CN203660065U

CN203660065U - 双极化辐射装置

Info

Publication number: CN203660065U
Application number: CN201320860978.6U
Authority: CN
Inventors: 卜安涛; 胡玲
Original assignee: RFS Radio Frequency Systems Shanghai Co Ltd
Current assignee: Anfersch Technology Co
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2023-12-24

Abstract

本实用新型涉及双极化辐射装置，其包括反射底板、双极化辐射元件和馈电网络。双极化辐射元件包括四个辐射振子臂和八个支架，其中每两个支架对称地位于一个辐射振子臂的两侧，双极化辐射元件设置成使得相邻两个辐射振子臂构成一个极化对称振子且该相邻的两个辐射振子臂之间的两个支架间隔布置共同构成极化对称振子的支撑架。双极化辐射元件通过四个支撑架不导电接触地脚固定于接地平面上，脚固定在接地平面上的四个位置构成一个正方形的四个角。本实用新型所形成的四个极化对称振子被有意彼此隔离从而减轻相互调制问题；同时，由于双极化辐射元件与反射底板进行不导电接触，从而实现了二者之间的有效电隔离，减少了PIM问题。

Description

双极化辐射装置

技术领域

本实用新型总体上涉及天线，尤其涉及一种宽带定向双极化移动基站天线的辐射装置。

背景技术

天线作为电磁波的收发装置，是无线通信系统中不可或缺的组成部分。移动通信技术中信号的传输与覆盖离不开基站天线，定向双极化天线更是目前基站天线的主要类型，其性能直接影响通讯的质量。具有良好辐射模式和无源互调(Passive Inter Modulation，PIM)性能的基站天线将对高通信质量做出重要贡献。

现有的基站天线用辐射装置基本上都包括反射底板、双极化辐射元件以及馈电网络，但由于它们使用螺栓接地从而使得双极化辐射元件的极化辐射体(也可称为偶极子或极化对称振子)的PIM相当弱，同时现有基站天线所采用的焊接馈电也会带来PIM问题，进一步增加了PIM风险。

实用新型内容

为克服上述缺陷，提供一种新型的双极化辐射装置将是有利的。

因此，本实用新型提供一种双极化辐射装置，其包括：

反射底板，其包括接地平面和位于接地平面两侧的折弯壁；

双极化辐射元件，其位于所述反射底板上并工作在预定频带，所述双极化辐射元件包括四个辐射振子臂和八个支架，其中每两个所述支架对称地位于一个所述辐射振子臂的两侧，所述双极化辐射元件设置成使得相邻两个所述辐射振子臂构成一个极化对称振子且该相邻的两个所述辐射振子臂之间的两个所述支架间隔布置共同构成所述极化对称振子的支撑架；

馈电网络，其用于对所述双极化辐射元件进行馈电；

其中，所述双极化辐射元件通过四个所述支撑架不导电接触地脚固定于所述接地平面上，所述脚固定在所述接地平面上的四个位置构成一个正方形的四个角。

在本实用新型的该方面，由于四个辐射振子臂和八个支架的上述配置，所形成的四个极化对称振子被有意彼此隔离从而减轻相互调制问题；同时，由于双极化辐射元件与反射底板进行不导电接触，从而实现了二者之间的有效电隔离，减少了PIM问题。

优选地，上述双极化辐射装置还包括电隔离薄膜，所述电隔离薄膜位于所述支架和所述接地平面之间。

在一个实施例中，上述电隔离薄膜为独立的非金属介质薄膜。

在另一个实施例中，上述电隔离薄膜为形成于所述支架上的非金属涂层。

优选地，每个上述支架经由塑料卡扣或塑料铆钉垂直固定于所述接地平面上。

优选地，上述馈电网络包括四个馈电片，每个所述馈电片与对应的所述正方形的一个所述角处的两个所述支架组成微带线耦合馈电结构或带状线耦合馈电结构以对所述极化对称振子进行耦合馈电。耦合馈电方式避免了现有技术中使用焊接馈电所引发的PIM问题。

进一步优选地，每个所述馈电片经由绝缘固定装置与所述支架有间隔地连接。

再进一步优选地，所述绝缘固定装置为不导电、不吸波的介质固定装置。

在上述双极化辐射装置中，四个所述极化对称振子包括两个+45°极化对称振子和两个-45°极化对称振子，在所述两个+45°极化对称振子的相对的末端之间以及在所述两个-45°极化对称振子的相对的末端之间通过所述支架形成四分之一波长的末端短路的U型巴伦连接，即支架连接。可见，每个支架在双极化辐射装置中同时起到两个作用，一是和支架所在极化对称振子(例如一个+45°极化对称振子)中的另一个支架一同起到对该极化对称振子的支撑以及电流平衡转换的作用；二是用作另一类极化对称振子(例如-45°极化对称振子)的U型巴伦的一部分，以起到两个所述另一类极化对称振子(即-45°极化对称振子)的末端射频开路的作用。

具体地，所述两个+45°极化对称振子构成正极化辐射单元，两个-45°极化对称振子构成负极化辐射单元。

优选地，四个上述辐射振子臂被布置成一起形成正方形、多边形或者圆形结构，该结构与所述接地平面平行并且其中心位于所述反射底板的纵轴上。

进一步优选地，每个所述辐射振子臂构造成垂直于所述接地平面。这种辐射振子臂的垂直结构可以使得整个双极化辐射元件的内部尺寸更大，有助于在内部尺寸要求不变的情况下使双极化辐射元件小型化。

总的来说，本实用新型的双极化辐射装置具有频率宽、增益高、方向图一致性好、三阶互调高、成本低、组装简单等优势，从而可以很好的保证服务区内的通讯质量。

通过参考下面所描述的实施方式，本实用新型的上述这些方面和其他方面将会得到更清晰地阐述。

附图说明

图1为根据本实用新型的一个优选实施方式的双极化辐射装置的示意性立体图，其中示出了第一实例的辐射振子臂；

图2为根据本实用新型的另一个优选实施方式的双极化辐射装置的示意性立体图，其中示出了第二实例的辐射振子臂；

图3为根据本实用新型的再一个优选实施方式的双极化辐射装置的示意性立体图，其中示出了第三实例的辐射振子臂；

图4为根据本实用新型的又一个优选实施方式的双极化辐射装置的示意性立体图，其中示出了第四实例的辐射振子臂；

图5为根据本实用新型的再又一个优选实施方式的双极化辐射装置的示意性立体图，其中示出了第五实例的辐射振子臂；

图6为根据本实用新型的仍又一个优选实施方式的双极化辐射装置的示意性立体图，其中示出了第六实例的辐射振子臂；

图7为根据本实用新型的还又一个优选实施方式的双极化辐射装置的示意性立体图，其中示出了第七实例的辐射振子臂。

具体实施方式

根据要求，这里将披露本实用新型的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本实用新型的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本实用新型的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。

应当注意到，在本文中，用于解释所揭露实施方式的各个部分的结构和动作的方向表示，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”，等等，并不是绝对的，而是相对的。当所揭露实施方式的各个部分位于图中所示位置时，这些表示是合适的。如果所揭露实施方式的位置或参照系改变，这些表示也要根据所揭露实施方式的位置或参照系的改变而发生改变。

如图1所示，根据本实用新型的一个优选实施方式的双极化辐射装置包括反射底板100、双极化辐射元件200和馈电网络300。反射底板100包括接地平面101和位于接地平面两侧的折弯壁103，反射底板可以例如采用重量轻的铝材，两侧折弯，保证了辐射单元的电气性能与底板的机械强度；双极化辐射元件200，其位于所述反射底板100上并工作在预定频带例如低频带，该双极化辐射元件包括四个辐射振子臂201、203、205、207，和八个支架211和221、213和223、215和225、217和227，其中支架211和221对称地位于辐射振子臂201的两侧，支架213和223对称地位于辐射振子臂203的两侧，支架215和225对称地位于辐射振子臂205的两侧，支架217和227对称地位于辐射振子臂207的两侧。在本实施方式中，辐射振子臂可以采用冲压工艺制作而成，其材质可以例如为铝材以降低成本。

再如图1所示，在本实施方式中，四个辐射振子臂201、203、205、207共臂组成联合正方形构成天线的±45°两个极化的基本辐射单元。具体地，相邻的两个辐射振子臂201和207构成第一极化对称振子，另外相邻的两个辐射振子臂203和205构成第二极化对称振子，第一极化对称振子和第二极化对称振子组成双极化辐射装置的+45°极化辐射单元。其中，相邻的两个辐射振子臂(例如201和207)之间的两个支架(例如221和217)间隔布置共同构成该极化对称振子(例如第一极化对称振子)的支撑架。在第一极化对称振子和第二极化对称振子之间有约四分之一波长的末端短路的U型巴伦以保证这两个极化对称振子末端射频开路，其中一个U型巴伦由支架211和223构成，另一个U型巴伦由支架227和215构成。同理，相邻的两个辐射振子臂201和203构成第三极化对称振子，另外相邻的两个辐射振子臂205和207构成第四极化对称振子，第三极化对称振子和第四极化对称振子组成双极化辐射装置的-45°极化辐射单元。在第三极化对称振子和第四极化对称振子之间有约四分之一波长的末端短路的U型巴伦以保证这两个极化对称振子末端射频开路，其中一个U型巴伦由支架221和217构成，另一个U型巴伦由支架213和225构成。

应当理解，每个支架在双极化辐射装置中同时起到两个作用，以支架221为例，支架221一方面是和支架221所在的第一极化对称振子中的另一个支架217一同起到该第一极化对称振子的支撑架的作用，另一方面和该支架217用作第三极化对称振子和第四极化对称振子之间的四分之一波长的末端短路的一个U型巴伦，以保证第三极化对称振子和第四极化对称振子这两个极化对称振子的末端射频开路，即起到平衡转换器的作用。

进一步如图1所示，馈电网络300包括四个馈电片301、303、305、307，这些馈电片用于对双极化辐射元件200进行馈电。双极化辐射元件200通过四个支撑架不导电接触地脚固定于接地平面101上，所述脚固定在所述接地平面上的四个位置构成一个正方形的四个角。

在本实施方式中，上述双极化辐射装置还包括电隔离薄膜400，电隔离薄膜400位于支架和接地平面之间。优选地，电隔离薄膜400为独立的非金属介质薄膜，例如环氧树脂薄片。作为替换，上述电隔离薄膜400也可以是形成于所述支架上的非金属涂层。电隔离薄膜400的设置可对双极化辐射元件200和反射底板100进行有效电隔离。优选地，每个支架经由塑料卡扣或塑料铆钉500垂直固定于接地平面101上。当然，塑料卡扣或塑料铆钉500不必一定由塑料材料制成，还可以通过其它一些非金属材料制成。

在本实施方式中，每个馈电片与对应的上述一个角处的两个支架组成微带线耦合馈电结构或带状线耦合馈电结构以对所述极化对称振子进行耦合馈电，例如，如图1所示，馈电片301与支架211和支架223组成微带线耦合馈电结构或带状线耦合馈电结构以对第三极化对称振子进行耦合馈电。再例如，馈电片307与支架221和支架217组成微带线耦合馈电结构或带状线耦合馈电结构以对第一极化对称振子进行耦合馈电。耦合馈电方式避免了现有技术中使用焊接馈电所引发的PIM问题。应注意的是，为了实现上述耦合馈电，如图1所示，每个馈电片经由绝缘固定装置600与支架有间隔地连接。馈电片可以例如为铝质薄片，可通过线切割或激光切割等精密机械加工的方式来完成；绝缘固定装置600优选为不导电、不吸波的介质固定装置，且这些介质固定装置可模具化生产，因此制作成本低。

再如图1所示，在本实施方式中，辐射振子臂201、203、205、207中每一个都构造成垂直于接地平面101。这种辐射振子臂的垂直结构可以使得整个双极化辐射元件的内部尺寸更大，有助于在内部尺寸要求不变的情况下使双极化辐射元件小型化。特别是当需要在双极化辐射元件内安置以另一频率例如高频工作的第二双极化辐射元件时，这种垂直的辐射振子臂结构带来的小型化特点更突显其优势。

尽管在图1所示的本实施方式以及图2、图4所示的第二和第四实施方式中四个辐射振子臂201、203、205、207被布置成一起形成正方形结构，但应当理解，四个辐射振子臂也可以布置成一起形成多边形(见图3和图5)或者圆形结构(见图6和图7)。该结构与所述接地平面101平行并且相对于所述反射底板的纵轴对称布置，该纵轴与反射底板100的两侧折弯壁103平行并位于它们之间。

应当理解的是，由于上述实施方式中第一极化对称振子和第二极化对称振子之间以及第三极化对称振子和第四极化对称振子之间都有间隔距离，因此，相对于传统的X形双极化偶极子，±45°极化辐射单元能够获得更高的增益。

同时，由于双极化辐射元件200和和反射底板100之间设置电隔离薄膜400进行电容耦合接地，并且使用非金属例如塑料制成的卡扣或铆钉500将固定到反射底板100上，与此同时，采用电容耦合馈电方式。因此，对于辐射平台而言，几乎没有PIM问题；

由于四个辐射振子臂不需要与馈电片以及接地平面焊接。这样，辐射振子臂无疑可由铝制造并且不用任何的表面镀层，而表面镀层非常昂贵且污染环境。因此，所提议的解决方案是低成本的解决方案。

综上，相比于现有技术中最好的解决方案，本实用新型技术方案的优势在于：

1)PIM得到了大幅提高：对于整个双极化辐射装置，没有焊接、没有直接的金属接触。PIM问题能够完全得到解决；

2)环境保护和成本降低：在反射底板上没有焊接点，因而在双极化辐射元件的生产中不需要表面镀层，这将大大地节省双极化辐射元件成本(表面镀层非常昂贵)，同时避免环境破坏(表面镀层会造成环境污染)。

3)双极化辐射元件可工作在694～960MHz或者1710～2700MHz超宽带频段，频段内水平波束宽度、交叉极化比、增益、三阶互调等电气性能良好，能有效提高服务区内的通讯质量。整体重量轻便，装配简单，一致性好，有利于规模化产品应用。当然，原则上可通过调整馈电片的宽度来实现其工作频段的调节。

应当理解是，上述采用电容耦合馈电和接地方式来避免直接金属接触的PIM解决方案能够广泛用于其它类型的基站天线或其他领域，诸如卫星天线、雷达天线，等等。

另外，尽管在上述实施方式中作为天线使用的双极化辐射装置在图1-7中仅示出包括一个双极化辐射元件200，但应当理解的是，根据实际需要，双极化辐射装置可包括两个、三个甚至多个双极化辐射元件200，馈电网络300的个数与双极化辐射元件200的个数相对应。需要说明的是，上述实施方式中作为天线使用的双极化辐射装置可以实施为单频带天线和多频带天线。通常，上述双极化辐射元件200将被设计为工作在低频带。对于多频带天线，除了上述双极化辐射元件200外，将需要另外的元件，例如可以是中国发明专利申请公开号CN103181028A中公开的作为高频带辐射元件使用的第二辐射元件。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。其他的任何未背离本实用新型实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本实用新型的保护范围之内。在不同实施方式中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施方式的其他变化的实施方式。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims

1.一种双极化辐射装置，其特征在于包括：

反射底板，其包括接地平面和位于接地平面两侧的折弯壁；

双极化辐射元件，其位于所述反射底板上并工作在预定频带，所述双极化辐射元件包括四个辐射振子臂和八个支架，其中每两个所述支架对称地位于一个所述辐射振子臂的两侧，所述双极化辐射元件设置成使得相邻两个所述辐射振子臂构成一个极化对称振子，且该相邻的两个所述辐射振子臂之间的两个所述支架间隔布置，共同构成所述极化对称振子的支撑架；

馈电网络，其用于对所述双极化辐射元件进行馈电；

2.如权利要求1所述的双极化辐射装置，其特征在于，还包括电隔离薄膜，所述电隔离薄膜位于所述支架和所述接地平面之间。

3.如权利要求2所述的双极化辐射装置，其特征在于，所述电隔离薄膜为独立的非金属介质薄膜。

4.如权利要求2所述的双极化辐射装置，其特征在于，所述电隔离薄膜为形成于所述支架上的非金属涂层。

5.如权利要求1所述的双极化辐射装置，其特征在于，每个所述辐射振子臂的所述支架经由塑料卡扣或塑料铆钉垂直固定于所述接地平面上。

6.如权利要求1至5任一项所述的双极化辐射装置，其特征在于，所述馈电网络包括四个馈电片，每个所述馈电片与对应的所述正方形的一个所述角处的两个所述支架组成微带线耦合馈电结构或带状线耦合馈电结构，以对所述极化对称振子进行耦合馈电。

7.如权利要求6所述的双极化辐射装置，其特征在于，每个所述馈电片经由绝缘固定装置与所述支架有间隔地连接。

8.如权利要求7所述的双极化辐射装置，其特征在于，所述绝缘固定装置为不导电、不吸波的介质固定装置。

9.如权利要求1所述的双极化辐射装置，其特征在于，四个所述极化对称振子包括两个+45°极化对称振子和两个-45°极化对称振子，在所述两个+45°极化对称振子的相对的末端之间以及在所述两个-45°极化对称振子的相对的末端之间通过所述支架形成四分之一波长的末端短路的U型巴伦连接。

10.如权利要求9所述的双极化辐射装置，其特征在于，所述两个+45°极化对称振子构成正极化辐射单元，两个-45°极化对称振子构成负极化辐射单元。

11.如权利要求10所述的双极化辐射装置，其特征在于，四个所述辐射振子臂被布置成一起形成正方形、多边形或者圆形结构，该结构与所述接地平面平行，并且相对于所述反射底板的纵轴对称布置。

12.如权利要求11所述的双极化辐射装置，其特征在于，每个所述辐射振子臂构造成垂直于所述接地平面。