专利名称：八通道高隔离度双极化智能阵列天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种移动通信射频信号传输的智能天线，特别是一种八通道高隔离度双极化智能阵列天线，属于移动通信和互联网技术的天线技术领域。
背景技术：
近年来，随着移动通信技术和互联网技术的迅猛发展，一批批新的热点技术产生， 如移动互联网、无线宽带局域网、城域网、物联网等应运而生，迫切需要采用多天线技术 (即多输入多输出MIMO技术)来提高无线通信信道传输信息的容量和数据传输速率。传统的微波低波段阵列天线均由单极化天线单元组成线性阵列，存在着工作效率低、体形庞大笨重、安装维护困难的缺点，远不能适应移动通信技术的发展对天线技术的要求。目前移动网基站所采用的智能化天线中，最常见的是双极化八个通道半波振子式阵列天线，其由八个天线单元和一个校准网络组成。半波振子的辐射机理决定了其发射线束较为分散，而且各天线之间的隔离度较差。为了降低天线之间的相关性，生产厂家往往采取拉大各天线单元间距的方式，相邻天线单元之间的间距为自由空间工作波长的1/2，对于 TD-SCDMA智能天线来说一般为75mm，那么TD-SCDMA智能天线横向宽度超过600mm。从而使其横截面积过大，风载荷大，在强风暴下安全性能降低，且增加安装固定时的施工难度；当前国内正处于由3G网络向4G网络发展的过渡阶段，这种笨重庞大的天线无法安装在原有 3G设备的安装架上，只能重新设置新天线的安装抱杆，安装需要耗费大量的人力物力，而且设备的运营成本的较高；由于天线面积过大，观瞻性不好，与城市尽管不和谐，公众误认为辐射大而抵触安装，致使天线选址难度增大。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有智能天线隔离度差、体积庞大、不便于安装的缺点，提供一种八通道高隔离度双极化智能阵列天线。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下一种八通道高隔离度双极化智能阵列天线，包括校准网络、置于同一天线外罩内的四个互相独立的双极化天线，其特征是所述的双极化天线具有两个通过二路功分器连接在一起的双极化天线单元，每个双极化天线单元中，自上而下依次具有第一空气介质层、第一金属辐射片、第二空气介质层、接地金属片、第一介质基片、双极微带激励线、第三空气介质层、金属反射底板，所述第一金属辐射片通过绝缘螺杆与天线罩连接，所述接地金属片铺覆在第一介质基片的上端面，并与固定在金属反射底板上的空心金属支座固定连接，所述第一介质基片的下端面设有前端相互正交且不接触的双极微带激励线，所述接地金属片的上端面开有两个相互正交且不接触的受激辐射微槽，所述两个受激辐射微槽与双极微带激励线的前端分别正交对应。本实用新型的有益效果如下本实用新型将微带、微槽、多层理论结合为一体，具有体积小巧、结构紧凑，质量轻的优点；并且天线巧妙的多层结构决定其具有高的单元增益，使其能量辐射性能好、辐射效率高，可靠性高；本天线采用直线型排列方式，加之具有面状发射源，使辐射波束具有更好的方向选择性；每个双极化天线由有两个天线单元构成，增益可达11-11. 5dBi，满足城市民用小区、商业楼宇覆盖等用户密集但范围不是很广区域的需要；天线内部均采用微带走线，节省了连接电缆的使用量，降低了成本；由于体积小巧质量轻，使安装更加方便，可直接安装于现有3G智能天线的安装支架上，而无需增设固定架， 因此大大降低了安装的投入，也为将来的设备维护降低了成本。本八通道高隔离度双极化智能阵列天线适用于室外热点范围区域网络覆盖需要，经测试完全满足运营商相关的电气、机械等性能指标要求，打破了现有智能天线均采用半波振子设计的固有思路和模式，采用高单元增益的天线单元组成天线阵列，在达到同样指标的情况下大大缩小天线的体积、 减轻天线的重量，实现天线的小型化。可替代现有3G天线，也将是4G天线的强有力竞争者。本实用新型实现了小型化，使其进小区成为可能，打消和缓解了附近居民担心大型天线辐射不利于健康的顾虑。进一步的，所述双极化天线单元具有位于第二空气介质层中的平行于第一金属辐射片的第二金属辐射片，所述第二金属辐射片与空心金属支座绝缘固定，第二金属辐射片与接地金属片之间形成第四空气介质层。所述双极化天线单元具有与第二金属辐射片下端面贴合的第二介质基片，所述第二介质基片与空心金属支座固定连接。更进一步的，所述第二金属辐射片与第一金属辐射片之间还具有平行于第一金属辐射片的第三金属辐射片，所述第三金属辐射片与第二金属辐射片、空心金属支座绝缘，第三金属辐射片与第二金属辐射片之间形成第五空气介质层。所述双极化天线单元具有与第三金属辐射片下端面贴合的第三介质基片，所述第三介质基片通过绝缘支座固定于第二介质基片上方。再进一步的，本实用新型八通道高隔离度双极化智能阵列天线，所述双极化天线单元的绝缘螺杆与其第一金属辐射片中心固定连接，并通过天线罩中心的内螺纹孔与天线罩螺纹连接，所述第一金属辐射片为圆形。所述第二金属辐射片为圆形或正方形中的一种。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型实施例1俯视图。图2为实施例1中双极化天线单元Bl的剖视图。图3为本实用新型实施例2的双极化天线单元剖视图。图4为本实用新型实施例3的双极化天线单元剖视图。
具体实施方式
实施例1本实施例的八通道高隔离度双极化智能阵列天线，如图1、图2所示，其包括校准网络(图中未示意)、置于同一天线外罩1内的四个互相独立的双极化天线Al、A2、A3、 A4，所述的双极化天线(以双极化天线A2为例)具有两个通过二路功分器(本例采用 Wilkinson等功率分配器，也可以采用其他电路形式的与其具有相同功能的功率分配器)连接在一起的双极化天线单元Bi、B2，每个双极化天线单元(以双极化天线单元Bl为例) 中，如图2所示，自上而下依次具有第一空气介质层2、第一金属辐射片3、第二空气介质层 4、接地金属片5、第一介质基片6、双极微带激励线7、7'、第三空气介质层8、金属反射底板 9，所述第一金属辐射片3通过绝缘螺杆10与天线罩1连接，接地金属片5铺覆在第一介质基片6的上端面，并与固定在金属反射底板9上的空心金属支座11固定连接，第一介质基片6的下端面设有前端相互正交且不接触的双极微带激励线7、7'，接地金属片的上端面开有两个相互正交且不接触的受激辐射微槽12、12'，两个受激辐射微槽12、12'与双极微带激励线7、7'的前端分别正交对应。本例中，第一金属辐射片3为圆形，绝缘螺杆10与第一金属辐射片3中心固定连接，并通过天线罩1中心的内螺纹孔与天线罩1螺纹连接。该技术方案有利于在天线罩外面通过旋转螺杆微调第一金属辐射片与受激辐射微槽之间的高度，方便调节天线输入输出端口电压驻波比，与微带激励线阻抗匹配，提高天线增益。圆形的金属辐射片在调节过程中只存在高度变化量，因此调节更方便。图1中，C1-C8为天线端口，D为校准网络(图中未示意)的校准端口。校准网络可以安装在金属反射底板的背面，同时为了减少辐射单元对校准网络的影响，一般将校准网络置于半封闭的屏蔽结构中。如图1所示，接地金属片5上的两个受激辐射微槽12、12'尺寸相等，呈双“H”形， 双“H”形的中间横臂相互正交。该技术方案有利于将双极化受激辐射微槽开在面积较小的接地金属片上，用以实现天线的小型化。双“H”形受激辐射微槽12、12'的“H”形中间横臂与接地金属片的X轴或Y轴的夹角为正、负45度。该技术方案有利于将双极化受激辐射微槽开在面积较小的接地金属片上，用以实现天线的小型化。测试结果表明，双极化天线的两个端口互相隔离效果理想，隔离度指标达到30dB 以上，可以彼此独立的工作；天线增益在测试频率1900MHz时的增益为11. 5dBi ；水平面半功率波瓣宽度为72°，垂直面半功率波瓣宽度为36°，前后比小于_25dB;输入输出端口电压驻波比小于1. 3，工作频段的相对带宽为10%左右。实施例2如图3所示，其以实施例1的结构为基础，还设有位于第二空气介质层4中的第二金属辐射片13和第二介质基片14，第二金属辐射片13平行于第一金属辐射片3，第二金属辐射片13的下端面与第二介质基片14的上端面贴合成一体，并与固定在金属反射底板9 上的空心金属支座11固定连接，在第二介质基片14的下方形成第四空气介质层15。该技术方案有利于进一步增大天线的工作频带宽度。所述第二金属辐射片13为圆形，方便调节天线输入输出端口的电压驻波比，与微带激励线阻抗匹配，提高天线增益。测试结果表明，实施例2在实施例1中天线原有电气性能指标不变的前提下工作带宽展宽，相对带宽可达25%左右。此外，还有一种与本例方案等同的技术方案，即双极化天线单元内设置具有位于第二空气介质层中的平行于第一金属辐射片的第二金属辐射片，第二金属辐射片与空心金属支座绝缘固定，第二金属辐射片与接地金属片之间形成第四空气介质层。该技术方案同样有利于进一步增大天线的工作频带宽度。实施例3如图4所示，其以实施例2的结构为基础，在第二金属辐射片13与第一金属辐射片3之间还设有第三金属辐射片18和第三介质基片17，第三金属辐射片18平行于第一金属辐射片3，所述第三金属辐射片18与第二金属辐射片13、空心金属支座11绝缘，第三金属辐射片18的下端面与第三介质基片17的上端面贴合成一体，并与固定在第二介质基片上14的绝缘支座19固定连接，在第三介质基片17的下方形成第五空气介质层16。测试结果表明，实施例3在实施例2中天线原有电气性能指标不变的前提下工作带宽进一步展宽，相对带宽可达40%左右。此外，还有一种与本例方案等同的技术方案，即第二金属辐射片与第一金属辐射片之间设有平行于第一金属辐射片的第三金属辐射片，所述第三金属辐射片与第二金属辐射片、空心金属支座绝缘，第三金属辐射片与第二金属辐射片之间形成第五空气介质层。该技术方案同样有利于进一步增大天线的工作频带宽度。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
权利要求1.八通道高隔离度双极化智能阵列天线，包括校准网络、置于同一天线外罩内的四个互相独立的双极化天线，其特征是所述的双极化天线具有两个通过二路功分器连接在一起的双极化天线单元，每个双极化天线单元中，自上而下依次具有第一空气介质层、第一金属辐射片、第二空气介质层、接地金属片、第一介质基片、双极微带激励线、第三空气介质层、金属反射底板，所述第一金属辐射片通过绝缘螺杆与天线罩连接，所述接地金属片铺覆在第一介质基片的上端面，并与固定在金属反射底板上的空心金属支座固定连接，所述第一介质基片的下端面设有前端相互正交且不接触的双极微带激励线，所述接地金属片的上端面开有两个相互正交且不接触的受激辐射微槽，所述两个受激辐射微槽与双极微带激励线的前端分别正交对应。
2.根据权利要求1所述的八通道高隔离度双极化智能阵列天线，其特征是所述双极化天线单元具有位于第二空气介质层中的平行于第一金属辐射片的第二金属辐射片，所述第二金属辐射片与空心金属支座绝缘固定，第二金属辐射片与接地金属片之间形成第四空气介质层。
3.根据权利要求2所述的八通道高隔离度双极化智能阵列天线，其特征是所述双极化天线单元具有与第二金属辐射片下端面贴合的第二介质基片，所述第二介质基片与空心金属支座固定连接。
4.根据权利要求3所述的八通道高隔离度双极化智能阵列天线，其特征是所述第二金属辐射片与第一金属辐射片之间还具有平行于第一金属辐射片的第三金属辐射片，所述第三金属辐射片与第二金属辐射片、空心金属支座绝缘，第三金属辐射片与第二金属辐射片之间形成第五空气介质层。
5.根据权利要求4所述的八通道高隔离度双极化智能阵列天线，其特征是所述双极化天线单元具有与第三金属辐射片下端面贴合的第三介质基片，所述第三介质基片通过绝缘支座固定于第二介质基片上方。
6.根据权利要求1所述的八通道高隔离度双极化智能阵列天线，其特征是所述双极化天线单元的绝缘螺杆与其第一金属辐射片中心固定连接，并通过天线罩中心的内螺纹孔与天线罩螺纹连接，所述第一金属辐射片为圆形。
7.根据权利要求2所述的八通道高隔离度双极化智能阵列天线，其特征是所述第二金属辐射片为圆形或正方形中的一种。
8.根据权利要求4所述的八通道高隔离度双极化智能阵列天线，其特征是所述第二金属辐射片为圆形或正方形中的一种。
9.根据权利要求1所述的八通道高隔离度双极化智能阵列天线，其特征是所述接地金属片上的两个受激辐射微槽尺寸相等，呈双“H”形，双“H”形的中间横臂相互正交，所述双“H”形受激辐射微槽的“H”形中间横臂与接地金属片的X轴或Y轴的夹角为正、负45度。
10.根据权利要求1所述的八通道高隔离度双极化智能阵列天线，其特征是所述的二路功分器为Wilkinson等功率分配器。
专利摘要八通道高隔离度双极化智能阵列天线，包括校准网络、置于同一天线外罩内的四个互相独立的双极化天线，双极化天线具有两个通过Wilkinson等功率分配器连接在一起的双极化天线单元，每个双极化天线单元中，自上而下依次具有第一空气介质层、第一金属辐射片、第二空气介质层、接地金属片、第一介质基片、双极微带激励线、第三空气介质层、金属反射底板，第一介质基片的下端面设有前端相互正交且不接触的双极微带激励线，接地金属片的上端面开有两个相互正交且不接触的受激辐射微槽。本实用新型将微带、微槽、多层理论结合为一体，具有体积小巧、结构紧凑，质量轻的优点；并且天线的传输性能好，隔离度，可靠性高。
文档编号H01Q1/48GK202121054SQ201020520090
公开日2012年1月18日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者傅海, 吕斌, 庄昆杰, 范海鹃, 郑德典 申请人:庄昆杰