專利名稱：雙頻雙極化陣列天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動通信基站天線領域，尤其涉及一種雙頻雙極化陣列天線。
技術背景
隨著移動通信的迅猛發(fā)展，電磁環(huán)境日益復雜，運營商希望無線通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡能 與一些新的通訊系統(tǒng)兼容。例如在北美運營商對新一代系統(tǒng)LTE和原用的DCS1800系統(tǒng)兼 容的需求，天線電氣性能上要求雙頻帶以減少基站天線的數(shù)量、高異頻隔離度減少子系統(tǒng) 之間的影響，高增益，主軸交叉極化鑒別率要求大于20dB，在交叉極化鑒別率大于10dB，良 好的方向性，波束收斂性好。以及要求體積少，重量輕，外形美觀。而且成本低才能滿足市 場競爭需求。 市場需求一種頻率為LTE和DCS1800的雙頻天線，要求全頻段駐波比小于1. 4，兩 端口隔離度要求大于30。天線的駐波比要求也極為嚴格，在設計難度上提出了很高的挑戰(zhàn)。
雙頻陣列天線多項性能，如增益，電壓駐波比帶寬，波束寬度，波束收斂性和交叉 極化等，都比單頻難度大。在雙頻基站天線的設計中，在同時滿足高低頻段的波束寬度，輻 射增益。高低頻單元的排布對天線的波束收斂性、隔離度有著決定性的作用。雙頻雙極化 輻射振子還要求在不同頻段良好的交叉極化性能，兩個極化和兩個頻段之間的隔離度也提 出了很高的要求。 所以，在設計出高性能輻射單元的前提下，高低頻排布對天線指標的影響也是一 個重要課題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是要提供一種結構緊湊，頻段間相互耦合影響較小的雙頻雙極化 陣列天線。 為實現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術方案 本發(fā)明的雙頻雙極化陣列天線，包括饋電單元、金屬反射板和兩個雙極化的輻射 陣列，饋電單元對兩個輻射陣列進行饋電，每個輻射陣列用于處理一個頻段的信號，且每個 輻射陣列均包括n個輻射單元，n > 2，其中 第一輻射陣列中，n個輻射單元沿第一軸線等間距裝設在所述金屬反射板上；第 二輻射陣列中，有n個輻射單元一一對應裝設在第一輻射陣列的n個輻射單元上方，而另 n個輻射單元則沿第二軸線與本輻射陣列的所有輻射單元軸向等間距裝設在所述金屬反射板上。 所述第一軸線可與第二軸線完全重合，如此即保證第一輻射陣列與第二輻射陣列 均處于同一軸線上，第一軸線也可與第二軸線相平行，也即第二輻射陣列中部分輻射單元 所形成的軸線偏離第一輻射陣列中各輻射單元所形成的軸線。 在本發(fā)明的一種應用中，所述第一輻射陣列為低頻雙極化輻射陣列，第二輻射陣 列為高頻雙極化輻射陣列。
具體而言，第一輻射陣列中，其輻射單元包括用介質支撐桿支撐于金屬反射板上 的雙面印刷金屬片的介質基板和用介質支撐桿支撐于該介質基板之上的金屬輻射片，所述 第二輻射陣列的輻射單元固裝在所述輻射片中部并以之為反射板，介質基板中部設有供饋 電線纜穿過以對第二輻射陣列的輻射單元進行饋電的通孔，介質基板還設有供饋電線纜對 自身所屬輻射單元進行饋電的饋電點。第一輻射陣列中的每個輻射單元中，兩個極化所采 用的連接所述介質基板的饋電點的饋電線纜，相互之間具有180度相位差。第二輻射陣列 中的每個輻射單元均采用梅花狀振子。 此外，所述第二輻射陣列中，裝設在金屬反射板上的n個輻射單元的外周，均設有 環(huán)狀金屬反射墻，該反射墻固設并豎立在金屬反射板上。所述反射墻呈圓環(huán)狀、多邊形狀、 正方形狀中任意一種。所述金屬反射板縱長方向兩側設有豎立其上的邊墻。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具備如下優(yōu)點 首先，由于雙頻雙極化天線組件多，空間局限，通過采用高低頻錯位上下排布的方 式在有限的空間內相對容易實現(xiàn)整體布局，除了結構上的優(yōu)勢，在電氣上，高低錯位的方 式，使得高頻輻射單元的耦合量降低，可以提高同頻兩極化的隔離性能，還可使高頻輻射單 元的前后比性能提高； 其次，通過采用不同形式的輻射單元，降低了高低頻之間的輻射耦合，增加異頻隔 離的效果，使得高低頻之間的隔離性能良好； 再者，在高頻輻射單元與反射板之間架設輔助反射的方式及在高頻輻射單元基本 同一平面內四周加導電環(huán)狀金屬反射墻的方式，可以實現(xiàn)對波束寬度的限制調節(jié)，從而可 以順利獲得需要的波束水平面角度； 此外，作為在上述優(yōu)點的基礎上的綜合概括，本發(fā)明的天線可以實現(xiàn)寬頻帶通信， 在不增加外形體積的情況下，緊湊安裝在天線罩內，無論從結構布局還是各種電氣性能的 角度，都能達到較為理想的程度，并有良好的一致性。


圖1為本發(fā)明雙頻雙極化陣列天線的整體結構示意圖； 圖2為本發(fā)明雙頻雙極化陣列天線的局部側視圖； 圖3為本發(fā)明兩輻射陣列的輻射單元重疊時的組裝結構圖； 圖4為本發(fā)明第一輻射陣列中介質基板的詳解圖，其中圖4a為介質基板的第一側 面示意圖，圖4b為介質基板的第二側面示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明 請參閱圖l，本發(fā)明雙頻雙極化陣列天線的較佳實施例的整體結構圖中，該天線包 括一金屬反射板3、由線性排布裝設在金屬反射板3上的6個低頻輻射單元1構成的第一輻 射陣列1、以及由線性排布裝設在金屬反射板3和低頻輻射單元1上的12個高頻輻射單元 21'，22'構成的第二輻射陣列2。其中，作為邊界條件，在金屬反射板3縱長方向的兩側設 有一對邊墻31，豎立在金屬反射板3之上。 本實施例中，高頻輻射單元21'，22'采用公知的梅花狀振子。陣列天線內部應設
4置有饋電網(wǎng)絡及相應連接端口 30等，其中饋電網(wǎng)絡部分未圖示，該類電氣相關技術特征均
已公知，本領域內普通技術人員均已知曉，故不圖示且不行贅述。 第一輻射陣列1與第二輻射陣列2的安裝關系為本發(fā)明的重要技術特征。 如圖1和圖2所示，第一輻射陣列1的6個輻射單元1沿金屬反射板3的同一軸線
等間距排布固裝，饋電網(wǎng)絡在金屬反射板3上對其進行并聯(lián)饋電。本實施例所示出的第一
輻射陣列1的輻射單元1均為雙極化的低頻輻射單元l，該輻射單元1包括介質基板12和
金屬輻射片14，介質基板12及金屬輻射片14均設有安裝孔位129， 149，介質基板12通過
介質支撐桿101與金屬反射板3平行固裝，而金屬輻射片14則進一步采用介質支撐桿102
與介質基板12平行固裝，形成板狀疊裝結構。 介質基板12雙面附銅，形成雙面金屬片，而且，在圖3未示出的底面上，即圖4b所 示的面上，除為必要的安裝通孔保留位置和四個點124b夕卜，為規(guī)則完整的金屬片12b ;而在 如圖3所示的頂面上，也即圖4a所示的面上，該介質基板12a在此處的金屬片被電腐蝕加 工成四個饋電點124，用于供饋電線纜18連接其上以便對本低頻輻射單元1進行饋電。圖 4b所示的面上四個被電腐蝕掉的點124b，直徑比饋電點的直徑為小，以確保同軸芯線穿到 介質板面上的饋電片焊接時又跟介質板底部的貼片沒有電氣連接，從而達到偶合饋電的效 果。 如前所述，介質基板12上的四個安裝孔位129，使用介質支撐桿101與金屬反射板 3相隔離固定，通過全柱形螺栓103穿過介質基板12與相應的介質支撐桿101相螺鎖后，在 介質基板12的頂面保留全柱形螺栓103的局部，進而便可與金屬輻射片14相螺鎖。
同理，金屬輻射片14上預留的安裝孔位149，進一步通過相應地螺鎖在前述全柱 形螺栓103上的介質支撐桿102對位后，用螺釘104螺鎖，便可實現(xiàn)低頻輻射單元1的整體 固裝。 需要指出的是，本實施例中，用于連接低頻輻射單元1兩個極化的饋電點124的兩 對饋電線纜18，彼此間長度具有180度相位差。 請綜合圖1至圖3，所述第二輻射陣列2的12個高頻輻射單元21'，22'被均分為 兩組進行安裝，第一組輻射單元21共6個輻射單元與第一輻射陣列1的低頻輻射單元1 一 樣，被裝設在金屬反射板3上，且在本實施例中，該組輻射單元21線性排列所形成的軸線與 第一輻射陣列1的各輻射單元1所形成的軸線完全重合，而且，第二輻射陣列2的第一組輻 射單元21與第一輻射陣列1的各輻射單元1等間距相間錯位組裝，即高頻輻射單元21'緊 鄰低頻輻射單元l，而低頻輻射單元1接著又緊鄰另一高頻輻射單元21'，以此類推。對第 一組輻射單元21而言，可按公知方式利用饋電線纜對其進行饋電。 第二輻射陣列2的第二組輻射單元22共6個輻射單元，則被一一對應地安裝在第 一輻射陣列1的6個低頻輻射單元1的上方。其具體安裝方式請參閱圖2和圖3所示。
圖3中，所述高頻輻射單元22'被固設在低頻輻射單元1的金屬輻射片14中部， 而所述介質基板12中部也預留有通孔120，饋電線纜28穿過介質基板12的通孔120，在金 屬輻射片14的底部與高頻輻射單元22'的底部電連接以實現(xiàn)對該高頻輻射單元22'的饋 電。如此，低頻輻射單元1的金屬輻射片14，對于其上的高頻輻射單元22'而言，起到了輔 助反射的作用，使低頻輻射單元1與高頻輻射單元22'不但在結構上相組裝，而且在電氣上 也相融合。
顯然，第二輻射陣列2的所有輻射單元22'在縱長方向上必須是等間距排列的。如 此，在本實施例中，實際上第一輻射陣列1的各輻射單元是等間距線性排列在某軸線上，而 第二輻射陣列2的各輻射單元包括21'和22'也是等間距線性排列在該同一軸線上，設第 一輻射陣列1的相鄰輻射單元間距為n，則第二輻射陣列2的相鄰輻射單元間距則為n/2， 而第一輻射陣列1與第二輻射陣列2重疊部分，則以后者的輻射單元裝設在前者的輻射單 元頂部實現(xiàn)固裝。從如圖2所示的側面視覺看，則第二輻射陣列2中的相鄰兩個輻射單元 是高低錯位的。 在電氣上，本領域內普通技術人員均應知曉，第一組輻射單元21與第二組輻射單 元22的相位差，可透過饋電網(wǎng)絡上的電纜長度進行補償。 為控制波束寬度，尤其是其水平面角度，在第二輻射陣列2的第一組輻射單元21
外周，也即固裝在金屬反射板3上的每一高頻輻射單元21'外圍，裝設一反射墻210，如圖1
所示，該反射墻210呈圓環(huán)狀，豎立在金屬反射板3表面，形成圓形的導電窗體。 據(jù)實測，由上述實施例所形成的陣列天線樣品，全頻段具有良好的方向圖。雙頻段
中，電壓駐波比小于1. 3，隔離度大于33dB，6單元低頻和12單元高頻實測增益在15. 5dBi
和18dBi。高低頻段水平面3dB波束寬度佳為60度到71度，主軸交叉極化比大于20dB，在
交叉極化比大于10dB。環(huán)境試驗合格，能夠很好地滿足移動通信系統(tǒng)的要求。 以上為本發(fā)明的優(yōu)先的實施例，在本發(fā)明未圖示的其它實施例中，可做出適當?shù)?br> 變更，例如 所述第二輻射陣列2中，第一組輻射單元21所形成的軸線可與第二組輻射單元22 所形成的軸線呈平行安裝關系，也即兩條軸線相互錯開一定距離，當然，其它邊界條件需做 適當?shù)母淖?，本領域內普通技術人員通讀本發(fā)明后，應可舉一反三。 又如，所述環(huán)狀金屬反射墻210的形狀，并不受上一實施例局限，其還可以為正方 形、多邊形等，具體也可通過調試靈活設置。 再如，所述兩個頻段所采用的第一輻射陣列1和第二輻射陣列2，不受其輻射單元
個數(shù)、具體形狀、具體頻段范圍所限制，本發(fā)明所稱高頻及低頻等詞，雖為本領域內普通技
術人員所明確理解，但其目的在于說明的便利，而不應被引申為對本發(fā)明的限定。 綜上所述，本發(fā)明雙頻雙極化陣列天線，使用于兩個頻段的多個雙極化輻射單元
被布局在同一陣列天線中，不僅在結構上具有緊湊合理的優(yōu)點，而且在電氣上，在隔離度、
前后比、頻寬等方面均獲得較好的性能。 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但并不僅僅受上述實施例的限制，其他的 任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的 置換方式，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種雙頻雙極化陣列天線，包括饋電單元、金屬反射板和兩個雙極化的輻射陣列，饋電單元對兩個輻射陣列進行饋電，每個輻射陣列用于處理一個頻段的信號，且每個輻射陣列均包括n個輻射單元，n≥2，其特征在于第一輻射陣列中，n個輻射單元沿第一軸線等間距裝設在所述金屬反射板上；第二輻射陣列中，有n個輻射單元一一對應裝設在第一輻射陣列的n個輻射單元上方，而另n個輻射單元則沿第二軸線與本輻射陣列的所有輻射單元軸向等間距裝設在所述金屬反射板上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的雙頻雙極化陣列天線，其特征在于所述第一軸線與第二軸線完全重合。
3. 根據(jù)權利要求1所述的雙頻雙極化陣列天線，其特征在于所述第一軸線與第二軸線相平行。
4. 根據(jù)權利要求1所述的雙頻雙極化陣列天線，其特征在于所述第一輻射陣列為低頻雙極化輻射陣列，第二輻射陣列為高頻雙極化輻射陣列。
5. 根據(jù)權利要求1所述的雙頻雙極化陣列天線，其特征在于第一輻射陣列中，其輻射單元包括用介質支撐桿支撐于金屬反射板上的雙面印刷金屬片的介質基板和用介質支撐桿支撐于該介質基板之上的金屬輻射片，所述第二輻射陣列的輻射單元固裝在所述輻射片中部并以之為反射板，介質基板中部設有供饋電線纜穿過以對第二輻射陣列的輻射單元進行饋電的通孔，介質基板還設有供饋電線纜對自身所屬輻射單元進行饋電的饋電點。
6. 根據(jù)權利要求5所述的雙頻雙極化陣列天線，其特征在于第一輻射陣列中的每個輻射單元中，兩個極化所采用的連接所述介質基板的饋電點的饋電線纜，相互之間具有180度相位差。
7. 根據(jù)權利要求6所述的雙頻雙極化陣列天線，其特征在于第二輻射陣列中的每個輻射單元均采用梅花狀振子。
8. 根據(jù)權利要求1至7中任意一項所述的雙頻雙極化陣列天線，其特征在于所述第二輻射陣列中，裝設在金屬反射板上的n個輻射單元的外周，均設有環(huán)狀金屬反射墻，該反射墻固設并豎立在金屬反射板上。
9. 根據(jù)權利要求8所述的雙頻雙極化陣列天線，其特征在于所述反射墻呈圓環(huán)狀、多邊形狀、正方形狀中任意一種。
10. 根據(jù)權利要求1至7中任意一項所述的雙頻雙極化陣列天線，其特征在于所述金屬反射板縱長方向兩側設有豎立其上的邊墻。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙頻雙極化陣列天線，包括饋電單元、金屬反射板和兩個雙極化的輻射陣列，饋電單元對兩個輻射陣列進行饋電，每個輻射陣列用于處理一個頻段的信號，且每個輻射陣列均包括n個輻射單元，n≥2，第一輻射陣列中，n個輻射單元沿第一軸線等間距裝設在所述金屬反射板上；第二輻射陣列中，有n個輻射單元一一對應裝設在第一輻射陣列的n個輻射單元上方，而另n個輻射單元則沿第二軸線與本輻射陣列的所有輻射單元軸向等間距裝設在所述金屬反射板上。本發(fā)明雙頻雙極化陣列天線，使用于兩個頻段的多個雙極化輻射單元被布局在同一陣列天線中，不僅在結構上具有緊湊合理的優(yōu)點，而且在電氣上，在隔離度、前后比、頻寬等方面均獲得較好的性能。
文檔編號H01Q19/10GK101714701SQ20091021400
公開日2010年5月26日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權日2009年12月21日
發(fā)明者劉良濤, 肖飛, 黃定邦 申請人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司