專利名稱：雙極化天線及其寬波束輻射單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
雙極化天線及其寬波束輻射單元
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及移動(dòng)通信天線領(lǐng)域，具體涉及一種雙極化天線，進(jìn)一步涉及該雙極化天線所采用的寬波束輻射單元。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，智能天線以其在抗衰落、抗干擾和提高系統(tǒng)容量方面的巨大優(yōu)勢而得到廣泛關(guān)注。智能天線一般分為兩大類多波束智能天線與自適應(yīng)智能天線。其中的多波束天線可以通過頻率復(fù)用成倍地提高系統(tǒng)容量，而且由于使用窄波束，具有很高的增益。陣列天線在構(gòu)成多波束時(shí)，由于陣中單元波瓣的影響，會(huì)導(dǎo)致天線增益在不同掃 描角度上的波束增益存在一定的下降，陣中單元波束越窄，增益下降越明顯。因此，需要一種陣中波束較寬的雙極化輻射單元，使陣列天線在不同角度掃描時(shí)仍具有較高的增益。以往的研究中，寬波束天線多針對(duì)相控陣系統(tǒng)設(shè)計(jì)為圓極化或單極化的。移動(dòng)通信系統(tǒng)基站天線中普遍使用雙極化輻射單元，且波束寬度一般為65°或90°。現(xiàn)有的技術(shù)中，通常采用半波振子或者雙層微帶輻射單元實(shí)現(xiàn)雙極化天線單元。對(duì)于雙層微帶輻射單元而言，通過耦合或直接饋電實(shí)現(xiàn)雙極化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，且可靠性較低，如公開號(hào)CN 200947465Y所公開的一種雙層微帶輻射單元。對(duì)于采用兩對(duì)極化正交的偶極子天線振子結(jié)構(gòu)，可參閱美國專利US6747606B2公開的一種雙極化振子，又如公開號(hào)CN101465475A的專利申請(qǐng)文獻(xiàn)中揭示的一種平面型雙極化天線單元。目前各天線廠家的大部分天線產(chǎn)品都采用后一種形式，即采用兩對(duì)極化正交的半波振子形成輻射單元，且振子多設(shè)計(jì)為平面閉合式半波振子結(jié)構(gòu)，同一副對(duì)稱振子的兩個(gè)振子臂被鋪設(shè)在同一平面上，波束寬度都不寬，尤其是在平板天線中，由于金屬反射板的作用，波束寬度會(huì)進(jìn)一步降低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的首要目的在于設(shè)計(jì)一種寬波束輻射單元，以便其在組成陣列中可以形成多個(gè)窄波束同時(shí)工作或者形成單個(gè)波束在寬角范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。本實(shí)用新型的另一目的在于適應(yīng)前一目的，提供一種雙極化天線，使該寬波束輻射單元得以具體應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型的寬波束輻射單元，包括兩副對(duì)稱振子，每副對(duì)稱振子包括一對(duì)輻射臂和分別于該對(duì)輻射臂的相靠近的一端對(duì)每個(gè)輻射臂實(shí)施同側(cè)支撐的一對(duì)用于固定在金屬反射板上的巴倫，通過該對(duì)巴倫對(duì)該對(duì)輻射臂進(jìn)行饋電，兩副對(duì)稱振子以極化相互正交組裝，所述輻射臂為單線非閉合件，其與相應(yīng)的巴倫固定連接，且整體呈向所述金屬反射板傾斜設(shè)置。所述輻射臂包括中間部和自該中間部兩側(cè)折出的折出部，輻射臂以其中間部與相應(yīng)的巴倫相連接。較佳的，所述輻射臂為平面片狀件。所述巴倫亦可呈平面片狀件。由此，該輻射單元可為一體化壓鑄成型件。進(jìn)一步，所述每個(gè)輻射臂在其非閉合而形成的開口方向前方設(shè)置有與金屬反射板相固定的寄生單元。所述寄生單元可呈圓柱體結(jié)構(gòu)，亦可呈橫截面為多邊形的柱體結(jié)構(gòu)，其豎立于所述金屬反射板上。另一實(shí)施例中，該輻射單元兩側(cè)分別設(shè)有寄生單元，均呈平面片狀，且相互平行設(shè)置。本實(shí)用新型的雙極化天線，其包括若干以矩陣方式排列在同一金屬反射板上的如前所述的寬波束輻射單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于I、通過改變傳統(tǒng)閉合式平面振子臂結(jié)構(gòu)，將振子臂改為向下傾斜的開口式結(jié)構(gòu)， 這樣，就可以通過改變振子臂開口的大小和下傾的角度來改變波束寬度，而且，下傾式振子臂可以保證在陣列方向上，波束寬度不會(huì)因?yàn)榉瓷浒彘L度增加而迅速減小，這為陣列中的單元寬波束打了良好的基礎(chǔ)。2、通過在振子周圍增加寄生單元，可以進(jìn)一步提高波束寬度。且調(diào)節(jié)寄生單元的位置和形狀，可以改變寄生單元的諧振頻率，從而可以用來改善寬帶范圍內(nèi)的波束穩(wěn)定性。

圖I是本實(shí)用新型的寬波束輻射單元的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I所示寬波束輻射單元的俯視圖；圖3是本實(shí)用新型的寬波束輻射單元的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括兩組共四個(gè)附加寄生單元；圖4是本實(shí)用新型的寬波束輻射單元的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括兩個(gè)片狀附加寄生單兀；圖5是圖4所示寬波束輻射單元的仿真水平面方向圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明參照?qǐng)DI和圖2所示，本實(shí)用新型的一種雙極化寬波束輻射單元的第一實(shí)施例揭示該輻射單元包括金屬反射板3，兩副以極化相互正交安裝在金屬反射板3上的對(duì)稱振子
1、2，兩副對(duì)稱振子1、2分別由兩副巴倫12a、12b、22a、22b進(jìn)行支撐并饋電。參照?qǐng)D1，所述金屬反射板3，構(gòu)成輻射單元的反射器，供巴倫12a、12b、22a、22b裝設(shè)其上，圖I示出的金屬反射板3截面大致呈U型，其具有一片狀部31和自片狀部31兩側(cè)折出的折出部32，其中片狀部31用于以矩陣的方式排列設(shè)置多個(gè)所述輻射單元以形成雙極化天線，用于裝設(shè)該些輻射單元的巴倫12a、12b、22a、22b。參照?qǐng)DI，所述每副對(duì)稱振子I或2包括一對(duì)呈中心對(duì)稱且整體朝向金屬反射板3方向下傾設(shè)置的輻射臂lla、llb、21a、21b，所述輻射臂11a、llb、21a、21b均設(shè)置在與其對(duì)應(yīng)的巴倫12a、12b、22a、22b上，巴倫12a、12b、22a、22b底端固定在反射板3上，同一對(duì)稱振子I或2中，相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)巴倫在位置上相靠近，以便與相應(yīng)的兩個(gè)輻射臂的相靠近的一端對(duì)應(yīng)連接。通過改變傳統(tǒng)平面閉合式輻射臂結(jié)構(gòu)，采用單線非閉合結(jié)構(gòu)，將輻射臂改為一側(cè)固定在巴倫上，另一側(cè)向下傾斜的開口式結(jié)構(gòu)，這樣，利用下傾可以使得輻射臂上不同位置點(diǎn)處的遠(yuǎn)場波程差不同，可以通過改變輻射臂開口的大小和下傾的角度來調(diào)節(jié)主瓣的波束寬度，而且，下傾式輻射臂可以保證在陣列方向上，波束寬度不會(huì)因?yàn)榻饘俜瓷浒彘L度增加而迅速減小。這為陣列中的單元寬波束打了良好的基礎(chǔ)。參照?qǐng)D2，從所述開口式輻射臂lla、llb、21a、21b的俯視截面可以看出，其大致為帶折邊的類U型結(jié)構(gòu)，作為優(yōu)化的實(shí)施方式，也可以改為光滑的類U形或其它不規(guī)則非閉合曲線形狀。因此，再結(jié)合圖I和圖2，所述輻射臂lla、llb、21a、21b包括采用平面片狀件，具有一中間部81和自中間部81兩側(cè)折出的折出部82、83，兩個(gè)折出部82、83共同限定了輻射臂 lla、llb、21a、21b 的開口。參照?qǐng)D3，作為本實(shí)用新型的另一種實(shí)施方式，所述兩組對(duì)稱振子1、2的每個(gè)輻射臂11&、11以21&、2113開口方向前方的金屬反射板3上，分別置有一附加寄生單元41、42、43、44。 所述寄生單元41、42、43、44為圓柱體結(jié)構(gòu)，位于兩個(gè)極化方向上且直接固定在金屬反射板3上，共兩組四個(gè)。寄生單元具有窄帶效應(yīng)。只要調(diào)節(jié)諧振頻率，使其剛好在帶寬內(nèi)的高頻附近，恰好可以補(bǔ)償帶寬內(nèi)高低頻處的波束不穩(wěn)定性。因此，可以借助本領(lǐng)域的常識(shí)，調(diào)節(jié)寄生單元的形狀和位置對(duì)輻射單元的電磁特性進(jìn)行優(yōu)化，很容易形成寬帶范圍內(nèi)的穩(wěn)定寬波束。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述寄生單元41、42、43、44為橫截面呈多邊形的柱體結(jié)構(gòu)，位于兩個(gè)極化方向上且直接固定在反射板上，共兩組四個(gè)。參照?qǐng)D4，作為本實(shí)用新型寬波束輻射單元的第三實(shí)施例的圖示，所述輻射單元兩側(cè)分別設(shè)有附加的寄生單元41、42，寄生單元為41、42平面片狀結(jié)構(gòu)，且兩個(gè)寄生單元41、42相互平行放置。作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，巴倫設(shè)計(jì)為平面片狀件、輻射臂也設(shè)為平面片狀件，這種情況下，整個(gè)輻射單元均采用一體化壓鑄成型技術(shù)，使整個(gè)輻射單元均成為一體化壓鑄成型件。由此,加工簡單,節(jié)約成本。圖5給出了本實(shí)用新型所述雙極化天線的寬波束輻射單元第三實(shí)施例的陣列方向波束寬度方向圖。下表是圖5的各線型所代表的頻率與方向波束寬度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系
_W__半功率波束寬度
-dB(cx) 800MHz109.1242
............dB(cx) 880MHz109.7829
———-dB(cx) 960MHzI10.0816由圖5和上表可以看出，本實(shí)用新型的輻射單元陣列方向波束寬度為109° -110°，通過本實(shí)用新型的雙極化寬波束輻射單元，可以容易地實(shí)現(xiàn)陣列方向上的寬波束方向圖。綜上所述，本實(shí)用新型的寬波束輻射單元由于其輻射臂采用了相對(duì)于金屬反射板傾斜設(shè)置的方式，可以保證在陣列方向上，波束寬度不會(huì)因?yàn)榉瓷浒彘L度增加而迅速減小，為陣列中的單元寬波束打了良好的基礎(chǔ)。
概而言之，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型而并非限制本實(shí)用新型所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種寬波束輻射單元，包括兩副對(duì)稱振子，每副對(duì)稱振子包括一對(duì)輻射臂和分別于該對(duì)輻射臂的相靠近的一端對(duì)每個(gè)輻射臂實(shí)施同側(cè)支撐的一對(duì)用于固定在金屬反射板上的巴倫，通過該對(duì)巴倫對(duì)該對(duì)輻射臂進(jìn)行饋電，兩副對(duì)稱振子以極化相互正交組裝，其特征在于所述輻射臂為單線非閉合件，其與相應(yīng)的巴倫固定連接，且整體呈向所述金屬反射板傾斜設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬波束輻射單元，其特征在于，所述輻射臂包括中間部和自該中間部兩側(cè)折出的折出部，輻射臂以其中間部與相應(yīng)的巴倫相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬波束輻射單元，其特征在于，所述輻射臂為平面片狀件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬波束輻射單元，其特征在于，所述巴倫呈平面片狀件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬波束輻射單元，其特征在于，該輻射單元為一體化壓鑄成型件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任意一項(xiàng)所述的寬波束輻射單元，其特征在于，所述每個(gè)輻射臂在其非閉合而形成的開口方向前方設(shè)置有與金屬反射板相固定的寄生單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬波束輻射單元，其特征在于，所述寄生單元呈圓柱體結(jié)構(gòu)，其豎立于所述金屬反射板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬波束輻射單元，其特征在于，所述寄生單元呈橫截面為多邊形的柱體結(jié)構(gòu)，其豎立于所述金屬反射板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任意一項(xiàng)所述的寬波束輻射單元，其特征在于，該輻射單元兩側(cè)分別設(shè)有寄生單元，均呈平面片狀，且相互平行設(shè)置。
10.一種雙極化天線，其特征在于，其包括若干以矩陣方式排列在同一金屬反射板上的如權(quán)利要求I至9中任意一項(xiàng)所述的寬波束輻射單元。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種應(yīng)用于雙極化天線中的寬波束輻射單元，包括兩副對(duì)稱振子，每副對(duì)稱振子包括一對(duì)輻射臂和分別于該對(duì)輻射臂的相靠近的一端對(duì)每個(gè)輻射臂實(shí)施同側(cè)支撐的一對(duì)用于固定在金屬反射板上的巴倫，通過該對(duì)巴倫對(duì)該對(duì)輻射臂進(jìn)行饋電，兩副對(duì)稱振子以極化相互正交組裝，所述輻射臂為單線非閉合件，其與相應(yīng)的巴倫固定連接，且整體呈向所述金屬反射板傾斜設(shè)置。本實(shí)用新型的寬波束輻射單元由于其輻射臂采用了相對(duì)于金屬反射板傾斜設(shè)置的方式，可以保證在陣列方向上，波束寬度不會(huì)因?yàn)榉瓷浒彘L度增加而迅速減小，為陣列中的單元寬波束打了良好的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)H01Q19/10GK202695707SQ201220127048
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者肖勇才, 薛鋒章, 賴展軍 申請(qǐng)人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司