CN202004160U - 双极化组合t型匹配振子基站天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了双极化组合T型匹配振子基站天线，其包括至少一个双极化天线单元，所述双极化天线单元包括四个T匹配振子，所述四个T匹配振子在馈电端串联连接。本实用新型将四个T匹配振子在馈电端串联连接并组成双极化天线单元，使双极化天线单元在保持T匹配振子宽带特性的同时，提高了天线的有效辐射面积，因而增益高，而且能够激励出两个相互正交的模式，所以在实现双极化辐射的同时，提高了双极化天线的隔离度。本实用新型结构简单，成本低廉，使用方便，适用于目前的各类移动通信基站。

Description

双极化组合T型匹配振子基站天线

技术领域

本实用新型涉及一种移动通信领域中的通讯设备，特别是一种用于无线移动通信系统的双极化基站天线。

背景技术

随着科学技术的发展，移动通信在人们日常生活中越来越发挥着重要的作用，基站的数量不断增加，电磁环境日益复杂，对于现有移动通信双极化定向天线的设计提出了更高的要求，例如宽频带、高隔离、高增益、良好的方向性，稳定的波束宽度等。为了满足市场竞争的需求，还要求天线结构简单、成本低。

基站天线的性能主要取决于天线阵列中单元的性能，如阻抗特性，隔离度，增益及波束宽度等。（1）带宽方面：现有一般双极化单元带宽大多只能覆盖GSM和CDMA低端的824-960 MHz频段或高端1710-1990MHz频段，其相对带宽只有15%，由于频段1920-2170MHz第三代无线电通信业务的开通，这就希望基站天线具有更宽的频带；（2）隔离度方面：双极化天线要求端口之间的隔离性能规范为30dB或者更大，现有天线一般通过加大振子之间的距离或者用机械的方式（如增加寄生元件）来减小双极化振子间的耦合，以提高隔离度。但是，这样做既增加了天线单元的尺寸和材料用量，也增加了设计的难度；（3）增益方面：现有天线单元基本为单层结构，有效面积小，因而增益低。

展宽天线阻抗带宽的一个主要途径是加宽振子臂，即加大振子直径，从而降低特性阻抗。目前多数宽带天线振子基本都是采用此方式。加宽振子臂虽然可以提高天线的阻抗带宽，但提高的程度有限，往往不能满足基站天线的要求，而且也会增加天线单元的尺寸和材料用量。现在折合振子也渐渐普及起来，其工作原理也是基于加宽振子臂的原理，它参与辐射的是两根导线上的同相电流成分，相当于振子的等效直径变粗，特性阻抗下降，有利于阻抗带宽特性的改善。同时，折合振子的输入阻抗等于对称振子阻抗和短路线阻抗的并联。当频率偏离谐振频率时，两者相互补偿，从而使输入阻抗变化较平缓，展宽了阻抗带宽，但是其普通的平行排列所实现的带宽仍嫌不足。有一些基站天线的设计，是采用两个T型的折合振子呈正负45°正交并且不相接触的组装模式来对通信进行扩容，T匹配振子是普通折合振子的变型，这种组装形式，增加了匹配单元的自由度，因此可以实现比通常的折合振子更宽的带宽，但振子排列方式使得天线有效面积比较小，增益低，交叉极化和隔离度比较差。

实用新型内容

本实用新型的目的，是为了提供一种相比于现有基站天线，具有更宽的带宽、更高的增益度和隔离度的双极化组合T型匹配振子基站天线。

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：

双极化组合T型匹配振子基站天线，其包括至少一个双极化天线单元，所述双极化天线单元包括四个T匹配振子，所述四个T匹配振子在馈电端串联连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述四个T匹配振子呈平板状，各自表平面均位于同一平面上，并以前后左右的正交方式布置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述双极化天线单元还包括表面设有介质基片的接地板，所述介质基片与四个T匹配振子之间通过两个相互正交的金属平衡-不平衡转换器联接起来。

作为上述技术方案的进一步改进，所述金属平衡-不平衡转换器分为上平衡器和下平衡器，二者的上端均伸出且各自与T匹配振子联接，所述上平衡器的伸出端位于下平衡器的伸出端上方空间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述T匹配振子包括上辐射导体和下辐射导体，所述上辐射导体长度大于下辐射导体，下辐射导体的两端与上辐射导体联接，从下辐射导体中延伸出具有间距的双导线，所述双导线的末端与金属平衡-不平衡转换器联接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将四个T匹配振子在馈电端串联连接并组成双极化天线单元，使双极化天线单元在保持T匹配振子宽带特性的同时，提高了天线的有效辐射面积，因而增益高，而且能够激励出两个相互正交的模式，所以在实现双极化辐射的同时，提高了双极化天线的隔离度。

另外，本实用新型巧妙地设计了金属平衡-不平衡转换器的结构形式，使其在有限的空间内实现了四个T匹配振子在馈电端以正交形式串联连接，在保证T匹配振子的双极化辐射同时有效地提高了隔离度。

本实用新型结构简单，成本低廉，使用方便，适用于目前的各类移动通信基站。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型中的双极化天线单元的立体结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是T匹配振子的主视图；

图4是金属平衡-不平衡转换器与介质基片的装配体示意图；

图5是上平衡器的主视图；

图6是下平衡器的主视图；

图7是本实用新型由多个双极化天线单元组合之后的整体装配俯视图。

具体实施方式

参照图1～图2，双极化组合T型匹配振子基站天线，其包括至少一个双极化天线单元，所述双极化天线单元包括四个T匹配振子1，所述四个T匹配振子1在馈电端串联连接。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述四个T匹配振子1呈平板状，各自表平面均位于同一平面上，并以前后左右的正交方式布置。具体地，参照图1～图2，以前后左右方向确定四个方位，分别对图上四个T匹配振子1命名为T匹配振子a1、a2、a3、a4。a1、a2、a3、a4组成两两正交的组合振子环。四个T匹配振子1可以采用金属板制造，也可以采用介质单面或双面覆铜板制造（介质的相对介电常数1-100，介质板厚度为0.1mm-10mm）。

参照图1、图4～图6，进一步作为优选的实施方式，所述双极化天线单元还包括表面设有介质基片7的接地板8，所述介质基片7与四个T匹配振子1之间通过两个相互正交的金属平衡-不平衡转换器5联接起来。具体地，所述介质基片7亦可采用金属基片。

参照图5和图6，进一步作为优选的实施方式，所述金属平衡-不平衡转换器5分为上平衡器51和下平衡器52，二者的上端均伸出且各自与T匹配振子1联接，所述上平衡器51的伸出端位于下平衡器52的伸出端上方空间。下平衡器52给T匹配振子a1、a2组合和a3、a4组合馈电，金属平衡-不平衡转换器5则给T匹配振子a1、a4组合和a2、a3组合馈电，两个相互正交的金属平衡-不平衡转换器5将来自两根馈线的能量分别传输给两两组合的T匹配振子1，从而激励出两个相互正交的模式，实现了双极化辐射。在任何一种激励时，四个T匹配振子都参与辐射，因此，天线单元具有较大的辐射面积，获得高增益。由于是正交的两个模式辐射，所以具有高隔离特性。

参照图5，具体地，上平衡器51为U形结构，包括上导体支架和与其联接的上同轴馈线514，导体支架包含上水平部分511、上弯折部分512和上垂直部分513。支架的上垂直部分513的长度为1/4波长，一端与介质基片7连接,另一端与上水平部分511及T匹配振子a2、a3组合相连接。上同轴馈线514的外导体上端与T匹配振子a1、a4组合相连接，相距上端1/4波长的下端与介质基片7连接，内导体端为信号输入端。介质基片7可以采用FR4单面板，介电常数为4.4，厚度1.6mm(或者0.8mm)。频段范围为800-960MHz时，支架的上垂直部分513的长度大约为60mm，上水平部分511的长度大约15mm。支架的上弯折部分512向上弯折。支架上水平部分511和上弯曲部分512的导体宽度不同，可以起着调节阻抗匹配的作用。介质基片7平行于接地板8，并固定在接地板8上。

参照图6，下平衡器52的结构与上平衡器51相同，只是下弯折部分522向下弯折，以避免正交的两个支架相接触，同时增加两者之间的距离，以提高隔离度。支架的下垂直部分523的一端与T匹配振子a3、a4组合及支架的下水平部分521相连接。下同轴馈线524的外导体上端与T匹配振子a1、a2组合相连接，相距上端1/4波长的下端与介质基片7连接，其内导体端作为输出端。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，以a1为例，所述T匹配振子1包括上辐射导体11和下辐射导体14，所述上辐射导体11长度大于下辐射导体14，下辐射导体14的两端与上辐射导体11联接，从下辐射导体14中延伸出具有间距的双导线15，所述双导线15的末端与金属平衡-不平衡转换器5联接。以T匹配振子a1为例，上辐射导体11为长方形，下辐射导体14为去掉倒角的长方形。上辐射导体11比下辐射导体14长，上辐射导体11约为二分之一波长，其两末端开路，与下辐射导体14之间相隔一定间距13，并通过两小段导体12a，12b连接在一起。双导线15分成15a、15b两部分，一起构成T匹配振子a1的馈线，15a、15b由宽度不同的间隔16a、16b分开，通过改变双导线15a、15b的宽度和间隔16a、16b可以调节振子的输入阻抗，使T匹配振子a1和金属平衡-不平衡转换器5相互匹配。其余几个a2、a3、a4的结构与a1相同。

如果采用FR4覆铜板，频率范围为800-960MHz时，上辐射导体11的长度大约为160mm，上辐射导体11和下辐射导体14之间的间距13为3～7mm，上辐射导体11和下辐射导体14之间的连接导体12a，12b长度为5～10mm，双导线15a、15b长度为50～60mm，之间的间隔16b为0.8～2mm, 双导线15a、15b之间的凹槽的距离16a为3～6mm。

参照图6，本实用新型可由六个双极化组合T匹配振子天线单元组成了±45度双极化基站天线阵列，天线单元安装在接地板上，沿着接地板的长边设置边墙121和122，用于调节波瓣宽度。沿着短边设置边墙123和124，且在101～106的各个单元间安置边墙125～129，以控制天线的辐射波瓣图。

以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.双极化组合T型匹配振子基站天线，其特征在于：其包括至少一个双极化天线单元，所述双极化天线单元包括四个T匹配振子（1），所述四个T匹配振子（1）在馈电端串联连接。

2.根据权利要求1所述的双极化组合T型匹配振子基站天线，其特征在于：所述四个T匹配振子（1）呈平板状，各自表平面均位于同一平面上，并以前后左右的方式布置。

3.根据权利要求1或2所述的双极化组合T型匹配振子基站天线，其特征在于：所述双极化天线单元还包括表面设有介质基片（7）的接地板（8），所述介质基片（7）与四个T匹配振子（1）之间通过两个相互正交的金属平衡-不平衡转换器（5）联接起来。

4.根据权利要求3所述的双极化组合T型匹配振子基站天线，其特征在于：所述金属平衡-不平衡转换器（5）分为上平衡器（51）和下平衡器（52），二者的上端均伸出且各自与T匹配振子（1）联接，所述上平衡器（51）的伸出端位于下平衡器（52）的伸出端上方空间。

5.根据权利要求4所述的双极化组合T型匹配振子基站天线，其特征在于：所述T匹配振子（1）包括上辐射导体（11）和下辐射导体（14），所述上辐射导体（11）长度大于下辐射导体（14），下辐射导体（14）的两端与上辐射导体（11）联接，从下辐射导体（14）中延伸出具有间距的双导线（15），所述双导线（15）的末端与金属平衡-不平衡转换器（5）联接。

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