CN202695707U - 双极化天线及其宽波束辐射单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种应用于双极化天线中的宽波束辐射单元，包括两副对称振子，每副对称振子包括一对辐射臂和分别于该对辐射臂的相靠近的一端对每个辐射臂实施同侧支撑的一对用于固定在金属反射板上的巴伦，通过该对巴伦对该对辐射臂进行馈电，两副对称振子以极化相互正交组装，所述辐射臂为单线非闭合件，其与相应的巴伦固定连接，且整体呈向所述金属反射板倾斜设置。本实用新型的宽波束辐射单元由于其辐射臂采用了相对于金属反射板倾斜设置的方式，可以保证在阵列方向上，波束宽度不会因为反射板长度增加而迅速减小，为阵列中的单元宽波束打了良好的基础。

Description

双极化天线及其宽波束辐射单元

【技术领域】

本实用新型涉及移动通信天线领域，具体涉及一种双极化天线，进一步涉及该双极化天线所采用的宽波束辐射单元。 

【背景技术】

在移动通信系统中，智能天线以其在抗衰落、抗干扰和提高系统容量方面的巨大优势而得到广泛关注。智能天线一般分为两大类：多波束智能天线与自适应智能天线。其中的多波束天线可以通过频率复用成倍地提高系统容量，而且由于使用窄波束，具有很高的增益。 

阵列天线在构成多波束时，由于阵中单元波瓣的影响，会导致天线增益在不同扫描角度上的波束增益存在一定的下降，阵中单元波束越窄，增益下降越明显。因此，需要一种阵中波束较宽的双极化辐射单元，使阵列天线在不同角度扫描时仍具有较高的增益。 

以往的研究中，宽波束天线多针对相控阵系统设计为圆极化或单极化的。移动通信系统基站天线中普遍使用双极化辐射单元，且波束宽度一般为65°或90°。 

现有的技术中，通常采用半波振子或者双层微带辐射单元实现双极化天线单元。对于双层微带辐射单元而言，通过耦合或直接馈电实现双极化，结构复杂，成本较高，且可靠性较低，如公开号CN 200947465Y所公开的一种双层微带辐射单元。对于采用两对极化正交的偶极子天线振子结构，可参阅美国专利US6747606B2公开的一种双极化振子，又如公开号CN101465475A的专利申请文献中揭示的一种平面型双极化天线单元。 

目前各天线厂家的大部分天线产品都采用后一种形式，即采用两对极化正交的半波振子形成辐射单元，且振子多设计为平面闭合式半波振子结构，同一副对称振子的两个振子臂被铺设在同一平面上，波束宽度都不宽，尤其是在平板天线中，由于金属反射板的作用，波束宽度会进一步降低。 

【实用新型内容】

本实用新型的首要目的在于设计一种宽波束辐射单元，以便其在组成阵列中可以形成多个窄波束同时工作或者形成单个波束在宽角范围内进行扫描。 

本实用新型的另一目的在于适应前一目的，提供一种双极化天线，使该宽波束辐射单元得以具体应用。 

为实现本实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案： 

本实用新型的宽波束辐射单元，包括两副对称振子，每副对称振子包括一对辐射臂和分别于该对辐射臂的相靠近的一端对每个辐射臂实施同侧支撑的一对用于固定在金属反射板上的巴伦，通过该对巴伦对该对辐射臂进行馈电，两副对称振子以极化相互正交组装，所述辐射臂为单线非闭合件，其与相应的巴伦固定连接，且整体呈向所述金属反射板倾斜设置。 

所述辐射臂包括中间部和自该中间部两侧折出的折出部，辐射臂以其中间部与相应的巴伦相连接。 

较佳的，所述辐射臂为平面片状件。所述巴伦亦可呈平面片状件。由此，该辐射单元可为一体化压铸成型件。 

进一步，所述每个辐射臂在其非闭合而形成的开口方向前方设置有与金属反射板相固定的寄生单元。所述寄生单元可呈圆柱体结构，亦可呈横截面为多边形的柱体结构，其竖立于所述金属反射板上。另一实施例中，该辐射单元两侧分别设有寄生单元，均呈平面片状，且相互平行设置。 

本实用新型的双极化天线，其包括若干以矩阵方式排列在同一金属反射板上的如前所述的宽波束辐射单元。 

与现有技术相比，本实用新型的优点在于： 

1、通过改变传统闭合式平面振子臂结构，将振子臂改为向下倾斜的开口式结构，这样，就可以通过改变振子臂开口的大小和下倾的角度来改变波束宽度，而且，下倾式振子臂可以保证在阵列方向上，波束宽度不会因为反射板长度增加而迅速减小，这为阵列中的单元宽波束打了良好的基础。 

2、通过在振子周围增加寄生单元，可以进一步提高波束宽度。且调节寄生单元的位置和形状，可以改变寄生单元的谐振频率，从而可以用来改善宽带范围内的波束稳定性。 

【附图说明】

图1是本实用新型的宽波束辐射单元的第一实施例的结构示意图； 

图2是图1所示宽波束辐射单元的俯视图； 

图3是本实用新型的宽波束辐射单元的第二实施例的结构示意图，包括两组共四个附加寄生单元； 

图4是本实用新型的宽波束辐射单元的第三实施例的结构示意图，包括两个片状附加寄生单元； 

图5是图4所示宽波束辐射单元的仿真水平面方向图。 

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明： 

参照图1和图2所示，本实用新型的一种双极化宽波束辐射单元的第一实施例揭示该辐射单元包括：金属反射板3，两副以极化相互正交安装在金属反射板3上的对称振子1、2，两副对称振子1、2分别由两副巴伦12a、12b、22a、22b进行支撑并馈电。 

参照图1，所述金属反射板3，构成辐射单元的反射器，供巴伦12a、12b、22a、22b装设其上，图1示出的金属反射板3截面大致呈U型，其具有一片状部31和自片状部31两侧折出的折出部32，其中片状部31用于以矩阵的方式排列设置多个所述辐射单元以形成双极化天线，用于装设该些辐射单元的巴伦12a、12b、22a、22b。 

参照图1，所述每副对称振子1或2包括一对呈中心对称且整体朝向金属反射板3方向下倾设置的辐射臂11a、11b、21a、21b，所述辐射臂11a、11b、21a、21b均设置在与其对应的巴伦12a、12b、22a、22b上，巴伦12a、12b、22a、22b底端固定在反射板3上，同一对称振子1或2中，相对应的两个巴伦在位置上相靠近，以便与相应的两个辐射臂的相靠近的一端对应连接。通过改变传统平面闭合式辐射臂结构，采用单线非闭合结构，将辐射臂改为一侧固定在巴伦上，另一侧向下倾斜的开口式结构，这样，利用下倾可以使得辐射臂上不同位置点处的远场波程差不同，可以通过改变辐射臂开口的大小和下倾的角度来调节主瓣的波束宽度，而且，下倾式辐射臂可以保证在阵列方向上，波束宽度不会因为金属反射板长度增加而迅速减小。这为阵 列中的单元宽波束打了良好的基础。 

参照图2，从所述开口式辐射臂11a、11b、21a、21b的俯视截面可以看出，其大致为带折边的类U型结构，作为优化的实施方式，也可以改为光滑的类U形或其它不规则非闭合曲线形状。因此，再结合图1和图2，所述辐射臂11a、11b、21a、21b包括采用平面片状件，具有一中间部81和自中间部81两侧折出的折出部82、83，两个折出部82、83共同限定了辐射臂11a、11b、21a、21b的开口。 

参照图3，作为本实用新型的另一种实施方式，所述两组对称振子1、2的每个辐射臂11a、11b、21a、21b开口方向前方的金属反射板3上，分别置有一附加寄生单元41、42、43、44。 

所述寄生单元41、42、43、44为圆柱体结构，位于两个极化方向上且直接固定在金属反射板3上，共两组四个。寄生单元具有窄带效应。只要调节谐振频率，使其刚好在带宽内的高频附近，恰好可以补偿带宽内高低频处的波束不稳定性。因此，可以借助本领域的常识，调节寄生单元的形状和位置对辐射单元的电磁特性进行优化，很容易形成宽带范围内的稳定宽波束。 

作为优选的实施方式，所述寄生单元41、42、43、44为横截面呈多边形的柱体结构，位于两个极化方向上且直接固定在反射板上，共两组四个。 

参照图4，作为本实用新型宽波束辐射单元的第三实施例的图示，所述辐射单元两侧分别设有附加的寄生单元41、42，寄生单元为41、42平面片状结构，且两个寄生单元41、42相互平行放置。 

作为本实用新型的优选实施方式，巴伦设计为平面片状件、辐射臂也设为平面片状件，这种情况下，整个辐射单元均采用一体化压铸成型技术，使整个辐射单元均成为一体化压铸成型件。由此，加工简单，节约成本。 

图5给出了本实用新型所述双极化天线的宽波束辐射单元第三实施例的阵列方向波束宽度方向图。下表是图5的各线型所代表的频率与方向波束宽度之间的对应关系： 

由图5和上表可以看出，本实用新型的辐射单元阵列方向波束宽度为109°-110°，通过本实用新型的双极化宽波束辐射单元，可以容易地实现阵列方向上的宽波束方向图。 

综上所述，本实用新型的宽波束辐射单元由于其辐射臂采用了相对于金属反射板倾斜设置的方式，可以保证在阵列方向上，波束宽度不会因为反射板长度增加而迅速减小，为阵列中的单元宽波束打了良好的基础。 

概而言之，以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。 

Claims (10)

1.一种宽波束辐射单元，包括两副对称振子，每副对称振子包括一对辐射臂和分别于该对辐射臂的相靠近的一端对每个辐射臂实施同侧支撑的一对用于固定在金属反射板上的巴伦，通过该对巴伦对该对辐射臂进行馈电，两副对称振子以极化相互正交组装，其特征在于：所述辐射臂为单线非闭合件，其与相应的巴伦固定连接，且整体呈向所述金属反射板倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的宽波束辐射单元，其特征在于，所述辐射臂包括中间部和自该中间部两侧折出的折出部，辐射臂以其中间部与相应的巴伦相连接。

3.根据权利要求1所述的宽波束辐射单元，其特征在于，所述辐射臂为平面片状件。

4.根据权利要求3所述的宽波束辐射单元，其特征在于，所述巴伦呈平面片状件。

5.根据权利要求4所述的宽波束辐射单元，其特征在于，该辐射单元为一体化压铸成型件。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的宽波束辐射单元，其特征在于，所述每个辐射臂在其非闭合而形成的开口方向前方设置有与金属反射板相固定的寄生单元。

7.根据权利要求6所述的宽波束辐射单元，其特征在于，所述寄生单元呈圆柱体结构，其竖立于所述金属反射板上。

8.根据权利要求6所述的宽波束辐射单元，其特征在于，所述寄生单元呈横截面为多边形的柱体结构，其竖立于所述金属反射板上。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的宽波束辐射单元，其特征在于，该辐射单元两侧分别设有寄生单元，均呈平面片状，且相互平行设置。

10.一种双极化天线，其特征在于，其包括若干以矩阵方式排列在同一金属反射板上的如权利要求1至9中任意一项所述的宽波束辐射单元。

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