CN101707291B - 一种宽带的双极化天线单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带的双极化天线单元，包括辐射体和平衡馈电装置，该辐射体是由四个辐射片组成，所述的四个辐射片两两对称且正交分布，该平衡馈电装置由激励芯线和平衡巴仑两部分组成，该平衡巴仑同时构成各辐射片的支撑体，对称辐射阵列长度约为二分之一波长，宽度约为四分之一波长，该辐射片进一步包括互相毗邻的一支撑区和一辐射区，该辐射区的两短边和长边以及支撑区的两腰组成连续曲线，所述支撑区的腰长和辐射区的短边长度和辐射区的长边长度之间的比例关系约为1∶1∶2，左右相邻的两个辐射片相邻的两腰平行设置，且两腰之间的间隙小于0.1个波长。本发明是一种相对带宽较宽的辐射振子，该振子在较宽的频带内驻波比等指标优良。

Description

一种宽带的双极化天线单元

[技术领域]

本发明涉及移动通信基站天线领域，特别是一种宽带双极化天线。

[技术背景]

移动通信在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。截至2007年底，我国移动通信用户数超过5.4亿，投入使用的基站天线超过100万副，随着移动通信业务及种类的不断增加，各种制式的工作频段也在不断扩展。TD-SCDMA网络中智能天线的工作频率为1880-1920MHz，2010-2025MHz，2300-2400MHz。DCS的通信频率为1710-1880MHz。PCS的通信频率为1850-1990MHz。UMTS的通信频率为1920-2170MHz。WiMax(WorldwideInteroperability for Microwave Access，即全球微波互联接入)的部分通信频段为2300-2700MHz。因此，现已提出了设计一个兼顾上述制式的宽带天线的市场需求。

1710-2400MHz的相对频带宽度超过33％，1710-2700MHz的相对频带宽度则接近45％，现有的双极化天线振子提供的相对带宽一般都难以满足，由此组成的天线阵的带宽也受到限制。现有宽带振子的设计方案中很少有相对带宽超过45％，如专利号为ZL200820122837.3，CN 201174423Y，CN 101465475A等所述的宽带振子，它的相对带宽就只有33％左右。

[发明内容]

本发明的目的在于：提供一种相对带宽较宽的辐射振子，该振子在较宽的频带内驻波比等指标优良。

本发明的目的是这样实现的：

一种宽带的双极化天线单元，包括辐射体和平衡馈电装置，该平衡馈电装置对辐射体馈电即激励辐射体，该辐射体是由四个辐射片组成，所述的四个辐射片两两对称且正交分布，形成两对正交的对称辐射阵列，该平衡馈电装置由激励芯线和平衡巴仑两部分组成，该平衡巴仑同时构成各辐射片的支撑体，所述的对称辐射阵列长度约为二分之一波长，宽度约为四分之一波长，该辐射片进一步包括互相毗邻的一支撑区和一辐射区，该支撑区呈等腰梯形状，该支撑区位于该辐射体的中部，且与支撑体连接，该辐射区位于该辐射体的外围，该辐射区的外围具有一长边和分列于该长边两侧的等长的两短边，所述的两短边远离长边的一端分别与支撑区两腰的一端连接，该辐射区的两短边和长边以及支撑区的两腰组成连续曲线，所述支撑区的腰长和辐射区的短边长度和辐射区的长边长度之间的比例关系约为1∶1∶2，所述左右相邻的两个辐射片相邻的两腰平行设置，且两腰之间的间隙小于0.1个波长。

上述的组成平衡馈电装置的激励芯线耦合馈电。

上述的平衡巴伦呈中空的柱状，该激励芯线插入该平衡巴仑内部，该激励芯线与该平衡巴仑构成一对微带传输线，所述激励芯线的馈电端与天线的馈电网络相联接。

上述的激励芯线呈“n”型，两端插入平衡巴仑的内部，且与该平衡巴仑隔离。

上述的激励芯线插入平衡巴伦的部分设有若干固定块，该若干固定块卡设在该平衡巴仑中，该激励芯线从该若干固定块中部穿过。

上述的固定块设于该激励芯线的馈电端以及该平衡巴仑的顶端。

上述的平衡巴仑是中空的方柱，其高度为四分之一个波长，壁厚为1mm，该支撑体垂直于该辐射片，该支撑体与该辐射片在物理结构上设计为一体。

上述的辐射片与支撑体的结合部设有若干条加强筋。

上述的辐射片可以是实体结构，也可以是镂空结构。

上述的宽频双极化天线单元如果设有反射板，则所述平衡巴仑固定于反射板之上。

其有益效果是：本发明克服了现有宽频双极化天线技术中天线振子的水平波束宽度随频率的不同变化大，天线振子的增益相对较低，交叉极化普遍不佳，天线间电流不平衡，且组装麻烦，一致性差等缺陷，提供一种一体化设计的宽带双极化振子，它结构简单，安装方便，容易馈电，一致性好，易于生产；相对带宽超过45％，且在较宽的频带内驻波比等指标优良。而且具有良好的交叉极化特性、水平面波束宽度波动小、高增益和高前后比等优点。

[附图说明]

图1是本发明实施例1的整体结构示意图；

图2是本发明实施例1的整体结构剖面图；

图3是本发明实施例1辐射体的结构示意图；

图4是本发明实施例1其中一个辐射片的结构示意图；

图5是本发明实施例2的结构示意图；

图6是本发明实施例3的结构示意图；

图7是本发明实施例4的结构示意图；

图8是本发明+45°极化电压驻波比频率特性曲线图；

图9是本发明-45°极化电压驻波比频率特性曲线图。

[具体实施方式]

以下结合附图及具体实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例的宽频双极化天线包括反射板1，支撑体2，四个辐射片3，固定块4和激励芯线5。该四个辐射片3两两对称且正交，组成本实施例的辐射体。

反射板1为金属板，起到反射电磁波和安装固定的作用，其厚度相对于工作波长可忽略不计。

支撑体2固定在反射板1上，形成直流短路。支撑体2呈中空的长方体状，壁厚为1mm，激励芯线5呈“n”型，两端插入支撑体2的内部，且不与支撑体2和辐射片3电连接，激励芯线5其中一端断开，以起到耦合作用，另一端向下穿过反射板1，与位于反射板1背面的馈电网络相连接。

支撑体2同时构成平衡巴仑，激励芯线5与支撑体2构成一对微带传输线，共同组成本实施例的平衡馈电装置。

如图4所示，辐射片3进一步包括呈等腰梯形状的支撑区3-1和呈四边形状的辐射区3-2，该支撑区3-1位于该辐射体的中部，且被该支撑体2支撑，该辐射区3-2位于该辐射体的外围部分，该呈等腰梯形状的支撑区3-1的腰长a和呈四边形状的辐射区3-2的宽b和长c的比例关系约为1∶1∶2，如图3所示，四个辐射片两两对称且正交分布，相邻的两个辐射片之间的间隙小于0.1个波长。该辐射区3-2的两条宽边和长边以及支撑区3-1的两腰组成连续曲线，左右相邻的两个辐射片3相邻的两腰平行设置，且两腰之间的间隙小于0.1个波长。

本实施例的辐射区呈长方形状，但不仅局限于此，也可以是其他形状的四边形。

辐射片3与支撑体2为一体且成90度夹角。该辐射片3与支撑体2的连接处做切角处理，且设有加强筋以增加强度。辐射片3的材料可以是铜，青铜，铝，锌合金等，本实施例采用的材料为锌合金。

由于本实施例中激励芯线5不与支撑体2和辐射片3连接，为了使激励芯线5较好地固定在支撑体2的内部，本实施例中采用注塑工艺，将激励芯线5与绝缘材料制成的固定块4镶为一体，如图1所示，固定块4卡设该支撑体2中，该激励芯线5从固定块4中部穿过，本实施例在激励芯线5的馈电端以及支撑体2的顶端各设有一个固定块4。

本实施例中，提供一个对宽带天线振子进行实测的示例，采用的铝合金反射板1的厚度约为1.5mm，长宽约为200mm×150mm，采用的支撑体2的高度约为35mm，半波振子的长约为70mm，宽约为30mm，其中图3中a，b，c边约为15mm，15mm，30mm。将此振子置于微波暗室，使用网络分析仪对振子进行实测，所得到的电压驻波比如图8和图9所示，由图可见，在VSWR≤1.4时，阻抗带宽超过45％。

实施例2：

如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于：实施例1的辐射片3是实体，本实施例采用镂空结构。

实施例3：

如图6所示，与实施例2相似，本实施例的辐射片采用另一种镂空结构。

实施例4：

如图7所示，本实施例的辐射片采用不同于实施例2和实施例3的镂空结构。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。本专利的辐射片，它既可以是实体，也可以镂空，如图(4)，本专利中还给出了三种辐射片镂空的方案，但它不局限于此三种方案。

Claims (7)

1.一种宽带的双极化天线单元，包括辐射体和平衡馈电装置，该平衡馈电装置对辐射体馈电即激励辐射体，该辐射体是由四个辐射片组成，所述的四个辐射片两两对称且正交分布，形成两对正交的对称辐射阵列，该平衡馈电装置由激励芯线和平衡巴仑两部分组成，该平衡巴仑同时构成各辐射片的支撑体，其特征在于：

所述的对称辐射阵列长度约为二分之一波长，宽度约为四分之一波长，该辐射片进一步包括互相毗邻的一支撑区和一辐射区，该支撑区呈等腰梯形状，该支撑区位于该辐射体的中部，且与支撑体连接，该辐射区位于该辐射体的外围，该辐射区的外围具有一长边和分列于该长边两侧的等长的两短边，所述的两短边远离长边的一端分别与支撑区两腰的一端连接，该辐射区的两短边和长边以及支撑区的两腰组成连续曲线，所述支撑区的腰长和辐射区的短边长度和辐射区的长边长度之间的比例关系约为1∶1∶2，所述左右相邻的两个辐射片相邻的两腰平行设置，且两腰之间的间隙小于0.1个波长，所述的组成平衡馈电装置的激励芯线耦合馈电，所述的平衡巴伦呈中空的柱状，该激励芯线插入该平衡巴仑内部，该激励芯线与该平衡巴仑构成一对微带传输线，所述激励芯线的馈电端与天线的馈电网络相联接。

2.根据权利要求1所述的一种宽频带全波对称振子天线，其特征在于：所述的激励芯线呈“n”型，两端插入平衡巴仑的内部，且与该平衡巴仑隔离。

3.根据权利要求2所述的一种宽频带全波对称振子天线，其特征在于：所述的激励芯线插入平衡巴伦的部分设有若干固定块，该若干固定块卡设在该平衡巴仑中，该激励芯线从该若干固定块中部穿过。

4.根据权利要求3所述的一种宽频带全波对称振子天线，其特征在于：所述的固定块设于该激励芯线的馈电端以及该平衡巴仑的顶端。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种宽带的双极化天线单元，其特征在于：所述的平衡巴仑是中空的方柱，其高度为四分之一个波长，壁厚为1mm，该支撑体垂直于该辐射片，该支撑体与该辐射片在物理结构上设计为一体。

6.根据权利要求5所述的一种宽带的双极化天线单元，其特征在于：所述的辐射片与支撑体的结合部设有若干条加强筋。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种宽带的双极化天线单元，其特征在于：所述的辐射片可以是实体结构，也可以是镂空结构。

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