CN203026637U - 偶极子天线单元、天线单元阵列及天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种偶极子天线单元、天线单元阵列及天线，该偶极子天线单元包括四个偶极子；其中，每两个偶极子中心对称设置；每个所述偶极子包括两个辐射臂和巴伦，每个辐射臂的一端与所述巴伦连接，且两个辐射臂之间具有夹角，每个所述偶极子的辐射臂分别与相邻的偶极子的辐射臂交叠设置。本实用新型实施例提供的偶极子天线单元及天线阵列，可以提高偶极子天线的带宽。

Description

偶极子天线单元、天线单元阵列及天线

技术领域

本实用新型实施例涉及通信设备结构技术，尤其涉及一种偶极子天线单元、天线单元阵列及天线。

背景技术

在通信领域中，天线是无线电通信系统不可或缺的重要组成部分。无线通信系统中的各类无线通信设备所执行的任务虽然不同，但都需要天线作为辐射或接收电磁波的装置。

偶极子天线是目前最基本的天线形式，具有全向辐射特性，其结构简单、造价低廉，广泛应用于各种各样的无线通信系统中。但是普通偶极子天线的频带非常窄，有些新型的偶极子天线如双锥天线、双偶极子天线等，带宽是有明显的展宽，但是其结构复杂，占用空间大，不适应无线通信终端的小型化。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种偶极子天线单元、天线单元阵列及天线，用于提高偶极子天线的带宽。

第一方面，本实用新型实施例提供一种偶极子天线单元，包括：四个偶极子；其中

每两个偶极子中心对称设置；

每个所述偶极子包括两个辐射臂和巴伦，每个辐射臂的一端与所述巴伦连接，且两个辐射臂之间具有夹角，每个所述偶极子的辐射臂分别与相邻的偶极子的辐射臂交叠设置。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，每个辐射臂的另一端沿水平面的方向延伸，或基于水平面向上或向下倾斜小于等于10度的方向延伸。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述偶极子的两个辐射臂的长度分别为四分之一波长。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述偶极子的巴伦与辐射臂一端的连接处之间存在间隙。

在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述偶极子的两个辐射臂之间的夹角为45°至180°。

在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述辐射臂为直线或弧形，所述四个偶极子的辐射臂形成一个圆形或方形。

第二方面，本实施例提供一种偶极子天线单元阵列，包括：

至少一个如第一方面、第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第五种可能的实现方式中任一可能的实现方式所述的偶极子天线单元，及至少两个高频天线单元，所述高频天线单元与所述偶极子天线单元间隔设置。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，两个所述高频天线单元间设置偶极子天线单元，每个偶极子天线单元的内部设置高频天线单元。

第三方面，本实施例提供一种天线，包括反射板，还包括如第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式至第一方面的第五种可能的实现方式中任意一可能的实现方式所述的偶极子天线单元；

所述偶极子天线单元设置在所述反射板上。

第四方面，本实施例提供一种天线，包括反射板，还包括如第二方面或第二方面的第一种可能的实现方式所述的偶极子天线单元阵列；

所述偶极子天线单元阵列设置在所述反射板上。

本实用新型实施例提供的偶极子天线单元、天线单元阵列及天线，该偶极子天线单元通过每个偶极子的辐射臂分别与相邻的偶极子的辐射臂交叠设置，该偶极子天线单元在交叠设置的两个辐射臂间形成了耦合阻抗，可以增加天线的阻抗带宽，从而使天线的工作带宽变宽。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型偶极子天线单元实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型偶极子天线单元阵列实施例一的平面结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型偶极子天线单元实施例一的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供的偶极子天线单元包括四个偶极子，分别为第一偶极子20、第二偶极子30、第三偶极子40以及第四偶极子50。

第一偶极子20和第三偶极子40中心对称设置，第二偶极子30和第四偶极子50中心对称设置。其中，第一偶极子20和第三偶极子40中心对称可以实现+45°极化辐射，第二偶极子30和第四偶极子50中心对称可以实现-45°极化辐射。

在具体实现过程中，因为第一偶极子20和第三偶极子40中心对称，第二偶极子30和第四偶极子50中心对称，因此，以第一偶极子20和第二偶极子30为例，具体说明偶极子天线单元的结构。

第一偶极子20包括第一辐射臂22和第二辐射臂23以及巴伦21，巴伦21用于阻抗匹配和信号传输，第一辐射臂22和第二辐射臂23的一端与巴伦21连接，第一辐射臂22和第二辐射臂23之间具有一个夹角，该夹角的取值范围是45°至180℃。

第二偶极子30包括第三辐射臂32和第四辐射臂33以及巴伦31，巴伦31用于阻抗匹配和信号传输，第三辐射臂32和第四辐射臂33的一端与巴伦31连接，第三辐射臂32和第四辐射臂33之间也具有一个夹角，该夹角的取值范围是45°至180℃。

在实际过程中，以第一偶极子20为例，第一偶极子20的第一辐射臂22和第二辐射臂23用于辐射电磁波。巴伦21为平衡不平衡转换器。巴伦21与第一辐射臂22和第二辐射臂23一端的连接处之间存在间隙24，形成了射频馈电口，可以在该射频馈电口施加电压。射频馈电口能够使天线与馈线连接，偶极子天线单元的输入阻抗是天线射频馈电口的输入电压与输入电流的比值。射频馈电口在第一偶极子20的中心，第一偶极子20的方向图以射频馈电口对称。巴伦的两个分支分别连接第一辐射臂22和第二辐射臂23，当通过射频馈电口给偶极子天线单元施加电压时，产生的电流从其中一个巴伦分支流入，从另一个分支流出。当偶极子天线单元与电缆连接时，天线和电缆间加入的巴伦，可以把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉，也就是说把从辐射臂流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。

本实施例中，偶极子的巴伦与辐射臂一端的连接处之间存在间隙，形成了射频馈电口，使天线能够从馈线取得能量。

每个辐射臂的另一端沿水平面的方向延伸，或基于水平面向上或向下倾斜延伸。本领域技术人员可以理解，第一偶极子20和第三偶极子40中心对称，因此第一偶极子20的两个辐射臂另一端的延伸方向与第三偶极子40的两个辐射臂另一端的延伸方向相同，将该相同的延伸方向记为第一延伸方向；同理，第二偶极子30的两个辐射臂另一端的延伸方向和第四偶极子50的两个辐射臂另一端的延伸方向相同，将该相同的延伸方向记为第二延伸方向。为了使每个偶极子的辐射臂分别与相邻的偶极子的辐射臂交叠设置，第一延伸方向和第二延伸方向需相反。本领域技术人员可以理解，无论两个辐射臂的另一端横向水平延伸还是向上或向下倾斜延伸，偶极子天线单元中的所有巴伦的高度都必须满足四分之一波长，以实现中心对称的两个偶极子辐射臂上的电流平衡。因此，为了保证巴伦的高度相同以及偶极子能够交叠设置，则两个辐射臂另一端向上或向下倾斜延伸对应的倾斜角度不易过大，可选地，向上倾斜对应的倾斜角度不大于+10°，向下倾斜对应的倾斜角度不小于-10°。在实际应用过程中，为了使偶极子天线单元易于制造及规模化生产，可选地，偶极子天线单元的两个辐射臂的另一端沿水平方向延伸。

第一偶极子20的第二辐射臂23与相邻的第二偶极子30的第三辐射臂32交叠设置，在交叠设置的第二辐射臂23与第三辐射臂32间形成了耦合阻抗。第一偶极子20的第一辐射臂22与相邻的第四偶极子50的第五辐射臂53交叠设置，在交叠设置的第一辐射臂22与第五辐射臂53间形成了耦合阻抗。同理，本领域技术人员可以理解，第二偶极子30，第三偶极子40以及第四偶极子50的两个辐射臂均分别与相邻的偶极子的辐射臂交叠设置，并在交叠设置的两个辐射臂间形成了耦合阻抗，具体的示例，如图1所示，本实用新型实施例在此不再赘述。

在实际应用过程中，第一偶极子20、第二偶极子30、第三偶极子40以及第四偶极子50围成的方形，即为天线单元的辐射口径，由于偶极子的两个辐射臂可以与相邻的偶极子的辐射臂交叠设置，因此可以缩小偶极子天线单元的辐射口径，偶极子天线的辐射口径的缩小，对应地增加了偶极子天线单元的波瓣宽度。在天线单元中，波瓣宽度越大，偶极子天线单元在扇区交界处的覆盖就越好，本实用新型实施例通过偶极子天线辐射口径的缩小，可以使偶极子天线单元的水平平面的波瓣宽度达到90°，或者更高，其中波瓣宽度是指天线的辐射图中低于峰值3dB处所成夹角的宽度。与此同时，还可以调节两辐射臂的交叠长度，从而调整波瓣宽度，使波瓣宽度可以达到实际所需。

另一方面，无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围，即频带宽度内工作，因此天线还有一个重要的技术指标带宽，主要是指天线能正常工作的频率范围，通常指的是天线的阻抗带宽。天线的阻抗带宽是通过阻抗匹配实现的，因此，要保证天线的带宽，就必须实现相应的带宽阻抗匹配。本实用新型提供的实施例，交叠设置的偶极子辐射臂间形成的空隙，可以形成耦合阻抗。在此处形成的耦合阻抗，增加了天线的阻抗带宽，即天线可以向低频率扩展，使高频与低频的差值增大，从而增加天线的工作频带宽度。同时，还可以通过调节两个交叠辐射臂之间的间距，即空隙宽度，对阻抗带宽进行调节，从而不仅可以增加带宽，还可以实现对带宽的动态调节。

本实用新型实施例提供的偶极子天线单元，通过每个偶极子的辐射臂分别与相邻的偶极子的辐射臂交叠设置，该偶极子天线单元在交叠设置的两个辐射臂间形成了耦合阻抗，可以增加天线的阻抗带宽，从而使天线的工作带宽变宽。

在具体实现过程中，本实施例提供的偶极子天线单元，每个偶极子的两个辐射臂的长度可以分别为四分之一波长。

以图1实施例中的第一偶极子20为例，第一偶极子20的第一辐射臂22与第二辐射臂23的长度分别为四分之一波长，则第一偶极子20的波长为二分之一波长。

本实施例偶极子天线单元中的偶极子的两个辐射臂的长度分别为四分之一波长，偶极子为半波对称振子，为目前使用最广泛的天线。

在实际应用中，本实施例提供的偶极子天线单元，每个偶极子的两个辐射臂之间的夹角可以为45°至180°，可选地，该夹角可以为90°至180°。两个辐射臂之间的夹角的变化，会使辐射臂围成的形状的口径发生变化，从而对波瓣宽度产生影响，因此，可根据实际需要，对辐射臂之间的夹角进行调节。本领域技术人员可以理解，中心对称设置的偶极子的两个辐射臂之间的夹角相同，偶极子的两个辐射臂之间的夹角与相邻的偶极子的两个辐射臂之间的夹角可以相同，也可以不同。如图1所示，每个偶极子的两个辐射臂之间的夹角为90°，偶极子天线单元中的第一偶极子20、第二偶极子30、第三偶极子40以及第四偶极子50的辐射臂围成的形状为方形。本领域技术人员可以理解，天线单元中的四个偶极子不仅可以围成方形，还可以围成圆形，当四个偶极子围成方形时，辐射臂为直线，当四个偶极子围成圆形时，辐射臂为弧线。

本实施例中天线单元中的四个偶极子的辐射臂围成方形或圆形，可以减少偶极子间的相互干扰，能够提高偶极子天线单元的增益。

请继续参照图1，图1中还包括反射板10，如上所述的偶极子天线单元设置在反射板上10，构成了偶极子天线。在具体实现过程中，第一偶极子20和第三偶极子40在反射板10上中心对称设置，第二偶极子30和第四偶极子50在反射板10上中心对称设置。每个偶极子包含两个辐射臂和巴伦，巴伦设置在反射板上，用于阻抗匹配和信号传输。反射板10能够将偶极子天线单元的辐射能反射到单侧方向，提高天线的增益。对于偶极子天线单元的具体结构，请参照上述实施例，本实施例在此不再赘述。

本实用新型提供的偶极子天线，由于偶极子天线单元的交叠设置，偶极子天线单元的尺寸较小，易于实现偶极子天线的小型化。

图2为本实用新型偶极子天线单元阵列实施例一的平面结构示意图。本实施例提供的偶极子天线单元阵列包括：至少一个本实用新型任意实施例所提供的偶极子天线单元，及至少两个高频天线单元，高频天线单元与偶极子天线单元间隔设置。如图2所示，本实施例包括一个偶极子天线单元61和三个高频天线单元，分别为第一高频天线单元62、第二高频天线单元63以及第三高频天线单元64。本领域技术人员可以理解，在实际操作过程中，偶极子天线单元作为高频还是低频，没有严格的限制。本领域技术人员可以理解，在天线阵列中，尺寸较大的天线单元，波长相对较长，适合做低频天线单元，尺寸较小的天线单元，波长相对较短，适合做高频天线单元。本实施例中，由于偶极子天线单元61形成了碗状结构，内部具有一定的容置空间，可以容置尺寸更小的天线单元，因此偶极子天线单元61可以作为低频天线单元使用，而将其内容置的天线单元作为高频天线单元。高频天线单元和低频天线单元可以设置成一列，可以使天线高频方向和低频方向图波束指向更好，交叉极化比提高。

第一高频天线单元62与第三高频天线单元64间设置偶极子天线单元61，在偶极子天线单元61的内部还设置有第二高频天线单元63，组成了双频天线阵列。

偶极子天线单元中的四个偶极子的辐射臂的交叠设置，使偶极子天线单元的尺寸较小，再在偶极子天线单元的四个偶极子内部设置高频天线单元，可以有效减小天线宽度，从而减小天线尺寸。

本实施例中设置在偶极子天线单元61内部的第二高频天线单元63，与设置在偶极子天线单元61外部的第一高频天线单元62以及第三高频天线单元64的高度相同。同时，高频天线单元的形状以及类型保持一致。对于高频天线单元具体的形状，本实用新型实施例在此不作特别限制。本领域技术人员可以理解，还可将偶极子天线单元的尺寸做的足够小，使其成为高频天线单元。但由于偶极子天线单元内部形成了容置空间，从天线尺寸的角度考虑，优选的将偶极子天线单元作为低频天线单元使用。

本领域技术人员可以理解，在具体实现过程中，偶极子天线单元的个数以及高频天线单元的个数不仅可以如图2所示，还可以为多个，组成天线阵列。对于具体的偶极子天线单元的个数以及高频天线单元的个数，本实施例在此不作特别限制。

本实施例通过两个高频天线单元间设置偶极子天线单元，每个偶极子天线单元的内部设置高频天线单元，不仅可以使天线高频方向和低频方向图波束指向更好，交叉极化比提高，还可以有效减小天线宽度，从而减小天线尺寸。

请继续参照图2，图2中还包括反射板60，如上所述的偶极子天线单元阵列设置在反射板上，构成了偶极子天线。反射板60能够将偶极子天线单元阵列的辐射能反射到单侧方向，提高天线的增益。对于偶极子天线单元阵列的具体结构，请参照上述实施例，本实施例在此不再赘述。

本实施例的天线单元，由于采用了上述偶极子天线单元阵列，可以有效减少天线宽度，从而减少天线尺寸。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种偶极子天线单元，其特征在于，包括：四个偶极子；其中

每两个偶极子中心对称设置；

每个所述偶极子包括两个辐射臂和巴伦，每个辐射臂的一端与所述巴伦连接，且两个辐射臂之间具有夹角，每个所述偶极子的辐射臂分别与相邻的偶极子的辐射臂交叠设置。

2.根据权利要求1所述的偶极子天线单元，其特征在于：每个辐射臂的另一端沿水平面的方向延伸，或基于水平面向上或向下倾斜小于等于10度的方向延伸。

3.根据权利要求1所述的偶极子天线单元，其特征在于，所述偶极子的两个辐射臂的长度分别为四分之一波长。

4.根据权利要求1所述的偶极子天线单元，其特征在于，所述偶极子的巴伦与辐射臂一端的连接处之间存在间隙。

5.根据权利要求1所述的偶极子天线单元，其特征在于，所述偶极子的两个辐射臂之间的夹角为45°至180°。

6.根据权利要求1所述的偶极子天线单元，其特征在于，所述辐射臂为直线或弧线，所述四个偶极子的辐射臂形成一个圆形或方形。

7.一种偶极子天线单元阵列，其特征在于，包括：

至少一个如权利要求1至6任一项所述的偶极子天线单元，及至少两个高频天线单元，所述高频天线单元与所述偶极子天线单元间隔设置。

8.根据权利要求7所述的偶极子天线单元阵列，其特征在于：

两个所述高频天线单元间设置偶极子天线单元，每个偶极子天线单元的内部设置高频天线单元。

9.一种天线，包括反射板，其特征在于，还包括如权利要求1至6任一项所述的偶极子天线单元；

所述偶极子天线单元设置在所述反射板上。

10.一种天线，包括反射板，其特征在于，还包括如权利要求7或8所述的偶极子天线单元阵列；

所述偶极子天线单元阵列设置在所述反射板上。

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