專利名稱：不對稱結(jié)構(gòu)的雙極化寬頻輻射單元及陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信基站天線領(lǐng)域，尤其是涉及一種不對稱結(jié)構(gòu)的雙極化寬頻輻射單元及陣列天線。
背景技術(shù)：
隨著移動通信的迅猛發(fā)展與變革，以及新一代LTE(Long Term Evolution ；LTE)與WiMAX的4G無線寬帶技術(shù)的多體制發(fā)展現(xiàn)狀，要求節(jié)省基站站址安裝資源以減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本。因此，要求天線可多系統(tǒng)共用已成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。而寬頻天線單元的研制作為基站天線設(shè)計的基礎(chǔ)，同時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。市場需求一種頻率為l710MHz_2690MHz 用于新一代 LTE(Long Term Evolution)的天線，要求帶寬為44. 5 %，全頻段駐波比小于1. 4，且兩端口隔離度大于30。這種寬帶天線比常規(guī)的基站天線帶寬都要寬，天線的駐波比和輻射指標(biāo)要求也更為嚴(yán)格，除了一般的輻射指標(biāo)外，為了完善覆蓋效果，水平面波束偏斜和循跡誤差在超寬頻天線設(shè)計中亦要有充份的考慮，這無疑在設(shè)計上提出了很大的挑戰(zhàn)。請參閱圖1，其是一種現(xiàn)有技術(shù)的雙極化寬頻輻射單元結(jié)構(gòu)示意圖。該雙極化寬頻輻射單元包括金屬反射板1、安裝在金屬反射板上的不平衡-平衡饋電連接器2、與不平衡-平衡饋電連接器連接的連接元件及安裝在不平衡-平衡饋電連接器頂部的兩對結(jié)構(gòu)相同的圓弧狀輻射單元臂4，所述兩對圓弧狀輻射單元臂4位于同一平面內(nèi)，且兩對圓弧狀輻射單元臂4中任何不相鄰的兩個圓弧狀輻射單元臂圍繞所述不平衡-平衡饋電連接器2的中心呈中心對稱分布。進(jìn)一步，由于饋電功能的要求，設(shè)置在該不平衡-平衡饋電連接器2內(nèi)的饋電片的結(jié)構(gòu)相對于同一輻射單元臂組中的各輻射單元臂是不對稱的，不能實現(xiàn)整個頻帶內(nèi)完全平衡饋電，這會使該雙極化寬頻輻射單元的輻射特性中，主極化水平面方向圖隨著頻率和邊界條件的變化而有不同程度的偏斜和循跡誤差。如圖2所示，其是圖1所示的輻射單元組成的陣列天線 的陣列水平面測試結(jié)果圖。由圖可見，在+45°和-45°這兩個極化的水平面在個別的最差頻點(diǎn)上，波束偏斜和循跡誤差較大，在±60°范圍內(nèi)不同極化的電平差異為3dB。傳統(tǒng)的解決辦法是在將上述雙極化寬頻輻射單元組陣成天線時，將相鄰的雙極化寬頻輻射單元旋轉(zhuǎn)180°排布，然后在饋電網(wǎng)絡(luò)中的個別電纜上來彌補(bǔ)180°的相位差。但是由于使用的頻帶寬，電纜網(wǎng)絡(luò)高頻和低頻的相位斜率差異較大，不易實現(xiàn)準(zhǔn)確的相位彌補(bǔ)，從而導(dǎo)致組陣的天線增益有所犧牲和垂直面的賦形扭曲，這種方法在寬頻中不適合使用，且會使得整個天線的組陣結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，不利于優(yōu)化生產(chǎn)裝配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的雙極化寬頻輻射單元，以減少和克服在寬頻帶上兩個極化出現(xiàn)的個別頻點(diǎn)的偏斜與循跡誤差，增加+45°和-45°水平面在±60。范圍內(nèi)的對稱性。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種不對稱結(jié)構(gòu)的雙極化寬頻輻射單元，包括金屬反射板、設(shè)置在該金屬反射板上的不平衡-平衡饋電連接器和設(shè)置在該不平衡-平衡饋電連接器的頂部的輻射單元臂組，該輻射單元臂組包括兩對相互正交的子輻射單元臂，每對子輻射單元臂呈對角設(shè)置，且每對子輻射單元臂之間的結(jié)構(gòu)相異。進(jìn)一步，該不平衡-平衡饋電連接器包括安裝在金屬反射板上的外導(dǎo)體，該外導(dǎo)體在對輻射單元臂饋電的同時，支撐并電連接輻射單元臂組。進(jìn)一步，每一個子輻射單元臂為軸對稱的圓弧片狀實心結(jié)構(gòu)，相鄰的子輻射單元臂的對稱軸之間的夾角相同，子輻射單元臂的臂寬由寬到窄地伸延到不平衡-平衡饋電連接器的外導(dǎo)體上，并且與所述外導(dǎo)體電性連接。每對子輻射單元臂中的一個在弧線處具有一內(nèi)凹缺口，或在弧線處具有一與圓弧片狀實心結(jié)構(gòu)垂直連接的尾片。以及，本發(fā)明還提供了一種采用上述雙極化寬頻輻射單元的陣列天線。一種陣列天線，包括殼體及安裝在殼體內(nèi)的多個雙極化寬頻輻射單元，殼體具有底板及從底板的縱向兩邊彎折形成的一對側(cè)板，所述多個雙極化寬頻輻射單元安裝在所述其中一個底板上。該雙極化寬頻輻射單元包括包括金屬反射板、設(shè)置在該金屬反射板上的不平衡-平衡饋電連接器和設(shè)置在該不平衡-平衡饋電連接器的頂部的輻射單元臂組，該輻射單元臂組包括兩對子輻射單元臂，每對子輻射單元臂呈對角設(shè)置，且每對子輻射單元臂之間的結(jié)構(gòu)相異。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的雙極化寬頻輻射單元進(jìn)行水平或垂直排列形成的陣列天線，不僅能夠獲得不同極化水平面方向圖的對稱性，還可實現(xiàn)良好的端口隔離特性和交叉極化鑒別率。且其結(jié)構(gòu)簡單緊湊、性能高、成本低，易于制造及安裝。


圖1是一種現(xiàn)有技術(shù)的雙極化寬頻輻射單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示的輻射單元組成的陣列天線的陣列水平面測試結(jié)果圖。圖3是本發(fā)明雙極化寬頻輻射單元100的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3所示的雙極化寬頻輻射單元100的輻射單元臂組40的俯視圖。圖5是本發(fā)明陣列天線200的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是圖5所示的陣列天線200的陣列水平面測試結(jié)果圖。
具體實施例方式請同時參閱圖3和圖4，其中，圖3是本發(fā)明雙極化寬頻輻射單元100的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3所示的雙極化寬頻輻射單元100的輻射單元臂組40的俯視圖。該雙極化寬頻輻射單元100包括金屬反射板10、不平衡-平衡饋電連接器20和輻射單元臂組40。其中，該不平衡-平衡饋電連接器20設(shè)置在該金屬反射板10上，該輻射單元臂組40設(shè)置在該不平衡-平衡饋電連接器20的頂部。具體的，該不平衡-平衡饋電連接器20包括外導(dǎo)體22及設(shè)置在外導(dǎo)體內(nèi)的連接元件24。該外導(dǎo)體22安裝在金屬反射板10上。所述外導(dǎo)體22在對輻射單元臂40饋電的同時，支撐并電連接輻射單元臂組40。該連接元件24包括多個饋電片242、安裝在每個饋電片242上的卡盤244及設(shè)置在相鄰饋電片242之間的固定塊246。該饋電片242為Γ形狀，其包括水平部及與水平部連接的垂直部。所述卡盤244安裝在垂直部上。饋電片242對整體雙極化寬頻輻射單元進(jìn)行耦合饋電，從而實現(xiàn)從不平衡饋電(如同軸饋電)到平衡饋電的轉(zhuǎn)換，并通過饋電片242的不同寬度來完成阻抗匹配的變換。通過固定塊246及安裝在饋電片242的垂直部上的卡盤244將所述饋電片242固定在不平衡-平衡饋電連接器20的外導(dǎo)體22上。進(jìn)一步，該不平衡-平衡饋電連接器20的底端設(shè)有用于焊接電纜的焊片，所述焊片并穿過金屬反射板10，以便連接陣列網(wǎng)絡(luò)。該輻射單元臂組40包括兩對相互正交的子輻射單元臂。每一個子輻射單元臂均為軸對稱圖形，且為圓弧片狀實心結(jié)構(gòu)，子輻射單元臂的臂寬由寬到窄地伸延到不平衡-平衡饋電連接器20的外導(dǎo)體22上，并且與所述外導(dǎo)體22電性連接。其中，每對子輻射單元臂中的一個子輻射單元臂與另一個子輻射單元臂結(jié)構(gòu)相異，具體為在弧線處具有一內(nèi)凹缺口，或在弧線處具有一與單元臂垂直連接的尾片。在本實施例中，兩對共四個子輻射單元臂具體依序為第一子輻射單元臂40a、第二子輻射單元臂40b，第三子輻射單元臂40c和第四子輻射單元臂40d。該四個子輻射單元臂的圓弧片狀結(jié)構(gòu)設(shè)置在同一平面上，且相鄰的子輻射單元臂的對稱軸之間的夾角相同。其中，該第一子輻射單元臂40a和第二子輻射單元臂40b在弧線處具有一內(nèi)凹缺口 44，另外第三子輻射單元臂40c和第四子輻射單元臂40d在弧線處具有一與單元臂垂直連接的尾片46，且使每個子輻射單元臂的結(jié)構(gòu)與在其兩側(cè)相鄰的輻射單元臂中的一個結(jié)構(gòu)相異。所述兩個非相鄰的第一子輻射單元臂40a和第三子輻射單元臂40c組成輻射對稱振子，作為微波能量輻射的主要部件。優(yōu)選地，所述每個子輻射單元臂的表面上形成至少一條防滑紋路42。每個子輻射單元臂與所述金屬反射板10之間的高度為中心工作頻率波長的四分之一。請參閱圖5，其是本發(fā)明陣列天線200的結(jié)構(gòu)示意圖。該陣列天線200包括殼體300及安裝在殼體300內(nèi)的多個本發(fā)明 的雙極化寬頻輻射單元100。殼體300具有底板302及從底板302的縱向兩邊彎折形成的一對側(cè)板304。所述多個雙極化寬頻輻射單元100安裝在所述底板302上。所述每個雙極化寬頻輻射單元100之間橫向安裝有橫隔板306。優(yōu)選地，在相鄰的兩個橫隔板306之間安裝縱隔板307。進(jìn)一步優(yōu)選地，在與所述殼體300上靠近中間位置的兩個雙極化寬頻輻射單元100之間的橫隔板306上傾斜安裝一片兩端傾斜的隔條301，通過設(shè)置在該斜隔條301下方的橫隔板306上的塑料柱體303及螺釘305而將隔條301固定。這樣可以在不影響方向圖性能的情況下，提高陣列天線200的兩極化之間的隔離度。請參閱圖6，其是圖5所示的陣列天線200的陣列水平面測試結(jié)果圖。在1710 2690MHz頻段，天線電壓駐波比小于1. 4，隔離度大于30dB，而實測增益同在14. 5dBi到16dBi之間。+45°和-45°這兩個極化的水平面在個別的最差頻點(diǎn)上，波束偏斜和循跡誤差較小，在±60°范圍內(nèi)不同極化的電平差異為1. 2dB。由此可見，使用本發(fā)明的不對稱的輻射單元能有效的改善寬頻天線的波束偏斜和循跡誤差，大大改善了覆蓋效果。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的雙極化寬頻輻射單元能夠獲得良好的端口隔離特性和良好的交叉極化鑒別率。而采用該雙極化寬頻輻射單元的陣列天線具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、性能高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，易于制造，裝配安裝方便。而且對比當(dāng)前同類產(chǎn)品的對稱振子結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明既可實現(xiàn)寬帶，又可減少不同極化在不同頻率上水平面波束的偏斜和循跡誤差。
本發(fā)明并不局限于上述實施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍 ，倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形。
權(quán)利要求
1.一種不對稱結(jié)構(gòu)的雙極化寬頻輻射單元，其特征在于包括金屬反射板、設(shè)置在該金屬反射板上的不平衡-平衡饋電連接器和設(shè)置在該不平衡-平衡饋電連接器的頂部的輻射單元臂組，該輻射單元臂組包括兩對相互正交的子輻射單元臂，每對子輻射單元臂呈對角設(shè)置，且每對子輻射單元臂之間的結(jié)構(gòu)相異。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化寬頻輻射單元，其特征在于該不平衡-平衡饋電連接器包括安裝在金屬反射板上的外導(dǎo)體，該外導(dǎo)體在對輻射單元臂饋電的同時，支撐并電連接福射單元臂組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙極化寬頻輻射單元，其特征在于每一個子輻射單元臂為軸對稱的圓弧片狀實心結(jié)構(gòu)，相鄰的子輻射單元臂的對稱軸之間的夾角相同，子輻射單元臂的臂寬由寬到窄地伸延到不平衡-平衡饋電連接器的外導(dǎo)體上，并且與所述外導(dǎo)體電性連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙極化寬頻輻射單元，其特征在于每對子輻射單元臂中的一個在弧線處具有一內(nèi)凹缺口，或在弧線處具有一與圓弧片狀實心結(jié)構(gòu)垂直連接的尾片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙極化寬頻輻射單元，其特征在于該輻射單元臂組包括第一子輻射單元臂、第二子輻射單元臂，第三子輻射單元臂和第四子輻射單元臂，該四個子輻射單元臂的圓弧片狀實心結(jié)構(gòu)設(shè)置在同一平面上，其中，該第一子輻射單元臂和第二子輻射單元臂在弧線處具有一內(nèi)凹缺口，另外第三子輻射單元臂和第四子輻射單元臂在弧線處具有一與圓弧片狀實心結(jié)構(gòu)垂直連接的尾片，使每個子輻射單元臂的結(jié)構(gòu)與在其兩側(cè)相鄰的輻射單元臂中的一個結(jié)構(gòu)相異。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極化寬頻輻射單元，其特征在于所述每個子輻射單元臂的表面上形成至少一條防滑紋路。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極化寬頻輻射單元，其特征在于每個子輻射單元臂與所述金屬反射板之間的高度為中心工作頻率波長的四分之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙極化寬頻輻射單元，其特征在于該不平衡-平衡饋電連接器還包括設(shè)置在外導(dǎo)體內(nèi)的連接元件，該連接元件包括多個饋電片、安裝在每個饋電片上的卡盤及設(shè)置在相鄰饋電片之間的固定塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙極化寬頻輻射單元，其特征在于該饋電片為Γ形狀，其包括水平部及與水平部連接的垂直部。所述卡盤安裝在垂直部上。通過固定塊及安裝在饋電片的垂直部上的卡盤將所述饋電片固定在不平衡-平衡饋電連接器的外導(dǎo)體上。
10.一種陣列天線，其特征在于包括殼體及安裝在殼體內(nèi)的多個如權(quán)利要求1所述的雙極化寬頻輻射單元，殼體具有底板及從底板的縱向兩邊彎折形成的一對側(cè)板，所述多個雙極化寬頻輻射單元安裝在所述底板上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的陣列天線，其特征在于所述每個雙極化寬頻輻射單元上橫向安裝有橫隔板。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陣列天線，其特征在于在相鄰的兩個橫隔板之間安裝縱隔板。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的陣列天線，其特征在于在與該殼體上靠近中間位置的一個雙極化寬頻輻射單元連接的橫隔板上傾斜安裝一片兩端傾斜的隔條，通過設(shè)置在該斜隔條下方的橫隔板上的塑料柱體及螺釘而將隔條固定。
全文摘要
一種不對稱結(jié)構(gòu)的雙極化寬頻輻射單元，包括金屬反射板、設(shè)置在該金屬反射板上的不平衡-平衡饋電連接器和設(shè)置在該不平衡-平衡饋電連接器的頂部的輻射單元臂組，該輻射單元臂組包括兩對相互正交的子輻射單元臂，每對子輻射單元臂呈對角設(shè)置，且每對子輻射單元臂之間的結(jié)構(gòu)相異。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不對稱結(jié)構(gòu)的雙極化寬頻輻射單元能夠獲得良好的端口隔離特性和良好的交叉極化鑒別率。而采用該雙極化寬頻輻射單元組成的陣列天線可有效的改善水平面波束的偏斜和循跡誤差，同時具有增益高、工作帶寬寬和波束收斂性強(qiáng)等特點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡單緊湊、性能高、成本低、易于制造、裝配安裝方便。
文檔編號H01Q1/36GK103036009SQ20111030324
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者張鵬, 郭曉棟, 張趁意 申請人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司