专利名称：宽频双极化阵列天线及其平面振子的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种宽频双极化阵列天线 及一种平面振子。
技术背景
随着移动通信的迅猛发展，电磁环境日益复杂，给移动通信双极化定向 天线的设计提出了很高的要求。部分天线电气性能上要求宽频带、高隔离度，
高增益，主轴交叉极化鉴别率要求大于20dB，在交叉极化鉴别率大于10dB， 良好的方向性，波束收敛性好。以及对周围环境的协调形，要求体积小，重 量轻，外形美观。而且成本低才能满足市场竟争需求。
北美市场需求一种频率为695MHz-89^MHz的天线，带宽为25.3%,要 求全频段驻波比小于1. 35，两端口隔离度要求大于30。这种宽带天线比常规 的各种基站天线带宽都要宽，而且天线的驻波比要求也极为严格，在设计难 度上提出了很高的挑战。
阵列天线的辐射单元很大程度上决定了天线的多项性能，如增益，电压 驻波比带宽，波束宽度，波束收敛性和交叉极化等。在高增益基站天线的设 计中，在满足波束宽度限制的基础上，最大限度提高天线辐射单元增益。边 界条件对双极化天线的波束收敛性、隔离度有着决定性的作用。双极化辐射 振子还要求良好的交叉极化性能，两个极化之间的隔离度也提出了很高的要 求。所以在设计出高性能辐射单元的前提下，对边界条件的选择也是一个重 要课题。
发明内容
本发明的首要目的就是要提供一种结构简单、频带宽、高隔离度的宽频 双极化阵列天线。
本发明的另一目的在于提供一种适用于前一目的的平面振子。 为实现该目的，本发明采用如下技术方案本发明的宽频双极化阵列天线，包括装设在金属反射板上的多个用于收 发信号的辐射单元，每一辐射单元均包括振子部和平衡馈电连接莽，平衡馈
电连接器于金属反射板上支撑振子部并对其进行馈电，其特征在于所述振 子部，由四个振子臂构成二对正交的半波振子，各振子臂均具有正方形开口 框，开口框内嵌套一矩形闭合框，开口框与闭合框的同一角完全重合。
更进一步的，所述金属反射板两侧沿其纵长方向设有边墙，相邻两个辐 射单元之间横向设有金属片，至少一个振子部的下方，在沿金属反射板纵长 方向的两侧，设有平行于所述边墙的金属侧板。
为了加固连接，该辐射单元还包括四个介质支撑杆，其分别连接于四个 振子臂底部与金属反射板之间以支撑该辐射单元。
所述振子部中，各振子臂的开口框和闭合框均为微带线，被印刷于同一
介质基板中，也即形成本发明的平面振子。
更具体的，所述平衡馈电连接器包括大小相同的两介质板，其各自的中 部设有沿纵长方向的槽口，两者相互交叉成十字状连接，各介质板顶部两侧 均设有凸块，其一侧面自该凸块至介质板的底端，设有穿过所述平面振子的 介质基板上的通孔与该馈电点连接用于接地的微带线，另一侧面则设有用于 耦合信号到其中一半波振子的微带线。
与现有技术相比，本发明由于改进了其所使用的振子的结构，具备如下 优点首先，特殊的振子臂形式和馈电方式相配合，结构简单，易于实现； 其次，特殊的边界条件，尤其是在其中一个或多个振子的振子臂下方，纵向 安装有两金属侧板，可起到高隔离度的效果；再者，至少开口方形框内嵌套 矩形闭合框的振子臂决定了天线具有宽带宽，增益高的特点。
图1为本发明的一种平面振子所构成的双极化辐射单元的侧视图； 图2为本发明平面振子的平面示意图3为本发明的一种平衡连接馈电器的结构详解示意图，其中图3a为其 第一介质板的第一侧面示意图，图3b为其第一介质板的第二侧面示意图，图 3c为第二介质板的第一侧面示意图，图3d为其第二介质板的第二侧面示意图4为本发明宽频双极化阵列天线的装配示意图5为本发明宽频双极化阵列天线实测-45。极化端口电压驻波比示意
图6为本发明宽频双极化阵列天线实测+45。极化端口电压驻波比示意
图7为本发明宽频双极化阵列天线实测的两个极化之间的隔离度示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进 一 步的说明
请参阅图1至图4。图1示出本发明宽频双极化阵列天线的辐射单元， 该辐射单元装设于金属反射板2上，由平衡馈电连接器32、连接元件、介质 支撑杆35和平面振子31共同构成。平衡馈电连接器32固设在金属反射板2 上，在对辐射单元馈电的同时，支撑并固定平面振子31以实现整个辐射单元 的固装。
图2示出本发明的平面振子31，包括FR4材料的介质基板310、印刷在 该介质基板310同一表面上的振子部，振子部由四个振子臂4组成，振子臂 4采用同一共面导电板以微带线的形式形成。各振子臂4均呈正方形开口框 状，即具有一外角部设有缺口 410的开口框41,开口框41内嵌套一矩形闭 合框42，闭合框42的内角部与开口框41的内角部完全重合，由此，开口框 41与闭合框42便具有两条组成同一内角的公共边，由此形成一振子臂4。四 个振子臂4以相同行、列距正方形布置；由此，四个振子臂4在整体上组成 一个四角开口的较大的正方形状，沿其两条对角线上，可组成两个半波振子。
为了实现对每个半波振子进行馈电，需要在每个半波振子的两个开口框 41的彼此相向的角部处设置馈电点40，由此，两个半波振子共形成四个馈电 点40。而为了便于所述连接元件的接入，则需要在所述介质基板310上，对 应振子部的各馈电点40处，设置供连接元件穿入的通孔。平面振子31可以 与平衡馈电连接器32电性连接以组成所述的辐射单元。
图3示出了平衡馈电连接器32的具体结构，它包括两个片状的介质板 51, 52,两者大小、厚薄均相同，即图3a和图3b所组成的第一介质板51、图3c和图3d所组成的第二介质板52。第一介质板51的中部自底部向上设 有纵长的槽口 510。而第二介质板52也自上向下设有与前述槽口相配合的槽 口 520，藉此两者便可相互交叉成十字状交叉连接。图3中第一介质板51和 第二介质板52顶部两側均分别设有两个凸块512， 522，各个凸块512， 522 通过插置于所述平面振子31的介质基板310的馈电点40处通孔中，可实现 平衡馈电连接器32与平面振子31的固设。
图3a为第一介质板51的第一侧面，其设有将信号耦合到所述平面振子 31的其中一个半波振子的微带线513，图3b为第一介质板51的第二侧面， 其自该凸块512至介质板51的底端，随着该凸块512的组装关系，设有穿过 所述平面振子31的介质基板310上的通孔与该个半波振子的馈电点40连接 以用于接地的微带线514。
同理，图3c为第二介质板52的第一侧面，其设有将信号耦合到所述平 面振子31的其中另一个半波振子的微带线523，图3d为第二介质板52的第 二侧面，其自该凸块522至介质板52的底端，随着该凸块52的组装关系， 设有穿过所述平面振子31的介质基板310上的通孔与该个半波振子的馈电 点40连接以用于接地的微带线524。
由平衡馈电连接器32表面上印刷的这些微带线513, 514, 523, 524便 构成了所述连接元件。
所述平衡馈电连接器32与金属反射板2之间均应设有相固设的物理结 构，且所述金属反射板2上应设置有与所述连接元件513， 514， 523, 524 相连接的电路元件。
图4中，同一辐射单元的每个半波振子的彼此相向的角部处设置馈电点 40 (参阅图2)，馈电点40与所述平衡馈电连接器32的凸台512, 522连接， 平衡馈电连接器32的下端连接在相应功分器电路上，并与金属反射板2相固 设。为了加强辐射单元的结构强度，平面振子31所在的介质基板310上设有 四个小孔30 (参阅图2)，用来安装四个塑料介质支撑杆35,介质支撑杆35 另一端连接在金属反射板2上予以固定。
本发明实施例中由于振子臂4的改进，可以改变天线阻抗特性，增加天 线辐射带宽特性。
请参阅图4，本发明中金属反射板2在其纵长方向的两侧设有边墙23结 构，在相邻两个辐射单元之间橫向安装有金属片24,特别是在其中一个或多个平面振子31的正下方，纵向安装有两金属侧板25，两金属侧板25与金属 反射板2的边墙23平行。这样可以在不影响方向图性能的情况下，提高天线 两极化之间的隔离度。
参阅图5至图7,由本发明的双极化辐射单元构成的阵列天线样品，全 频段具有良好的方向图。695 ~ 896MHz频段，电压驻波比小于1.3,隔离度 大于33dB，由6个辐射单元组成的天线的实测增益在15dBi到16dBi之间。 水平面3dB波束宽度为60度到71度，主轴交叉极化比大于20dB，在±60°交 叉极化比大于10dB。环境试验合格，能够很好地满足移动通信系统的要求。
容易看出，按照本发明制造的该天线将具有结构简单紧凑和高性能的优 点，且易于制造，方便安装使用。而且与当前同类产品的主要形式相比，本 发明带宽宽，增益高，交叉极化比和隔离度性能好的特点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但并不仅^又受上述实施例的限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组 合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种宽频双极化阵列天线，包括装设在金属反射板上的多个用于收发信号的辐射单元，每一辐射单元均包括振子部和平衡馈电连接器，平衡馈电连接器于金属反射板上支撑振子部并对其进行馈电，其特征在于所述振子部，由四个振子臂构成二对正交的半波振子，各振子臂均具有正方形开口框，开口框内嵌套一矩形闭合框，开口框与闭合框的同一角完全重合。
2、 根据权利要求1所述的宽频双极化阵列天线，其特征在于所述金 属反射板两侧沿其纵长方向设有边墙。
3、 根据权利要求1所述的宽频双极化阵列天线，其特征在于所述金 属反射板上，相邻两个辐射单元之间横向设有金属片。
4、 根据权利要求1所述的宽频双极化阵列天线，其特征在于至少一 个振子部的下方，在沿金属反射板纵长方向的两侧，设有平行于所述边墙的 金属侧板。
5、 根据权利要求1所述的宽频双极化阵列天线，其特征在于该辐射 单元还包括四个介质支撑杆，其分别连接于四个振子臂底部与金属反射板之 间以支撑该辐射单元。
6、 根据权利要求1至5中任意一项所述的宽频双极化阵列天线，其特 征在于所述振子部中，各振子臂的开口框和闭合框均为微带线，被印刷于 同一介质基板中。
7、 根据权利要求6所述的宽频双极化阵列天线，其特征在于所述平 衡馈电连接器包括大小相同的两介质板，其各自的中部设有沿纵长方向的槽口，两者相互交叉成十字状连接，各介质板顶部两侧均设有凸块，其一侧面 自该凸块至介质板的底端，设有穿过所迷平面振子的介质基板上的通孔与该馈电点连接用于接地的微带线，另 一侧面则设有用于耦合信号到其中 一半波振子的微带线。
8、 一种平面振子，装设于阵列天线中用于完成信号的接收和发射，其 特征在于包括一介质基板和以微带线印刷其上的振子部，振子部由四个振 子臂构成二对正交的半波振子，各振子臂均具有正方形开口框，开口框内嵌 套一矩形闭合框，开口框与闭合框的同一角完全重合。
全文摘要
本发明公开一种宽频双极化阵列天线，包括装设在金属反射板上的多个用于收发信号的辐射单元，每一辐射单元均包括振子部和平衡馈电连接器，平衡馈电连接器于金属反射板上支撑振子部并对其进行馈电，所述振子部，由四个振子臂构成二对正交的半波振子，各振子臂均具有正方形开口框，开口框内嵌套一矩形闭合框，开口框与闭合框的同一角完全重合。进一步的，本发明还提出一种平面振子，其由前述振子部印刷在介质基板上而得。本发明具有如下优点首先结构较为简单，电气性能优越，尤其表现在所述金属反射板及其边界，能高隔离度；其次，至少开口方形框内嵌套矩形闭合框的振子臂决定了天线具有宽带宽，增益高的特点。
文档编号H01Q19/10GK101673881SQ20091019314
公开日2010年3月17日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者刘良涛, 宇 王 申请人:京信通信系统(中国)有限公司