CN217036021U - 双极化定向天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双极化定向天线，包括反射板、悬置于反射板上方的辐射单元、悬置于辐射单元上方的引向器以及设置在反射板背面的介质板。其中，辐射单元中的阵列天线单元呈2*3阵列排布且相位相同，相邻有四个阵列天线单元的阵列天线单元分别与两个第一馈电点相接，相邻有三个阵列天线单元的阵列天线单元分别与两个第一阻抗变换器相接，相邻的第一阻抗变换器与第一馈电点之间通过第一传输线相接。介质板包括两个介质馈电网络，介质馈电网络分别与两个不相邻且与不同的阵列天线单元相接的第一馈电点电性连接。与现有技术相比，本实用新型提供的双极化定向天线，在满足增益高的同时，具有尺寸小、结构简单等优点，满足产品小型化的应用需求。

Description

双极化定向天线

技术领域

本实用新型涉及电子通讯中的天线技术领域，特别是涉及一种双极化定向天线。

背景技术

近年来，随着无线通讯技术的快速发展，移动通讯网络也在不停地更新换代，网络覆盖范围越来越完善，网络信号传输质量也得到了质的飞跃。移动通信基站是移动设备接入互联网的接口设备，也是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。在蜂窝移动通信系统中，基站天线是电路信号与空间辐射电磁波的转换器，是移动通信系统末稍的关键组成部分。随着5G时代的到来，通讯系统不断升级，容量需求大幅度提升，为保障通讯质量与通讯距离，对于基站天线的功率要求越来越高，数量需求也越来越多。随着基站天线数量的增加，需要的安装面积就越大，导致市面上现有支持5G网络的基站往往体积较大、成本较高、占用较多的空间资源。

因此，亟需一种高增益且尺寸小满足产品小型化发展需求的双极化定向天线。

实用新型内容

本申请实施例提供一种双极化定向天线，在满足增益高的同时，具有尺寸小、结构简单等优点，满足产品小型化的应用需求。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种双极化定向天线，包括反射板、位于所述反射板正上方的辐射单元、位于所述辐射单元上方的引向器以及设置在所述反射板背面的介质板，其中：

所述辐射单元通过支撑柱悬置于所述反射板上方，包括阵列天线单元、第一阻抗变换器、第一传输线与第一馈电点，其中，所述阵列天线单元呈2*3阵列排布且相位相同，相邻有四个所述阵列天线单元的所述阵列天线单元分别与两个所述第一馈电点相接，相邻有三个所述阵列天线单元的所述阵列天线单元分别与两个所述第一阻抗变换器相接，相邻的所述第一阻抗变换器与所述第一馈电点之间通过所述第一传输线相接，且所述阵列天线单元的辐射信号的相位相同；

所述引向器通过垫片结构悬置于所述阵列天线单元正上方；

所述介质板包括两个介质馈电网络，每个所述介质馈电网络分别与两个不相邻且与不同的所述阵列天线单元相接的所述第一馈电点电性连接。

优选地，所述阵列天线单元为正八边形，所述阵列天线单元包括两个连接侧边，所述连接侧边与所述第一馈电点或者所述第一阻抗变换器相接，两个所述连接侧边中间相隔一个边长。

优选地，所述连接侧边上设有凹槽结构，所述第一馈电点或者所述第一阻抗变换器与所述凹槽结构的内壁相接。

优选地，相邻所述阵列天线单元之间的距离为0.85λ。

优选地，所述阵列天线单元与所述引向器之间的高为2mm。

优选地，所述引向器为圆形金属片，所述引向器的直径为0.4-0.5λ。

优选地，所述阵列天线单元与所述反射板之间的距离为5mm。

优选地，所述介质馈电网络包括依次设置的等功率功分器，第二阻抗变换器和第二馈电点，所述第二馈电点与对应的所述第一馈电点设有同心圆孔并通过同轴线缆电性连接，所述第二馈电点与所述等功率功分器的输出电阻相同。

优选地，所述第二阻抗变换器为二级阻抗变换器。

本实用新型的有益效果在于：将阵列天线单元排布成2*3阵列，使得每个阵列单元之间相位相同，相邻有四个阵列天线单元的阵列天线单元分别与两个第一馈电点相接，相邻有三个阵列天线单元的阵列天线单元分别与两个第一阻抗变换器相接，相邻的第一馈电点与第一阻抗变换器通过第一传输线相接，介质板上设有两个介质馈电网络，每个介质馈电网络分别与两个不相邻且与不同阵列天线单元相接的第一馈电点电性连接，使得每个阵列天线单元的辐射信号的相位相同且功率相同，提高天线的增益，且这样排布有利于减小阵列天线单元之间的距离，从而有利于减小双极化定向天线的尺寸；辐射单元通过支撑柱悬置于反射板上，引向器通过垫片结构悬置于辐射单元上方，介质馈电网络与辐射单元位于不同的平面，结构紧凑，排列间隙小，且可进行同相等幅馈电，使得双极化定向天线具有高增益、方向稳定以及尺寸小等优点，满足产品小型化的发展需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例中双极化定向天线第一视角的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中双极化定向天线第二视角的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中双极化定向天线正视的平面示意图；

图4为本实用新型实施例中阵列天线单元的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中介质板的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中发射板与支撑柱的结构示意图；

图7为本实用新型一实施例中双极化定向天线的驻波图；

图8为本实用新型一实施例中双极化定向天线在3.3GHz的增益3D示意图；

图9为本实用新型一实施例中双极化定向天线在3.75GHz的增益3D示意图；

图10为本实用新型一实施例中双极化定向天线在4.2GHz的增益3D示意图。

附图标记：10、反射板；20、辐射单元；21、阵列天线单元；21A、连接侧边；21B、凹槽结构；22、第一阻抗变换器；23、第一传输线；24、第一馈电点；30、引向器；40、介质板；41、介质馈电网络；41A、等功率功分器；41B、第二阻抗变换器；41C、第二馈电点；50、支撑柱；60、垫片结构。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

本申请实施例通过提供了一种双极化定向天线，以解决现有技术中随着基站天线数量增加，安装面积大导致基站体积过大的技术问题。需要说明的是，在本申请中，反射板相对于辐射单元所在的位置为下、下方、下侧、底、底部或者背面，与之相反的方向为上、上方、上侧、顶、顶部或者正面。本申请中“约”指的是包括该具体数值外，还包括在该具体数值上下一定合理范围内的波动。

如图1至图6所示，为本申请一实施例：

一种双极化定向天线，包括反射板10、位于反射板10正上方的辐射单元20、位于辐射单元20上方的引向器30、以及设置在反射板10背面的介质板40。辐射单元20通过支撑柱50悬置于反射板10的正上方，包括阵列天线单元21、第一阻抗变换器22、第一传输线23和第一馈电点24。其中，如图3所示，阵列天线单元21呈2*3阵列排布，且阵列天线单元21的物理排布相位相同。相邻有四个阵列天线单元21的阵列天线单元21分别与两个第一馈电点24相接，相邻有三个阵列天线单元21的阵列天线单元21分别与两个第一阻抗变换器22相接，相邻的第一阻抗变换器22与第一馈电点24之间通过第一传输线23相接，阵列天线单元21的辐射信号的相位也相同，使得天线增益达到叠加的效果，同时有利于减小天线的物理尺寸。即，每个位于中间的阵列天线单元21(共两个)分别与两个第一馈电点24相接，每个位于两侧的阵列天线单元21(共四个)分别与两个第一阻抗变换器21相接，位于阵列天线单元21同一侧的第一馈电点24与第一阻抗变换器22之间距离最近，位置相邻，通过第一传输线23连接。

引向器30通过垫片结构60悬置于阵列天线单元21的正上方，即每一个阵列天线单元21的正上方均设有一个引向器30。示例性的，垫片结构60可以是螺钉。引向器30与位于其正下方的阵列天线单元21耦合激励，增加了双极化定向天线的辐射源，有利于提高双极化定向天线的增益值，拓宽天线带宽。

介质板40包括两个介质馈电网络41，介质馈电网络41分别与两个不相邻且与不同阵列天线单元21相接的第一馈电点24电性连接。介质馈电网络41与辐射单元20处于不同的平面，可以减少由于微带传输线之间的耦合效应，从而有利于天线辐射方向的定向性；还可以减少微带传输线的连接，有效减少损耗，避免由于微带传输线在布线时导致天线整体尺寸较大的问题，有利于减小双极化定向天线的尺寸。

为解决现有技术中随着基站天线数量增加，安装面积大导致基站体积过大的技术问题，本申请将阵列天线单元排布成2*3阵列，使得每个阵列单元之间相位相同，相邻有四个阵列天线单元的阵列天线单元分别与两个第一馈电点相接，相邻有三个阵列天线单元的阵列天线单元分别与两个第一阻抗变换器相接，相邻的第一馈电点与第一阻抗变换器通过第一传输线相接，介质板上设有两个介质馈电网络，每个介质馈电网络分别与两个不相邻且与不同阵列天线单元相接的第一馈电点电性连接，使得每个阵列天线单元的辐射信号的相位相同且功率相同，提高天线的增益，且这样排布有利于减小阵列天线单元之间的距离，从而有利于减小双极化定向天线的尺寸；辐射单元通过支撑柱悬置于反射板上，引向器通过垫片结构悬置于辐射单元上方，介质馈电网络与辐射单元位于不同的平面，结构紧凑，排列间隙小，且可进行同相等幅馈电，使得双极化定向天线具有高增益、方向稳定以及尺寸小等优点，满足产品小型化的发展需求。

优选地，阵列天线单元21为正八边形，阵列天线单元包括两个连接侧边21A，连接侧边21A与第一馈电点24或者第一阻抗变换器22相接，两个连接侧边21A中间相隔一个边长，即在阵列天线单元21的±45°边缘馈电形成±45°极化。更为具体地，连接侧边21A上设有凹槽结构21B，第一馈电点24或者第一阻抗变换器22与凹槽结构21B的内壁相接。一般而言，微带贴片天线的贴片边缘的阻抗最大，越往中间阻抗越小，通过开设凹槽结构21B可以让阵列天线单元21上的馈电位置往中心方向移动，调节其阻抗值尽可能的与第一馈电点的阻抗相同，进而有利于保障所有的阵列天线单元进行同相等幅馈电。

一般而言，相邻阵列天线单元21之间的距离约为0.5-1λ。优选地，相邻阵列天线单元21之间的距离约为0.85λ，在有效保证双极化定向天线增益叠加的同时，还能有效抑制天线的副瓣大小。

优选地，阵列天线单元21与引向器30之间的高约为2mm，有利于降低双极化定向天线的整体高度。

优选地，引向器30为圆形金属片，引向器30的直径为0.4-0.5λ，更为具体地，引向器30的直径约为0.45λ。将引向器30设置为圆形金属片有利于提高双极化定向天线的定向性，且加工成本低，一致性高损耗小，在组装时没有方向性的困扰，有助于提升生产效率降低生产成本。

优选地，阵列天线单元21与反射板10之间的距离为5mm。具体而言，可以选用高度为5mm的支撑柱支撑阵列天线单元21。

优选地，介质馈电网络41包括依次设置的等功率功分器41A、第二阻抗变换器41B和第二馈电点41C，第二馈电点41C与对应的第一馈电点24设有同心圆孔结构，并通过同轴线缆电性连接，第二馈电点41C与等功率功分器41A的输出电阻相同。一般而言，同轴线缆的电阻值与第一馈电点与第二馈电点的阻值相同，可以有效避免同轴线带来的损耗。更为具体地，第二阻抗变换器41B为二级阻抗变换器。示例性的，第二馈电点41C处50欧姆阻抗通过二级阻抗变换器将阻抗变换成100欧姆，然后由两路100欧姆阻抗并联之后输出50欧姆阻抗，使用整个天线的阻抗约等于50欧姆，从而有利于双极化定向天线的辐射性能。

在本申请一具体实施例中，双极化定向天线中尺寸约为0.5λ的正八边形的阵列天线单元通过5mm高的塑胶柱支撑在反射板的上方，直径为0.45λ的圆形金属片通过螺钉位于阵列天线单元上方2mm处。在阵列天线单元±45°的侧边上馈电形成±45°极化，并在该侧边上开设深0.92mm宽9mm的凹槽，第一阻抗变换器长度约为0.25λ，相邻阵列天线单元之间的距离为0.85λ，相邻且相接的两阵列天线单元之间的电流路径长度为1λ，第一馈电点与对应的第二馈电点通过与第二馈电点阻抗相同的同轴线缆电性连接，经第二阻抗变换器将阻抗转换成第二馈电点处阻抗值的两倍，然后并联以后输入到等功率功分器内的阻抗值与第二馈电点处的阻抗值相同，该双极化定向天线整体尺寸为200mm*140mm*13mm，尺寸小，空间利用率高，满足当今产品小型化的发展需求。如图7至图10所示，该双极化定向天线在3.3GHz-4.2GHz频带范围内驻波比VSWR小于1.5，在3.3GHz频率下仿真增益15.5dBi，在3.75GHz频率下仿真增益15.78dBi，在4.2GHz频率下仿真增益15.1dBi，增益均大于15dBi，增益高，满足基站天线的功率要求，有利于保障通讯质量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种双极化定向天线，包括反射板、位于所述反射板正上方的辐射单元、位于所述辐射单元上方的引向器以及设置在所述反射板背面的介质板，其中：

所述辐射单元通过支撑柱悬置于所述反射板上方，包括阵列天线单元、第一阻抗变换器、第一传输线与第一馈电点，其中，所述阵列天线单元呈2*3阵列排布且相位相同，相邻有四个所述阵列天线单元的所述阵列天线单元分别与两个所述第一馈电点相接，相邻有三个所述阵列天线单元的所述阵列天线单元分别与两个所述第一阻抗变换器相接，相邻的所述第一阻抗变换器与所述第一馈电点之间通过所述第一传输线相接，且所述阵列天线单元的辐射信号的相位相同；

所述引向器通过垫片结构悬置于所述阵列天线单元正上方；

所述介质板包括两个介质馈电网络，每个所述介质馈电网络分别与两个不相邻且与不同的所述阵列天线单元相接的所述第一馈电点电性连接。

2.根据权利要求1所述的双极化定向天线，其特征在于：所述阵列天线单元为正八边形，所述阵列天线单元包括两个连接侧边，所述连接侧边与所述第一馈电点或者所述第一阻抗变换器相接，两个所述连接侧边中间相隔一个边长。

3.根据权利要求2所述的双极化定向天线，其特征在于：所述连接侧边上设有凹槽结构，所述第一馈电点或者所述第一阻抗变换器与所述凹槽结构的内壁相接。

4.根据权利要求1所述的双极化定向天线，其特征在于：相邻所述阵列天线单元之间的距离为0.85λ。

5.根据权利要求1所述的双极化定向天线，其特征在于：所述阵列天线单元与所述引向器之间的高为2mm。

6.根据权利要求1所述的双极化定向天线，其特征在于：所述引向器为圆形金属片，所述引向器的直径为0.4-0.5λ。

7.根据权利要求1所述的双极化定向天线，其特征在于：所述阵列天线单元与所述反射板之间的距离为5mm。

8.根据权利要求1所述的双极化定向天线，其特征在于：所述介质馈电网络包括依次设置的等功率功分器，第二阻抗变换器和第二馈电点，所述第二馈电点与对应的所述第一馈电点设有同心圆孔并通过同轴线缆电性连接，所述第二馈电点与所述等功率功分器的输出电阻相同。

9.根据权利要求8所述的双极化定向天线，其特征在于：所述第二阻抗变换器为二级阻抗变换器。

Images