提高三极子天线交叉极化鉴别度的天线阵列的制作方法

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种提高三极子天线交叉极化鉴别度的天线阵列。

背景技术

现有基站天线通常采用±45°双极化来对抗多径效应。申请号为201220661202.7，发明名称为“超宽频双极化基站天线辐射单元”，公开日为2013年6月19日，提出了双极化基站天线采用两个交叉偶极子直接产生双极化。申请号为201310628350.8，发明名称为“天线及阵列天线”，公开日为2014年3月5日，也提出了采用两个交叉偶极子直接产生双极化的基站天线。申请号为201280021424.5，发明名称为“三极子天线元件与天线阵列”，公开日为2014年1月8日，为了创造结构更紧凑的±45°双极化天线，并且降低基站天线的成本，该专利提出了三极子天线元件与天线阵列，该专利涉及的每个三极子元件都具有第一侧臂和第二侧臂，三极子元件还包括近似垂直于第一及第二侧臂的中心臂；三极子元件被定向使得侧臂或中心臂平行于反射体的纵向轴；该三极子天线元件可被看做由两个折叠的偶极子背靠背放置构成，每个折叠的偶极子的臂产生两个相互垂直的电流，因此合成一个斜极化，同样，另一个折叠的偶极子的臂也产生两个相互垂直的电流，合成另一个斜极化。对于该专利，其在第8页第15行所述“交叉极化比鉴别度在+/-60°的区段内为大于12db”，对该三极子元件进行组阵后，交叉极化比鉴别度仍然不理想。交叉极化比鉴别度(crosspolarizationdiscrimination,xpd)是表征天线维持水平和垂直极化信号间辐射或接收的极化纯度的能力，xpd越大越好。因此，如何基于上述三极子元件，提升其子阵列的交叉极化比鉴别度等性能，有利于该天线的大规模应用。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明提供一种提高三极子天线交叉极化鉴别度的天线阵列，解决了现有技术中三极子天线单元组阵时交叉极化比较高的问题。

本发明所采用的技术方案是，提高三极子天线交叉极化鉴别度的天线阵列，包括4个相同的三极子天线单元、馈电网络和反射板，4个三极子天线单元相对于中心点顺序旋转安装在反射板上，反射板的正面印制有馈电网络。

进一步的，所述4个三极子天线单元均包括第一介质板、第二介质板以及第三介质板，第三介质板分别与第一介质板、第二介质板垂直，第一介质板、第二介质板和第三介质板的下端均设置有矩形插槽用于安装在反射板上，第一介质板、第二介质板与第三介质板之间也通过插槽连接。

进一步的，所述第一介质板均有一个连接点，分别记为“1a”、“2b”、“1c”、“2d”，第一介质板上表面印制有第一馈线的一部分，下表面印制有第一半波振子的一个臂；

所述第二介质板均有一个连接点，分别记为“2a”、“1b”、“2c”、“1d”，第二介质板上表面印制有第二馈线的一部分，下表面印制有第二半波振子的一个臂；

所述第三介质板靠右侧的上表面印制有第一馈线的另一部分，下表面印制有第一半波振子的另一个臂；第三介质板靠左侧的上表面印制有第二馈线的另一部分，下表面印制有第二半波振子的另一个臂；

第一馈线的一部分与第一馈线的另一部分焊接连接构成第一馈线；

第二馈线的一部分与第二馈线的另一部分焊接连接构成第二馈线；

第一半波振子的一个臂与第一半波振子的另一个臂构成第一半波振子；

第二半波振子的一个臂与第二半波振子的另一个臂构成第二半波振子。

进一步的，所述第一馈线的一部分与第一介质板的连接点连接；第二馈线的一部分与第二介质板的连接点连接。

进一步的，所述第一半波振子的一个臂、第一半波振子的另一个臂、第二半波振子的一个臂和第二半波振子的另一个臂的臂长相等，为0.25倍的自由空间中中心工作频点对应的波长。

进一步的，所述馈电网络包含第一馈电网络和第二馈电网络，第一馈电网络的输入端是第一端口，输出端分别标记为“1a’,1b’,1c’,1d’”，输出端1a’,1b’,1c’,1d’的电流幅度相等，相位分别为180°，0°，0°，180°，四个输出端分别与4个三极子天线单元的连接点“1a,1b,1c,1d”焊接；

第二馈电网络的输入端是第二端口，输出端分别标记为“2a’,2b’,2c’,2d’”，输出端2a’,2b’,2c’,2d’的电流幅度相等，相位分别为0°，0°，180°，180°，四个输出端分别与4个三极子天线单元的连接点“2a,2b,2c,2d”焊接。

进一步的，所述反射板背面为覆铜的fr-4方形介质板。

进一步的，所述第一介质板、第二介质板以及第三介质板的厚度为0.5mm-1.6mm；采用rogers4350b板材或者fr-4板材。

进一步的，所述提高三极子天线交叉极化鉴别度的天线阵列作为子阵列应用在阵列中，子阵列可任意排布。

本发明的有益效果是，本发明采用旋转放置三极子天线单元并对每个单元对应的端口配以合适的相位；与现有技术相比，本发明的交叉极化鉴别度有所提高；本发明无空间浪费的同时，克服了三极子天线大规模商业化使用中交叉极化鉴别度低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构俯视图；

图2是本发明天线阵列的俯视图；

图3是本发明馈电网络的俯视图；

图4是本发明三极子天线单元的结构示意图；

图5是本发明三极子天线单元第一介质板的结构示意图；

图6是本发明三极子天线单元第二介质板的结构示意图；

图7是本发明三极子天线单元第三介质板的结构示意图；

图8是实施例1在不同频点h面的仿真方向图；

图9是实施例2在不同频点h面的仿真方向图；

图10是实施例1在3.45ghz的矢量电流分布图；

图11是实施例2在3.45ghz的矢量电流分布图。

图中，1.三极子天线单元，11.第一介质板，12.第二介质板，13.第三介质板，111.第一馈线的一部分，112.第一半波振子的一个臂，121.第二馈线的一部分，122.第二半波振子的一个臂，131.第一馈线的另一部分，132.第一半波振子的另一个臂，133.第二馈线的另一部分，134.第二半波振子的另一个臂，2.馈电网络，21.第一馈电网络，22.第二馈电网络，23.第一端口，24.第二端口，3.反射板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

提高三极子天线交叉极化鉴别度的天线阵列，包括4个相同的三极子天线单元1、馈电网络2和反射板3，如图1所示，4个三极子天线单元1相对于中心点顺序旋转安装在反射板3上；

4个三极子天线单元1均包括第一介质板11、第二介质板12以及第三介质板13，如图5-7所示，第三介质板13分别与第一介质板11、第二介质板12垂直；第一介质板11、第二介质板12和第三介质板13的下端均设置有矩形插槽便于安装在反射板3上，第一介质板11、第二介质板12与第三介质板13之间也通过插槽连接，如图4所示；

三极子天线单元1用于产生±45°双极化波，4个三极子天线单元1的第一介质板11均有一个连接点，分别记为“1a”、“2b”、“1c”、“2d”，第二介质板12均有一个连接点，分别记为“2a”、“1b”、“2c”、“1d”，第一介质板11和第二介质板12之间的距离设置为1-3mm，如图2所示；

第一介质板11上表面印制有第一馈线的一部分111，下表面印制有第一半波振子的一个臂112，如图5所示；

第二介质板12上表面印制有第二馈线的一部分121，下表面印制有第二半波振子的一个臂122，如图6所示；

第三介质板13靠右侧的上表面印制有第一馈线的另一部分131，下表面印制有第一半波振子的另一个臂132；第三介质板13靠左侧的上表面印制有第二馈线的另一部分133，下表面印制有第二半波振子的另一个臂134；如图7所示；

第一馈线的一部分111与第一馈线的另一部分131焊接连接构成第一馈线从而实现电连接；第二馈线的一部分121与第二馈线的另一部分133焊接连接构成第二馈线从而实现电连接；

第一馈线和第二馈线可看作是传统偶极子巴伦从中间弯折90度形成的，第一馈线的一部分111和第一馈线的另一部分131、第二馈线的一部分121和第二馈线的另一部分133的长度、宽度均可适当调节，其作用是降低天线回波损耗，提高天线匹配程度。

第一半波振子的一个臂112、第一半波振子的另一个臂132、第二半波振子的一个臂122和第二半波振子的另一个臂134的臂长相等，为0.25倍的自由空间中心工作频点对应的波长，本实施例1和2中，工作频段为3.3-3.6ghz，中心频点为3.45ghz，经计算，中心频点为3.45ghz时对应的波长为87cm，第一半波振子的一个臂112和第一半波振子的另一个臂132的臂长为0.25×87cm＝21.7cm，它们的实际长度可根据需要变动。

馈电网络2，包含第一馈电网络21和第二馈电网络22，第一馈电网络21是一个一分四的功分器，其输入端是第一端口23，输出端分别标记为“1a’,1b’,1c’,1d’”，输出端1a’,1b’,1c’,1d’的电流幅度相等，相位分别为180°，0°，0°，180°，四个输出端分别与4个三极子天线单元1的连接点“1a,1b,1c,1d”焊接，如图3所示；当第一端口23被激励，第二端口24接匹配负载时，第一馈电网络21传输的能量耦合到连接点1a和1c分别对应的三极子天线单元1的第一半波振子的一个臂112和第一半波振子的另一个臂132上，使得第一半波振子的一个臂112形成沿+y方向的电流，第一半波振子的另一个臂132形成沿+x方向的电流，这样沿+y方向的电流和沿+x方向的电流可以合成出沿+45°方向的电流。同时，第一馈电网络21传输的能量耦合到连接点1b和1d分别对应的三极子天线单元1的第二半波振子的一个臂122和第二半波振子的另一个臂134上，使得第二半波振子的一个臂122形成沿+x方向的电流，第二半波振子的另一个臂134上形成沿+y方向的电流，也合成出沿+45度的电流。

第二馈电网络22也是一个一分四的功分器，其输入端是第二端口24，输出端分别标记为“2a’,2b’,2c’,2d’”，输出端2a’,2b’,2c’,2d’的电流幅度相等，相位分别为0°，0°，180°，180°，四个输出端分别与4个三极子天线单元1的连接点“2a,2b,2c,2d”焊接；当第二端口24被激励，第一端口23接匹配负载时，第二馈电网络22传输的能量耦合到连接点2a和2c分别对应的三极子天线单元1的第二半波振子的一个臂122和第二半波振子的另一个臂134上，使得第二半波振子的一个臂122形成沿-y方向的电流，第二半波振子的另一个臂134形成沿x方向的电流，这样沿-y方向的电流和沿x方向的电流可以合成出沿-45°方向的电流。同时，第二馈电网络22传输的能量耦合到连接点2b和2d分别对应的三极子天线单元1的第一半波振子的一个臂112和第一半波振子的另一个臂132上，使得第一半波振子的一个臂112形成沿x方向的电流，第一半波振子的另一个臂132形成沿-y方向的电流，这样沿x方向的电流和沿-y方向的电流也合成出沿-45°方向的电流。

反射板3用于减少三极子天线单元1的后向辐射，获得高增益的前向辐射，同时作为馈电网络2的载体，给三极子天线单元1提供合适的相位；反射板3背面为覆铜的fr-4方形介质板，且反射板3的正面印制有馈电网络2；

第一介质板11、第二介质板12以及第三介质板13的厚度为0.5mm-1.6mm；第一介质板11、第二介质板12以及第三介质板13的材质采用rogers4350b板材或者fr-4板材。

反射板3的厚度为0.5mm-1.6mm，厚度根据实际需要选择。

馈电网络2微带线的长度、宽度、位置都可根据实际需要进行调整。第一馈电网络21，只要保证其输出端的幅度相等，相位分别为180°，0°，0°，180°即可；第二馈电网络22，只要保证其输出端的幅度相等，相位分别为0°，0°，180°，180°即可；

提高三极子天线交叉极化鉴别度的天线阵列的阵列排布是4个三极子天线单元1相对于中心点顺序旋转，提高三极子天线交叉极化鉴别度的馈电方式是四个三极子天线单元1的+45度极化方向对应的端口采用幅度相等，相位差分别为180°，0°，0°，180°的第一馈电网络21馈电，四个三极子天线单元1的-45度极化方向对应的端口采用幅度相等，相位差分别为0°，0°，180°，180°的第二馈电网络22馈电，也可以说，提高三极子天线交叉极化鉴别度的馈电方式是将端口1a，1b，1c,1d与幅度相等，相位差分别为180°，0°，0°，180°的第一馈电网络21连接，并将端口2a，2b，2c,2d与幅度相等，相位差分别为0°，0°，180°，180°的第二馈电网络22连接。

实施例1

图8是采用旋转放置并赋予端口合适相位的子阵列在3.3，3.45和3.6ghz的h面方向图，该方向图包含主极化和交叉极化比曲线。

如图10所示，连接点1a，1b，1c,1d等幅度被激励，且馈电相位分别为180°，0°，0°，180°时的矢量电流分布图。图10左侧的标度代表电流密度分布，颜色越浅，代表电流幅度越大，反之，颜色越深，代表电流幅度越小，从图10中可以看出，当1a，1b，1c,1d等幅度被激励，且馈电相位分别为180°，0°，0°，180°时，能量耦合到连接点1a和1c分别对应的三极子天线单元1的第一半波振子的一个臂112和第一半波振子的另一个臂132上，使得第一半波振子的一个臂112形成沿+y方向的电流，第一半波振子的另一个臂132形成沿+x方向的电流，这样沿+y方向的电流和沿+x方向的电流可以合成出沿+45°方向的电流。同时，能量耦合到连接点1b和1d分别对应的三极子天线单元1的第二半波振子的一个臂122和第二半波振子的另一个臂134上，使得第二半波振子的一个臂122形成沿+x方向的电流，第二半波振子的另一个臂134上形成沿+y方向的电流，也合成出沿+45度的电流。而在2a,2b,2c和2d连接点对应的半波振子的臂上，有较弱的感应电流，其合成方向沿-45度，引入了部分交叉极化。

实施例2

图9是未采取本发明的阵列排布和馈电方式的子阵列在3.3，3.45和3.6ghz的h面方向图，该方向图包含主极化和交叉极化比曲线。

图11是本发明涉及的三极子天线单元1按常规方式组阵时(连接点1a，1b，1c,1d等幅度同相位被激励)在3.45ghz的矢量电流分布图。图11左侧的标度代表电流密度分布，颜色越浅，代表电流幅度越大，反之，颜色越深，代表电流幅度越小。从图11中可以看出，连接点1a，1b，1c,1d等幅度同相位被激励时，传输的能量耦合到第一半波振子的一个臂112和第一半波振子的另一个臂132上，使得第一半波振子的一个臂112形成沿+y方向的电流，第一半波振子的另一个臂132形成沿+x方向的电流；这样沿+y方向的电流和沿+x方向的电流可以合成出沿+45°方向的电流。与实施例1不同的是，非激励连接点2b，2c对应的半波振子的两个臂上的感应电流幅度远大于实施例1中的连接点2b，2c对应的半波振子的两个臂上的感应电流幅度，它们的合成方向沿-45°，与主导的+45°极化方向相反，因此它们在远场的极化纯度下降，由此引入的交叉极化比实施例1的交叉极化大，也就是说实施例2的交叉极化鉴别度低于实施例1的交叉极化鉴别度。

从实施例1和实施例2可以看出，这两个天线阵列的主极化曲线近似，图8的交叉极化比在±60°内最大值为-24.3db，图9的交叉极化比在±60°内最大值为-13.7db。也就是说，采用旋转放置三极子天线单元1并对每个三极子天线单元1的端口配置合适的相位的方法后，交叉极化鉴别度的最大值提升了10.6db。4个三极子天线单元1相对于中心点顺序旋转，且4个三极子天线单元1的+45度极化方向对应的端口采用幅度相等，相位差分别为180°，0°，0°，180°的第一馈电网络21馈电，四个三极子天线单元1的-45度极化方向对应的端口采用幅度相等，相位差分别为0°，0°，180°，180°的第二馈电网络22馈电，可以提高三极子天线子阵列交叉极化鉴别度。

本文的图1组成的天线阵列还可作为子阵列应用在阵列中，子阵列可任意排布。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。