CN111987438A - 平面双极化振子板、天线振子单元及多频天线组阵单元 - Google Patents

平面双极化振子板、天线振子单元及多频天线组阵单元 Download PDF

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CN111987438A CN202010715375.1A CN202010715375A CN111987438A CN 111987438 A CN111987438 A CN 111987438A CN 202010715375 A CN202010715375 A CN 202010715375A CN 111987438 A CN111987438 A CN 111987438A
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蒋红义
罗忠早
漆基仙
杨娟
吴小伟
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Abstract

一种平面双极化振子板，包括电路基板、设置于电路基板顶面的顶面振子单元及设置于电路基板底面的底面振子单元；顶面振子单元与底面振子单元垂直正交；顶面振子单元包括第一振子及第二振子；底面振子单元包括第三振子及第四振子；第一振子、第二振子第三振子及第四振子均具有两个平行的巴伦及连接于每一巴伦外侧的振子臂；每一振子臂包括与巴伦的端部连接且与巴伦平行的平行部及与平行部的末端呈度夹角连接的振子。如此振子臂先沿对角线延伸一段距离再呈45度角张开、能够减小天线尺寸、实现小型化、抵消远端辐射场，且结构简单、成本低、便于安装、一致性及稳定性较好、易于自动化生产。本发明还提供一种天线振子单元及多频天线组阵单元。

Description

平面双极化振子板、天线振子单元及多频天线组阵单元
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是一种平面双极化振子板、天线振子单元及多频天线组阵单元。
背景技术
随着全球4G网络建设加速、甚至5G开始应用，移动通信系统不断升级，宽频化、小型化、高品质的天线成为现代天线设计的主要的考虑因素。现有的天线辐射单元结构复杂、工艺复杂，成本高，装配难，批量生产的一致性及稳定性差，很难实现自动化生产。现有的天线的振子臂直接展开以产生辐射，但是尺寸较大，不便于实现小型化，在远端的辐射会产生冗余，对外部产生干扰或不良影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种振子臂先沿对角线延伸一段距离再呈45度角张开、能够减小天线尺寸、实现小型化、抵消远端辐射场，且结构简单、成本低、便于安装、一致性及稳定性较好、易于自动化生产的平面双极化振子板、天线振子单元及多频天线组阵单元，以解决上述问题。
一种平面双极化振子板，包括电路基板、设置于电路基板的顶面的顶面振子单元及设置于电路基板的底面的底面振子单元；顶面振子单元与底面振子单元垂直正交；顶面振子单元包括伞状的第一振子及伞状的第二振子，第一振子的小头端与第二振子的小头端连接；底面振子单元包括伞状的第三振子及伞状的第四振子，第三振子的小头端与第四振子的小头端连接；第一振子、第二振子第三振子及第四振子均具有两个平行的巴伦及连接于每一巴伦外侧的振子臂；每一振子臂包括与巴伦的端部连接且与巴伦平行的平行部及与平行部的末端呈度夹角连接的振子。
进一步地，所述第一振子包括平行设置的第一巴伦及第二巴伦、设置于第一巴伦远离第二巴伦的外侧的第一接地振子臂、设置于第二巴伦远离第一巴伦的外侧的第一信号振子臂；第一接地振子臂包括一端与第一巴伦远离第二振子的一端连接且与第一巴伦平行的第一平行部及与第一平行部的末端呈45度角连接的第一接地振子；第一信号振子臂包括一端与第二巴伦远离第二振子的一端连接且与第二巴伦平行的第二平行部及与第二平行部的末端呈45度角连接的第一信号振子。
进一步地，所述第二振子包括平行设置的第三巴伦及第四巴伦、设置于第三巴伦远离第四巴伦的外侧的第二接地振子臂、设置于第四巴伦远离第三巴伦的外侧的第二信号振子臂；第三巴伦与第一巴伦连接，第四巴伦与第二巴伦连接；第二接地振子臂包括一端与第三巴伦远离第一巴伦的一端连接且与第三巴伦平行的第三平行部及与第三平行部的末端呈45度角连接的第二接地振子；第二信号振子臂包括一端与第四巴伦远离第二巴伦的一端连接且与第四巴伦平行的第四平行部及与第四平行部的末端呈45度角连接的第二信号振子。
进一步地，所述第三巴伦与第一巴伦之间设置有若干第一接地端，若干第一接地端之间绝缘设置有第一信号端，第一信号端通过第一桥接臂与第二巴伦及第四巴伦连接。
进一步地，所述第三振子包括平行设置的第五巴伦及第六巴伦、设置于第五巴伦远离第六巴伦的外侧的第三信号振子臂、设置于第六巴伦远离第五巴伦的外侧的第三接地振子臂；第三信号振子臂包括一端与第五巴伦远离第四振子的一端连接且与第五巴伦平行的第五平行部及与第五平行部的末端呈45度角连接的第三信号振子；第三接地振子臂包括一端与第六巴伦远离第四振子的一端连接且与第六巴伦平行的第六平行部及与第六平行部的末端呈45度角连接的第三接地振子。
进一步地，所述第四振子包括平行设置的第七巴伦及第八巴伦、设置于第七巴伦远离第八巴伦的外侧的第四信号振子臂、设置于第八巴伦远离第七巴伦的外侧的第四接地振子臂；第七巴伦与第五巴伦连接，第八巴伦与第六巴伦连接；第四信号振子臂包括一端与第七巴伦远离第五巴伦的一端连接且与第七巴伦平行的第七平行部及与第七平行部的末端呈45度角连接的第四信号振子；第四接地振子臂包括一端与第八巴伦远离第六巴伦的一端连接且与第八巴伦平行的第八平行部及与第八平行部的末端呈45度角连接的第四接地振子。
进一步地，所述第六巴伦与第八巴伦之间设置有若干第二接地端，若干第二接地端之间绝缘设置有第二信号端，第二信号端通过第二桥接臂与第五巴伦及第七巴伦连接。
一种天线振子单元，包括第一支撑架、安装于第一支撑架顶部如上所述的的平面双极化振子板、第一反射板、穿过第一反射板、第一支撑架并与平面双极化振子板焊接的至少两根同轴线缆；顶板的侧边向上延伸设置有延伸块，相向设置的两个延伸块相向突出设置有第一卡勾；平面双极化振子板上对应延伸块的位置开设有第一通孔，延伸块穿过第一通孔，且第一卡勾与平面双极化振子板的顶面卡接。
一种多频天线组阵单元，包括由如上所述的天线振子单元形成的低频天线模块、位于平面双极化振子板上方的反射引向板及位于反射引向板上方的高频天线模块；相向设置的两个延伸块于第一卡勾的上方还相向突出设置有第三卡勾，反射引向板上对应第三卡勾开设有第二通孔，第三卡勾穿过第二通孔并与反射引向板的顶面卡接；高频天线模块包括第二支撑架及设置于第二支撑架顶部的高频振子单元。
与现有技术相比，本发明的平面双极化振子板包括电路基板、设置于电路基板的顶面的顶面振子单元及设置于电路基板的底面的底面振子单元；顶面振子单元与底面振子单元垂直正交；顶面振子单元包括伞状的第一振子及伞状的第二振子，第一振子的小头端与第二振子的小头端连接；底面振子单元包括伞状的第三振子及伞状的第四振子，第三振子的小头端与第四振子的小头端连接；第一振子、第二振子第三振子及第四振子均具有两个平行的巴伦及连接于每一巴伦外侧的振子臂；每一振子臂包括与巴伦的端部连接且与巴伦平行的平行部及与平行部的末端呈度夹角连接的振子。如此振子臂先沿对角线延伸一段距离再呈45度角张开、能够减小天线尺寸、实现小型化、抵消远端辐射场，且结构简单、成本低、便于安装、一致性及稳定性较好、易于自动化生产。本发明还提供一种天线振子单元及多频天线组阵单元。
附图说明
以下结合附图描述本发明的实施例，其中：
图1为本发明提供的天线振子单元的拆分示意图。
图2为本发明提供的天线振子单元的立体示意图。
图3为本发明提供的平面双极化振子板的俯视示意图。
图4为图3中的顶面振子单元的俯视示意图。
图5为图3中的底面振子单元的仰视示意图。
图6为本发明提供的多频天线组阵单元的立体示意图。
图7为本发明提供的平面双极化振子板的顶面振子单元的另一实施方式的示意图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
请参考图1及图2，本发明提供的天线振子单元包括第一支撑架10、安装于第一支撑架10顶部的平面双极化振子板20、第一反射板30、穿过第一反射板30、第一支撑架10并与平面双极化振子板20焊接的至少两根同轴线缆。
第一支撑架10包括底板11、分别从底板11上相对的两个侧边倾斜向上延伸的连接板12、与两个连接板12的顶部均连接且与底板11平行的顶板13。
顶板13的顶部侧边中部向上延伸设置有延伸块14，相向设置的两个延伸块14相向突出设置有第一卡勾141。
底板11的两个相对的侧边均向下突出延伸有抵接块16及第二卡勾15。
第二卡勾15用于卡住第一反射板30的底面，抵接块16用于与外部的固定座卡接。
平面双极化振子板20上开设有至少两个焊接孔21，平面双极化振子板20上对应延伸块14的位置开设有第一通孔22，延伸块14穿过第一通孔22，第一卡勾141与平面双极化振子板20的顶面卡接。
同轴线缆包括第一线缆41及第二线缆42。第一线缆41具有第一内芯411及包覆于第一内芯411外部的第一外皮412；第二线缆42具有第二内芯421及包覆于第二内芯421外部的第二外皮422。
外皮和内芯的电流方向相反。
第一线缆41的第一外皮412及第二线缆42的第二外皮422接地，第一线缆41的第一内芯411及第二线缆42的第二内芯421均为信号线。
第一线缆41的第一外皮412通过第一接地焊点413与第一反射板30连接，第二线缆42的第二外皮422通过第二接地焊点423与第一反射板30连接。
第一反射板30起到反射信号，屏蔽外部干扰的作用。
平面双极化振子板20的焊接孔21具有接地端及信号端。
第一线缆41的第一外皮412通过第三接地焊点414与一个焊接孔21的接地端连接，第一内芯411与该焊接孔21的信号端连接；第二线缆42的第二外皮422通过第四接地焊点424与另一个焊接孔21的接地端连接，第二内芯421与该焊接孔21的信号端连接。
请参考图3至图5，平面双极化振子板20包括电路基板、设置于电路基板的顶面的顶面振子单元23及设置于电路基板的底面的底面振子单元24。顶面振子单元23与底面振子单元24垂直且正交设置。
顶面振子单元23包括伞状的第一振子及伞状的第二振子，第一振子的小头端与第二振子的小头端连接，第一振子的大头端与第二振子的大头端相互远离设置。
第一振子包括平行设置的第一巴伦231及第二巴伦232、设置于第一巴伦231远离第二巴伦232的外侧的第一接地振子臂、设置于第二巴伦232远离第一巴伦231的外侧的第一信号振子臂。
第一接地振子臂包括一端与第一巴伦231远离第二振子的一端连接且与第一巴伦231平行的第一平行部2331及与第一平行部2331的末端呈45度角连接的第一接地振子2332。
第一信号振子臂包括一端与第二巴伦232远离第二振子的一端连接且与第二巴伦232平行的第二平行部2341及与第二平行部2341的末端呈45度角连接的第一信号振子2342。
第二振子包括平行设置的第三巴伦235及第四巴伦236、设置于第三巴伦235远离第四巴伦236的外侧的第二接地振子臂、设置于第四巴伦236远离第三巴伦235的外侧的第二信号振子臂。第三巴伦235与第一巴伦231连接，第四巴伦236与第二巴伦232连接。
第二接地振子臂包括一端与第三巴伦235远离第一巴伦231的一端连接且与第三巴伦235平行的第三平行部2371及与第三平行部2371的末端呈45度角连接的第二接地振子2372。
第二信号振子臂包括一端与第四巴伦236远离第二巴伦232的一端连接且与第四巴伦236平行的第四平行部2381及与第四平行部2381的末端呈45度角连接的第二信号振子2382。
第三巴伦235与第一巴伦231之间设置有若干第一接地端2391，若干第一接地端2391之间绝缘设置有第一信号端2392，第一信号端2392通过第一桥接臂2393与第二巴伦232及第四巴伦236连接。
第一巴伦231与第二巴伦232之间及第三巴伦235与第四巴伦236之间的间隙为顶部馈电间隙2301。顶部馈电间隙2301用于调节天线的特性阻抗。如信号从特性阻抗为50欧姆的同轴电缆输入，然后转化到微带双线(即信号振子臂及接地振子臂)上，再传输到两个振子上，最后辐射到空间。同轴电缆到微带双线的转化装置同时也起到了巴伦的作用(即巴伦)。同轴电缆转化到两个并联的微带双线上，需要并联后的微带双线的特性阻抗与同轴电缆相匹配，因此要求微带双线的特性阻抗为100欧姆，并联后为50欧姆，因此可调节微带双线之间的缝隙宽宽度，使之特性阻抗为100欧姆。
底面振子单元24包括伞状的第三振子及伞状的第四振子，第三振子的小头端与第四振子的小头端连接，第三振子的大头端与第四振子的大头端相互远离设置。
第三振子包括平行设置的第五巴伦241及第六巴伦242、设置于第五巴伦241远离第六巴伦242的外侧的第三信号振子臂、设置于第六巴伦242远离第五巴伦241的外侧的第三接地振子臂。
第三信号振子臂包括一端与第五巴伦241远离第四振子的一端连接且与第五巴伦241平行的第五平行部2431及与第五平行部2431的末端呈45度角连接的第三信号振子2432。
第三接地振子臂包括一端与第六巴伦242远离第四振子的一端连接且与第六巴伦242平行的第六平行部2441及与第六平行部2441的末端呈45度角连接的第三接地振子2442。
第四振子包括平行设置的第七巴伦245及第八巴伦246、设置于第七巴伦245远离第八巴伦246的外侧的第四信号振子臂、设置于第八巴伦246远离第七巴伦245的外侧的第四接地振子臂。第七巴伦245与第五巴伦241连接，第八巴伦246与第六巴伦242连接。
第四信号振子臂包括一端与第七巴伦245远离第五巴伦241的一端连接且与第七巴伦245平行的第七平行部2471及与第七平行部2471的末端呈45度角连接的第四信号振子2472。
第四接地振子臂包括一端与第八巴伦246远离第六巴伦242的一端连接且与第八巴伦246平行的第八平行部2381及与第八平行部2381的末端呈45度角连接的第四接地振子2382。
第六巴伦242与第八巴伦246之间设置有若干第二接地端2491，若干第二接地端2491之间绝缘设置有第二信号端2492，第二信号端2492通过第二桥接臂2493与第五巴伦241及第七巴伦245连接。
第五巴伦241与及第六巴伦242之间及第七巴伦245与第八巴伦246之间的间隙为底部馈电间隙2401。
顶面振子单元23与底面振子单元24垂直正交，使得在竖直方向上存在投影相重合的重合区域25，如此在振子末端重叠，以增加电容耦合，提升天线带宽，使得天线在46％的带宽内电压驻波比小于1.5，整个天线为印制平面状，结构简单、成本低、便于加工。
激励电流如图3至图5中的箭头所示，同轴电缆的外皮和内芯电流相反，使得并行微带双线上的电流反相，在远区辐射场相互抵消。如图4的右上角所示，第一信号振子2342中的电流向下流动，第一接地振子2332中的电流向右流动，合成产生-45°极化的电磁波。同理左下角也产生-45°极化的电磁波，两个电磁波的波长间距约0.6个波长左右，组成一个二元阵提升天线增益。该设计还可以省去1分2功分网络。
同理，第三振子与第四振子的两端分别形成两个+45°极化的电磁波。
本技术方案采用同轴线缆至双印制线设计，实现了巴伦的平衡－不平衡转换，解决了常规巴伦尺寸大的问题，且同轴电缆具备良好的电磁屏蔽效果，使得两个振子馈线上的耦合几乎为零，且两个振子相互正交，使得该双极化平面双极化振子板且有非常高的端口隔离度，两个端口的隔离度大于33dB。
两个正交的振子由两根同轴电缆进行馈电，可以同时馈入两路不同信号，实现天线单元同时±45°双极化辐射。
由于每一振子臂均具有平行部，平行部的电流与巴伦上的电流相反，远区的辐射场相互抵消。振子臂展开后能形成有效辐射，如此通过先沿对角线延伸一段距离再呈45度角张开、能够减小天线尺寸、实现小型化、抵消远端辐射场。
请参考图6，本发明提供一种多频天线组阵单元，其包括由上述的天线振子单元形成的低频天线模块、位于平面双极化振子板20上方的反射引向板50及位于反射引向板50上方的高频天线模块。
相向设置的两个延伸块14于第一卡勾141的上方还相向突出设置有第三卡勾142。反射引向板50上对应第三卡勾142开设有第二通孔53，第三卡勾142穿过第二通孔53并与反射引向板50的顶面卡接。
高频天线模块包括第二支撑架60及设置于第二支撑架60顶部的高频振子单元70。
反射引向板50包括朝向平面双极化振子板20的引向板51及朝向高频振子单元70的第二反射板52。引向板51及第二反射板52也可为同一层结构。起到增加引向辐射，汇聚天线辐射能量，减少波束宽度，提升天线增益、反射信号的作用。
一第三线缆43及第四线缆与高频振子单元70连接。
顶面振子单元23及底面振子单元24通过馈电连接，直接集成在PCB板的顶面及底面，使得天线的增益提高，且加工方便，重量轻，指标好，覆盖效果好。
上述各个振子臂的振子的形状为长方形。
请参考图7，上述各个振子臂的振子的形状也可为其他形状，如弧形、正方形、三角形、多边形等。
与现有技术相比，本发明的平面双极化振子板包括电路基板、设置于电路基板的顶面的顶面振子单元23及设置于电路基板的底面的底面振子单元24；顶面振子单元23与底面振子单元24垂直正交；顶面振子单元23包括伞状的第一振子及伞状的第二振子，第一振子的小头端与第二振子的小头端连接；底面振子单元24包括伞状的第三振子及伞状的第四振子，第三振子的小头端与第四振子的小头端连接；第一振子、第二振子第三振子及第四振子均具有两个平行的巴伦及连接于每一巴伦外侧的振子臂；每一振子臂包括与巴伦的端部连接且与巴伦平行的平行部及与平行部的末端连接的振子。本发明还提供一种天线振子单元及多频天线组阵单元。如此振子臂先沿对角线延伸一段距离再呈45度角张开、能够减小天线尺寸、实现小型化、抵消远端辐射场，且结构简单、成本低、便于安装、一致性及稳定性较好、易于自动化生产。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种平面双极化振子板，其特征在于：包括电路基板、设置于电路基板的顶面的顶面振子单元及设置于电路基板的底面的底面振子单元；顶面振子单元与底面振子单元垂直正交；顶面振子单元包括伞状的第一振子及伞状的第二振子，第一振子的小头端与第二振子的小头端连接；底面振子单元包括伞状的第三振子及伞状的第四振子，第三振子的小头端与第四振子的小头端连接；第一振子、第二振子第三振子及第四振子均具有两个平行的巴伦及连接于每一巴伦外侧的振子臂；每一振子臂包括与巴伦的端部连接且与巴伦平行的平行部及与平行部的末端呈度夹角连接的振子。
2.如权利要求1所述的平面双极化振子板，其特征在于：所述第一振子包括平行设置的第一巴伦及第二巴伦、设置于第一巴伦远离第二巴伦的外侧的第一接地振子臂、设置于第二巴伦远离第一巴伦的外侧的第一信号振子臂；第一接地振子臂包括一端与第一巴伦远离第二振子的一端连接且与第一巴伦平行的第一平行部及与第一平行部的末端呈45度角连接的第一接地振子；第一信号振子臂包括一端与第二巴伦远离第二振子的一端连接且与第二巴伦平行的第二平行部及与第二平行部的末端呈45度角连接的第一信号振子。
3.如权利要求2所述的平面双极化振子板，其特征在于：所述第二振子包括平行设置的第三巴伦及第四巴伦、设置于第三巴伦远离第四巴伦的外侧的第二接地振子臂、设置于第四巴伦远离第三巴伦的外侧的第二信号振子臂；第三巴伦与第一巴伦连接，第四巴伦与第二巴伦连接；第二接地振子臂包括一端与第三巴伦远离第一巴伦的一端连接且与第三巴伦平行的第三平行部及与第三平行部的末端呈45度角连接的第二接地振子；第二信号振子臂包括一端与第四巴伦远离第二巴伦的一端连接且与第四巴伦平行的第四平行部及与第四平行部的末端呈45度角连接的第二信号振子。
4.如权利要求3所述的平面双极化振子板，其特征在于：所述第三巴伦与第一巴伦之间设置有若干第一接地端，若干第一接地端之间绝缘设置有第一信号端，第一信号端通过第一桥接臂与第二巴伦及第四巴伦连接。
5.如权利要求1所述的平面双极化振子板，其特征在于：所述第三振子包括平行设置的第五巴伦及第六巴伦、设置于第五巴伦远离第六巴伦的外侧的第三信号振子臂、设置于第六巴伦远离第五巴伦的外侧的第三接地振子臂；第三信号振子臂包括一端与第五巴伦远离第四振子的一端连接且与第五巴伦平行的第五平行部及与第五平行部的末端呈45度角连接的第三信号振子；第三接地振子臂包括一端与第六巴伦远离第四振子的一端连接且与第六巴伦平行的第六平行部及与第六平行部的末端呈45度角连接的第三接地振子。
6.如权利要求5所述的平面双极化振子板，其特征在于：所述第四振子包括平行设置的第七巴伦及第八巴伦、设置于第七巴伦远离第八巴伦的外侧的第四信号振子臂、设置于第八巴伦远离第七巴伦的外侧的第四接地振子臂；第七巴伦与第五巴伦连接，第八巴伦与第六巴伦连接；第四信号振子臂包括一端与第七巴伦远离第五巴伦的一端连接且与第七巴伦平行的第七平行部及与第七平行部的末端呈45度角连接的第四信号振子；第四接地振子臂包括一端与第八巴伦远离第六巴伦的一端连接且与第八巴伦平行的第八平行部及与第八平行部的末端呈45度角连接的第四接地振子。
7.如权利要求6所述的平面双极化振子板，其特征在于：所述第六巴伦与第八巴伦之间设置有若干第二接地端，若干第二接地端之间绝缘设置有第二信号端，第二信号端通过第二桥接臂与第五巴伦及第七巴伦连接。
8.一种天线振子单元，其特征在于：包括第一支撑架、安装于第一支撑架顶部如权利要求1-7任一项所述的的平面双极化振子板、第一反射板、穿过第一反射板、第一支撑架并与平面双极化振子板焊接的至少两根同轴线缆；顶板的侧边向上延伸设置有延伸块，相向设置的两个延伸块相向突出设置有第一卡勾；平面双极化振子板上对应延伸块的位置开设有第一通孔，延伸块穿过第一通孔，且第一卡勾与平面双极化振子板的顶面卡接。
9.一种多频天线组阵单元，其特征在于：包括由如权利要求8所述的天线振子单元形成的低频天线模块、位于平面双极化振子板上方的反射引向板及位于反射引向板上方的高频天线模块；相向设置的两个延伸块于第一卡勾的上方还相向突出设置有第三卡勾，反射引向板上对应第三卡勾开设有第二通孔，第三卡勾穿过第二通孔并与反射引向板的顶面卡接；高频天线模块包括第二支撑架及设置于第二支撑架顶部的高频振子单元。
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