CN204067588U - 超宽频双极化多入多出天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超宽频双极化多入多出天线,包括反射接地导板和设置在所述反射接地导板上方的辐射阵列，在所述辐射阵列和反射接地导板之间设置有两个巴伦，以及两个用于连接巴伦和两个天线输出的匹配电路，所述辐射阵列包括四个相同的导流回路，所述四个导流回路具有对称轴线并连接于具有交叉形状并在交叉中具有十字型沟槽的辐射阵列的末端，每一导流回路形成一个折叠偶极子和一组来自所述辐射阵列中心的对所述折叠偶极子馈电的对称线。
Description
技术领域
本实用新型涉及双频双极化天线，尤其涉及一种超宽频双极化多入多出天线。
背景技术
双频双极化天线用于发射或接收两个相互正交的极化分量，如垂直极化分量和水平极化分量或者是两个45度斜角极化分量。现代无线通信系统需要双频双极化天线能够应用于多进多出(MIMO)技术。多频天线至少要处理两个频段，通常是两个相隔较远的中频信号，在MIMO应用中，频率高的中频信号的频率至少是频率低的中频信号频率的1.5倍。
众所周知，定向双频双极化天线一般具有两个双极化辐射单元。PCTWO99/59223和EP 106946 A2描述了具有贴片辐射单元的双频双极化天线，US 6054953描述了具有通过凹槽激发的贴片辐射单元的双频双极化天线，US 6333720 B1和US 6831615 B2描述的双频双极化天线具有用于处理高频段的交叉偶极子和用于处理低频段的偶极子方块，US 7283101 B2描述的双频双极化天线则具有处理高频段交叉偶极子和处理低频段的环状辐射单元；上述天线都具有约65度的3dB波瓣宽。US 6930650 B2和US 7079083 B2描述了具有处理高频的交叉偶极子和一种处理低频段的新型的辐射装置，这种天线具有90度的3dB波瓣宽。
上述天线均具有两个双极化辐射单元，所以需要使用双工器来连接天线输出和辐射单元，从而把两个频段的信号合为一路输出。第一个双工器需要连接到第一个极化分量的输出，而第二个双工器需要连接到第二个极化分量的输出， 因此已知的这些天线都包含许多部件，体积很大。
发明内容
针对现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种结构简单、体积小的超宽频双极化多入多出天线。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种超宽频双极化多入多出天线,包括反射接地导板和设置在所述反射接地导板上方的辐射阵列，在所述辐射阵列和反射接地导板之间设置有两个巴伦，以及两个用于连接巴伦和两个天线输出的匹配电路，所述辐射阵列包括四个相同的导流回路，所述四个导流回路具有对称轴线并连接于具有交叉形状并在交叉中具有十字型沟槽的辐射阵列的末端，每一导流回路形成一个折叠偶极子和一组来自所述辐射阵列中心的对所述折叠偶极子馈电的对称线。
进一步地，所述巴伦包括一根长同轴电缆和一根短同轴电缆，通过外部导体与一金属盘连接，所述长同轴电缆的外部导体的底端与所述反射接地导板连接，其内部导体的底端与所述匹配电路的带状线连接；同轴电缆的外部导体的顶端与在所述辐射阵列中心的导流回路的相连末端相连，设置在同一对称轴上的同轴电缆的内部导体的顶端通过在辐射阵列上方的传导桥相连。
进一步地，在所述折叠偶极子所在的平面上设置有与折叠偶极子相对且平行的四片扁平导体，在所述辐射阵列和反射接地导板之间设置有四片短弯曲导体并与相邻的折叠偶极子的末端相对，在辐射阵列和反射接地导板之间设置有四片长弯曲导体并正对于所述折叠偶极子中间。
进一步地，所述匹配电路具有大于50欧姆和小于50欧姆阻抗并串联起来的带状线。
进一步地，在所述辐射阵列的上方设置有一介质基片，该介质基片的中间有一个孔。
进一步地，在交叉点上的第一个传导桥是向上弯，而第二个传导桥是向下 弯。
进一步地，每一片短弯曲导体的一端设置在所述介质基片的顶面，另一端指向所述反射接地导板。
进一步地，所述长弯曲导体具有宽片和窄片，并至少在两个地方被折弯。
进一步地，所述长弯曲导体设置在所述反射接地导板的上方，并通过一绝缘垫子与反射接地导板隔离。
进一步地，所述长弯曲导体的上部与所述扁平导体对应设置，并通过一绝缘垫子进行隔离。
与现有技术相比，本实用新型通过巴伦来代替双工器连接天线输出和辐射阵列，大大简化了结构，使得天线的体积减少；通过设置扁平导体、短弯曲导体和长弯曲导体，形成耦合辐射体，具有更宽的波瓣。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是辐射阵列的底面结构示意图。
图3是图1中侧视图。
图4是图1的俯视图。
具体实施方式
请参阅图1，本实施方式的超宽频双极化多入多出天线包括在反射接地导板3、设置在反射接地导板3上由四个绝缘垫子2支撑的辐射阵列1，反射接地导板3上的介质基片6的底面被导电薄膜覆盖，在介质基片6顶面的两条带状线由窄条4和宽条5组成,两条带状线形成了两个匹配电路把巴伦(baluns,平衡不平衡转换器)和天线的7a、7b接头连接起来。
请参阅图2，展示了把辐射阵列和巴伦翻转的情形，辐射阵列1上的介质基片8的底面设置了四个相同的导电回路，每个导电回路形成折叠偶极子9和从 辐射阵列中央出来对折叠偶极子进行馈电的对称线10，四对对称线10通过其相邻末端与两条短同轴电缆11a和11b和两条长同轴电缆12a和12b的外部导体末端端相连。这些同轴电缆的四个外部导体通过一个导电板13连接在一起组成两个垂直巴伦(perpendicular baluns)。长同轴电缆12a和12b的外部导体的底端通过在交叉部分形成U型的导体20a和20b连接起来,外部导体20a和20b的底端与覆盖一个通过金属镀孔的介质基片底面的导电薄膜相连接。四片扁平导体15被设置在辐射阵列的周围，正对于在同一平面上的折叠偶极子,每一个导体15与连接一个折叠偶极子的导体都有缝隙相隔。
如图1和图4所示，对称线10被传导桥14a和14b激发,同轴电缆11a和12a的内部导体顶端被传导桥14a所连接,同轴电缆11b和12b的内部导体顶端被传导桥14b所连接。同轴电缆12a和12b的内部导体底端与带状线的首端相连形成匹配电路。这些带状线的另一端则与天线的7a和7b接头的内部导体相连。
四个弯曲的导体16被设置在辐射阵列的周围，相对着折叠偶极子9的相邻末端。在折叠偶极子相邻末端的上方，弯曲导体的上部16a被设置和固定在一个绝缘垫子17上。其底部16b被下折，被一个反射接地导板的缝隙隔开。
四个长弯曲导体18被设置在辐射阵列与一个反射反射接地导板3之间,导体18由窄片18a和18c以及宽片18b和18d组成,其上部18a被设置和固定在一个绝缘垫子17上，正对着折叠偶极子9和扁平导体15,宽片18b和窄片18c被设置在辐射阵列和反射反射接地导板3之间。如图3所示，宽片18d被设置在反射接地导板3的上方，通过一个绝缘垫子19与导板分隔。已知天线的辐射阵列仅具有折叠偶极子和对称线，其辐射的波瓣具有正交极化分量，3dB波瓣宽度大概是65度，只能工作在一个频段上。本实用新型的双频双极化天线实例具有额外的用于增加波瓣宽度和提供第二个工作频段的导体。
与折叠偶极子9电磁耦合的扁平导体15作为引向体，沿着反射反射接地导板3引导辐射，使得这个方向的辐射信号在H-平面上波瓣更宽。
短弯曲导体16与折叠偶极子9的末端和反射反射接地导板3电容耦合,折 叠偶极子的末端激发短弯曲导体上部16a。因此，射频信号的电流沿着部件16b流动，并产生引向发射反射接地导板3的辐射，其电场矢量垂直于反射接地导板。因此，从短弯曲导体16产生的辐射，在E-平面上的波瓣变得更宽。
扁平导体15和短弯曲导体16的长度均小于0.5个波长，对应于高频段的中频。所以这些导体主要产生高频辐射，只会产生功率很小的低频信号。
由宽片18b和18d以及窄片18a和18c组成的长弯曲导体18的长度大于0.3个波长，对应于低频段的中频。窄片18c设置在宽片18b和18d之间，以降低长弯曲导体18的谐振频率。因此，这些导体辐射低频信号。
长弯曲导体上部18a和18b与折叠偶极子9电容耦合,其下部18d与发射反射接地导板3电磁耦合。因此，长弯曲导体通过辐射阵列的导流回路形成一个辐射体，与折叠偶极子9和对称线10耦合。
导流回路和辐射阵列的十字形槽道的长度大于0.4个波长，对应于低频段的中频。短导体16和长弯曲导体18与辐射阵列的耦合降低了导流回路的谐振频率，所以辐射阵列能辐射低频段信号。与仅由导流回路形成的辐射体相比，由导流回路和长弯曲导体18形成的耦合辐射体，具有更宽的低频带宽。
由窄片4和宽片5组成的带状线形成匹配电路,窄片4的阻抗大于50欧姆。宽片5的阻抗小于50欧姆。来自宽片和窄片的反射被串联起来，对来自辐射阵列的反射进行补偿，改善了天线的电压驻波比(VSWR)。
根据本实用新型设计了一个工作在698～960MHz和1710～2690MHz频段的双频双极化天线实例并可拓展至618-960MHz和1710-2690MHz频段。此实例样本有一个直径为250m的反射反射接地导板，在反射接地导板上方的辐射阵列高58mm。该实例样本的电压驻波比(VSWR)优于1.7。隔离度(isolation)在两个频段上均优于25dB。该天线实例的半功率波瓣宽度在低频时约120～180度，在高频时约100～160度。该天线实例具有如此宽的波瓣，在反射反射接地导板的一个平面上能辐射足够的射频能量，因此可用作定向全向天线。
综上所述，本实用新型提供一种双频双极化天线，其与已知天线相比，具有更宽波瓣，更简单设计和更小体积。
虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本实用新型实施的范围。任何本领域的普通人员，在不脱离实用新型的范围内，作些改进，即凡是依照本实用新型所做的同等改进，应为本实用新型的范围所涵盖。
Claims (10)
1.一种超宽频双极化多入多出天线,包括反射接地导板和设置在所述反射接地导板上方的辐射阵列，其特征在于，在所述辐射阵列和反射接地导板之间设置有两个巴伦，以及两个用于连接巴伦和两个天线输出的匹配电路，所述辐射阵列包括四个相同的导流回路，所述四个导流回路具有对称轴线并连接于具有交叉形状并在交叉中具有十字型沟槽的辐射阵列的末端，每一导流回路形成一个折叠偶极子和一组来自所述辐射阵列中心的对所述折叠偶极子馈电的对称线。
2.根据权利要求1所述的超宽频双极化多入多出天线，其特征在于，所述巴伦包括一根长同轴电缆和一根短同轴电缆，通过外部导体与一金属盘连接，所述长同轴电缆的外部导体的底端与所述反射接地导板连接，其内部导体的底端与所述匹配电路的带状线连接；同轴电缆的外部导体的顶端与在所述辐射阵列中心的导流回路的相连末端相连，设置在同一对称轴上的同轴电缆的内部导体的顶端通过在辐射阵列上方的传导桥相连。
3.根据权利要求1所述的超宽频双极化多入多出天线，其特征在于，在所述折叠偶极子所在的平面上设置有与折叠偶极子相对且平行的四片扁平导体，在所述辐射阵列和反射接地导板之间设置有四片短弯曲导体并与相邻的折叠偶极子的末端相对，在辐射阵列和反射接地导板之间设置有四片长弯曲导体并正对于所述折叠偶极子中间。
4.根据权利要求1所述的超宽频双极化多入多出天线，其特征在于，所述匹配电路具有大于50欧姆和小于50欧姆阻抗并串联起来的带状线。
5.根据权利要求1所述的超宽频双极化多入多出天线，其特征在于，在所述辐射阵列的上方设置有一介质基片，该介质基片的中间有一个孔。
6.根据权利要求2所述的超宽频双极化多入多出天线，其特征在于，在交叉点上的第一个传导桥是向上弯，而第二个传导桥是向下弯。
7.根据权利要求5所述的超宽频双极化多入多出天线，其特征在于，每一 片短弯曲导体的一端设置在所述介质基片的顶面，另一端指向所述反射接地导板。
8.根据权利要求3所述的超宽频双极化多入多出天线，其特征在于，所述长弯曲导体具有宽片和窄片，并至少在两个地方被折弯。
9.根据权利要求3所述的超宽频双极化多入多出天线，其特征在于，所述长弯曲导体设置在所述反射接地导板的上方，并通过一绝缘垫子与反射接地导板隔离。
10.根据权利要求3所述的超宽频双极化多入多出天线，其特征在于，所述长弯曲导体的上部与所述扁平导体对应设置，并通过一绝缘垫子进行隔离。
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| WO2017003374A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | Matsing Pte Ltd | Dual polarized radiator for lens antennas |
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