專利名稱：雙極化加載天線輻射單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信用雙極化板狀天線，尤其涉及雙極化板狀天線的輻射單元。
背景技術(shù)：
用于無線電信系統(tǒng)中的天線具有發(fā)射和接收電磁信號的能力，所接收信號由接收機進行處理并饋給通信網(wǎng)絡(luò)。所發(fā)射信號以不同于所接收信號的頻率發(fā)射。在不同種類的移動通信天線中，雙極化天線由于具有頻率再用和極化分集的功能，以至于它已經(jīng)成為一項十分重要的研究課題并且需求日益增加。但目前常用的雙極化天線由于其輻射單元結(jié)構(gòu)的原因通常具有以下不足首先，由于雙極化天線的大量應(yīng)用，減小每個天線的尺寸來減少制造成本成為制造商的目標(biāo)之一；同時，在移動通信基站中，通過使用更小的基站天線來減小塔的尺寸，由此減小這些塔在社區(qū)中的視覺影響也成為業(yè)界人士關(guān)注的問題之一，這樣，具有低姿勢的天線越來越成為一種趨勢，但目前常用的雙極化天線由于其輻射單元結(jié)構(gòu)等原因并不符合這一要求，比如在800MHz～900MHz頻段，傳統(tǒng)雙極化天線輻射單元的輻射部分要距離底板近似四分之一波長高度，這樣整個天線輻射單元往往還要比四分之一波長還要高很多，由此造成了輻射單元與外罩成本的增加，并且不利于視覺效果，而通過單純改變輻射單元形狀的方法來降低天線高度有相當(dāng)大的難度，況且在天線高度降低的同時，其隔離度會隨即變差；其次，傳統(tǒng)的雙極化天線輻射單元基本為單片金屬折疊而整合成的輻射單元和貼片單元，但使用這兩種輻射單元的天線的隔離度指標(biāo)均不高，尤其折疊雙極化天線輻射單元多采用兩個偶極子位于饋電片在同一側(cè)的結(jié)構(gòu)，由此，因正交極化的兩個饋電片相互影響而造成隔離度變差；再者，傳統(tǒng)的雙極化天線折疊輻射單元由于多采用單片金屬折疊整合而成，其與天線底板的焊接范圍較大并需要較多的緊固件固定連接，其工藝復(fù)雜性限制了批量生產(chǎn)；同時，這些緊固件和焊點引入了很多觸點固定不牢及不同金屬交界面松動的隱患，由此產(chǎn)生了不希望看到的交調(diào)產(chǎn)物。如此，為了獲得好的端口間隔離特性和小的交調(diào)產(chǎn)物，整個陣列中的所有輻射單元都要求穩(wěn)固的固定及盡可能小的連接界面就變得相當(dāng)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種尺寸減小、隔離度高并且使交調(diào)降低的雙極化板狀天線輻射單元。
本發(fā)明的技術(shù)方案是雙極化加載天線輻射單元包括兩個偶極子，每個偶極子包括兩個半偶極子，每個半偶極子均包括輻射部、支撐部、饋電結(jié)構(gòu)和基部，還包括一個調(diào)諧片，調(diào)諧片絕緣固定于偶極子輻射部的頂部并與偶極子輻射部絕緣連接，饋電結(jié)構(gòu)包括兩個垂直交叉但彼此不連接的饋電片，分別絕緣固定連接于每個偶極子的兩個半偶極子并給對應(yīng)的兩個半偶極子饋電，每個饋電片起始于對應(yīng)偶極子中一個半偶極子的支撐部，在上方彎折經(jīng)過另一半偶極子的輻射部、支撐部并在天線底板上方或下方最終彎折為與底板平行的饋電網(wǎng)絡(luò)，每個偶極子的兩個半偶極子位于對應(yīng)饋電片的不同側(cè)，兩個饋電片的交叉位置對應(yīng)整個輻射單元的中心。
在上述方案中，兩個偶極子可以由一個單片金屬片折疊整合而成，偶極子基部包括一個將四個半偶極子連接的連接部和位于連接部末端并略高于連接部的四個腳，安裝時連接部陷于天線底板上的相應(yīng)形狀的縫隙槽中，并確保饋電結(jié)構(gòu)與底板平行部分與底板之間保持一定距離，四個腳通過介質(zhì)螺釘與天線底板固定連接；在上述方案中，兩個偶極子的四個半偶極子也可以由四個獨立的金屬片彎折而成，偶極子的基部包括四個腳，并通過介質(zhì)螺釘將該四個腳與天線底板固定連接，天線底板上開有縫隙槽，與天線輻射單元異側(cè)的饋電網(wǎng)絡(luò)通過縫隙槽穿過底板形成饋電片給每個偶極子饋電；在上述方案中，兩個偶極子還可以分別由兩個獨立的金屬片彎折而成，偶極子的基部包括連接兩個相鄰半偶極子的連接部和位于連接部末端并略高于連接部的四個腳，安裝時所述連接部陷于天線底板上的相應(yīng)形狀的縫隙槽中，并確保饋電片與底板平行部分與底板之間保持一定距離，所述四個腳通過介質(zhì)螺釘與天線底板固定連接，與天線輻射單元異側(cè)的饋電網(wǎng)絡(luò)通過縫隙槽穿過底板形成饋電結(jié)構(gòu)給每個偶極子饋電。
本發(fā)明通過在傳統(tǒng)輻射單元頂部加裝一個金屬加載片，從而使得輻射單元在性能滿足的情況下高度大大降低，使得輻射單元整體高度可以做到六分之一波長高度。通過采用使偶極子的有源和無源兩部分相對于饋電片交錯排列的結(jié)構(gòu)，大大提高了輻射單元的隔離性能。通過底部連接部分的彎折設(shè)計，使得輻射單元基部下陷入底板的縫隙槽中從而緊固部分面積大大減小，由此大大減小了交調(diào)產(chǎn)物，使得高階交調(diào)可控；同時這樣的下陷設(shè)計，也使得饋電線的饋電走線變得自由，最終取得令人滿意的阻抗匹配，好的端口隔離度，容易控制的方向圖和水平波束寬度，足夠?qū)挼念l帶范圍和足夠小的交調(diào)產(chǎn)物，同時結(jié)構(gòu)上也保證了加工的簡易度。


圖1為應(yīng)用本發(fā)明的天線陣立體圖；圖2為本發(fā)明第一實施例立體圖；圖3為本發(fā)明第一實施例組裝圖；圖4為本發(fā)明第一實施例去掉調(diào)諧片后的俯視圖；圖5(a)為本發(fā)明第二實施例的側(cè)視圖；圖5(b)為本發(fā)明第二實施例安裝在底板上后的仰視圖；圖5(c)為本發(fā)明第二實施例去掉諧振片后的俯視圖；圖6(a)為本發(fā)明第三實施例去掉調(diào)諧片后的俯視圖；圖6(b)為本發(fā)明第三實施例去掉調(diào)諧片后的立體圖。
具體實施例方式
圖1為應(yīng)用本發(fā)明所述雙極化天線加載輻射單元的天線陣立體圖；天線包括多個雙極化天線加載輻射單元。
圖2-圖4所示是本發(fā)明所述雙極化加載天線輻射單元第一實施例的結(jié)構(gòu)圖。本實施例中的兩個偶極子由一個單片電介質(zhì)材料折疊整合而成，電介質(zhì)可以是銅、青銅、導(dǎo)電塑料、鋁、鋅合金等。圖中，10為天線底板，雙極化加載天線輻射單元，包括各由兩個半偶極子組成的兩個偶極子，以及一個通過介質(zhì)片及介質(zhì)螺釘固定于偶極子頂部并與偶極子絕緣連接的調(diào)諧片30。每個半偶極子均包括輻射部、支撐部、饋電結(jié)構(gòu)和基部。21、22、23、24分別為各半偶極子輻射部。輻射單元的基部包括四個腳25、26、27、28及連接四個腳25、26、27、28的連接部。四個腳25、26、27、28略高于連接部，安裝時所述連接部陷于天線底板上的相應(yīng)形狀的縫隙槽12中?？p隙槽12要保留一定的富余間隙從而使得輻射單元與底板之間不會在不需要的地方接觸，以避免產(chǎn)生不需要的交調(diào)干擾。各半偶極子輻射部與基部之間的豎直部分為支撐部。輻射單元還包括饋電結(jié)構(gòu)，所述饋電結(jié)構(gòu)為空氣微帶結(jié)構(gòu)，包括兩個垂直交叉但彼此不連接的饋電片41和42，分別通過介質(zhì)螺釘固定連接于每個偶極子并給偶極子中的半偶極子饋電，每個饋電片起始于對應(yīng)偶極子中一個半偶極子的支撐部，在上方彎折經(jīng)過另一半偶極子的輻射部、支撐部并最終在底板下方彎折為與底板平行的饋電網(wǎng)絡(luò)。45、46為饋電片彎折與底板平行的部分，也是饋電網(wǎng)絡(luò)的一部分。每個偶極子的兩個半偶極子位于對應(yīng)饋電片41、42的不同側(cè)。兩個饋電片41、42的交叉位置對應(yīng)整個輻射單元的中心并確保45、46與底板之間保持一定距離，可以通過均勻介質(zhì)隔離，例如空氣、泡沫塑料等。輻射單元的四個腳25、26、27、28通過金屬固定裝置與天線底板10上的固定孔13、14、15、16短路連接。這種金屬固定裝置可以用螺母、螺絲、螺釘、鉚釘或任何其他適合的固定方法，如焊接、銅焊、冷加工連接等，可以實現(xiàn)輻射單元輻射部分與底板10之間機械和電兩者的連接。因此，使用這種輻射單元的天線可以防止過壓或者過大電流，這種過壓和過大連流的產(chǎn)生原因可能是閃電等原因。當(dāng)然采用不同的固定方式對天線的交調(diào)會產(chǎn)生不同程度的影響。在材料性能允許的情況下盡量采用比如焊接等使交調(diào)最小的連接方式。
饋電結(jié)構(gòu)與底板10平行的彎折部分都是在距離底板10一定間隔下給輻射部分饋電的，該間隔的保證是通過小的介質(zhì)層實現(xiàn)，介質(zhì)層通常是介質(zhì)墊片，由塑料釘、塑料墊、塑料套組成的塑料三件套也可實現(xiàn)這一功能，介質(zhì)層通常與鉚釘配合固定連接底板和饋電結(jié)構(gòu)，塑料三件套則可直接固定連接底板和饋電結(jié)構(gòu)。饋電部分彎折后與傳輸線電連接，傳輸線采用空氣微帶線或同軸線。傳輸線通常與RF設(shè)備連接，例如發(fā)射機或接收機。饋電片四分之一波長部分43、44亦是通過介質(zhì)層隔離固定在輻射部分上，通過四分之一波長開路實現(xiàn)巴倫結(jié)構(gòu)。
整個輻射單元輻射部分之上固定一個調(diào)諧片30，該調(diào)諧片的形狀和大小由輻射單元諧振決定，通過它能夠使調(diào)節(jié)輻射單元的駐波比和隔離度等性能變得簡單。實驗證明，通過改變隔離片形狀、大小以及與輻射部分高度等因素可以方便地實現(xiàn)所需的駐波比和隔離特性。該隔離片的最重要的作用是實現(xiàn)了降低正交類輻射單元高度的目的。通過試驗獲知普通未加調(diào)諧片的正交雙極化輻射單元幾乎無法實現(xiàn)在824～960MHz頻段中高度低于90mm，而本發(fā)明的輻射單元卻可以在該頻段輕易實現(xiàn)60mm的高度，從而大大降低了整個天線的體積，節(jié)省了成本，加強了天線外形美觀的可行性，本發(fā)明中示例的調(diào)諧片形狀是經(jīng)過優(yōu)化選用的，當(dāng)然也可以選用其它不同形狀的調(diào)諧片，包括方形、圓形、十字形等等。
調(diào)諧片通過設(shè)計一定的介質(zhì)支撐來保證其固定和與輻射單元輻射部分的隔離，介質(zhì)結(jié)構(gòu)通過輻射部分上面加工的固定凸起組來固定。
圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)為本發(fā)明所述雙極化加載天線輻射單元第二實施例的結(jié)構(gòu)視圖。圖中帶上標(biāo)一撇的標(biāo)記對應(yīng)于第一實施例圖中相同數(shù)字的標(biāo)記。
本實施例與第一實施例不同的是，組成兩個偶極子的四個半偶極子由四個獨立的電介質(zhì)片彎折而成，所述偶極子的基部包括四個腳25’、26’、27’、28’，無連接部，該四個腳通過介質(zhì)螺釘與天線底板10’固定連接，天線底板10’上開有縫隙槽12’，與天線輻射單元異側(cè)的饋電網(wǎng)絡(luò)通過縫隙槽12’穿過底板10’形成饋電片給每個偶極子饋電。
本實施例中也需要縫隙槽12’間隙足夠大以保證饋電部分41’、42’從底板10’底部能夠在不接觸底板10’的條件下伸展到底板10’上面，從而給半偶極子21’、22’、23’、24’組成的偶極子實現(xiàn)饋電。本實施例中明顯看出饋電結(jié)構(gòu)的彎折部分，即與底板平行的饋電部分45’、46’在底板10’的下方，與底板保持至少2mm的間隙。
圖6(a)和圖6(b)為本發(fā)明所述雙極化天線加載輻射單元第三實施例去掉調(diào)諧片后的俯視圖。圖中帶上標(biāo)兩撇的標(biāo)記對應(yīng)于第一實施例圖中相同數(shù)字的標(biāo)記。
本實施例與第一和第二實施例不同的是，組成兩個偶極子的四個半偶極子21”、22”、23”、24”分別由兩個獨立的電介質(zhì)片彎折而成，所述偶極子的基部包括連接兩個相鄰半偶極子的連接部和位于連接部末端并略高于連接部的四個腳25”26”27”28”，安裝時所述連接部陷于天線底板上的相應(yīng)形狀的縫隙槽中，所述四個腳25”26”27”28”通過介質(zhì)螺釘與天線底板10”固定連接，與天線輻射單元異側(cè)的饋電網(wǎng)絡(luò)通過縫隙槽穿過底板10”形成饋電片給每個偶極子饋電。
本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于無線、廣播、軍用和其他通信系統(tǒng)中。可用于基站中，也可以用于其它電信系統(tǒng)。并能夠適應(yīng)不同的頻帶，例如824～896MHz頻率的北美蜂窩頻段，806～896MHz的北美中繼系統(tǒng)頻段，870～960MHz的全球移動系統(tǒng)(GSM)頻段。也可用于無線波段上，例如1850～1900Mhz的個人通信系統(tǒng)(PCS)頻段，1710～1880MHz個人通信網(wǎng)絡(luò)(PCN)頻段和1885～2170MHz的通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)頻段。采用本發(fā)明所述的輻射單元的天線可以保持非常寬的阻抗帶寬，通過從該天線可以調(diào)節(jié)的最高頻率減去最低頻率然后除以該天線的中心頻率計算出阻抗帶寬，例如，當(dāng)天線工作在PCS、PCN和UMTS頻帶上時，其阻抗帶寬是(2170MHz-1710MHz)/1940MHz＝24％而在低頻段的一個實施例中，該天線的阻抗帶寬是(960MHz-806MHz)/892MHz＝17.3％。
權(quán)利要求
1.一種雙極化加載天線輻射單元，包括兩個偶極子，每個偶極子包括兩個半偶極子，每個半偶極子均包括輻射部、支撐部、饋電結(jié)構(gòu)和基部，其特征在于，還包括一個調(diào)諧片，所述調(diào)諧片絕緣固定于偶極子輻射部的頂部并與偶極子輻射部絕緣連接；所述饋電結(jié)構(gòu)包括兩個垂直交叉但彼此不連接的饋電片，分別絕緣固定連接于每個偶極子的兩個半偶極子并給對應(yīng)的兩個半偶極子饋電，每個饋電片起始于對應(yīng)偶極子中一個半偶極子的支撐部，在上方彎折經(jīng)過另一半偶極子的輻射部、支撐部并在天線底板上方或下方最終彎折為與底板平行的饋電網(wǎng)絡(luò)，每個偶極子的兩個半偶極子位于對應(yīng)饋電片的不同側(cè)，兩個饋電片的交叉位置對應(yīng)整個輻射單元的中心。
2.權(quán)利要求1所述的雙極化加載天線輻射單元，其特征在于，兩個偶極子由一個單片金屬片折疊整合而成，所述偶極子基部包括一個將四個半偶極子連接的連接部和位于連接部四個末端并略高于連接部的四個腳，安裝時所述連接部陷于天線底板上的相應(yīng)形狀的縫隙槽中，并確保饋電結(jié)構(gòu)與底板平行部分與底板之間保持一定距離，所述四個腳通過介質(zhì)螺釘與天線底板固定連接。
3.權(quán)利要求1所述的雙極化加載天線輻射單元，其特征在于，所述兩個偶極子的四個半偶極子分別由四個獨立的金屬片彎折而成，所述偶極子的基部包括四個腳，并通過介質(zhì)螺釘將該四個腳與天線底板固定連接，天線底板上開有縫隙槽，與天線輻射單元異側(cè)的饋電網(wǎng)絡(luò)通過縫隙槽穿過底板形成饋電片給每個偶極子饋電。
4.權(quán)利要求1所述的雙極化加載天線輻射單元，其特征在于，所述兩個偶極子分別由兩個獨立的金屬片彎折而成，所述偶極子的基部包括連接兩個相鄰半偶極子的連接部和位于連接部末端并略高于連接部的四個腳，安裝時所述連接部陷于天線底板上的相應(yīng)形狀的縫隙槽中，并確保饋電片與底板平行部分與底板之間保持一定距離，所述四個腳通過介質(zhì)螺釘與天線底板固定連接，與天線輻射單元異側(cè)的饋電網(wǎng)絡(luò)通過縫隙槽穿過底板形成饋電結(jié)構(gòu)給每個偶極子饋電。
5.一種雙極化天線，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述雙極化加載天線輻射單元。
全文摘要
一種雙極化加載天線輻射單元，包括兩個偶極子，每個偶極子包括兩個半偶極子，每個半偶極子均包括輻射部、支撐部、饋電結(jié)構(gòu)和基部，還包括一個調(diào)諧片，饋電結(jié)構(gòu)包括兩個垂直交叉但彼此不連接的饋電片，每個偶極子的兩個半偶極子位于對應(yīng)饋電片的不同側(cè)，兩個饋電片的交叉位置對應(yīng)整個輻射單元的中心。本發(fā)明使得輻射單元在性能滿足的情況下高度大大降低。本發(fā)明還提高了輻射單元的隔離性能，使得高階交調(diào)可控，饋電線的饋電走線變得自由，最終取得令人滿意的阻抗匹配，結(jié)構(gòu)上也比較簡單。
文檔編號H01Q9/16GK1688067SQ20051003445
公開日2005年10月26日 申請日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日
發(fā)明者孫志剛, 王春華, 劉勇 申請人:摩比天線技術(shù)(深圳)有限公司