專利名稱：寬帶雙極化天線及其輻射單元的制作方法
技術領域：
寬帶雙極化天線及其輻射單元
技術領域：
本實用新型涉及移動通信天線領域，具體涉及一種寬帶雙極化天線及其輻射單
J Li ο
背景技術：
隨著移動通信事業(yè)的發(fā)展，對基站天線的帶寬和性能提出了更高的要求。隨著第三代移動通信網(wǎng)絡的建成及運營，以及WLAN，WiMax等寬帶無線網(wǎng)絡廣泛應用，市場對寬帶天線提出了巨大的需求，特別是可以覆蓋以下通信標準GSM1800、DCSCDMA 1900、MT-2000、TD-CDMA、WLAN、WiMax 等的 L 7GHz-2. 7GHz 頻段的寬帶天線。
隨著無線技術的應用和迅猛發(fā)展，電磁環(huán)境日益復雜，給移動通信雙極化基站天線的設計提出了越來越高的要求。天線的電氣性能要求高隔離度、高增益，主軸交叉極化鑒別率要求大于15dB，±60°交叉極化鑒別率要求大于10dB，同時要求具有良好的方向性和波束收斂性，以及很低的三階交調(diào)指標。企業(yè)在激烈的市場競爭中，不僅被要求能提供性能優(yōu)良的寬頻基站天線，而且還被要求盡量降低天線的生產(chǎn)成本。這就必然對天線的技術層面提出要求，要求所設計的天線結構簡單牢固、體積小、重量輕、加工簡易、安裝方便、焊接簡單、成本低廉、適合大批量生產(chǎn)。目前，寬帶天線的解決方案中，同時滿足以上要求的天線很少。一般對稱振子輻射單元在實際應用中為了展寬帶寬，在與極化正交的振子臂寬度方向上會加大尺寸，同時，為了減輕重量并節(jié)省物料成本，又可以只保留振子臂的最大輪廓尺寸。下面請參閱業(yè)內(nèi)技術人員提出的幾件已知技術方案請參照US4184163號專利公告所揭示的振子臂的形狀，其振子臂采用圓狀結構并最終簡化為天線原理上和電氣性能上都相當?shù)膱A環(huán)結構；也可以參照US4510501號專利公告，其中的振子臂采用方形結構并最終簡化為天線原理上和電氣性能上都相當?shù)姆叫苇h(huán)狀結構(切角切得很小時趨于方形環(huán)，切角切得很大時可以趨于三角形環(huán)或其它多邊形環(huán))。以上這兩個專利的振子臂末端都是直接閉合連接，未能充分利用振子臂附近的自由空間，使得振子臂尺寸依然偏大。以上兩件專利，除了振子臂尺寸較大外，其巴倫結構也不適合耦合饋電，帶寬有限，限制了其應用范圍。進一步請參閱US 6933906號專利公告，其采用的振子臂為方形結構，巴倫采用封閉柱形結構，利于實現(xiàn)耦合饋電和寬帶特性，但封閉巴倫內(nèi)壁不易保證電鍍質(zhì)量，因此輻射單元的交調(diào)特性也不易得到保證，且振子不同極化間的隔離度特性較差；CN 101707291A號專利申請公布了一種寬頻輻射單元，其同樣未解決振子臂尺寸較大的問題，另外其巴倫雖采用封閉的中空方柱結構，仍然無法達到確保輻射單元的交調(diào)特性的技術效果。由上述的分析可知，現(xiàn)有技術中，對于寬帶雙極化天線而言，其所采用的輻射振子的尺寸和電氣性能之間存在一定的矛盾。
實用新型內(nèi)容本實用新型就是為了解決前述矛盾，提供一種結構簡單、制造方便、成本低廉、性能優(yōu)良的寬帶雙極化天線輻射單元，在保持輻射單元的電氣性能既定的前提下，進一步縮小輻射單元的尺寸。進一步的，本實用新型適應前述輻射單元的提出，而提供一種寬帶雙極化天線，以便使該輻射單元更趨實用。為實現(xiàn)本實用新型的目的，本實用新型采用如下技術方案本實用新型的寬帶雙極化天線輻射單元，包括極化相互正交的兩副對稱振子，每副對稱振子包括一對輻射臂和分別于該對輻射臂的相靠近的一端對每個輻射臂實施同側(cè)支撐的一對用于固定在金屬反射板上的巴倫，通過該對巴倫對該對輻射臂進行平衡饋電，各輻射臂設置于同一參考面，整個輻射單元關于該參考面的幾何中心呈中心對稱結構，以 該參考面朝巴倫底部方向延伸而形成的空間被定義為容納空間，所述的每個輻射臂呈封閉的單條線狀，具有處于所述參考面的主體，在輻射臂遠離其相應的巴倫的一端，該輻射臂自其主體折彎設有延伸至該容納空間的擴展部。根據(jù)本實用新型的多個實施例所揭示，所述輻射臂的主體呈方形、圓形、多邊形中任意一種。根據(jù)本實用新型的一個實施例所揭示，所述擴展部被限定為在由主體所定義的參考面范圍內(nèi)延伸。其中優(yōu)選的，所述擴展部與主體之間折彎形成的部位呈銳角。根據(jù)本實用新型的另一實施例所揭示，所述擴展部被限定為與所述參考面相垂直延伸。其中優(yōu)選的，所述擴展部折彎形成的部位位于由主體所定義的參考面范圍的外側(cè)。根據(jù)本實用新型的多個實施例所揭示，所述擴展部包括自主體折彎而出的一對直臂和連接該對直臂各自末端的過渡帶。所述過渡帶可呈弧狀、多段折線狀、直線狀中任意一種形狀。較佳的，該對直臂相互平行。根據(jù)本實用新型的個別實施例所揭示，所述擴展部整體呈弧狀。進一步的，所述巴倫為一體延伸件，其橫截面呈半包圍狀以形成開口槽，每對所述對稱振子的兩個巴倫彼此以其開口槽相向設置。根據(jù)本實用新型的多個實施例所揭示，所述巴倫的開口槽的橫截面呈圓形或多邊形，當其為多邊形時，優(yōu)選矩形。根據(jù)本實用新型的一個實施例所揭示，所述巴倫的橫截面呈圓弧形半包圍狀。在另一實施例中，所述巴倫的橫截面包括兩個對稱設置的臂件和一個連接該兩個臂件的相同端以形成半包圍狀的連接件。此外，所述各巴倫在靠近所述金屬反射板處相連接以使各巴倫構成一體，以便形成一穩(wěn)固的由巴倫構成的底座。本實用新型的寬帶雙極化天線，其包括至少一個如前所述的輻射單元，多個輻射單元之間以規(guī)則矩陣的方式排列組陣且并聯(lián)饋電，各輻射單元所采用的金屬反射板為同一金屬反射板。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點首先，通過在將封閉環(huán)狀的輻射臂在其末端折彎形成擴展部，使該擴展部處于所定義的容納空間內(nèi)部，因此，電氣上，由于安裝在金屬反射板上的輻射單元基本不占用額外的外部空間，在輻射單元空間體積占用相同、輻射臂空間面積占用相同的前提下，延長了饋入輻射臂的電流和磁流路徑長度，降低了對稱振子的諧振頻率；反之，在保持諧振頻率不變的前提下，可以進一步縮小各輻射臂的尺寸，增加了兩個極化之間的隔離度。其次，通過兩方面的設計單獨或組合地進一步從結構上優(yōu)化了輻射單元一方面，輻射臂采用單線折彎成形，結構非常簡單，易于開模壓鑄成型，而且結構牢固可靠；另一方面，由于巴倫設計有開口槽，形成半開放結構，使其表面電鍍的質(zhì)量容易得到保證，有助于提升輻射單元的交調(diào)指標，此外，各巴倫以其開口槽兩兩相向放置，可以屏蔽巴倫內(nèi)部饋線的寄生輻射，有助提高輻射單元的交叉極化指標。

圖I為本實用新型所述寬帶雙極化天線輻射單元第一實施例的立體圖，其中的輻射臂的主體呈圓形，并加載有向主體底部折彎的U形擴展部；圖2為本實用新型所述寬帶雙極化天線輻射單元第二實施例的立體圖，其中的輻 射臂的主體呈方形，并加載有向主體內(nèi)部折彎的U形擴展部；圖3為在圖2所示第二實施例的基礎上改進而得的本實用新型所述寬帶雙極化天線輻射單元第三實施例的立體圖，其中的擴展部具有弧狀過渡帶；圖4為在圖2所示第二實施例的基礎上改進而得的本實用新型所述寬帶雙極化天線輻射單元第四實施例的立體圖，其加載有向主體底部折彎的U型擴展部；圖5為本實用新型所述寬帶雙極化天線輻射單元中采用的巴倫的典型實例的立體圖，其同樣應用于圖I至圖4所揭示的各實施例中，該巴倫的開口槽的橫截面呈圓形；圖6為在圖5的基礎上，對巴倫進行改型后的立體圖，該巴倫的開口槽的橫截面呈矩形；圖7為本實用新型所述寬帶雙極化輻射單元仿真的電壓駐波比圖；圖8為本實用新型所述寬帶雙極化輻射單元仿真的兩個極化的隔離度圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明請參閱圖I所示的本實用新型的寬帶雙極化天線輻射單元的第一實施例的立體圖。該輻射單元包括兩副對稱振子1、2，每副對稱振子I或2均包括處于同一平面同一軸線上鄰近安裝的一對輻射臂(Ila與Ilb為一對，21a與21b為一對,下同)，每個輻射臂11a、llb、21a、21b 均由一巴倫 13&、1315、233、2313支撐，該巴倫133、1313、233、2313—端固定在天線的金屬反射板4上,另一端與一個福射臂lla、llb、21a、21b固定連接以形成對相應的福射臂 lla、llb、21a、21b 的支撐，巴倫 13a、13b、23a、23b 與相應的輻射臂 11a、llb、21a、21b 的連接點，位于該福射臂lla、llb、21a、21b靠近同一副對稱振子1、2的另一福射臂lib、11a、21b、21a的一端。在同一副對稱振子I或2中，兩個巴倫((13a、13b)或(23a,23b))分別支撐起兩個輻射臂((IlaUlb)或(21a、21b))。眾所周知的，巴倫13a、13b、23a、23b除起對輻射臂lla、llb、21a、21b支撐的作用之外，還負責引入信號對輻射臂11a、llb、21a、21b實施平衡饋電。由此，一對巴倫((13a、13b)或(23a、23b))與一對相應的福射臂((IlaUlb)或(21a、21b))相組裝即形成完整的一副對稱振子I或2，將兩副對稱振子1、2以極化相互正交安裝在一起，即構成本實用新型的輻射單元的物理結構。本實用新型的輻射單元整體具有中心對稱結構，兩副對稱振子1、2的四個輻射臂lla、llb、21a、21b由四個等高的巴倫13a、13b、23a、23b支撐而共同設置在同一參考面上，因此，具體而言，輻射單元關于該參考面的幾何中心呈中心對稱結構，每副對稱振子1、2同理關于該參考面的幾何中心呈中心對稱結構。同理，因?qū)僦行膶ΨQ結構，由每個巴倫13a、13b、23a、23b與相應的一個輻射臂11a、llb、21a、21b相連接組成的組合單元共計四個，這四個組合單元在結構上完全相同。為了后述說明的方便，將所述各輻射臂lla、llb、21a、21b所占據(jù)的參考面朝向各巴倫13a、13b、23a、23b底部方向延伸的而形成的立體自由空間定義為容納空間。該容納空間既包括由輻射臂lla、llb、21a、21b在參考面上圈定的范圍，還包括輻射臂I la、I Ib、2la、2Ib底部至金屬反射板4之間的空間范圍。所述輻射單元中采用的輻射臂lla、llb、21a、21b，呈單條線狀，即由同一連續(xù)的線狀件造型而成。每個輻射臂lla、llb、21a、21b包括主體51和擴展部50，以下以輻射臂21a
為例進行說明，本領域技術人員應理解，此處關于輻射臂21a的具體結構也完全適用于其它輻射臂lla、llb、21b。所述主體51置于所述參考面中，即沿該參考面布置造型，本實施例中被造型成圓形。圓形主體51的一端，以其圓弧斷開后兩端與相應的巴倫23a相連接，圓形主體51的另一端，即遠離該巴倫23a的一端，通過折彎的方式，設有一延伸至該圓形主體51所圈定的參考面范圍內(nèi)從而落入所述容納空間范圍內(nèi)的所述擴展部50。由于輻射單元整體呈中心對稱結構，該擴展部50同理具有軸對稱結構，其對稱軸正是一副對稱振子2的對稱軸?；诖艘粚ΨQ特性，本實施例中，所述擴展部50大致呈U型，具有一對相平行的直臂52、54和用于連接該對直臂52、54延伸方向末端的過渡帶53，該過渡帶53呈直線狀。兩個直臂52、54均自主體51折彎而出，故在主體51被折彎的兩個部位處形成銳角，整個輻射臂21a在其遠離其所屬巴倫23a的遠端形成一個矩形缺口。由圖I可以看出，整個擴展部50與整個主體51 —樣，被置于所述參考面中。通過這樣的設計，整個輻射臂21a的長度因為擴展部50的增設而加長，饋入該輻射臂21a的信號所經(jīng)路徑變長，可以降低對稱振子2的諧振頻率。所有輻射臂lla、llb、21a、21b具有相同結構，整體呈線狀，顯然，輻射單元整體而言，其結構簡單而易于開模壓鑄。所述輻射單元所采用的各個巴倫13a、13b、23a、23b形狀結構均相同，請結合圖I和圖5，所采用的巴倫13a、13b、23a、23b為一體延伸件，其橫截面呈半包圍狀以形成開口槽31，本實施例中，以巴倫23a為例，其橫截面具體采用弧形半包圍狀。在每副所述對稱振子1、2中的兩個巴倫(13a與13b、23a與23b)彼此以其開口槽31相向設置，由此，在整個輻射單元中，兩副對稱振子1、2各自的兩個巴倫(13a與13b、23a與23b)彼此相向，四個巴倫13a、13b、23a、23b形成一個中心對稱的圍護結構，內(nèi)部具有呈四瓣梅花狀的柱形空間。為了使四個巴倫13a、13b、23a、23b在結構上更趨穩(wěn)固以確保其電氣性能，在靠近金屬反射板4位置處，也即靠近各巴倫13a、13b、23a、23b自身底部處，將相鄰的每兩個巴倫用連接件30加以連接，即可形成一體化底座3。由于巴倫13a、13b、23a、23b設計有開口槽31，形成半開放結構，使其表面電鍍的質(zhì)量容易得到保證，有助于提升輻射單元的交調(diào)指標，此外，各巴倫13a、13b、23a、23b以其開口槽31兩兩相向放置，可以屏蔽巴倫13a、13b、23a、23b內(nèi)部饋線的寄生輻射，有助提高輻射單元的交叉極化指標。如前所述，由四個巴倫13a、13b、23a、23b連成的底座3可用于固定在金屬反射板4上，四個巴倫13a、13b、23a、23b各連接有一個輻射臂11a、llb、21a、21b，每個輻射臂11a、llb、21a、21b均包含主體51及由主體51折彎向所述容納空間延伸形成的擴展部50，開口槽31相向的一對巴倫上的輻射臂形成一副對稱振子1、2，兩副對稱振子1、2剛好以極化相互正交設置，整個輻射單元呈現(xiàn)中心對稱結構。因此，采用此種結構的輻射單元，能夠在保持整體尺寸基本不變的前提下，有效延長電流路徑長度，而且巴倫13a、13b、23a、23b設計開口槽31形成半開放結構，其表面電鍍質(zhì)量更易得到保證，巴倫13a、13b、23a、23b以開口槽31相向設置又可屏蔽巴倫內(nèi)部饋線的寄生輻射，進一步綜合確保了整個輻射單元的電氣性能。請參閱圖2所揭示的本實用新型的寬帶雙極化天線輻射單元的第二實施例，其與第一實施例的不同僅在于輻射單元所采用的輻射臂(以21a為例)的主體51的形狀呈方形，輻射臂21a與擴展部50之間形成有折彎部位剛好位于該方形主體51的一個角的兩側(cè)，形成一矩形缺口。結合第一和第二實施例可知，所述輻射臂的主體51的形狀可以被靈活設置，其不僅可以為前述各實施例中的方形、圓形，還可以是滿足前述對稱特性的其它多邊形。 請參閱圖3所揭示的本實用新型的寬帶雙極化天線輻射單元的第三實施例，其為第二實施例改型而得，本實施例中，所述輻射臂(以21a為例)的擴展部50雖同樣包括一對相互平行的直臂52、54，但不同的是連接于該兩個直臂52、54之間的過渡帶53呈弧狀，其弧度優(yōu)選超過半圓弧度，以便使擴展部50獲得更大的尺寸。同理，在其它未圖示的實施例中，該過渡帶53還可以被設計為由多段折線構成的多段折線狀。依據(jù)前述各實施例，也可進一步推廣所述擴展部50的具體形狀可以直接呈圓弧狀或多段折線狀，同理也可滿足延長輻射臂長度的需求。請參閱圖4，本實用新型的寬帶雙極化天線輻射單元的第四實施例中，在前述第二實施例的基礎上進行改進，其輻射臂(以21b為例)的主體51仍為方形、擴展部50仍為U型，擴展部50在由主體51所定義的參考面范圍內(nèi)延伸，而其與第二實施例的不同在于所述擴展部50被限定為沿與所述參考面垂直的方向延伸至容納空間內(nèi)部，并且，擴展部50與主體51折彎形成的部位位于由主體51所定義的參考面范圍的外側(cè)。同理，前述擴展部50的形狀變化同樣適用于本實施例中，而本實施例的擴展部50延伸方向的設置也同樣適用于其它前述的實施例中。結合以上各實施例，雖然僅公開了擴展部50沿所述容納空間的延伸的兩種特例，其一是重疊于所述參考面，另一是垂直于所述參考面。然而，本領域技術人員當可知曉，擴展部50的延伸空間可以在整個容納空間中優(yōu)選，而不必受本實用新型所揭示的實施例的限制。進一步的，本實用新型前述的各實施例所揭示的巴倫均為相同的結構，圖6進一步給出一種關于巴倫的改進方案。具體為所述巴倫(以23a為例)的橫截面包括兩個對稱設置的臂件231、233和一個連接該兩個臂件的相同端以形成半包圍狀的連接件232。這種改進的巴倫同樣適用于本實用新型的前述實施例中，也同樣適用于本實用新型未揭示的其它潛在實施例中。圖7和圖8給出了本實用新型的寬帶雙極化天線輻射單元的兩個極化的電壓駐波比圖和隔離度圖。由圖可以看出，本實用新型的輻射單元具有很好的寬帶特性，可以滿足I. 7GHZ-2. 7GHz的寬帶應用需求。為了組成本實用新型的寬帶雙極化天線，需采用多個本實用新型所述的輻射單元，將這些輻射單元以規(guī)則矩陣的形式單行多列，或多行多列地布置在同一金屬反射板4上，按照通信天線要求對這些輻射單元進行并聯(lián)饋電。此種天線因其輻射單元得以改進，故同理繼承了其輻射單元的優(yōu)點。綜上所述，本實用新型的寬帶雙極化天線輻射單元，結構簡單，尺寸小巧，性能良好,適合大批量生產(chǎn)。概而言之，以上實施例僅用以說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但 是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或者等同替換；而一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1.一種寬帶雙極化天線輻射単元，包括極化相互正交的兩副對稱振子，每副對稱振子包括一對輻射臂和分別于該對輻射臂的相靠近的一端對每個輻射臂實施同側(cè)支撐的ー對用于固定在金屬反射板上的巴倫，通過該對巴倫對該對輻射臂進行平衡饋電，各輻射臂設置于同一參考面，整個輻射単元關于該參考面的幾何中心呈中心對稱結構，其特征在于以該參考面朝巴倫底部方向延伸而形成的空間被定義為容納空間，所述的每個輻射臂呈封閉的單條線狀，具有處于所述參考面的主體，在輻射臂遠離其相應的巴倫的一端，該輻射臂自其主體折彎設有延伸至該容納空間的擴展部。
2.根據(jù)權利要求I所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述輻射臂的主體呈方形、圓形、多邊形中任意ー種。
3.根據(jù)權利要求I所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述擴展部被限定為在由主體所定義的參考面范圍內(nèi)延伸。
4.根據(jù)權利要求3所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述擴展部與主體之間折彎形成的部位呈銳角。
5.根據(jù)權利要求I所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述擴展部被限定為與所述參考面相垂直延伸。
6.根據(jù)權利要求5所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述擴展部折彎形成的部位位于由主體所定義的參考面范圍的外側(cè)。
7.根據(jù)權利要求I所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述擴展部包括自主體折彎而出的一對直臂和連接該對直臂各自末端的過渡帯。
8.根據(jù)權利要求7所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述過渡帶呈弧狀、多段折線狀、直線狀中任意ー種形狀。
9.根據(jù)權利要求7所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，該對直臂相互平行。
10.根據(jù)權利要求I所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述擴展部整體呈弧狀。
11.根據(jù)權利要求I至10中任意一項所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述巴倫為一體延伸件，其橫截面呈半包圍狀以形成開ロ槽，每對所述對稱振子的兩個巴倫彼此以其開ロ槽相向設置。
12.根據(jù)權利要求11所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述巴倫的開ロ槽的橫截面呈圓形、多邊形或矩形。
13.根據(jù)權利要求11所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述巴倫的橫截面呈圓弧形半包圍狀。
14.根據(jù)權利要求11所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述巴倫的橫截面包括兩個對稱設置的臂件和一個連接該兩個臂件的相同端以形成半包圍狀的連接件。
15.根據(jù)權利要求11所述的寬帶雙極化天線輻射単元，其特征在于，所述各巴倫在靠近所述金屬反射板處相連接以使各巴倫構成一體。
16.—種寬帶雙極化天線,其特征在于,其包括至少ー個如權利要求I至15中任意ー項所述的輻射単元，多個輻射単元之間以規(guī)則矩陣的方式排列組陣且并聯(lián)饋電，各輻射單元所采用的金屬反射板為同一金屬反射板。
專利摘要本實用新型公開一種寬帶雙極化天線及其輻射單元，該輻射單元包括極化相互正交的兩副對稱振子，每副對稱振子包括一對輻射臂和分別于該對輻射臂的相靠近的一端對每個輻射臂實施同側(cè)支撐的一對用于固定在金屬反射板上的巴倫，各輻射臂設置于同一參考面，整個輻射單元關于該參考面的幾何中心呈中心對稱結構，以該參考面朝巴倫底部方向延伸而形成的空間被定義為容納空間，所述的每個輻射臂呈封閉的單條線狀，具有處于所述參考面的主體，在輻射臂遠離其相應的巴倫的一端，該輻射臂自其主體折彎設有延伸至該容納空間的擴展部。本實用新型通過充分利用空間，延長了輻射臂中電流的路徑長度，從而能基于指定電氣指標而降低輻射臂的尺寸。
文檔編號H01Q21/24GK202585746SQ20122011895
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權日2012年3月26日
發(fā)明者肖勇才, 薛鋒章, 賴展軍 申請人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司