CN111934087A - 宽带双极化菱形振子单元及线性阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带双极化菱形振子单元及线性阵列天线，其包括有四个呈中心对称且正交组合形成正负45度的极化分布的偶极子，每个偶极子包括有相互耦合的两个振子臂和与振子臂的馈电端连接的馈电巴伦，所述振子臂由馈电端至末端逐渐变宽而形成多边形形状。上述宽带双极化菱形振子单元包括四个呈中心对称且正交组合形成正负45度的极化分布的偶极子，偶极子的振子臂由馈电端至末端逐渐变宽而形成多边形形状，从而加宽了振子臂的宽度，使得阻抗带宽变宽，使得偶极子的相对带宽达到35％，从而解决了常规的双极化菱形振子天线存在阻抗带宽窄的问题，实现宽频目的。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种宽带双极化菱形振子单元及线性阵列天线。
背景技术
移动通信为当今社会信息通信起到了重要的支撑作用。从2G语音通话到目前的5G视频大数据大流量信息交流，很好的服务了经济社会的更新发展。展望未来，移动通信同样也会更好的为我们服务。伴随着物联网、AI(Artificial Intelligence，人工智能)技术的信息交换需要，未来的网络将向宽带化、智能化、个人化方向发展，形成统一的综合宽带通信网，并逐步演进为由核心骨干层和接入层组成、业务与网络分离的构架，这种构架的广泛应用，促使移动网络得到了迅速发展。移动智能网是在移动网络中引入智能网功能实体，是一种开放性的智能性平台，它使运营商能够方便、快速、经济、有效地提供客户所需的各类电信新业务，使客户对网络有更强的控制功能，能够方便灵活地获得所需的信息。
天线系统在移动通信系统中起到了决定性作用，作为系统完成信息交换的关键装置，天线的宽带化，性能指标优质化，智能化是天线系统的几个发展方向。在移动通信发展的不同阶段，通信系统当中使用到了基站天线、室内分布天线、特殊场景天线、美化天线等等不同类型天线。
在移动通信系统中，优选正负45度极化作为波传输模式，因此需要设计45度双极化天线。双极化天线振子是构成高增益天线的基本单元，通过多组单元振子组成阵列，并且通过馈电装置馈电，单元能量汇聚叠加，实现高增益指标。双极化振子大多是由十字交叉的两个偶极子组成，或者由四个偶极子围着中心排列构成的菱形振子单元组成。十字交叉振子因为其两个单元相位中心重合，振子臂形状不用约束，可以根据需要变形变宽辐射面，进而完成阻抗宽带的设计，目前这种形式振子阻抗带宽可以达到45％左右，所以，此种结构单元是宽带定向天线组阵的常用形式。相较于十字振子，菱形振子单元增益要高1.5db左右，因此，优选增益高的形振子单元制作定向天线，可以减小天线尺寸重量，降低风阻迎风面积。然而，在菱形振子单元的设计结构当中，阻抗带宽取决于单个偶极子的带宽，偶极子两臂形状常用杆状形式，左右两边对称，平行带状线巴伦直接做支撑，固定在反射板上面，此种结构虽然简单，但是相对阻抗带宽目前只能达到18％左右，面对再宽的阻抗带宽需求，就很难满足了。
因此，常规的双极化菱形振子天线存在阻抗带宽窄的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种宽带双极化菱形振子单元及线性阵列天线，用以解决常规的双极化菱形振子天线存在阻抗带宽窄的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案：
一种宽带双极化菱形振子单元，其包括有四个呈中心对称且正交组合形成正负45度的极化分布的偶极子，每个偶极子包括有相互耦合的两个振子臂和与振子臂的馈电端连接的馈电巴伦，所述振子臂自馈电端至末端逐渐变宽而形成多边形形状。
优选地，所述偶极子的两个振子臂之间的耦合夹角为15～25度。
优选地，所述偶极子的振子臂末端与相邻偶极子的振子臂末端的耦合距离为2～6mm。
优选地，所述馈电巴伦包括有用于与振子臂的馈电端连接的第一连接部和用于与发射板固定连接的第二连接部，所述第一连接部与第二连接部连接，且第一连接部与第二连接部不在同一平面上。
优选地，所述第一连接部与第二连接部的长度之和大于λ，λ表示偶极子的工作频段的中心频点的波长。
优选地，所述偶极子还包括有用于将所述馈电巴伦固定在发射板上的隔离介质固定件。
优选地，所述偶极子的振子臂自馈电端向所述宽带双极化菱形振子单元的中心延伸；或者所述偶极子的振子臂自馈电端向所述宽带双极化菱形振子单元的外侧延伸。
一种宽带双极化菱形振子线性阵列天线，其包括有反射板以及四个线性排列在反射板上的如以上所述的宽带双极化菱形振子单元。
优选地，所述宽带双极化菱形振子线性阵列天线支持698-960MHZ频段或1710-2690MHz频段。
优选地，相邻宽带双极化菱形振子单元的间距为0.9λ，λ表示宽带双极化菱形振子线性阵列天线的工作频段的中心频点的波长。
本发明的有益技术效果在于：上述宽带双极化菱形振子单元包括四个呈中心对称且正交组合形成正负45度的极化分布的偶极子，偶极子的振子臂自馈电端至末端逐渐变宽而形成多边形形状，从而加宽了振子臂的宽度，使得阻抗带宽变宽，使得偶极子的相对带宽达到35％，从而解决了常规的双极化菱形振子天线存在阻抗带宽窄的问题，实现宽频目的。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的宽带双极化菱形振子单元的立体结构示意图；
图2为本发明一个实施例中的宽带双极化菱形振子单元的平面结构示意图；
图3为本发明一个实施例中的宽带双极化菱形振子单元的侧面结构示意图；
图4为本发明另一个实施例中的宽带双极化菱形振子单元的平面结构示意图；
图5为本发明又一个实施例中的宽带双极化菱形振子单元的平面结构示意图；
图6为本发明一个实施例中的宽带双极化菱形振子线性阵列天线的立体结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
如图1所示，在本发明一个实施例中，宽带双极化菱形振子单元包括有四个呈中心对称且正交组合形成正负45度的极化分布的偶极子10，每个偶极子10包括有相互耦合的两个振子臂11和与振子臂11的馈电端12连接的馈电巴伦20，所述振子臂11由馈电端12至末端13逐渐变宽而形成多边形形状，其中，馈电巴伦20用作支撑结构，用于支撑固定振子臂11。
如图2所示，所述四个偶极子10分布在同一平面上，相对的偶极子10构成同极化，相邻的偶极子10构成异极化，同极化两个偶极子10并联馈电，馈电相位同相。按图2中箭头所示，箭头A和箭头B所对应的偶极子10呈现45度极化，箭头C和箭头D所对应的偶极子10呈现-45度极化，最终构成交叉的双极化菱形振子单元。
本发明实施例中的宽带双极化菱形振子单元包括四个呈中心对称且正交组合形成正负45度的极化分布的偶极子10，偶极子10的振子臂11自馈电端12至末端13逐渐变宽而形成多边形形状，从而加宽了振子臂11的宽度，使得阻抗带宽变宽，使得偶极子10的相对带宽达到35％，从而解决了常规的双极化菱形振子天线存在阻抗带宽窄的问题，实现宽频目的。
在本发明的一些优选实施例中，所述振子臂11的为三角形或其他多边形形状，所述偶极子10的两个振子臂11之间的耦合夹角θ为15～25度，偶极子10的两个振子臂11的耦合平面(即两个振子臂11之间的平面)呈现三角形或其他喇叭口形状。两个振子臂11之间的耦合夹角θ设置为15～25度可以增大两个振子臂11的耦合面积，实现阻抗宽带化，进一步实现宽频目的。
在本发明的一些优选实施例中，宽带双极化菱形振子单元的横向宽度W1与宽带双极化菱形振子单元的纵向宽度W2相等，即W1＝W2。本实施例中，W1、W2的取值约为1/2λ，λ表示偶极子10的工作频段的中心频点的波长。所述偶极子10的两个振子臂11的馈电端12的间距为W3为2～6mm，所述偶极子10的振子臂11末端13与相邻偶极子10的振子臂11末端13的耦合距离W3为2～6mm。
如图3所示，在本发明的一些优选实施例中，所述馈电巴伦20包括有用于与振子臂11的馈电端12连接的第一连接部21和用于与发射板200固定连接的第二连接部22，所述第一连接部21与第二连接部22连接，且第一连接部21与第二连接部22不在同一平面上。所述第一连接部21与第二连接部22的长度之和大于λ，即L1+L2＞λ，λ表示偶极子10的工作频段的中心频点的波长。在本实施例中，第一连接部21与第二连接部22不在同一平面上，在保证振子臂11与反射板200之间的高度H尺寸不变情况下，延长了馈电巴伦20的长度，从而增加了匹配带宽。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，馈电巴伦20可以是在一个平面上直接与反射板固定并接地。
所述偶极子10还包括有用于将所述馈电巴伦20固定在发射板200上的隔离介质固定件。
如图4所示，在本发明一些实施例中，所述偶极子10的振子臂11自馈电端向所述宽带双极化菱形振子单元的中心延伸，即振子臂11朝向内侧中心点；如图5所示，在本发明一些实施例中，所述偶极子10的振子臂11自馈电端向所述宽带双极化菱形振子单元的外侧延伸，即振子臂11朝向外侧。图4、图5所述的两种宽带双极化菱形振子单元的辐射特征一样，在相等间距尺寸下，前者方向图瓣宽大于后者。
如图6所示，在本发明一些实施例中，宽带双极化菱形振子线性阵列天线包括有反射板200以及四个线性排列在反射板200上的宽带双极化菱形振子单元100，所述宽带双极化菱形振子单元100采用图1-图5所示实施例中的宽带双极化菱形振子单元。其中，相邻宽带双极化菱形振子单元的间距为0.9λ，λ表示宽带双极化菱形振子线性阵列天线的工作频段的中心频点的波长。
宽带双极化菱形振子单元的偶极子10的振子臂11由馈电端12至末端13逐渐变宽而形成多边形形状，从而加宽了振子臂11的宽度，在驻波比小于1.5情况下，所述宽带双极化菱形振子线性阵列天线的阻抗带宽达到35％左右，满足移动通信宽频带的需要，支持698-960MHZ频段或1710-2690MHz频段。天线隔离度满足大于25db，天线水平瓣宽约67-60度，垂直面瓣宽约14度，实现天线约15db增益。
以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种宽带双极化菱形振子单元，其特征在于：所述宽带双极化菱形振子单元包括有四个呈中心对称且正交组合形成正负45度的极化分布的偶极子，每个偶极子包括有相互耦合的两个振子臂和与振子臂的馈电端连接的馈电巴伦，所述振子臂自馈电端至末端逐渐变宽而形成多边形形状。
2.如权利要求1所述的宽带双极化菱形振子单元，其特征在于：所述偶极子的两个振子臂之间的耦合夹角为15～25度。
3.如权利要求2所述的宽带双极化菱形振子单元，其特征在于：所述偶极子的振子臂末端与相邻偶极子的振子臂末端的耦合距离为2～6mm。
4.如权利要求1所述的宽带双极化菱形振子单元，其特征在于：所述馈电巴伦包括有用于与振子臂的馈电端连接的第一连接部和用于与发射板固定连接的第二连接部，所述第一连接部与第二连接部连接，且第一连接部与第二连接部不在同一平面上。
5.如权利要求4所述的宽带双极化菱形振子单元，其特征在于：所述第一连接部与第二连接部的长度之和大于λ，λ表示偶极子的工作频段的中心频点的波长。
6.如权利要求5所述的宽带双极化菱形振子单元，其特征在于：所述偶极子还包括有用于将所述馈电巴伦固定在发射板上的隔离介质固定件。
7.如权利要求1所述的宽带双极化菱形振子单元，其特征在于：所述偶极子的振子臂自馈电端向所述宽带双极化菱形振子单元的中心延伸；或者所述偶极子的振子臂自馈电端向所述宽带双极化菱形振子单元的外侧延伸。
8.一种宽带双极化菱形振子线性阵列天线，其特征在于：所述宽带双极化菱形振子线性阵列天线包括有反射板以及四个线性排列在反射板上的如权利要求1～7任一项所述的宽带双极化菱形振子单元。
9.如权利要求8所述的宽带双极化菱形振子线性阵列天线，其特征在于：所述宽带双极化菱形振子线性阵列天线支持698-960MHZ频段或1710-2690MHz频段。
10.如权利要求9所述的宽带双极化菱形振子线性阵列天线，其特征在于：相邻宽带双极化菱形振子单元的间距为0.9λ，λ表示宽带双极化菱形振子线性阵列天线的工作频段的中心频点的波长。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201113 |