墙，所述极化隔离墙位于两个同轴接插件之间。

5.根据权利要求1所述的宽带双线极化阵列天线，其特征在于，所述振子、金属长条片、空气带线网络以及两个振子之间的短接结构均为铝片。

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