CN112768888A

CN112768888A - 天线阵元和阵列天线

Info

Publication number: CN112768888A
Application number: CN202011562747.8A
Authority: CN
Inventors: 李艳; 徐海鹏; 齐望东
Original assignee: Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
Current assignee: Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: CN112768888B

Abstract

本申请涉及一种天线阵元以及阵列天线。天线阵元包括辐射单元、第一馈电巴伦、第二馈电巴伦和反射底板，其中第一馈电巴伦和第二馈电巴伦相互正交交叉连接，并且第一馈电巴伦的顶部和第二馈电巴伦的顶部都固定到辐射单元，第一馈电巴伦的底部和第二馈电巴伦的底部都固定到反射底板；并且其中辐射单元包括辐射介质基板以及印制在辐射介质基板上的辐射体，辐射体包括四个相同形状的振子臂，每一振子臂通过短路线路与相邻的振子臂连接。通过该天线阵元以及阵列天线，可以改善天线的交叉极化，进而提高天线阵元在不同极化方式、不同入射角度下阵列天线的相位一致性。

Description

天线阵元和阵列天线

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及可用于无线通信定位的天线阵元和阵列天线。

背景技术

随着工业互联网、物联网和车联网的快速发展，高精度定位成为智能机器人、无人车等移动终端不可或缺的关键支撑服务。目前常用的定位技术主要包括卫星导航定位技术和无线通信定位技术。卫星导航定位技术由于其信号功率低、穿透力弱，因此主要用于室外开阔环境下的终端定位，但无法在受遮蔽的环境和室内环境提供导航定位服务。无线通信定位技术主要在无线通信系统使用，其通常通过测量信号的到达时间(Time of Arrival,TOA)、到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)、到达角(Angle of Arrival,AOA)、离开角(Angle of Departure,AOD)以及接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)等参数来实现定位。在诸如5G通信系统和Wi-Fi通信系统之类的无线通信系统中，可通过使用基站阵列天线测量AOA和/或AOD来对移动终端进行定位。利用阵列天线来进行定位的方法可包括幅度测向法和相位测向法，其中幅度测向法主要利用阵列天线的幅度方向图特性来测量信号的AOA和/或AOD，而相位侧向法主要利用阵列天线的相位方向图特性来测量信号的AOA和/或AOD。在当前无线通信系统中，所使用的阵列天线的各天线阵元之间的间距通常小于或者等于半个波长，各天线阵元之间存在较强的耦合，并且各天线阵元相位特性会随着入射信号极化方式、入射角的改变而发生显著变化，难以保持阵列天线中的各天线阵元的相位一致性，并且难以在部署前后对各天线阵元间的相位偏差进行精确测定和补偿。

考虑到阵列天线测量AOA和/或AOD的相位测向法可以实现更高的测量精度，因此有必要提供一种阵列天线，使得可以提高天线阵元在不同极化方式、不同入射角度下阵列天线的相位一致性，进而确保测向精度，最终实现对无线终端的精确定位。

发明内容

鉴于以上技术问题，本申请提供了一种天线阵元和阵列天线，使得可提高天线阵元在不同极化方式、不同入射角度下阵列天线的相位一致性，进而确保测向精度，最终实现对无线终端的精确定位。

在本申请的第一方面，提供了一种天线阵元，所述天线阵元包括辐射单元、第一馈电巴伦、第二馈电巴伦和反射底板，其中，所述第一馈电巴伦和所述第二馈电巴伦相互正交交叉连接，并且所述第一馈电巴伦的顶部和所述第二馈电巴伦的顶部都固定到所述辐射单元，所述第一馈电巴伦的底部和所述第二馈电巴伦的底部都固定到所述反射底板；并且其中，所述辐射单元包括辐射介质基板以及印制在所述辐射介质基板上的辐射体，所述辐射体包括四个相同形状的振子臂，每一振子臂通过短路线路与相邻的振子臂连接。

在一种实现中，每一振子臂在对角线方向上包括对角线槽。

在一种实现中，所述对角线槽包括第一线槽部分和第二线槽部分，其中所述第一线槽部分为弧形槽，所述第二线槽部分为线形槽。

在一种实现中，所述辐射单元的长度为0.2-0.4个工作中心频点的波长，并且所述辐射单元的宽度也为0.2-0.4个工作中心频点的波长。

在一种实现中，所述第一馈电巴伦的第一表面上印制有第一Γ型耦合馈电结构，所述第一Γ型耦合馈电结构的横向方向部分呈凹形，并且所述第一馈电巴伦的第二表面上印制有第一金属地。

在一种实现中，所述第二馈电巴伦的第三表面上印制有第二Γ型耦合馈电结构，所述第二Γ型耦合馈电结构的横向方向部分呈凸形，并且所述第二馈电巴伦的第四表面上印制有第二金属地。

在一种实现中，所述第一馈电巴伦和所述第二馈电巴伦的高度为0.1-0.3个工作中心频点的波长。

在本申请的第二方面，提供了一种阵列天线，其特征在于，所述阵列天线包括至少两个根据本申请的第一方面所述的天线阵元。

在一种实现中，所述至少两个天线阵元共享同一个反射底板。

在一种实现中，所述阵列天线中的相邻两个天线阵元之间均设置有隔离单元，所述隔离单元的底部与所述天线阵元的反射底板连接，所述隔离单元包括隔离基板和金属隔离片，所述金属隔离片印制在所述隔离基板的一个表面上，并且所述金属隔离片的形状为带有凸台的矩形。

通过该天线阵元以及阵列天线，可以改善天线的交叉极化，并且天线阵元在不同极化方式、不同入射角度下阵列天线的相位一致性得到了提高。

附图说明

图1示出了根据本申请的第一实施例的天线阵元的透视图；

图2A示出了根据本申请的实施例的辐射单元的透视图；

图2B示出了根据本申请的实施例的辐射单元的上表面的示意图；

图3A示出了根据本申请的第一实施例的第一馈电巴伦的第一表面的示意图；

图3B示出了根据本申请的第一实施例地第一馈电巴伦的第二表面的示意图；

图4A示出了根据本申请的第一实施例的第二馈电巴伦的第三表面的示意图；

图4B示出了根据本申请的第一实施例的第二馈电巴伦的第四表面的示意图；

图5示出了根据本申请的第一实施例的反射底板的上表面的示意图；

图6示出了根据本申请的第二实施例的天线阵元的透视图；

图7A示出了根据本申请的第二实施例的第二馈电巴伦的第三表面的示意图；

图7B示出了根据本申请的第二实施例的第二馈电巴伦的第四表面的示意图；

图8示出了根据本申请的第二实施例的反射底板的上表面的示意图；

图9示出了根据本申请的实施例的示例性阵列天线的透视图；

图10示出了根据本申请的实施例的隔离单元的透视图；

图11示出了与本申请的第一实施例的相关联的阵列天线的各天线阵元在2.575GHz方位面、在主极化下的示例相位差曲线图；

图12示出了与本申请的第一实施例的相关联的阵列天线的各天线阵元在2.575GHz方位面、在水平极化下的示例相位差曲线图；

图13示出了与本申请的第一实施例的相关联的阵列天线的各天线阵元在2.575GHz方位面、在垂直极化下的示例相位差曲线图；

图14示出了与本申请的第一实施例的相关联的阵列天线的幅度辐射方向图；

图15示出了与本申请的第二实施例的相关联的阵列天线的各天线阵元在2.575GHz方位面、在主极化下的示例相位差曲线图；

图16示出了与本申请的第二实施例的相关联的阵列天线的各天线阵元在2.575GHz方位面、在水平极化下的示例相位差曲线图；

图17示出了与本申请的第二实施例的相关联的阵列天线的各天线阵元在2.575GHz方位面、在垂直极化下的示例相位差曲线图；

图18示出了与本申请的第二实施例的相关联的阵列天线的幅度辐射方向图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于对不同的技术特征进行区分，而不能理解为指示或暗示所指示技术特征的相对重要性或顺序，也不能理解为暗示或指示技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或隐含包括一个或多个该特征。此外，在本发明的描述中，“多个”或“至少一个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“横向”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”等与方位和位置关系有关的术语均是基于附图所示的方位或位置关系来说明的，其仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

如图1-5所示，提供了根据本申请的第一实施例的天线阵元100，天线阵元100包括辐射单元101、第一馈电巴伦102、第二馈电巴伦103和反射底板104。

辐射单元101包括辐射介质基板1011以及印制在辐射介质基板1011上的辐射体1012。在一种实现中，辐射介质基板可采用材料为例如RO4350B的PCB板材加工制作而成，其厚度为0.01-0.03个工作中心频点的波长(例如，为0.762mm)，介电常数为1.0-12.0(例如，为3.48)。在一种实现中，辐射体1012包括四个相同形状的振子臂201(如图2B中的虚线框所指示的部分)，例如每一振子臂201可在整体上基本上呈菱形，但该菱形靠近辐射体中心的角具有倒角。在本申请中，天线阵元的每一振子臂201都通过短路线路202(例如，为直线形短路线路)与相邻的振子臂201连接。通过在两个振子臂201之间引入短路线路，使得更多的电流可集中在该短路线路上面，而只有少部分电流流到另外一副偶极子臂上面，从而可以改善交叉极化，进而改善不同极化不同角度的各天线阵元间的相位一致性。在本实施例中，辐射单元的长度为0.2-0.4个工作中心频点的波长，宽度也为0.2-0.4个工作中心频点的波长，例如均为0.3个工作中心频点的波长。另外，在本申请中，每一振子臂201都在其对角线方向上包括对角线槽203。在一种实现中，对角线槽203包括两个线槽部分，其中第一线槽部分为弧形槽，第二线槽部分为线形槽。值得一提的是，对于每一振子臂201而言，如果其对角线方向上没有开设对角线槽203，则电流会沿着该对角线方向流动，而如果其对角线上包括对角线槽203，则电流会改为沿着对角线槽203的轮廓边缘流动，从而与未开设对角线槽的情况相比，电流路径变长了，进而使得相应的天线能够在更低的频段工作。由此可知，对于需要在预定频段工作的天线，可通过在振子臂201的对角线方向上开设对角线槽203，使得各振子臂的尺寸能够被设计得更小(与未开设对角线槽的情况相比)，从而使得辐射体的尺寸变得更小，进而使得包括至少两个这种天线阵元的阵列天线的尺寸也能够被设计得更小。这种尺寸上的减小可使得阵列天线的各天线阵元之间的耦合也相应的减小，进而可改善不同天线阵元的相位一致性。

在该第一实施例中，第一馈电巴伦102和第二馈电巴伦103相互正交交叉连接，并且第一馈电巴伦102的顶部和第二馈电巴伦103的顶部都固定到辐射单元101，第一馈电巴伦102的底部和第二馈电巴伦103的底部都固定到反射底板104。在本申请中，安装固定后的第一馈电巴伦102和第二馈电巴伦103均分别垂直于辐射单元101和反射底板104。

具体地，第一馈电巴伦102的顶部包括第一凸起301，第一馈电巴伦102的底部包括第二凸起302，类似地，第二馈电巴伦103的顶部包括第三凸起401，第二馈电巴伦103的底部包括第四凸起402，并且辐射单元101包括用于接纳第一凸起301和第三凸起401的第一安装插孔204，反射底板104上包括用于分别接纳第二凸起302和第四凸起402的第二安装插孔501，从而使得第一馈电巴伦102和第二馈电巴伦103能够分别固定到辐射单元101和反射底板104，例如可通过焊接方式固定到辐射单元101和反射底板104。在一种实现中，第一凸起301和第三凸起401的尺寸相同，并且第二凸起302和第四凸起402的尺寸相同。但是应理解，第一凸起301和第三凸起401的尺寸也可不同，并且第二凸起302和第四凸起402的尺寸也可不同。此外，第一馈电巴伦102还包括第一凹槽303，第二馈电巴伦103包括与第一凹槽303互补的第二凹槽403，从而使得第一馈电巴伦102和第三馈电巴伦103可以以相互正交的方式交叉连接在一起。通常，第一凹槽303沿着第一馈电巴伦102的对称轴对称分布，并且第二凹槽403沿着第二馈电巴伦103的对称轴对称分布。

在本申请中，对第一凸起301、第二凸起302、第三凸起401、第四凸起402、第一安装插孔204、第二安装插孔501、第一凹槽303和第二凹槽403的数量、大小和形状等参数不作限定，其可根据实际需要进行设计和调整。例如，作为非限制性示例，在所示的视图中，第一凸起301、第二凸起302、第三凸起401和第四凸起402的数量均为两个；第一安装插孔204和第二安装插孔501的数量均为四个，并且四个第一安装插孔204可以按十字交叉的布局开设在辐射单元101上，四个第二安装插孔501可以按十字交叉的布局开设在反射底板104上；第一凹槽303的数量为一个，并且其为沿第一馈电巴伦的对称轴对称分布的矩形凹槽，第二凹槽403的数量也为一个，并且其为沿第二馈电巴伦的对称轴对称分布的矩形凹槽。

在一种实现中，第一馈电巴伦102双面覆铜，也就是说第一馈电巴伦102采用介质基板双面印制电路。在该实现中，第一馈电巴伦102的第一表面上印制有第一Γ型耦合馈电结构304，并且第一馈电巴伦102的第二表面上印制有第一金属地305。在本申请中，第一Γ型耦合馈电结构304用于实现对天线的耦合馈电，并且第一金属地305的一端可连接辐射体，另一端可连接到反射底板104的第三金属地，用于使得包括该天线阵元的阵列天线能够实现定向辐射。如图3A所示，第一Γ型耦合馈电结构包括三个部分，即第一垂直方向部分3041、第二横向方向部分3042以及第三垂直方向部分3043。第一垂直方向部分3041用于接收射频信号的电流，并将该电流传送到第二横向方向部分3042。第二横向方向部分3042呈凹形，其用于实现对天线进行耦合馈电的作用，但是第二横向方向部分3042会产生较大的电感。第三垂直方向部分3043主要用于抵消第二横向方向部分3042所产生的电感效应，从而保证天线的阻抗匹配。由此，可以通过调节第一馈电巴伦馈电的尺寸，并进而调节第二馈电巴伦的尺寸(例如，减小第一和第二馈电巴伦的尺寸)，来提高阻抗匹配以及交叉极化性能。在一种实现中，第一馈电巴伦的高度为0.1-0.3个工作中心频点的波长，例如为0.25个工作中心频点的波长。第二馈电巴伦的高度与第一馈电巴伦的高度相同。与传统的半波偶极子天线阵元中的馈电巴伦的高度相比，本申请中的馈电巴伦(即第一馈电巴伦和第二馈电巴伦)的高度可以被设计地更低，而且交叉极化更好，从而实现了阵列天线的低剖面，进而有助于提高阵列天线的相位一致性。

第二馈电巴伦103并不包括馈电耦合结构，也不包括金属地。例如，如图4A和4B所示，第二馈电巴伦103除了包括用于将其焊接到辐射单元和反射底板的焊点(如在图4A所示的第四凸起402处的焊点以及在图4B所示的第三凸起401处的焊点)之外，其他部分均没有覆铜。实际上，在本实施例中，第二馈电巴伦103仅起到固定支撑辐射单元102的作用，而没有其他作用。

在本实施例中，第一馈电巴伦102和第二馈电巴伦103都包括相应的介质基板，该介质基板可采用材料为例如RO4350B的PCB板材加工制作而成，厚度为0.01-0.03个工作中心频点的波长，例如为0.762mm。

反射底板104用于固定安装第一馈电巴伦102和第二馈电巴伦103，并用于改善天线阵元的辐射特性。反射底板104上表面上印制有第一微带传输线502，该第一微带传输线502的一端与第一Γ型耦合馈电结构304连接，另一端与例如SMA连接器(图中未示出)连接，用于接收射频信号以将其提供给第一Γ型耦合馈电结构304，该射频信号可以是例如发射机产生的信号。反射底板104的下表面上印制有第三金属地(图中未示出)，该第三金属地与第一馈电巴伦的第一金属地连接，用于使得包括该天线阵元的阵列天线能够实现定向辐射。在本实施例中，反射底板104也包括介质基板，其介质基板可采用材料为例如RO4350B的PCB板材加工制作而成，其厚度可为0.01-0.03个工作中心频点的波长(例如，为0.762mm)。另外，在本实施例中，第一微带传输线502的阻抗可为50欧姆。

如图6-8所示，提供了根据本申请的第二实施例的天线阵元600，天线阵元600包括辐射单元601、第一馈电巴伦602、第二馈电巴伦603和反射底板604。

辐射单元601和第一馈电巴伦602分别与前述第一实施例中的辐射单元101和第一馈电巴伦102相同，因此为了简要起见，这里不再进行赘述。

第二馈电巴伦603在实施例1的第二馈电巴伦103的基础上增加了虚凸馈电结构。具体地，在本实施例中，第二馈电巴伦603双面覆铜，也就是说第二馈电巴伦603也采用介质基板双面印制电路。在该实施例中，第二馈电巴伦603的第三表面上印制有第二Γ型耦合馈电结构704，并且第二馈电巴伦603的第四表面上印制有第二金属地705。第二金属地705的一端连接到辐射单元601中的辐射体，另一端与反射底板604的下表面上印制的第三金属地(图中未示出)连接，从而使得包括该天线阵元的阵列天线能够实现定向辐射。如图7A和7B所示，第二Γ型耦合馈电结构704包括三个部分，即第一垂直方向部分7041、第二横向方向部分7042以及第三垂直方向部分7043。第一垂直方向部分7041用于接收射频信号的电流，并将该电流传送到第二横向方向部分7042。第二横向方向部分7042呈凸形，其用于实现对天线进行耦合馈电的作用，但是第二横向方向部分7042会产生较大的电感。第三垂直方向部分7043主要用于抵消第二横向方向部分7042所产生的电感效应，从而保证天线的阻抗匹配。由此，有助于进一步提高阻抗匹配以及交叉极化性能，从而进一步提到天线阵元不同角度不同极化的相位一致性。第二馈电巴伦603的其他结构与第一实施例中的第二馈电巴伦103的结构相同，为了简要起见，这里不再进行赘述。

如图8所示，反射底板604在第一实施例的反射底板104的基础上增加了第二微带传输线803，以用于为第二馈电巴伦603传送射频信号。具体地，反射底板604的上表面上除了印制有第一微带传输线802(与第一实施例中的第一微带传输线502相同)之外，还印制有第二微带传输线803，该第二微带传输线803的一端与第二Γ型耦合馈电结构704连接，另一端与例如SMA连接器(图中未示出)连接，用于接收射频信号以将其提供给第二Γ型耦合馈电结构704，该射频信号可以是例如发射机所产生的信号。另外，反射底板604的下表面上印制的第三金属地(图中未示出)除了连接第一馈电巴伦602的第一金属地以外，还连接第二馈电巴伦603的第二金属地705，用于使得包括该天线阵元的阵列天线能够实现定向辐射。反射底板604的其他结构与第一实施例的反射底板104的结构相同，这里不再进行赘述。在本实施例中，第二微带传输线803的阻抗也可为50欧姆。

如图9所示，提供了根据本申请的实施例的示例性阵列天线900的透视图。阵列天线900可包括至少两个天线阵元，虽然在图9中示出了阵列天线900包括四个天线阵元901a-901d，但是阵列天线900可根据实际需要包括更多或更少的天线阵元。在一种实现中，阵列天线900中包括的天线阵元901a-901d为根据本申请的第一实施例所述的天线阵元。在另一实现中，阵列天线900中包括的天线阵元901a-901d为根据本申请的第二实施例所述的天线阵元。当然，阵列天线900包括的天线阵元也可以为其他天线阵元，只要落在本申请的保护范围之内即可。在一种实现中，阵列天线900中包括的天线阵元可以按直线阵列形式排列，并且相邻天线阵元之间的间距(即，相邻天线阵元的几何中心轴线之间的距离)小于或等于中心频率的0.5个波长。

如图9所示，阵列天线900中的至少两个天线阵元901a-901d可共享同一个反射底板902，并且该阵列天线中的相邻两个天线阵元之间均设置有隔离单元903(例如，图1所示的隔离单元105或图6所示的隔离单元605)。在本申请中，隔离单元903可用于将各天线阵元之间的空间电磁波隔离开，从而减少各天线阵元之间的相互干扰和影响，进而减少各天线阵元之间的耦合。

如图10所示，每一隔离单元903的底部都包括第五凸起1001，用于固定(例如通过焊接固定)到反射底板902上的相应安装插孔(例如，如图5所示的安装插孔5041或5042，或者如图8所示的安装插孔8041或8042)中，将隔离单元903与反射底板902连接。在一种实现中，隔离单元可包括隔离基板1002和金属隔离片1003，金属隔离片1003可例如为铜箔。隔离基板1003可采用材料为例如RO4350B的PCB板材加工制作而成，其厚度为0.01-0.03个工作中心频点的波长。金属隔离片1003印制在隔离基板1002的一个表面上，而隔离基板1002的另一表面面上并不覆盖金属隔离片。金属隔离片1002的形状为带有凸台1004的矩形，从而有利于改善天线阵列的交叉极化前后比。在另一种实现中，隔离单元整个都采用金属材料制成。

图11-13分别示出了与本申请的第一实施例的相关联的阵列天线(即，包括根据本申请的第一实施例所述的天线阵元的阵列天线)的各天线阵元在2.575GHz方位面、在不同极化(主极化、水平极化和垂直极化)下的示例相位差曲线图。这些附图是以天线阵列中的第一个天线阵元的相位为参考绘制的，其中直线线型的曲线表示天线阵列中的第二个天线阵元(例如，图9所示的天线阵元901b)与第一个天线阵元(例如，图9所示的天线阵元901a)之间的相位差，虚线线型的曲线表示第三个天线阵元(例如，图9所示的天线阵元901c)与第一个天线阵元之间的相位差，十字线线型的曲线表示第四个天线阵元(例如，图9所示的天线阵元901d)与第一个天线阵元之间的相位差。

根据附图11-13可以看出，对于与本申请的第一实施例的相关联的阵列天线，在主极化下各天线阵元相位差在-10度和7度之间，在水平极化下各天线阵元相位差在-28度和20度之间，在垂直极化下各天线阵元相位差在-30度和26度之间，由此可见与本申请的第一实施例相关联的阵列天线有助于改善天线阵元在主极化下的相位一致性，但是对于改善天线阵元在水平极化和垂直极化下的相位一致性效果不是特别明显。由于与本申请的第一实施例的相关联的阵列天线在±60度以内交叉极化不是很好，从而导致其在垂直极化/水平极化下各天线阵元相位差特性也不是特别好。如附图14所示，为与本申请的第一实施例的相关联的阵列天线的幅度辐射方向图，从该附图可以看出，该阵列天线的中心频点的水平面波束宽度为106°，轴向交叉极化为24dB，±60度以内交叉极化为8dB，因此其在±60度以内交叉极化不是很好，进而各天线阵元在大角度时相位一致性也不是很好。

与本申请的第二实施例的相关联的阵列天线(即，包括根据本申请的第一实施例所述的天线阵元的阵列天线)是对与本申请的第一实施例相关联的阵列天线的进一步优化。图15-17分别示出了分别示出了与本申请的第二实施例的相关联的阵列天线的各天线阵元在2.575GHz方位面、在不同极化(主极化、水平极化和垂直极化)下的示例相位差曲线图。这些附图也是以天线阵列中的第一个天线阵元的相位为参考绘制的，其中直线线型的曲线表示天线阵列中的第二个天线阵元(例如，图9所示的天线阵元901b)与第一个天线阵元(例如，图9所示的天线阵元901a)之间的相位差，虚线线型的曲线表示第三个天线阵元(例如，图9所示的天线阵元901c)与第一个天线阵元之间的相位差，十字线线型的曲线表示第四个天线阵元(例如，图9所示的天线阵元901d)与第一个天线阵元之间的相位差。根据附图15-17可以看出，对于与本申请的第二实施例的相关联的阵列天线，其主极化下各天线阵元相位差在-5度和10度之间，在水平极化下各天线阵元相位差在-9度和11度之间，在垂直极化下各天线阵元相位差在-15度和12度之间，由此可见与本申请的第二实施例相关联的阵列天线不仅有助于改善天线阵元在主极化下的相位一致性，而且还有助于改善天线阵元在水平极化和垂直极化下的相位一致性。如附图18所示，为与本申请的第二实施例的相关联的阵列天线的幅度辐射方向图，从该附图可以看出，该阵列天线的中心频点的水平面波束宽度为106°，轴向交叉极化为35dB，±60度以内交叉极化为13dB，因此其在±60度以内交叉极化同样非常好，因此其在垂直极化/水平极化下各天线阵元相位差特性也很好。

以上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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种天线阵元，其特征在于，所述天线阵元包括辐射单元、第一馈电巴伦、第二馈电巴伦和反射底板，

其中，所述第一馈电巴伦和所述第二馈电巴伦相互正交交叉连接，并且所述第一馈电巴伦的顶部和所述第二馈电巴伦的顶部都固定到所述辐射单元，所述第一馈电巴伦的底部和所述第二馈电巴伦的底部都固定到所述反射底板；

并且其中，所述辐射单元包括辐射介质基板以及印制在所述辐射介质基板上的辐射体，所述辐射体包括四个相同形状的振子臂，每一振子臂通过短路线路与相邻的振子臂连接。

2.根据权利要求1所述的天线阵元，其特征在于，每一振子臂在对角线方向上包括对角线槽。

3.根据权利要求2所述的天线阵元，其特征在于，所述对角线槽包括第一线槽部分和第二线槽部分，其中所述第一线槽部分为弧形槽，所述第二线槽部分为线形槽。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的天线阵元，其特征在于，所述辐射单元的长度为02.-0.4个工作中心频点的波长，并且所述辐射单元的宽度也为0.2-0.4个工作中心频点的波长。

5.根据权利要求1所述的天线阵元，其特征在于，所述第一馈电巴伦的第一表面上印制有第一Γ型耦合馈电结构，所述第一Γ型耦合馈电结构的横向方向部分呈凹形，并且所述第一馈电巴伦的第二表面上印制有第一金属地。

6.根据权利要求5所述的天线阵元，其特征在于，所述第二馈电巴伦的第三表面上印制有第二Γ型耦合馈电结构，所述第二Γ型耦合馈电结构的横向方向部分呈凸形，并且所述第二馈电巴伦的第四表面上印制有第二金属地。

7.根据权利要求5或6所述的天线阵元，其特征在于，所述第一馈电巴伦和所述第二馈电巴伦的高度为0.1-0.3个工作中心频点的波长。

8.一种阵列天线，其特征在于，所述阵列天线包括至少两个根据权利要求1-7中任一项所述的天线阵元。

9.根据权利要求8所述的阵列天线，其特征在于，所述至少两个天线阵元共享同一个反射底板。

10.根据权利要求8或9所述的阵列天线，其特征在于，所述阵列天线中的相邻两个天线阵元之间均设置有隔离单元，所述隔离单元的底部与所述天线阵元的反射底板连接，所述隔离单元包括隔离基板和金属隔离片，所述金属隔离片印制在所述隔离基板的一个表面上，并且所述金属隔离片的形状为带有凸台的矩形。