CN111864361A - 天线单元及具有其的双极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线单元及具有其的双极化天线，其中，天线单元包括：第一辐射件，第一辐射件内部构成第一容纳腔，第一容纳腔的腔体贯通第一辐射件的第一端和第二端；第二辐射件，第二辐射件的第一端和第一辐射件的第一端不连接，第二辐射件的第二端和第一辐射件的第二端电气连接；平衡件，平衡件的第一端和第二辐射件的第二端电气连接；馈电件，馈电件偏离天线单元中心预设距离且与平衡件对应设置。根据本发明实施例的天线单元，可以有效满足合天线小型化要求，且有利于双极化天线设计。

Description

天线单元及具有其的双极化天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种天线单元及具有其的双极化天线。

背景技术

相控阵天线广泛应用于5G移动通信、雷达、卫星通信等。相控阵的测量、单元天线的幅度、相位校准可以采用近场耦合的方法，即探头天线(测量天线)距离被测天线的距离非常近(在不影响被测天线的前提下)，如图1所示。

在测量过程中，被测天线发出的电磁波传到测量天线会反射回来，对被测天线进行加载从而影响天线测量的准确性。因此，为了提高测量的准确性，要求测量天线的RCS(Radar-Cross Section，雷达散射截面)小，并在此基础上获得最小测量距离，即在测量天线对被测天线没有影响的情况下，两者的最小距离。同时，要求测量天线能够探测到被测天线的两个极化分量。

相关技术中，以折合偶极子天线为例，其在作为探头天线时具有一定局限性，如体积大，难以符合天线小型化要求，又例如现有的折合偶极子天线很难进行双极化天线设计，亟需改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种双极化天线的天线单元，该双极化天线的天线单元可以有效满足合天线小型化要求，且有利于双极化天线设计。

本发明的另一个目的在于提出一种双极化天线。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种双极化天线的天线单元，包括：第一辐射件，所述第一辐射件内部构成第一容纳腔，所述第一容纳腔的腔体贯通所述第一辐射件的第一端和第二端；第二辐射件，所述第二辐射件的第一端和所述第一辐射件的第一端不连接，所述第二辐射件的第二端和所述第一辐射件的第二端电气连接；平衡件，所述平衡件的第一端和所述第二辐射件的第二端电气连接；馈电件，所述馈电件偏离天线单元中心预设距离且与所述平衡件对应设置，其中，所述馈电件包括：外芯，所述外芯内部构成第二容纳腔，所述第二容纳腔的腔体贯通所述外芯的第一端和所述外芯的第二端，且所述外芯的第一端和所述第一辐射件的第二端电气连接；内芯，所述内芯贯穿所述第一容纳腔和所述第二容纳腔的腔体，所述内芯的第一端穿出所述第一辐射件的第一端并与所述第二辐射件耦合连接。

本发明实施例的双极化天线的天线单元，不但可以有效满足合天线小型化要求，有效保证天线阻抗匹配性能，且有利于双极化天线设计，有效保证整个馈电部分的对称性、平衡性，形成巴伦，遏制共模电流的产生，而且提高两个极化间的隔离度，使探头天线在离被测天线较近位置时，也可准确的探测到被测天线的两个极化分量，有效提高了测量的准确性。

另外，根据本发明上述实施例的双极化天线的天线单元还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：金属件，所述金属件分别与所述第一辐射件、所述第二辐射件、所述外芯和所述平衡件电气连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一辐射件和所述第二辐射件相对于天线单元的纵向对称轴线对称设置，所述外芯和所述平衡件相对于所述纵向对称轴线对称设置，所述金属件相对于所述纵向对称轴对称设置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二辐射件内部构成第三容纳腔，所述内芯贯穿所述第一容纳腔和所述第二容纳腔的腔体，且穿出所述第一辐射件的第一端，并穿入所述第二辐射件的第一端进入所述第三容纳腔，以和所述第二辐射件耦合连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一辐射件、所述第二辐射件、所述内芯中的至少一个具有至少一段加宽部。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：第一层介质板，所述第一辐射体的第一部分、所述第二辐射体的第一部分、所述外芯的第一部分、所述平衡件的第一部分、所述金属件的第一部分均设在所述第一层介质板的金属片上或形成在所述第一层介质板的金属层上；第二层介质板，所述内芯设在所述第二层介质板的金属片上或形成在所述第二层介质板的金属层上；第三层介质板，所述第一辐射体的第二部分、所述第二辐射体的第二部分、所述外芯的第二部分、所述平衡件的第二部分、所述金属件的第二部分均设在所述第三层介质板的金属片上或形成在所述第三层介质板的金属层上。

其中，在本发明的一个实施例中，所述第二层介质板设置有外芯金属过孔、平衡件金属过孔、金属件金属过孔，所述外芯金属过孔用于连接所述外芯的第一部分和所述外芯的第二部分，所述平衡件金属过孔用于连接所述平衡件的第一部分和所述平衡件的第二部分，所述金属件金属过孔用于连接所述金属件的第一部分和所述金属件的第二部分；或者，所述第二层介质板设置有第一辐射件金属过孔、第二辐射件金属过孔、外芯金属过孔、平衡件金属过孔、金属件金属过孔，所述第一辐射件金属过孔用于连接所述第一辐射件的第一部分和所述第一辐射件的第二部分，所述第二辐射件金属过孔用于连接所述第二辐射件的第一部分和所述第二辐射件的第二部分，所述外芯金属过孔用于连接所述外芯的第一部分和所述外芯的第二部分，所述平衡件金属过孔用于连接所述平衡件的第一部分和所述平衡件的第二部分，所述金属件金属过孔用于连接所述金属件的第一部分和所述金属件的第二部分。

另外，在本发明的一个实施例中，还包括：调谐器，所述调谐器连接所述馈电件的所述外芯的第二端和所述内芯的第二端。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种双极化天线，包括：第一天线单元，所述第一天线单元包括如上述的双极化天线的天线单元；与所述第一天线单元垂直交叉设置的第二天线单元，所述第二天线单元包括如上述的双极化天线的天线单元。

本发明实施例的双极化天线，不但可以有效满足合天线小型化要求，有效保证天线阻抗匹配性能，且有利于双极化天线设计，有效保证整个馈电部分的对称性、平衡性，形成巴伦，遏制共模电流的产生，而且提高两个极化间的隔离度，使探头天线在离被测天线较近位置时，也可准确的探测到被测天线的两个极化分量，有效提高了测量的准确性。

另外，根据本发明上述实施例的双极化天线还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一天线单元的纵向对称轴线和所述第二天线单元的纵向对称轴线重合。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一天线单元的金属件和所述第二天线单元的所述金属件为同一金属件。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一天线单元的第一辐射件的第一端口和所述第二辐射件的第一端口所在的第一平面高于所述第二天线单元的第一辐射件的第一端口和所述第二辐射件的第一端口所在的第二平面。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一天线单元和所述第二天线单元中的至少一个的至少一部分弯折设置，以使所述第一天线单元的第一辐射件的第一端口和所述第二辐射件的第一端口所在的平面与所述第二天线单元的第一辐射件的第一端口和所述第二辐射件的第一端口所在的平面共面。

另外，在本发明的一个实施例中，还包括：吸波材料，所述双极化天线插入所述吸波材料的顶部，或者所述双极化天线插入所述吸波材料构成的容纳腔的底部。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为相关技术中被测天线与测量天线之间的反射示意图；

图2(a)为相关技术中天线结构示意图；

图2(b)为相关技术中电流分布示意图；

图2(c)为相关技术中电压巴伦原理示意图；

图3为根据本发明一个实施例的双极化天线的天线单元的结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的耦合连接馈电方式示意图；

图5为根据本发明一个实施例的天线匹配性能仿真结果示意图；

图6为根据本发明一个实施例的馈电件和平衡件配合示意图；

图7为根据本发明另一个实施例的双极化天线的天线单元的结构示意图；

图8为根据本发明一个实施例的双极化天线的天线单元的对称示意图；

图9为根据本发明一个实施例的耦合连接馈电方式示意图；

图10为根据本发明一个实施例的加宽部的正视示意图和侧视示意图；

图11(a)为根据本发明一个实施例的第一层介质板的结构示意图；

图11(b)为根据本发明一个实施例的第三层介质板的结构示意图；

图11(c)为根据本发明一个实施例的第二层介质板的结构示意图；

图11(d)为根据本发明一个实施例的整体介质板的结构示意图；

图12(a)为根据本发明一个实施例的第一层介质板的金属过孔示意图；

图12(b)为根据本发明一个实施例的第三层介质板的金属过孔示意图；

图12(c)为根据本发明一个实施例的第二层介质板的金属过孔示意图；

图12(d)为根据本发明一个实施例的整体介质板的金属过孔示意图；

图13(a)为根据本发明另一个实施例的第一层介质板的金属过孔示意图；

图13(b)为根据本发明另一个实施例的第三层介质板的金属过孔示意图；

图13(c)为根据本发明另一个实施例的第二层介质板的金属过孔示意图；

图13(d)为根据本发明另一个实施例的整体介质板的金属过孔示意图；

图14为根据本发明又一个实施例的双极化天线的天线单元的结构示意图；

图15(a)为根据本发明一个实施例的双极化天线的立体结构示意图；

图15(b)为根据本发明一个实施例的双极化天线的侧视结构示意图；

图16为根据本发明一个实施例的双极化天线的纵向对称轴线示意图；

图17为根据本发明一个实施例的双极化天线的共用金属件示意图；

图18(a)为根据本发明一个实施例的双极化天线非共面示意图；

图18(b)为根据本发明另一个实施例的双极化天线非共面示意图；

图19为根据本发明又一个实施例的双极化天线共面示意图；

图20为根据本发明一个具体实施例的双极化天线的立体结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面在描述根据本发明实施例提出的天线单元及具有其的双极化天线之前，先来简单描述一下现有技术中心需要解决的技术问题。

具体地，在相关技术中，比较满足要求的可作为探头天线(测量天线)的是折合偶极子天线，下面对折合偶极子天线进行详细描述。

(1)基本结构

这类天线的长度约中心工作频率的二分之一波长，如图2(a)所示。图中黑色虚线代表同轴线内芯，黑色实线代表同轴线外芯。同时，图示①虚线以上为天线部分(辐射部分)，这一部分利用了同轴线外芯进行辐射；而①虚线以下为馈电部分(传输部分)，这一部分只起到馈电的作用。天线的馈电点在内芯末端(正馈电点处)与右侧外芯连接处，馈电方式有两种：1)直接连接，即图示内芯末端(正馈电点处)与右侧外芯进行物理电气连接(此时右侧外芯内可无内芯)；2)耦合连接，即图示内芯末端(正馈电点处)伸进右侧外芯内大约四分之一波长的位置，且与外芯不直接连接。但是，由于在四分之一波长位置时，根据传输线原理，同轴线内外芯的开路状态会转变成短路，因此实际上这种方法依然相当于进行电气连接。

(2)电流分布

馈电部分同轴线的横截面如图2(b)所示。同轴线可以分为三个部分：同轴线外芯、介质以及同轴线内芯。通常情况下，能量通过图中同轴线外芯内侧的入射电流(图中②实线)和反射电流(图中③实线)实现传输。在天线设计中，希望馈电部分同轴线只起到传输作用，不进行辐射，但是，由于馈电部分同轴线本身缺乏结构的对称性，导致馈电不平衡，能量外露，在这种情况下，本不应该产生辐射的同轴线外芯外侧会产生共模电流(图中④虚线)，从而产生辐射，极大影响天线的性能。共模电流大小不可控，方向图不可预知且难以仿真，因此，需要遏制共模电流的产生或尽量消除共模电流。

(3)电压巴伦

为了遏制共模电流的产生，相关技术常用的方案是进行电压巴伦设计，如图2(c)所示。负馈电处的电压为-U，正馈电处的电压为+U，两处电压符号相反，幅值相等。两处电压经过对称的路径(图中⑤虚线和⑥虚线)沿天线部分同轴线外芯流动，共同流向馈电部分同轴线上，汇聚于“丁”字结构处，形成零电压，使得没有电流流向馈电部分同轴线外芯外侧。电压巴伦的设计一定程度上减小了共模电流的产生。

然而，相关技术的折合偶极子天线在作为探头天线时具有一定局限性：

(1)该类天线馈电方式常采用电气连接，天线长度约中心工作频率的二分之一波长，体积大，难以符合天线小型化要求。

(2)利用该类天线进行双极化天线设计时，为了利用电压巴伦遏制共模电流，两个天线的馈电部分同轴线均须设置于天线正中间，在这种情况下，利用两个天线交叉设置形成双极化天线时，两个馈电部分同轴线在中心重合，结构上无法在同一位置放置两个重合的馈电部分同轴线。但如果将馈电部分同轴线从中间移到旁侧，又会加剧馈电不平衡，从而共模增加电流，恶化天线辐射特性。因此，现有的折合偶极子天线很难进行双极化天线设计。

本发明正是基于上述问题，而提出了一种天线单元及具有其的双极化天线。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的天线单元及具有其的双极化天线，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的双极化天线的天线单元。

图3是本发明一个实施例的双极化天线的天线单元的结构示意图。

如图3所示，该天线单元包括：第一辐射件100、第二辐射件200、平衡件300和馈电件400。其中，馈电件400包括：外芯401和内芯402。

具体地，第一辐射件100内部构成第一容纳腔A，第一容纳腔A的腔体贯通第一辐射件的第一端101和第二端102。第二辐射件200的第一端201和第一辐射件100的第一端101不连接，第二辐射件200的第二端202和第一辐射件100的第二端102电气连接。平衡件300的第一端301和第二辐射件200的第二端202电气连接。馈电件400偏离天线单元中心预设距离且与平衡件300对应设置、其中，外芯401内部构成第二容纳腔B，第二容纳腔B的腔体贯通外芯的第一端和外芯的第二端，且外芯的第一端4011和第一辐射件100的第二端102电气连接，并且内芯402贯穿第一容纳腔A和第二容纳腔B的腔体，内芯402的第一端4021穿出第一辐射件100的第一端101并与第二辐射件200耦合连接。本发明实施例的天线单元，可以有效满足合天线小型化要求，且有利于双极化天线设计。

具体而言，相比较于天线馈电方式常采用电气连接，天线长度约中心工作频率的二分之一波长，体积大，难以符合天线小型化要求，本发明实施例的馈电件400的内芯402和第二辐射件200采用耦合连接进行馈电，如图4所示，该设计可以使本发明天线尺寸缩小到十分之一波长，且天线阻抗匹配性能良好，如图5所示。

需要说明的是，相关技术中，为了利用电压巴伦遏制共模电流，两个天线的馈电部分同轴线均须设置于天线正中间，在这种情况下，利用两个天线交叉设置形成双极化天线时，两个馈电部分同轴线在中心重合，结构上无法在同一位置放置两个重合的馈电部分同轴线。但如果将馈电部分同轴线从中间移到旁侧，又会加剧馈电不平衡，从而产生共模电流。因此，现有天线很难进行双极化天线设计。

然而，如图6所示，本发明实施例的天线单元的馈电件400采用偏置设计，即将馈电件400设计在天线中心旁侧，该设计可在两个天线单元交叉设置时使两个馈电件相互错开，有利于双极化天线设计。同时，通过对共模电流产生原因的分析可以得知，馈电件300的结构的不平衡性是导致共模电流产生的根本原因，相关技术中，虽然可以通过将馈电件设计在天线中心，形成电压巴伦来减少共模电流，但由于馈电件外芯和内芯本身难以实现完全的结构对称，因此馈电件在工作中依然会产生共模电流。本发明实施例的天线单元首次提出通过提高馈电件400本身的结构对称性从而达到基本消除共模电流产生的目的，即设置平衡件300与馈电件400进行配合，该设计形成巴伦，同时提高了馈电件400对称性、平衡性，使馈电件400在工作中产生极小的共模电流，达到基本消除共模电流的目的(共模电流非常小，从工程实践角度看可以忽略不计)。

另外，在天线单元实施过程中，各部件的形状、宽窄、长短包括但不限定与图3、图4、图6中示意的天线单元的形状、宽窄、长短，并且第二辐射件200和平衡件300实心、空心(有容纳腔)均可，不影响本发明实施例的天线单元的实施和技术效果，以及连接方式包括电气连接和耦合连接，不连接是指不电气连接也不耦合连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的天线单元还包括：金属件500。金属件500分别与第一辐射件100、第二辐射件200、外芯401和平衡件300电气连接。

举例而言，如图7所示，金属件500与第一辐射件100、第二辐射件200、外芯401和平衡件300电气连接。具体地，为了保证本发明实施例的天线单元正常工作，第一辐射件100的第二端102和第二辐射件200的第二端202必须电气连接，在这种情况下，馈电件400和平衡件300中间因彼此不连接将产生缝隙，从而导致馈电件400信号传输不平衡。因此，本发明实施例增加金属件500，并将其同时与第一辐射件100、第二辐射件200以及馈电件400的外芯401、平衡件300进行电气连接，从而使馈电件400和平衡件300完全导通形成整体，消除两者间存在的缝隙，从而保证了馈电件400的信号传输的平衡性，增强了馈电件400和平衡件300的对称性，基本消除了共模电流(共模电流非常小，从工程实践角度看可以忽略不计)。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一辐射件100和第二辐射件200相对于天线单元的纵向对称轴线对称设置，外芯401和平衡件300相对于纵向对称轴线对称设置，金属件500相对于纵向对称轴对称设置。

举例而言，如图9所示，本发明实施例的天线单元具有纵向对称轴线，其中，第一辐射件100和第二辐射件200相对于纵向对称轴线对称，外芯401和平衡件300相对于纵向对称轴线对称、且金属件500相对于纵向对称轴对称。在本发明的实施例中，通过对称设计，增强了馈电件300和平衡件400的对称性，从而进一步保证了馈电件400的信号传输的平衡性，基本消除了共模电流(共模电流非常小，从工程实践角度看可以忽略不计)。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第二辐射件200内部构成第三容纳腔C，内芯402贯穿第一容纳腔A和第二容纳腔B的腔体，且穿出第一辐射件100的第一端101，并穿入第二辐射件200的第一端201进入第三容纳腔C，以和第二辐射件200耦合连接。

举例而言，如图9所示，内芯402的第一端4021(耦合馈电点)可以进入第三容纳腔C并与第二辐射件200耦合馈电。结合图4和图9所示，本发明实施例的天线单元的耦合馈电位置可以根据测量需要进行改变，以满足更多实际测量情况，在此不做具体限制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一辐射件100、第二辐射件200、内芯402中的至少一个具有至少一段加宽部。

具体地，如图10所示，第一辐射件100、第二辐射件200和内芯402在宽度上可以进行加宽，从而可以调节天线的匹配，使天线具有更好的性能。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的天线单元还包括：第一层介质板600、第二层介质板700和第三层介质板800。

其中，第一辐射体的第一部分、第二辐射体的第一部分、外芯的第一部分、平衡件的第一部分、金属件的第一部分均设在第一层介质板600的金属片上或形成在第一层介质板600的金属层上。内芯402设在第二层介质板700的金属片上或形成在第二层介质板700的金属层上。第一辐射体的第二部分、第二辐射体的第二部分、外芯401的第二部分、平衡件300的第二部分、金属件500的第二部分均设在第三层介质板800的金属片上或形成在第三层介质板800的金属层上。

可以理解的是，如图11所示，所述的双极化天线的天线单元，进一步包括：介质板第一层、介质板第二层和介质板第三层。具体地，第一辐射体的第一部分、第二辐射体的第一部分、外芯401的第一部分、平衡件300的第一部分、金属件500的第一部分是设在介质板第一层上的金属片或形成在介质板第一层上的金属层。内芯402是设在介质板第二层上的金属片或形成在介质板第二层上的金属层。第一辐射体的第二部分、第二辐射体的第二部分、外芯401的第二部分、平衡件300的第二部分、金属件500的第二部分是设在介质板第三层上的金属片或形成在介质板第三层上的金属层。

其中，在本发明的一个实施例中，第二层介质板700设置有外芯金属过孔、平衡件金属过孔、金属件金属过孔，外芯金属过孔用于连接外芯的第一部分和外芯的第二部分，平衡件金属过孔用于连接平衡件的第一部分和平衡件的第二部分，金属件金属过孔用于连接金属件的第一部分和金属件的第二部分；或者，第二层介质板700设置有第一辐射件金属过孔、第二辐射件金属过孔、外芯金属过孔、平衡件金属过孔、金属件金属过孔，第一辐射件金属过孔用于连接第一辐射件的第一部分和第一辐射件的第二部分，第二辐射件金属过孔用于连接第二辐射件的第一部分和第二辐射件的第二部分，外芯金属过孔用于连接外芯的第一部分和外芯的第二部分，平衡件金属过孔用于连接平衡件的第一部分和平衡件的第二部分，金属件金属过孔用于连接金属件的第一部分和金属件的第二部分。

具体地，如图12所示，在本发明的实施例中，一方面，在介质板第二层上增加外芯金属过孔、平衡件金属过孔、金属件金属过孔，上述过孔将介质板第一层和介质板第三层上的外芯、平衡件、金属件电气连接；另一方面，介质板第一层和介质板第三层上的第一辐射件和第二辐射件均开放边界，无需金属过孔将介质板第一层和介质板第三层上的第一辐射件和第二辐射件连接起来。

通过上述介质板方案，本发明实施例可以减少天线单元实施过程的焊接工序，且成本低、方便组装。如果选择相对介电常数更高的基板材料，还可以将天线单元的尺寸做的更小，进一步减小天线的RCS(雷达散射面积)并大大提高天线之间的隔离度，提高测量精度。

或者，如图13所示，在本发明的另一个实施例中，在介质板第二层上增加第一辐射件金属过孔、第二辐射件金属过孔、外芯金属过孔、平衡件金属过孔、金属件金属过孔，上述过孔将介质板第一层和介质板第三层上的第一辐射件、第二辐射件、外芯、平衡件、金属件电气连接。

通过上述介质板方案，可以减少天线单元实施过程的焊接工序，且成本低、方便组装。如果选择相对介电常数更高的基板材料，还可以将天线单元的尺寸做的更小，进一步减小天线的RCS(雷达散射面积)并大大提高天线之间的隔离度，提高测量精度。

另外，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的天线单元还包括：调谐器900。调谐器900连接馈电件400的外芯401的第二端和内芯402的第二端。

具体地，如图14所示，本发明的双极化天线的天线单元可以增加调谐器900。由于双极化天线的天线单元尺寸较小，且只在单个频点谐振，在宽带内驻波较差，影响双极化天线的天线单元的性能，若要使双极化天线的天线单元应用在宽带，就需要加调谐器调整双极化天线的天线单元在使用频率的驻波。

因此，本发明实施例的调谐器900可以采用电子调谐方式，在双极化天线的天线单元馈电件加两个带有可变电容的阻抗匹配网络，两个匹配模块使用开关切换的方式与双极化天线的天线单元及其他射频电路连接。当收发信号的频率改变时，通过检测模块检测双极化天线的天线单元的阻抗、驻波等信息，再通过控制模块改变可变电容的值，实现自动调谐，使得天线的阻抗维持在50欧附近，减少能量的损耗。该调谐器900放置在吸波材料后面，因此双极化天线的天线单元的辐射性能不造成影响。

根据本发明实施例提出的双极化天线的天线单元，具有以下有益效果：

(1)馈电方式采用非电气连接的耦合连接，可实现天线小型化，尺寸约为十分之一波长，且天线阻抗匹配性能良好。

(2)馈电部分同轴线采用偏置设计，即将同轴线设计在天线中心旁侧，该设计可在两个天线交叉设置时使两个馈电部分同轴线相互错开，有利于双极化天线设计。

(3)通过设置馈电部分平衡结构，可在馈电部分同轴线进行偏置设计时，保证整个馈电部分的对称性、平衡性，形成巴伦，遏制共模电流的产生。

(4)通过对馈电部分的同轴线外芯、平衡结构和馈电件进行电气连接，可减小两个极化相互之间的辐射影响，保证了两个极化天线方向图和单极化时一致，提高了两个极化间的隔离度，使探头天线在离被测天线较近位置时，也可准确的探测到被测天线的两个极化分量，非常适合近距离测量。

(5)通过对天线和吸波材料进行联合设计，可使天线的雷达散射截面(RCS)小，提高探头天线间的隔离度，提高探头天线与非正对被测天线间(图1中天线2和3间)的隔离度，缩小探头天线和被测天线间的测量距离，有效提高了测量的准确性。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的双极化天线。

图15是本发明一个实施例的双极化天线的结构示意图。

如图15所示，该双极化天线包括：第一天线单元10和第二天线单元20。

其中，第一天线单元10包括上述的双极化天线的天线单元。第二天线单元20与第一天线单元10垂直交叉设置，且第二天线单元包括上述的双极化天线的天线单元。本发明实施例的双极化天线可以有效满足合天线小型化要求，且有利于双极化天线设计。

具体地，两个天线单元分别是双极化天线中的水平极化天线单元和垂直极化天线单元，如图15所示，两个垂直交叉设置的天线单元在内芯馈电点处非常接近，但互相不连接。本发明实施例的双极化天线具有尺寸小、共模电流小、隔离度高等优点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一天线单元10的纵向对称轴线和第二天线单元20的纵向对称轴线重合。

可以理解的是，如图16所示，双极化天线的第一天线单元10的纵向对称轴线和第二天线单元20的纵向对称轴线重合，从而进一步消除天线共模电流，提高双极化天线的对称性、平衡性，从而提高天线性能。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一天线单元10的金属件和第二天线单元20的金属件为同一金属件。

可以理解的是，如图17所示，双极化天线的第一天线单元10的金属件和第二天线单元20的金属件可以为同一金属件，即两者共用金属件，从而使第一天线单元10和第二天线单元20的辐射件、馈电件、平衡件通过电气连接完全导通，使馈电件和平衡件完全导通形成整体，消除两者间存在的缝隙，从而保证了馈电件信号传输的平衡性，增强了馈电件和平衡件的对称性，基本消除了共模电流(共模电流非常小，从工程实践角度看可以忽略不计)。同时，减小了两个极化相互之间的辐射影响，保证了两个极化天线方向图和单极化时一致，大大提高了两个极化之间的端口隔离度，使天线在离被测天线较近位置时，也可准确的探测到被测天线的两个极化分量，非常适合近距离测量，提高测量精度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一天线单元10的第一辐射件的第一端口和第二辐射件的第一端口所在的第一平面高于第二天线单元20的第一辐射件的第一端口和第二辐射件的第一端口所在的第二平面。

具体地，如图18所示，第一平面、第二平面、第三平面、第四平面的位置相互错开，相互不共面，从而使天线安装方便。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一天线单元10和第二天线单元20中的至少一个的至少一部分弯折设置，以使第一天线单元10的第一辐射件的第一端口和第二辐射件的第一端口所在的平面与第二天线单元20的第一辐射件的第一端口和第二辐射件的第一端口所在的平面共面。

具体地，在上述的非共面方案中，两个天线单元之间存在高度差，在测量过程中，这个微小的高度差可能导致其中一个极化超出测量距离范围之外，从而导致该极化天线失效，无法完成测量任务。因此，如图19所示，本发明实施例提出了将两个天线单元中的至少一个的至少一部分进行弯折设计(任意部分均可)，使两个天线单元实现共面。该设计一方面进一步减小了天线尺寸，提高了测量精度，另一方面避免了可能发生的测量失败的风险。

另外，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的双极化天线还包括：吸波材料30。双极化天线插入吸波材料30的顶部，或者双极化天线插入吸波材料30构成的容纳腔的底部。

具体而言，如图20所示，本发明实施例的双极化天线可以和吸波材料30一起进行联合设计。在本发明的实施例中，通过增加吸波材料30可以实现以下优点：

1)吸波材料30可以进一步抵消可能产生的共模电流；

2)吸波材料30可以进一步减少测量天线(本发明实施例的双极化天线)和被测天线之间的反射，提高测量的准确性；

3)吸波材料30可以使双极化天线的雷达散射截面(RCS)小，提高天线间的隔离度，提高探头天线与非正对被测天线间(图1中天线2和3间)的隔离度，缩小测量天线和被测天线间的测量距离，有效提高测量的准确性。

具体地，当把双极化天线插入吸波材料30顶部时，可以减小天线电磁波的空间散射；当把双极化天线插入吸波材料30形成的容纳腔底部时，不但可以调整天线的高度，适应不同要求的测量需求，同时还可以提高天线之间的隔离度，缩小了被测天线和测量天线间的测试距离，提高了测量精度。

需要说明的是，前述对天线单元实施例的解释说明也适用于该实施例的，此处不再赘述双极化天线。

根据本发明实施例提出的双极化天线，具有以下有益效果：

(1)馈电方式采用非电气连接的耦合连接，可实现天线小型化，尺寸约为十分之一波长，且天线阻抗匹配性能良好。

(2)馈电部分同轴线采用偏置设计，即将同轴线设计在天线中心旁侧，该设计可在两个天线交叉设置时使两个馈电部分同轴线相互错开，有利于双极化天线设计。

(3)通过设置馈电部分平衡结构，可在馈电部分同轴线进行偏置设计时，保证整个馈电部分的对称性、平衡性，形成巴伦，遏制共模电流的产生。

(4)通过对馈电部分的同轴线外芯、平衡结构和馈电件进行电气连接，可减小两个极化相互之间的辐射影响，保证了两个极化天线方向图和单极化时一致，提高了两个极化间的隔离度，使探头天线在离被测天线较近位置时，也可准确的探测到被测天线的两个极化分量，非常适合近距离测量。

(5)通过对天线和吸波材料进行联合设计，可使天线的雷达散射截面(RCS)小，提高探头天线间的隔离度，提高探头天线与非正对被测天线间(图1中天线2和3间)的隔离度，缩小探头天线和被测天线间的测量距离，有效提高了测量的准确性。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种双极化天线的天线单元，其特征在于，包括：

第一辐射件，所述第一辐射件内部构成第一容纳腔，所述第一容纳腔的腔体贯通所述第一辐射件的第一端和第二端；

第二辐射件，所述第二辐射件的第一端和所述第一辐射件的第一端不连接，所述第二辐射件的第二端和所述第一辐射件的第二端电气连接；

平衡件，所述平衡件的第一端和所述第二辐射件的第二端电气连接；以及

馈电件，所述馈电件偏离天线单元中心预设距离且与所述平衡件对应设置，其中，所述馈电件包括：

外芯，所述外芯内部构成第二容纳腔，所述第二容纳腔的腔体贯通所述外芯的第一端和所述外芯的第二端，且所述外芯的第一端和所述第一辐射件的第二端电气连接；

内芯，所述内芯贯穿所述第一容纳腔和所述第二容纳腔的腔体，所述内芯的第一端穿出所述第一辐射件的第一端并与所述第二辐射件耦合连接。

2.根据权利要求1所述的双极化天线的天线单元，其特征在于，还包括：

金属件，所述金属件分别与所述第一辐射件、所述第二辐射件、所述外芯和所述平衡件电气连接。

3.根据权利要求2所述的双极化天线的天线单元，其特征在于，所述第一辐射件和所述第二辐射件相对于天线单元的纵向对称轴线对称设置，所述外芯和所述平衡件相对于所述纵向对称轴线对称设置，所述金属件相对于所述纵向对称轴对称设置。

4.根据权利要求1所述的双极化天线的天线单元，其特征在于，所述第二辐射件内部构成第三容纳腔，所述内芯贯穿所述第一容纳腔和所述第二容纳腔的腔体，且穿出所述第一辐射件的第一端，并穿入所述第二辐射件的第一端进入所述第三容纳腔，以和所述第二辐射件耦合连接。

5.根据权利要求1所述的双极化天线的天线单元，其特征在于，所述第一辐射件、所述第二辐射件、所述内芯中的至少一个具有至少一段加宽部。

6.根据权利要求2所述的双极化天线的天线单元，其特征在于，还包括：

第一层介质板，所述第一辐射体的第一部分、所述第二辐射体的第一部分、所述外芯的第一部分、所述平衡件的第一部分、所述金属件的第一部分均设在所述第一层介质板的金属片上或形成在所述第一层介质板的金属层上；

第二层介质板，所述内芯设在所述第二层介质板的金属片上或形成在所述第二层介质板的金属层上；

第三层介质板，所述第一辐射体的第二部分、所述第二辐射体的第二部分、所述外芯的第二部分、所述平衡件的第二部分、所述金属件的第二部分均设在所述第三层介质板的金属片上或形成在所述第三层介质板的金属层上。

7.根据权利要求6所述的双极化天线的天线单元，其特征在于，其中，

所述第二层介质板设置有外芯金属过孔、平衡件金属过孔、金属件金属过孔，所述外芯金属过孔用于连接所述外芯的第一部分和所述外芯的第二部分，所述平衡件金属过孔用于连接所述平衡件的第一部分和所述平衡件的第二部分，所述金属件金属过孔用于连接所述金属件的第一部分和所述金属件的第二部分；

或者，所述第二层介质板设置有第一辐射件金属过孔、第二辐射件金属过孔、外芯金属过孔、平衡件金属过孔、金属件金属过孔，所述第一辐射件金属过孔用于连接所述第一辐射件的第一部分和所述第一辐射件的第二部分，所述第二辐射件金属过孔用于连接所述第二辐射件的第一部分和所述第二辐射件的第二部分，所述外芯金属过孔用于连接所述外芯的第一部分和所述外芯的第二部分，所述平衡件金属过孔用于连接所述平衡件的第一部分和所述平衡件的第二部分，所述金属件金属过孔用于连接所述金属件的第一部分和所述金属件的第二部分。

8.根据权利要求1所述的双极化天线的天线单元，其特征在于，还包括：

调谐器，所述调谐器连接所述馈电件的所述外芯的第二端和所述内芯的第二端。

9.一种双极化天线，其特征在于，包括：

第一天线单元，所述第一天线单元包括如权利要求1-8任一项所述的双极化天线的天线单元；

与所述第一天线单元垂直交叉设置的第二天线单元，所述第二天线单元包括如权利要求1-8任一项所述的双极化天线的天线单元。

10.根据权利要求9所述的双极化天线，其特征在于，所述第一天线单元的纵向对称轴线和所述第二天线单元的纵向对称轴线重合。

11.根据权利要求10所述的双极化天线，其特征在于，所述第一天线单元的金属件和所述第二天线单元的所述金属件为同一金属件。

12.根据权利要求11所述的双极化天线，其特征在于，所述第一天线单元的第一辐射件的第一端口和所述第二辐射件的第一端口所在的第一平面高于所述第二天线单元的第一辐射件的第一端口和所述第二辐射件的第一端口所在的第二平面。

13.根据权利要求11所述的双极化天线，其特征在于，所述第一天线单元和所述第二天线单元中的至少一个的至少一部分弯折设置，以使所述第一天线单元的第一辐射件的第一端口和所述第二辐射件的第一端口所在的平面与所述第二天线单元的第一辐射件的第一端口和所述第二辐射件的第一端口所在的平面共面。

14.根据权利要求9所述的双极化天线，其特征在于，还包括：

吸波材料，所述双极化天线插入所述吸波材料的顶部，或者所述双极化天线插入所述吸波材料构成的容纳腔的底部。

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