小型化雙極化基站天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種小型化雙極化基站天線，包括輻射裝置和饋電單元，其饋電單元包括兩條同軸電纜及由兩導(dǎo)體形成的兩個相互垂直的巴倫，并且將輻射裝置支撐于反射板之上。輻射裝置由四個交叉振子及四組對稱的帶狀線構(gòu)成，四組對稱的帶狀線位于輻射裝置的中心，與交叉振子連接并對四個交叉振子進(jìn)行匹配饋電，在輻射裝置的中心，四組對稱的帶狀線的相鄰導(dǎo)體相互連接起來，整體形成一個首尾銜接的閉合導(dǎo)體環(huán)，輻射裝置中心之上的頂部導(dǎo)體片是一個正方形或圓形金屬構(gòu)件；與傳統(tǒng)現(xiàn)有的雙極化天線相比，本實(shí)用新型的雙極化天線擁有更小的物理尺寸，卻擁有和現(xiàn)有的天線一樣的技術(shù)指標(biāo)。
【專利說明】小型化雙極化基站天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及一種水平面波瓣寬度在55-75°之間的雙極化定向收發(fā)天線，此天線的兩個極化相互正交，比如正交的水平與垂直或者±45度傾斜極化。

【背景技術(shù)】
[0002]美國專利US3740754，它是最早描述的雙極化天線專利之一，它描述了由兩個金屬材料管組成的振子，這些金屬管以合適的折角線相互連接，且被放置在一個反射帽上，并且通過兩組同軸線分別對兩組振子進(jìn)行饋電。隨后，為了拓寬其工作頻段，數(shù)以百計(jì)的不同的雙極化天線被研發(fā)出來。
[0003]美國專利US4184163描述了一種寬頻雙極化天線，在此專利中，其天線的振子臂由金屬環(huán)構(gòu)成，金屬環(huán)呈戒指環(huán)形或正方形的方框形。US5481272，US5952983，US6028563和US6072439描述了幾種類型的振子，包括折合網(wǎng)格振子，領(lǐng)結(jié)振子，和具有附加PCB巴倫的振子。
[0004]在美國專利US6747606B2，US2005/0253769A1, US2013/0106668A1 與中國專利CN201435451Y，CN102025023A，CN201845867U 和 CN102074781A.中，描述了幾種類型的交叉振子，這些振子包含由兩個分支構(gòu)成的輻射振子臂來改善波瓣寬度。
[0005]因交叉偶極子在水平面產(chǎn)生一個寬的波瓣，為了減小其波瓣寬度，許多更復(fù)雜的輻射體被發(fā)明。美國專利US5940044描述了一種傾斜雙極化天線，這種天線在水平面的半功率波束寬度大約有65°，此天線包含幾個偶極子子陣，每個偶極子由4個單偶極子排列組成呈菱形，鉆石形或正立方塊形，構(gòu)成了偶極子子陣。每個偶極子子陣中的兩個單偶極子與反射板的長邊被傾斜設(shè)計(jì)成+45°，從而形成+45°極化輻射單元陣列。另外兩個單偶極子則與反射板的長邊被設(shè)計(jì)成-45°，從而形成-45°極化輻射單元陣列。在專利中，這些偶極子排列成如下方式，其中同一側(cè)的一個+45°單偶極子和一個-45°單偶極子的相位中心沿平行于反射板長邊的第一垂線排列。同理，另外一個+45°單偶極子和一個-45°單偶極子的相位中心沿第二垂線排列。這種方形偶極子的主要缺點(diǎn)是需要有一個復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，比如，必須使用4條同軸線對這四個單偶極子分別進(jìn)行饋電。
[0006]EP0973231A2, US6333720B1, US6529172B2 和 US2010/0309084A1 描述了幾種具有方形圖案的輻射體。為了利于制造，這些偶極子的巴倫相對于方形振子的圖案中心線傾斜。盡管這是新的圖形結(jié)構(gòu)，但制造這種天線仍然是非常復(fù)雜的。
[0007]美國專利US6313809B1描述了一種由4個單偶極子構(gòu)成的雙極化輻射體，此輻射體恰當(dāng)?shù)胤胖迷谝粋€反射器上，從頂部看，其整體結(jié)構(gòu)上呈正方形。每個偶極子依靠對稱線路進(jìn)行饋電并具有以下特征，雙極化偶極子輻射體在電氣方面以一個與結(jié)構(gòu)上規(guī)定的偶極子取向成+45度或-45度角的極化進(jìn)行輻射，如此實(shí)現(xiàn)各自二分之一偶極子的對稱線路的末端的交錯連接，即相鄰的，相互垂直的二分之一的偶極子的相應(yīng)的二分之一線路始終電連接，并且對于第一極化和與其正交的第二極化來說實(shí)現(xiàn)了去耦且能分別向相對的二分之一的偶極子進(jìn)行電氣饋電。
[0008]關(guān)于這種方形偶極子的另外的一些修改，在美國和中國專利US6940465B2，US7688271B2, CN202423543U,CN202268481U,CN101916910A,CN102097677A,CN102694237A,CN102544711A, CN201199545Y, CN102117967A 和 CN102013560A.中都有被描述。
[0009]專利W02007/114620A1描述了一種由四個折合振子構(gòu)成的雙極化輻射體，此輻射體使用了美國專利US6313809B1相同的布置方式，較好地將其放置于反射板上，關(guān)于此折合振子的另外一些修改在中國專利CN101707292A，CN201430215Y, CN202178382U，和CN202004160U 中都有被描述，另外，中國 CN102377007A, CN201117803Y, CN201117803Y 和CN101505007A描述了幾個折合振子加一個單偶極子通過電容耦合方式構(gòu)成一個方形偶極子圖形。
[0010]在帶寬達(dá)到30%時，已知的這些包含四個通常的或折合振子的輻射體組成一個方形的偶極子能提供一個好的方向圖，但這些偶極子需要一個寬的反射板來產(chǎn)生一個好的前后比。其輻射部署裝置被放在一塊反射板上時，其振子高度大約是中心工作頻率的四分之一波長，因此已知的輻射體都有一個較大的尺寸。
[0011]為了克服這些缺點(diǎn)，許多另外的具有小尺寸特點(diǎn)的雙極化輻射體被發(fā)明，在美國專利 US6933906B2, US7132995B2, US2012/0235873A1,和中國專利 CN102074779A,CN102157783A, CNl 0170729IA, CNlO1572346A, CN201741796U, CN101546863A,CN101673881A, CN202150554U, CN102246352A, CNl0248432IA, CN202423541U,CN102544764A, CN101707287A中描述了許多具有不同振子臂的交叉偶極子。在水平面，交叉偶極子的波瓣寬度太寬，因此，必須使用大的側(cè)邊來減少波瓣寬度，這樣天線的尺寸還是會很大，例如在美國專利US7679576B2。
[0012]在專利WO 2007/114620A1中，描述了由一個連接部分和被連接的震蕩振子臂構(gòu)成的折合振子組成的一個方形的偶極子。在美國專利US2009/0179814 Al中，描述了一種雙極化寬頻段天線，此天線的輻射裝置包含有折合振子，作為優(yōu)先技術(shù)，圖1顯示的就是其輻射體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為了解決上述問題，本申請旨在提供一種高質(zhì)量的小型化雙極化基站天線，這種小型化雙極化基站天線必須能提供高質(zhì)量的方向圖，例如，此小型化雙極化基站天線需具備大的交叉極化比和前后比等。而現(xiàn)有已知的雙極化天線都包含一個寬尺寸的反射器，人們利用這個寬尺寸的反射器來產(chǎn)生大的前后比，因此，這些天線都有較大的外形尺寸?；诖?，本申請的第一個目的是盡可能的減小雙極化天線的物理尺寸，g卩小型化天線；第二個發(fā)明目的是使小型化后的雙極化天線依然擁有與傳統(tǒng)大尺寸的雙極化天線一樣的前后比和交叉極化比等指標(biāo)。第三個發(fā)明目的是為此小型化天線輻射裝置發(fā)明一種優(yōu)秀的寬帶匹配饋電網(wǎng)絡(luò)。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┑男⌒突p極化天線基站包含輻射裝置與支撐導(dǎo)體單元，支撐導(dǎo)體單元將輻射裝置支撐固定在反射板之上，其中，兩支撐導(dǎo)體又構(gòu)成兩個相互垂直的巴倫，并且通過位于輻射裝置中心的兩條同軸電纜來激活輻射裝置，使之產(chǎn)生兩個相互垂直的線性電磁場，此線性電磁場擁有與輻射裝置幾何對角線相平行的E矢量。
[0015]其次，本申請所述輻射裝置包含了 4個折合振子，且通過4組對稱的帶狀線對其匹配饋電。在四組相互對稱的帶狀線之間，每兩組相鄰的帶狀線導(dǎo)體在輻射裝置的中間被相互連接在一起且形成了一個平坦的相互連接的自支撐結(jié)構(gòu)。
[0016]另外，本申請?zhí)炀€的反射板比現(xiàn)有已知天線的反射板要小的多，輻射裝置就被放置在此小尺寸的反射板上，輻射裝置包含有附加導(dǎo)體元件，此導(dǎo)體元件位于相鄰折合振子的末端之間，另一個導(dǎo)體元件位于輻射導(dǎo)體的幾何中心之上，這些附加導(dǎo)體一方面以改善前后比和交叉極化比，另一方面當(dāng)輻射裝置被放在一個小尺寸反射板之上時，這些附加元件也來匹配同軸饋線網(wǎng)絡(luò)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]相應(yīng)的附圖被納入組成了說明的一部分，闡明本申請的具體實(shí)施方案，并連同以下給出的本申請的詳細(xì)描述，解釋本申請的原理。
[0018]圖1是一種雙極化寬頻天線，源于先前的技術(shù)(美國專利US2009/0179814A1)，它展示了一個輻射裝置，此輻射裝置包含的四個折合振子，這四個折合振子被四組對稱的饋線饋電并將其在輻射裝置的中心相互連接在一起。
[0019]圖2是本申請小型化雙極化基站天線的輻射單元實(shí)施例之一的結(jié)構(gòu)立體圖，它包含了一個輻射裝置和附加的導(dǎo)體元件，并置于反射板上。
[0020]圖3是圖2所示小型化雙極化基站天線中的輻射單元的底部結(jié)構(gòu)立體圖，輻射單元帶有兩個支撐導(dǎo)體與兩條饋電同軸電纜，它們被一塊基座金屬板相互連接到一起。
[0021]圖示4是圖2所示小型化雙極化基站天線中的輻射單元不帶頂部金屬板的輻射裝置的俯視圖。
[0022]圖示5是本申請小型化雙極化基站天線輻射單元的第二種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)立體圖，輻射裝置與兩個相互垂直的巴倫整體鑄造或壓鑄在一個金屬模具里，構(gòu)成一個整體式的金屬振子。
[0023]圖示6是圖5實(shí)施方案的一種變形的結(jié)構(gòu)立體圖，構(gòu)成一個圓形的整體式的金屬振子。

【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1是一種雙極化寬頻天線，源于先前的技術(shù)(美國專利US2009/0179814A1)，它展示了一個輻射裝置，此輻射裝置包含的四個折合振子，這四個折合振子被四組對稱的饋線饋電，且每兩組對稱的饋線的相鄰的導(dǎo)體在輻射裝置的中心被連接在一起。天線被置于輻射裝置中心的兩條同軸電纜激活，并輻射兩個相互垂直的線性電磁場，該電磁場擁有與輻射裝置幾何對角線相平行的E矢量。
[0025]圖2展示了本申請的第一種實(shí)施方案，它包含一個用印刷電路板制造的輻射裝置與支撐于反射板I之上的兩個相互垂直的巴倫，反射板I的尺寸比現(xiàn)有已知天線反射板要小，四個折合振子2a，2b，2c和2d被四組對稱的帶狀線22a，22b，22c和22d饋電，它們被置于介質(zhì)基板2的底部表面上，如圖3所示。支撐導(dǎo)體3a和同軸電纜的外導(dǎo)體4a連接到金屬基座片5上，這構(gòu)成了第一個巴倫，同理，第二個巴倫由支撐導(dǎo)體3b和同軸電纜的外導(dǎo)體4b連接到金屬基座片5上構(gòu)成，支撐導(dǎo)體3a和3b小于其中心工作頻率的0.15個波長。支撐導(dǎo)體3a, 3b的底部末端和外導(dǎo)體4a, 4b被導(dǎo)體基座片5連接在一起,頂部導(dǎo)體板6被絕緣支撐柱7支撐在介質(zhì)基板2之上，絕緣介質(zhì)薄膜8隔離開導(dǎo)體基座5與反射板1，并且用塑料鉚釘9將導(dǎo)體基座片5固定在反射板I上，因此，本實(shí)施實(shí)例不會因金屬間的連接問題而產(chǎn)生被動互調(diào)。導(dǎo)體10被焊接且位于介質(zhì)板2的拐角并指向反射板1，側(cè)板11位于介質(zhì)基板2的邊緣。
[0026]圖3展示了介質(zhì)板2的下表面，它包含四個折合振子2a，2b，2c和2d，這四個折合振子分別被四組對稱的帶狀線22a，22b，22c和22d饋電，四個相同導(dǎo)體12位于介質(zhì)基板2下表面的折合振子末端之間。四個相同導(dǎo)體10分別連接到四個導(dǎo)體12上。
[0027]支撐導(dǎo)體3a的頂部末端被連接到相鄰的兩組對稱帶狀線22c和22d的連接部位處，同理，支撐導(dǎo)體3b的頂部末端被連接到相鄰的兩組對稱帶狀線22a和22d的連接部位處；同軸電纜外導(dǎo)體的頂部末端4a的頂部末端被連接到相鄰的兩組對稱帶狀線22a和22b的連接部位處，同理，同軸電纜外導(dǎo)體的頂部末端4b的頂部末端被連接到相鄰的兩組對稱帶狀線22b和22d的連接部位處。
[0028]圖4展示的是沒有頂部導(dǎo)體塊6的介質(zhì)基板2的頂視圖，同軸電纜4a與4b的內(nèi)導(dǎo)體14a與14b通過導(dǎo)體橋15a與15b分別連接到支撐導(dǎo)體3a與3b的頂部末端。
[0029]導(dǎo)體10分別與折合振子的末端和反射板I進(jìn)行電容耦合，因此，射頻電流沿著導(dǎo)體10流動并沿著反射板產(chǎn)生一個定向輻射，此輻射的電場E矢量定向垂直于反射板，這個輻射改善了在E面的波束寬度并且在一定程度上抑制了折合振子在后方向上的輻射。導(dǎo)體12連接到導(dǎo)體10，改善了導(dǎo)體10與折合振子末端間的電容耦合。從而，導(dǎo)體10與導(dǎo)體12提高了天線的前后比，并產(chǎn)生了一個輻射，且其E矢量定向垂直于反射板，此輻射提高了天線在±60°區(qū)域邊緣的交叉極化比。這樣做的結(jié)果就是當(dāng)天線有一個小的反射器時，此小型化天線和傳統(tǒng)已知的大反射板天線有相同的前后比及±60°區(qū)域邊緣的交叉極化比。
[0030]導(dǎo)體橋15a和15b激活上導(dǎo)體片6，上導(dǎo)體片6的外形尺寸要比折合振子小，因此，它輻射工作頻段的高頻段，上導(dǎo)體片6的輻射與折合振子的輻射是不同的，因?yàn)檎酆险褡拥妮椛涫?組對稱的帶狀線末端所激活的，在工作頻段的高頻段兩者的輻射是不一樣的，這在一定程度上足夠抑制來自折合振子的輻射，所以來導(dǎo)體片6產(chǎn)生的輻射改善了天線在工作頻段的高頻段的波束寬度，這樣做的結(jié)果就是當(dāng)天線的振子與反射板間的高度小于工作中心頻率0.15個波長時，天線具有與傳統(tǒng)天線相同的指標(biāo)，傳統(tǒng)天線的振子高度大約為0.25個波長。
[0031]上導(dǎo)體片6與導(dǎo)體10,12 一起產(chǎn)生的反射在一定程度上抑制了來自折合振子的反射，作為結(jié)果，當(dāng)天線的振子與反射板間的高度小于中心頻率0.15個波長時，天線通過饋電電纜將產(chǎn)生與傳統(tǒng)天線相同的匹配帶寬，而傳統(tǒng)天線振子與反射板間的高度約是0.25個波長。
[0032]圖5展示的是本申請專利的第二種實(shí)施方案，輻射裝置包含折合振子31a，31b，31c和31d，連接到折合振子的對稱帶狀線32a，32632c和32d，兩個相互垂直的巴倫，它們通過壓鑄法鑄造成一個整體。第一個巴倫由支撐導(dǎo)體33a，同軸線外導(dǎo)體，及將它們連在一起的基座板35構(gòu)成。
[0033]導(dǎo)體30被絕緣介質(zhì)墊片36支撐在相鄰折合振子末端間，每個導(dǎo)體30都被折彎成直角，導(dǎo)體30的一部分固定在絕緣介質(zhì)墊片36里，另外一部分指向反射板37，因此，導(dǎo)體30充當(dāng)了圖4中的導(dǎo)體10和12。圖5展示的本申請的第二個實(shí)施方案與第一實(shí)施方案有相同的優(yōu)點(diǎn)，但是此方案適合大規(guī)模制造，制造成本更低，能承受更大的功率。
[0034]圖6展示的是本申請專利的另一種金屬實(shí)施方案，輻射裝置包含折合振子45a，45b, 45c和45d，它們呈圓形結(jié)構(gòu)，通過壓鑄法鑄造成一個圓形金屬整體。絕緣支撐柱42將頂部導(dǎo)體43支撐在輻射裝置的上方，導(dǎo)體40被絕緣介質(zhì)墊片41支撐在相鄰折合振子末端間，每個導(dǎo)體40都被折彎成直角，導(dǎo)體40的一部分固定在絕緣介質(zhì)墊片41里，另外一部分指向反射板44，因此，導(dǎo)體40充當(dāng)了圖4中的導(dǎo)體10和12。圖6展示的本申請的實(shí)施方案與圖5展示的實(shí)施方案有相同的優(yōu)點(diǎn)。
[0035]根據(jù)本申請的設(shè)計(jì)思想，一種工作在1710-2200MHZ的±45°雙極化天線樣品被設(shè)計(jì)出來，振子與反射板的高度約為20mm，反射板的尺寸是120*120mm，經(jīng)匹配測試，這個天線的水平面半功率波瓣寬度為60-68°，駐波比VSWR優(yōu)于1.20 ;進(jìn)而，包含五個這樣的輻射單元的±45°極化的電調(diào)陣列天線被設(shè)計(jì)已出來，這個電調(diào)天線的截面尺寸僅為120*45mm，在1710-2200MHZ頻段內(nèi)這個電調(diào)陣列天線的前后比化優(yōu)于28dB，交叉極化比優(yōu)于27dB，它在主方向上的交叉極化比優(yōu)于25dB，在±60°區(qū)域邊緣的交叉極化比優(yōu)于10dB，駐波比VSWR優(yōu)于1.25。
[0036]綜上所述，本申請?zhí)峁┝艘环N小型化的基站天線的設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)的小型化基站天線與傳統(tǒng)大尺寸天線具有相同的技術(shù)指標(biāo)。并且此技術(shù)可以運(yùn)用到其他任何頻段的天線開發(fā)中去，來減少天線的物理尺寸，例如，用到690-960MHZ，1710-271MHz等電調(diào)陣列天線中減少其物理尺寸。因此，以上僅是本申請的幾個較佳實(shí)施例之一，并非對本申請的技術(shù)范圍作任何限制，本行業(yè)的技術(shù)人員，在本技術(shù)方案的啟迪下，可以做出一些變形與修改，凡是依據(jù)本申請的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上的實(shí)施例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬于本申請技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種小型化雙極化基站天線，包括:輻射裝置和饋電單元，饋電單元包括兩條同軸電纜及兩支撐導(dǎo)體構(gòu)成的兩相互垂直的巴倫，并將輻射裝置支撐于反射板之上； 所述輻射裝置由四個折合振子及四組對稱導(dǎo)體帶狀線構(gòu)成，四組對稱導(dǎo)體帶狀線位于輻射裝置的中心分別與四個折合振子連接，并對四個折合振子匹配饋電； 所述輻射裝置與反射板間的距離小于其工作頻段內(nèi)中心頻率的0.15個波長； 所述四組對稱導(dǎo)體帶狀線在輻射裝置的中心位置首尾相互連接在一起； 所述同軸電纜的外導(dǎo)體頂部末端與支撐導(dǎo)體的頂部末端分別在輻射裝置的中心連接到四組對稱的導(dǎo)體帶狀線上，連接位置位于相鄰對稱導(dǎo)體帶狀線連接部位處，即相互連接的拐角上； 所述同軸電纜的外導(dǎo)體的底部末端與支撐導(dǎo)體的底部末端連接在金屬基座板上； 所述同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體通過放置在輻射裝置之上的導(dǎo)體橋連接到支撐導(dǎo)體，導(dǎo)體橋連接方向是沿輻射裝置的對角線方向連接同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體與支撐導(dǎo)體； 四個相鄰折合振子末端之間設(shè)置有矩形導(dǎo)體，共計(jì)四個矩形導(dǎo)體，四個矩形導(dǎo)體中每個矩形導(dǎo)體分別又獨(dú)立連接一個導(dǎo)體，該獨(dú)立連接的導(dǎo)體位于輻射體與反射板之間； 所述輻射裝置的幾何中心之上有一塊頂部平面導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化雙極化基站天線，其特征在于:所述折合振子是印刷電路板構(gòu)件，在相鄰折合振子的末端之間設(shè)有導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化雙極化基站天線，其特征在于:所述輻射裝置及兩個相互垂直的巴倫是一個體化成型的整體外觀呈正方形或圓形金屬振子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化雙極化基站天線，其特征在于:所述頂部平面導(dǎo)體被絕緣支撐柱將其支撐在輻射裝置的幾何中心之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化雙極化基站天線，其特征在于:所述頂部平面導(dǎo)體是一個正方形或圓形金屬構(gòu)件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化雙極化基站天線，其特征在于:所述金屬基座板與反射板之間有絕緣介質(zhì)薄片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化雙極化基站天線，其特征在于:所述反射板有側(cè)邊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小型化雙極化基站天線，其特征在于:相鄰折合振子末端之間固定有導(dǎo)體條，導(dǎo)體條被彎曲且被介質(zhì)墊片支撐在反射板與輻射裝置之間。
【文檔編號】H01Q1/24GK204144419SQ201420691910
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】維克托, 李梓萌 申請人:李梓萌