CN1154201C - 双极化基站天线 - Google Patents

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Abstract

一种发送和接收电磁信号的改进天线系统，其底板具有沿长度方向的竖直轴线。多个偶极子辐射元件从底板表面向外凸出且均包括一对平衡的正交偶极子，其分别与竖直轴线成第一和第二预定角度，形成交叉偶极子对。不平衡馈电网络沿底板延伸并与辐射元件相连。一印刷电路板平衡-不平衡转换器连在各偶极子上。还包括一个沿竖直轴线方向安装的寄生元件，初级电磁场在寄生元件上感应出电流，该感生电流再发射出次级电磁场与初级电磁场部分抵消，以改善隔离性能。

Description

双极化基站天线
本发明总体涉及天线领域。更特别地，本发明涉及用于无线电信系统中的双极化基站天线。
无线电信系统中使用的基站具有接收线偏振电磁信号的能力。基站接收到的信号通过一个接收器在基站中进行处理，然后送进电话网。在实际使用中，接收信号的天线也可用来发送信号。一般而言，发送出的信号的频率与接收到的信号的频率不同。
无线电信系统常常受到多径衰落的困扰。通常人们采用分集接收的方法来克服多径衰落的问题。分集技术需要至少两个信号通路，这两个通路传输同样的信号但却具有不相关的多径衰落。在电信系统基站中常用的几种分集接收类型有：空间分集、方向分集、极化分集、频率分集和时间分集等。一个空间分集系统接收来自不同空间点的信号，这就要求两个天线隔开一个相当的距离。极化分集使用正交极化来提供不相关通路。
如本领域中公知的那样，天线线偏振的方向通过一个固定的轴来测量，并可以根据系统的要求改变该方向。特别地，极化的方向可以从垂直极化(0度)变化到水平极化(90度)。目前，系统中最流行的线偏振类型是垂直/水平和+45°/-45°(斜45°)偏振。但也可使用其它的偏振角度。如果一种天线接收或发送两种正交的偏振信号，则称其为双极化天线。
斜45°极化的辐射元件天线阵可通过将交叉偶极子的线性或平面阵列固定在接地平面上构成。交叉偶极子是一对中心重合且轴线正交的偶极子。这两个偶极子的轴线与所需的极化方向平行。换言之，每个偶极子的轴线都与天线阵的竖直轴线成某个角度。
与交叉偶极子这种外形相关的一个问题是每个交叉偶极子的电磁场与另一个交叉偶极子以及周围构件的电磁场之间都存在相互作用，周围构件是用来支撑、容纳交叉偶极子并给其供电的。如本领域中公知的那样，偶极子周围的辐射电磁场互相传递能量。这种相互耦合影响两个正交极化信号的相关性。与耦合相反的是隔离，即30dB的耦合等于30dB的隔离。
双极化天线必须符合某种端口间的隔离性能规范。一般的端口间隔离性能规范是30dB或更大。本发明提供一种装置，用于提高双极化天线系统的端口间隔离性能，在该装置底板的长度方向大约中点处安装一个简单的寄生元件，该元件与底板的竖直轴线相交。本发明还提供一种装置，用于改善具有简单极板的双极化天线系统的端口间隔离性能和交叉极化性能，该极板有几个大致为方形的孔并安装在底板顶侧的上方。在分别装有寄生元件和带方孔极板的两个实施方案中，都可以通过用相位调整的再辐射能抵消偶极子的相互耦合能来获得隔离的效果。
通常为了能够在市场上销售，双极化天线必须符合30dB的隔离性能规范。不符合该性能规范意味着系统集成人员可能不得不使用造价高并会降低天线增益的高性能过滤器。由于本发明符合或超过30dB的隔离性能规范，因而克服了上述问题。
现有天线的另一个问题是天线底板保护天线罩的安装问题。由于现有天线罩的安装方式，导致现有天线罩的设计结构使得水和其它环境物质可以进入天线内部，从而引起天线的腐蚀。而且，由于现有天线罩是较松地固定在底板上，而不是紧固在其上的，使得天线罩可以相对于底板移动，因而使风和水可以进入天线内部。
此外，基站塔对社区的视觉冲击已经成为一种社会关心问题。人们希望减小这些塔的尺寸，进而缓和这些塔对社区造成的视觉冲击。通过采用装有较少天线的基站可以减少这些塔的尺寸。如果使用双极化天线和极化分集可以实现这一目的。用这样的系统代替使用需要若干对垂直极化天线的空间分集的系统。一些研究表明：在都市里，极化分集可以提供与空间分集相同的信号质量。对于都市中安装的大多数基站站点而言，用双极化天线取代传统的若干对垂直极化天线将有很好的前景。
本发明的一个主要目的是提供一种可以产生双极化信号的天线阵。
本发明的另一个目的是提供一种至少能达到30dB端口间隔离性能的天线。
本发明的另一个目的是提供一种带有天线罩的天线阵，该天线罩可以防止水或其它环境物质进入天线，从而防止天线的腐蚀。
本发明的另一个目的是提供一种可以将不平衡的馈电网络传输线路与平衡偶极子元件相匹配的天线。
本发明的另一个目的是提供一种需要最少天线的天线阵，从而提供一种具有最小尺寸的美观的基站结构。
本发明的另一个目的是提供一种相对便宜的天线阵。
本发明的另一个目的是提供一种高增益的天线。
本发明的另一个目的是提供一种具有最小互调失真(IMD)的天线。
本发明的上述和其它目的通过一个用来发送和接收电磁信号的改进型天线系统实现，该系统包括一个底板，该底板有一定的长度，并沿其长度方向有一根垂直的轴线。几对偶极于辐射元件从底板的表面相外凸出。每个元件都包括一对平衡的正交偶极子，这两个偶极子分别处在与竖直轴线成第一预定角度和第二预定角度的位置上，形成交叉偶极子对。一个不平衡的供电网络沿底板延伸，并与辐射元件相连。在每个偶极子上都连接有一个印刷电路板平衡-不平衡转换器。该天线也可以包括一个安装在竖直轴线方向的寄生元件，以便使初级电磁场在寄生元件上感应出电流，这些感应出的电流再辐射出次级电磁场，该次级电磁场抵消了部分初级电磁场，从而提高了隔离性能。
在附图中：
图1是一个包括六个辐射元件的底板顶侧的透视图；
图2是图1中底板顶侧的俯视图；
图3是图1中底板的侧视图；
图4a是两个半偶极子的侧视图；
图4b是两个半偶极子的俯视图；
图4c是两个半偶极子在如图4a和4b中所示的被弯曲约90度之前的平放状态的俯视图；
图5是一个辐射元件的透视图，图中示出连接在其上的印刷电路板平衡-不平衡转换器；
图6是一个辐射元件的透视图，图中示出连接在其上的印刷电路板平衡-不平衡转换器和一个大致为Z形的连接器；
图7是图1中底板去掉端盖后的靠近端部处的透视图，图中示出天线罩；
图8是图1～3中天线的耦合曲线；
图9是一个底板顶侧的透视图，该底板包括六个辐射元件和一个开有用于容纳辐射元件的孔的极板；
图10是图9中底板顶侧的俯视图；
图11是图9中底板的侧视图；
图12是一个辐射元件的透视图，图中示出连接在其上的印刷电路板平衡-不平衡转换器；
图13是一个辐射元件的透视图，图中示出连接在其上的印刷电路板平衡-不平衡转换器和一个大致为Z形的连接器；
图14是图9中底板去掉端盖后的靠近端部处的透视图，图中示出天线罩；
图15是图9～11中天线的耦合曲线；
本发明在无线电信系统中很有用处。本发明的一个实施方案用于频带宽度分别为1850-1990和1710-1880兆赫的个人通信系统(PCS)/个人通信网络(PCN)中。通常无线电话用户向基站发送一个电磁信号，该基站包括一些可以接收由无线电话用户发送出的信号的天线。本发明在无线基站中很有用处，但它也可以用在所有类型的电信系统中。
图1～3中所示的天线有一个90度方位角的半功率波束宽度(HPBW)天线，即可达到一个90度3dB波束宽度的天线。图1～3示出一个交叉双极化偶极子辐射元件11a-f组成的天线阵10，这些辐射元件通过螺钉连接在底板12上。底板12是一个金属接地板，具有第一侧14和第二侧16(如图7所示)。辐射元件11a-f和底板12的构成和尺寸决定了天线的辐射特性、波束宽度和阻抗。优选地，辐射元件11a-f和底板12由一种金属制成，如铝。但是，其它金属如铜或黄铜也可用来制作辐射元件和底板12。
本领域的技术人员可以理解：天线的增益和天线阵中有一定间隔的辐射元件的数目成正比。换言之，增加天线阵中辐射元件的数目就可增大增益，反之减少辐射元件的数目就可减小天线的增益。图中只示出六个辐射元件，然而辐射元件的数目可以增加到任何数目以增大增益。反之，辐射元件的数目也可减少到任何数目以减小增益。
辐射元件11a-f发送和接收电磁信号，其分别由偶极子对18a和18b、20a和20b、22a和22b、24a和24b、26a和26b、28a和28b组成。如以偶极子18a和18b为例所示出的，这两个偶极子构成辐射元件11a，每个偶极子对均为交叉的并成45度斜角(相对于天线阵10的轴线13)。也就是说，这些偶极子的轴线均与所需的极化方向平行。如图所示，斜角+α和-α分别为+45度和-45度。尽管图中所示的斜角为+45度和-45度，但本领域技术人员可以理解这些角度可以变化，以用来优化天线的性能。而且+α和-α角也不必大小相同。例如，+α角和-α角可以分别为+30度和-60度。
每个偶极子均由一种金属制成，如由铝制成，并具有如图4a-c所示形状。图4a示出偶极子18a的一半和偶极子18b的一半的侧视图。每个上述半偶极子均为一个大致的斧形，如图4a所示。每个半偶极子均为同一片金属上的一部分，并接直流地端。但是每个半偶极子在射频段均可独立于另一个半偶极子而单独地起作用。图4b示出每个半偶板子怎样连接到另一个半偶极子上。通过孔82可使紧固件如螺钉将每个半偶极子对紧固到底板12上。图4c示出每个半偶极子相对于底板12被弯曲约90前处于平放状态的半偶极子对。
辐射元件11a-f中的每一个辐射元件均接收具有+45度和一45度极化的信号。即辐射元件中的一个偶极子接收具有+45度极化的信号，而另一个偶极子接收具有-45度极化的信号。平行偶极子组18a、20a、22a、24a、26a和28a或偶极子组18b、20b、22b、24b、26b和28b上接收到的信号通过一个印刷电路板(PCB)馈电网络30(如图7所示)分配给一个接收器用于每一种极化。PCB馈电网络30通过塑料铆钉32连接到底板12的第二侧16上，这种塑料铆钉32使得互调失真(IMD)最小。PCB馈电网络30安装在第二侧16上，以便馈电网络30与辐射元件11a-f隔离开来。馈电网络30将底板12第一侧14上的辐射元件11a-f所组成的天线阵接收到的信号分配给分集接收器以便进行进一步处理。辐射元件11a-f中的每一个辐射元件也可用作发射天线。
图5中示出一个PCB平衡/不平衡(平衡-不平衡转换器)变压器33连接到辐射元件11a上的情形。平衡-不平衡转换器的基本操作方法在本领域内是公知的，并在Brian Edward和Daniel Rees的文章《带有集成平衡-不平衡转换器的宽带印刷偶极子》(A Broadband Printed Dipolewith Integrated Balun)中进行了叙述，该文章发表于《微波月刊》(Microwave Journal)1987年5月号上，第339～344页，该文已收录到本申请中作为参考。在偶极子18a、18b、20a、20b、22a、22b、24a、24b、26a、26b、28a、28b的每一个上面都粘有一个PCB平衡-不平衡转换器33。将PCB平衡-不平衡转换器33连接到金属偶极子上使得PCB平衡-不平衡转换器33具有机械完整性。PCB平衡-不平衡转换器33将馈电网络30的不平衡传输线路分别与平衡的各对偶极子元件相匹配，偶极子元件对包括18a和18b、20a和20b、22a和22b、24a和24b、26a和26b、28a和28b。每个PCB平衡-不平衡转换器33均为类似倒U形。但如图6所示，为了得到一对对称的交叉偶极子，倒U形的一根腿比另一根腿长得多。每个平衡-不平衡转换器33均包括一个PCB73和一个引线端75，用以将不平衡的馈电网络30与每个平衡的偶极子对相匹配。制造一个PCB平衡-不平衡转换器不需要小的金属和塑料零件。PCB平衡-不平衡转换器33通过一个大致为Z形的连接器80与PCB馈电网络30相连，图6中示出该连接器的一部分。该Z形连接器80包括两个平行段，在这两个平行段之间有一倾斜段。这种外形使偶极子元件、底板与PCB馈电网络30之间可以存在一些容差。
如图1～3所示，在底板12长度方向的大致中间部位安装了一个寄生元件34，它与竖直轴线13相交。为了感应出电流，该寄生元件34采用金属制作。优选地使用铝制造，但也可使用其它金属如铜或黄铜等。初级电磁波或电磁场入射到天线阵构件上，在每个辐射元件11a-f的交叉偶极子、寄生元件34和周围金属构件的表面上均感应出电流。这些感生电流产生一个较弱的次级电磁场，该电磁场将与初级电磁场相结合，达到一种平衡状态，从而使最终的电磁场与初级电磁场不同。寄生元件34的尺寸和位置是最终磁场的决定因素。本发明的隔离性能的改进是通过寄生元件34上的感生电流再辐射出的能量抵消从一个极化方向耦合到另一个极化方向的能量、因而使隔离性能增强来实现的。明确地讲，初级电磁场在金属制的寄生元件34内感应出电流，这些感生电流再辐射出次级电磁场，该电磁场与初级电磁场的一部分相抵消，从而改善隔离性能。
寄生元件34的形状象一个蝴蝶结，它安装在底板12长度方向的大致中点位置且与竖直轴线13正交。该寄生元件34安装在一个绝缘支座35上，该支座通过一个其内部的竖直螺钉紧固在底板12上。该寄生元件34安装在一个与底板12大致平行的平面内，其高度近似等于竖直蝴蝶结形的交叉偶极子的中点的高度，这些交叉偶极子包括：18a和18b、20a和20b、22a和22b、24a和24b、26a和26b、28a和28b。研究表明这一高度可使这种外形的天线阵的隔离性能最优化。但是，寄生元件34的高度也可以随天线阵外形的变化而变化。使用一种网络分析器来决定元件的最佳位置。该网络分析器测量任何给定外形的辐射元件11a-f和寄生元件34之间的隔离指标。绝缘支座35安装在狭槽70中使得绝缘支座35可以相对于轴线13进行调整。这样可使寄生元件34找到其轴向的最佳位置。寄生元件34的尺寸控制着感生电流的幅值。因此，系统的性能也可通过改变寄生元件34的尺寸来得到优化。
寄生元件34安装在可以防止不适当副作用的位置上，这些副作用例如可使回波损耗电压驻波比(VSWR)降低和干扰正常的天线阵辐射图形等。研究表明当将寄生元件34在与天线阵10的竖直轴线13垂直或平行地安装时可获得最佳的天线性能。在一个天线测试范围和/或网络分析器上进行的测试用于决定与任何给定天线阵的外形相对应的最佳天线性能。
一对侧壁36使天线阵10具有90度方位角的辐射图形。如图7所示，该侧壁36用螺钉38沿底板12的长度方向紧固在底板12上。侧壁36的截面大致为C形并且延伸将底板12部分地包围。如图7所示，侧壁36有一个在底板12下方局部延伸的部分63。优选地，侧壁36用一种金属如铝制成。但是，也可使用其它金属如铜或黄铜等来制作侧壁36。侧壁36的边缘40产生一种衍射图形，它可将这种天线的束宽与没有侧壁的类似天线相比增加大约10度。换言之，边缘40衍射信号的一部分，从而将信号传播出去。这样就增大了所发送出和接收到的信号3dB束宽的强度。而且，由于PCB馈电网络30需要一定的宽度，天线10的金属底板12比其它使用交流馈电网络的底板要宽。底板12上增加的金属和侧壁36有助于增大前后比，进而改善天线10的性能。侧壁36的材料和尺寸决定天线的辐射特性、波束宽度和阻抗。
由于使用偶极子辐射元件11a-f和高效的(0.062英寸厚)的PCB馈电网络30使得天线10的增益最大化，这些辐射元件构成一个高效的辐射体。
图7还示出一个封闭天线阵10的天线罩60。该天线罩60通过与其整体制成的导轨62固定在天线10上。导轨62与侧壁36的部分63相匹配，该部分63在底板12的下方延伸。导轨62和侧壁36之间的紧密的摩擦配合防止天线10在天线罩60内的移动并可防止水和其它环境物质进入天线，从而防止天线10的腐蚀。图1中清楚表示的端盖64和66卡合在天线罩上以密封天线10并防止天线受外界恶劣环境的侵蚀。端盖66上有两个DIN(德国工业标准)连接器67，该连接器使得同轴电缆可以把天线10的每个偶极子均与一个外部装置如一个接收器或发射器相连。图7中示出的衬垫68对将天线10连接到基站上的紧固件进行密封。它还进一步起到防止水或其它环境物质进入天线10的作用。
在图1～3所示的实施方案中，在长为830.10mm宽为172.67mm的底板上安装六个交叉偶极子辐射元件，用以在1710-1990兆赫的PCS/PCN频宽范围内起作用。天线阵10的竖直轴线13在830.10mm的长度上延伸。六个双极化的交叉偶极子辐射元件11a-f沿天线阵10的竖直轴线13排列，每个元件均与竖直轴线13成+45度和-45的斜角。PCB馈电网络30中使用的PCB的厚度约为0.062英寸，PCB平衡-不平衡转换器33中使用的PCB的厚度约为0.032英寸，这两个PCB的绝缘系数均为3.0。图8示出本申请中参照附图说明的天线外形所获得的隔离曲线。图8中的曲线实际上代表耦合。但耦合与隔离正好相反，即-33dB的耦合等于+33dB的隔离。
图9～11中示出的天线是一个65度方位角的半功率波束宽度(HPBW〕天线，即该天线可获得一个65度3dB的束宽。图9～11示出一个天线阵210，该天线阵由连接在底板212上的交叉的双极化偶极子辐射元件211a-f组成。该天线210在分别为1850-1990和1710-1880兆赫的PCS/PCN频宽范围内起作用。如上所述，底板212和辐射元件211a-f的材料和尺寸决定了天线的发射特性、束宽和阻抗。由于天线2 10的大部分与上述的天线10相同，以下着重描述天线210与天线10的不同之处。
辐射元件211a-f发送和接收电磁信号，其分别由218a和218b、220a和220b、222a和222b、224a和224b、226a和226b、228a和228b构成的偶极子对组成。组成这些辐射元件211a-f的偶极子是交叉的并制成具有(相对于天线阵210的轴线213)45度斜角的形状。
每个辐射元件211a-f均接收具有+45度和-45度极化的信号。平行偶极子组218a、220a、222a、224a、226a和228a或偶极子组218b、220b、222b、224b、226b和228b上接收到的信号通过一个印刷电路板(PCB)馈电网络230(如图14所示)分配给一个接收器用于每一种极化。PCB馈电网络230通过塑料铆钉232连接到底板212的第二侧216上，这种塑料铆钉232使得互调失真(IMD)最小。馈电网络230将底板212顶侧214上的辐射元件211a-f所组成的天线阵接收到的信号分配给分集接收器以便进行进一步处理。辐射元件211a-f中的每一个辐射元件也可用作发射天线。
图12中示出一个PCB平衡-不平衡变压器233连接到辐射元件211a上的情形。在偶极子218a、218b、220a、220b、222a、222b、224a、224b、226a、226b、228a、228b的每一个上面都粘有一个PCB平衡-不平衡转换器233。将PCB平衡-不平衡转换器233连接到金属偶极子上使得PCB平衡-不平衡转换器233具有机械完整性。PCB平衡-不平衡转换器233将馈电网络230的不平衡传输线路分别与平衡的各对偶极子元件相匹配，偶极子元件对包括218a和218b、220a和220b、222a和222b、224a和224b、226a和226b、228a和228b。每个PCB平衡-不平衡转换器233均为类似倒U形。但如图13所示，为了得到一对对称的交叉偶极子，倒U形的一根腿比另一根腿长得多。每个平衡-不平衡转换器233均包括一个PCB 273和一个引线端275，用以将不平衡的馈电网络230与每个平衡的偶极子对相匹配。采用一个PCB平衡-不平衡转换器减少了制造平衡-不平衡转换器时对小的金属和塑料零件的需要。PCB平衡-不平衡转换器233通过一个大致为Z形的连接器280与PCB馈电网络230相连，如图13中所示。该Z形连接器280包括两个平行段，在这两个平行段之间有一倾斜段。这种外形使偶极子元件、底板与PCB馈电网络230之间允许有一些容差。
如图9所示，具有方孔246的极板244通过绝缘支座248支撑并高于底板212，在图11中可以清楚地看到其构造。金属螺钉250和不导电的螺钉252将极板244和绝缘支座248固定在底板212上。如图10所示，金属螺钉250将极板244和四个绝缘支座248固定在底板212的四角上。不导电的螺钉252将极板244的中部和一个绝缘支座248固定在底板212上。极板244的对称性有助于改善天线210的端口间隔离和交叉极化性能。
一对侧壁242使天线阵210具有65度方位角的辐射图形。如图14所示，该侧壁242通过螺钉238沿底板212的长度方向紧固在底板212上。侧壁242的截面大致为L形并具有沿底板212下方局部延伸的部分263。侧壁242使天线210的束宽与类似的没有侧壁的天线相比变窄。
由于使用偶极子辐射元件211a-f和高效的(0.062英寸厚)的PCB馈电网络230使得天线210的增益最大化，这些辐射元件构成一个高效的辐射体。
类似图1～3中所示的天线10，如图14所示也有一个天线罩260封闭着天线阵210。该天线罩260通过与其整体制成的导轨262固定在天线210上。导轨262与侧壁242的部分263相匹配，该部分263在底板212的下方延伸。导轨262和侧壁242之间的紧密的摩擦配合防止天线210在天线罩260内的移动并能防止水和其它环境物质进入天线，从而防止天线210的腐蚀。图9中清楚表示的端盖264和266卡合在天线罩上以密封天线210并防止天线受外界恶劣环境的侵蚀。端盖266上有两个DIN(德国工业标准)连接器，该连接器使得同轴电缆可以把天线210的每个偶极子均与一个外部装置如一个接收器或发射器相连。衬垫268对将天线210)连接到基站上的紧固件进行密封。它还进一步起到防止水或其它环境物质进入天线210的作用。
在图9～11所示的实施方案中，在长为830.10mm宽为172.67mm的底板上安装六个交叉偶极子辐射元件，用以在1710-1990兆赫的PCS/PCN频宽范围内起作用。天线阵210的竖直轴线213在830.10mm的长度上延伸。六个双极化的交叉偶极子辐射元件211a-f沿天线阵210的竖直轴线213排列，每个元件均与竖直轴线213成+45度和-45的斜角。PCB馈电网络230中使用的PCB的厚度约为0.062英寸，PCB平衡-不平衡转换器233中使用的PCB的厚度约为0.032英寸，这两个PCB的绝缘系数均为3.0。图15示出本申请中参照附图说明的天线外形获得的隔离曲线。图15中的曲线实际上代表耦合。但耦合与隔离正好相反，即-34dB的耦合等于+34dB的隔离。
本发明的天线包括可产生两个正交极化信号的双极化辐射元件。本发明还包括一个由交叉偶极子组成的天线阵。本发明通过交叉偶极子来改善电磁场之间的隔离性能。本发明的天线阵还使无线电信系统中所需的天线数目减为最少，从而提供一种美观的尺寸最小的基站。此外，本发明的天线阵提供约30dB的端口间隔离性能。本发明还提供一种可获得高增益的较便宜的天线。
尽管本发明在此参照一个或多个优选实施方案进行了描述，但本领域技术人员应认识到在不脱离所附权利要求书中阐明的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行很多变化。

Claims (16)

1.一种发送和接收电磁信号的双极化天线，包括：
一个金属底板，它具有一定长度和一条沿该长度方向延伸的纵向轴线；
多个偶极子辐射元件，其从上述底板表面向外凸出，每个所述元件均包括一对平衡的双极化正交偶极子，该对偶极子分别与上述纵向轴线成第一和第二预定角度，形成交叉偶极子对；
一个不平衡馈电网络，它沿上述底板延伸并与上述辐射元件相连接；以及
多个印刷电路板平衡-不平衡转换器，每个上述偶极子上都连有一个上述平衡-不平衡转换器。
2.一种发送和接收电磁信号的双极化天线，包括：
一个金属底板，它具有一定长度和一条沿该长度方向延伸的纵向轴线；
多个偶极子辐射元件，其从上述底板表面向外凸出，每个所述元件均包括一对平衡的双极化正交偶极子，该对偶极子分别与上述纵向轴线成第一和第二预定角度，从而形成交叉偶极子对；以及
一个沿上述底板纵向边缘延伸的构件，该构件有一细长的衍射边，该衍射边位于上述底板和辐射元件顶部之间，用于增加方位束宽。
3.一种发送和接收电磁信号的双极化天线，包括：
一个金属底板，它具有一个顶面、一定的长度和一条沿该长度方向延伸的纵向轴线；
一个不平衡馈电网络，它连接在上述底板上；
多个偶极子辐射元件，其从上述底板表面向外凸出，每个所述元件均包括成对的双极化正交偶极子，该偶极子对分别与上述纵向轴线成第一和第二预定角度，形成交叉偶极子对；以及
一个带有孔的极板，该极板位于上述底板顶侧的上方，用于改善隔离和交叉极化性能，初级电磁场在该极板上感应出电流，该感生电流再辐射产生次级电磁场，该次级电磁场与上述初级电磁场的一部分抵消。
4.权利要求1、2或3中的天线，其特征在于上述各偶极子对由与上述底板相连的金属极板形成，以使上述极板与底板的表面垂直，上述印刷电路板平衡-不平衡转换器中的一个与每个上述偶极子层压在一起。
5.权利要求1、2或3中的天线，其特征在于上述各偶极子包括两个半偶极子，每个半偶极子均具有一个基底，该半偶极子与上述基底相连。
6.权利要求1中的天线，其特征在于上述印刷电路板平衡-不平衡转换器中的一个与每个上述偶极子粘接在一起。
7.权利要求1中的天线，其特征在于上述印刷电路板平衡-不平衡转换器为倒U形。
8.权利要求1中的天线，还包括多个Z形的连接器，该连接器使得上述偶极子、上述底板和上述馈电网络之间允许有容差，该连接器将上述偶极子通过上述底板与上述馈电网络相连。
9.权利要求1、2或3中的天线，还包括一个沿上述纵向轴线方向安装的寄生元件，以使初级电磁场在上述寄生元件上感应出电流，这些感生电流再发射出次级电磁场以与初级电磁场部分抵消。
10.权利要求9中的天线，其特征在于上述寄生元件装在上述纵向轴线长度的中点处，并与该轴线正交。
11.权利要求1中的天线，其特征在于上述馈电网络是一个包括微波传输带路线的印刷电路板馈电网络。
12.权利要求3中的天线，其特征在于上述孔为方形。
13.权利要求3中的天线，还包括连接在上述底板上的侧壁，用于使上述天线的3dB束宽变窄。
14.一种改善辐射元件阵的隔离性能的方法，包括如下步骤：
提供一个有一定长度的金属底板，在该底板上有一条沿长度方向延伸的纵向轴线；
提供多个偶极子辐射元件，其从上述底板表面向外凸出，每个所述元件均包括一对平衡的双极化正交偶极子，该对偶极子分别与上述纵向轴线成第一和第二预定角度，形成交叉偶极子对；
提供一个沿上述底板延伸的不平衡馈电网络；
将上述不平衡馈电网络与上述辐射元件相连接；
提供多个印刷电路板平衡-不平衡转换器；以及
将其中一个上述印刷电路板平衡-不平衡转换器连接到各上述偶极子上。
15.一种改善辐射元件阵的隔离性能的方法，包括如下步骤：
提供一个有一定长度的金属底板，在该底板上有一条沿长度方向延伸的纵向轴线；
提供多个偶极子辐射元件，其从上述底板表面向外凸出，每个所述元件均包括成对的双极化正交偶极子，该偶极子对分别与上述纵向轴线成第一和第二预定角度，形成交叉偶极子对；以及
提供一个沿上述底板纵向边缘延伸的构件，该构件有一细长的衍射边，该衍射边位于上述底板和辐射元件顶部之间，用于增加方位束宽。
16.权利要求14或15中的方法，还包括如下步骤：提供一个沿上述纵向轴线方向安装的寄生元件，以使初级电磁场在上述寄生元件上感应出电流，这些感生电流再发射出次级电磁场以与初级电磁场部分抵消。
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