一种双极化辐射单元及带有该双极化辐射单元的阵列天线的制作方法

本发明涉及一种双极化辐射单元及带有该双极化辐射单元的阵列天线。

背景技术

伴随移动互联网和物联网的发展，4g移动通信系统的网络速率、网络容量、终端连接数量及空口时延已经不能满足市场与技术演进的需求，未来需要带宽更宽、速率更高、功耗更低、时延更短的5g移动通信技术，基站天线将面临着巨大的挑战，传统基站天线已不能满足5g系统的需求。

作为5g关键技术之一的大规模天线技术，能够很好的解决在4g技术基础上的不足之处，通过在基站端布置几十上百个天线规模的天线阵列，而不仅仅是几根天线，辐射信号给目标用户。在5g移动通信系统中，要求作为天线核心部件的辐射单元尺寸小，且具有精准的尺寸；而在5g高频段的前提下，传统辐射单元的实现形式很难保证尺寸的精准，误差大，而较大的误差往往是此高频段天线的致命之处。为了保证精准的尺寸，本发明抛弃以往采用压铸形式的天线辐射单元，而是整体采用了微带形式，加强了天线制作的精度，结构简单，生产难度大大降低，且利于大规模阵列天线的集成化。

在大规模阵列天线实际工作时，阵元间的耦合总是存在的，它对天线的性能会产生非常不利的影响，使得按照传统方法设计出的天线辐射单元无法满足现实的需要。在实际的阵列天线系统中，每一个天线单元都是开放型电路，各单元之间通过电磁耦合作用相互影响，特别时当阵元间距较小时，其耦合作用就不可忽视了。天线的互耦效应直接影响到天线性能的电参数的改变，如电流分布发生变化，输入阻抗改变，辐射方向图失真，主波束偏移等。在本发明中，为了解决阵列之间的互耦，在所设计的双极化辐射单元上创新设计去耦电路，提高了极化隔离度，使天线达到了最佳设计效果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现有技术中阵列之间互耦的问题，提出了一种新的双极化辐射单元及带有该双极化辐射单元的阵列天线，该天线具有有效解决阵列间互耦，提高了极化隔离度的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种双极化辐射单元，包括辐射装置，所述辐射装置包括设置在第一pcb基板上的十字交叉对称设置的阵子臂，所述阵子臂与去耦电路采用直馈方式或者耦合方式连接，所述去耦电路的有效长度为0.02～0.1个波长。

进一步的，优选地，所述去耦电路与所述阵子臂之间的耦合间距小于所述去耦电路的有效长度。

优选地，所述辐射装置通过巴伦馈电装置支撑在辐射单元底座上，所述巴伦馈电装置一端与所述辐射装置连接，所述巴伦馈电装置另一端与所述辐射单元底座连接。

更优选地，所述巴伦馈电装置包括十字交叉设置的两块第二pcb基板，每块所述第二pcb基板上均设有巴伦装置和馈电装置。

更优选地，所述巴伦装置为设置在所述第二pcb基板一侧的第一微带线，所述馈电装置为设置在所述第二pcb基板另一侧的第二微带线。

更优选地，十字交叉设置的两块所述第二pcb基板的一端穿过所述第一pcb基板并与所述第一pcb基板焊接在一起，十字交叉设置的两块所述第二pcb基板的另一端与所述辐射单元底座焊接在一起

一种带有双极化辐射单元的阵列天线，包括多个所述双极化辐射单元、校准网络、多个第一功分器和金属反射板，多个所述双极化辐射单元设置所述金属反射板上，所述第一功分器与所述馈电装置连接，所述校准网络由多个第二功分器和多个定向耦合器组成，所述第二功分器连接所述定向耦合器，所述定向耦合器与所述第一功分器连接。

更优选地，与所述功分器连接的每一级功分端口均连接有隔离电阻，在最后一级末端设有贴片电阻。

更优选地，所述功分器总的输入端口为校准端口，所述定向耦合器的输入端口为功分器的输出端口，所述定向耦合器的输出端口为天线射频信号的输入端口。

本发明的有益效果在于：本发明通过设置去耦电路，有效解决阵列间互耦，提高极化隔离度，有利于大规模阵列天线的集成化；本发明通过去耦电路与辐射装置相连接，相比于阵列间添加去耦装置，利于集成化设计，降低工艺复杂度，提高系统整体性能的一致性；本发明通过加载不同的幅度和相位实现天线波束赋形，便于提高系统数据容量和频谱效率；本发明具有双极化、小型化、高隔离、高精度的优点，并且可以满足3300～3800mhz范围。

附图说明

图1是本发明一种双极化辐射单元的结构示意图；

图2是本发明一种双极化辐射单元的俯视图一；

图3是本发明一种双极化辐射单元的俯视图二；

图4是本发明一种带有双极化辐射单元的阵列天线的结构示意图；

图5是本发明一种带有双极化辐射单元的阵列天线的部分俯视图；

图6是本发明的校准网络的正视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一：

请参见图1，本实施例公开了一种双极化辐射单元，所述双极化辐射单元1包括辐射装置2、巴伦馈电装置3、辐射单元底座53，所述辐射装置2通过巴伦馈电装置3支撑在辐射单元底座53上，所述巴伦馈电装置3一端与所述辐射装置2连接，所述巴伦馈电装置3另一端与所述辐射单元底座53连接，所述辐射装置2通过所述巴伦馈电装置3设置在所述辐射单元底座53上；

所述巴伦馈电装置3包括十字交叉设置的两块第二pcb基板52，每块所述第二pcb基板52上均设有巴伦装置和馈电装置，所述巴伦装置为设置在所述第二pcb基板52一侧的第一微带线，所述馈电装置为设置在所述第二pcb基板52另一侧的第二微带线，通过馈电装置对所述辐射装置2进行耦合馈电，通过巴伦装置3平衡馈电装置4对辐射装置2的馈电，通过巴伦装置3将高频信号从单端输入变为平衡输出，并完成阻抗匹配的功能；

如图2所示，所述辐射装置2包括设置在第一pcb基板51上的十字交叉对称设置的阵子臂21，每个阵子臂21通过馈电装置进行耦合馈电，所述阵子臂21与去耦电路22采用直馈方式连接，所述阵子臂21和所述去耦电路22均设置在第一pcb基板51上，所述阵子臂21的每个端部对应一个去耦电路22，四个去耦电路22相对双极化辐射单元1中心呈旋转对称结构或者镜像对称结构，优选旋转对称结构，所述去耦电路22以微带线形式设置在第一pcb基板51上，所述去耦电路22的有效长度为0.02个波长，所述波长等于电磁波的传输速度除以频率，所述电磁波的传输速度等于3*10^{^8}m/s，所述频率为3300～3800mhz，优选频率为3500mhz，所述去耦电路22呈“l”形或者一字型，优选“l”形，所述去耦电路22的有效长度为“l”形去耦电路22的长边加上短边的和，通过设置去耦电路22有效地解决阵列间互耦，提高极化隔离度，有利于大规模阵列天线的集成化，可通过加载不同的幅度和相位实现天线波束赋形，便于提高系统数据容量和频谱效率；

十字交叉设置的两块所述第二pcb基板52的一端穿过所述第一pcb基板51并与所述第一pcb基板51焊接在一起，两块所述第二pcb基板52垂直交叉设置，十字交叉设置的两块所述第二pcb基板52的另一端与所述辐射单元底座53焊接在一起。

如图4和5所示，一种带有双极化辐射单元的阵列天线，所述阵列天线11包括多个所述双极化辐射单元1、多个第一功分器13和金属反射板14，所述双极化辐射单元1通过所述辐射单元底座53设置在金属反射板14上，所述第一功分器13由两个一进两出的等分功分器组成，多个所述双极化辐射单元1和多个第一功分器13均设置所述金属反射板14上，多个所述双极化辐射单元1和多个所述第一功分器13均呈阵列方式设置在所述金属发射板14上，多个所述双极化辐射单元1呈8*n形式设置，n为正整数，优选8*8形式，多个第一功分器13也呈相对应的8*n形式设置，n为正整数，优选8*8形式，所述第一功分器13与所述馈电装置4连接，如图6所示，所述阵列天线11还包括校准网络12，所述校准网络12由多个第二功分器15和多个定向耦合器16组成，第二功分器15采用(8×n-1)个，n为正整数，所述定向耦合器16采用8×n个，n为正整数，所述第二功分器15连接所述定向耦合器16，所述定向耦合器16与所述第一功分器15连接；

与所述第二功分器15连接的每一级功分端口均连接有隔离电阻，隔离电阻的阻值为100ω，在最后一级末端设有贴片电阻，贴片电阻的阻值为50ω。

所述第二功分器15总的输入端口为校准端口，所述定向耦合器16的输入端口为第二功分器15的输出端口，所述定向耦合器16的输出端口为天线射频信号的输入端口。

双极化辐射单元1的两端口电压驻波比在3300-3800mhz频带内，电压驻波比小于1.4，有良好的匹配性能，双极化辐射单元的端口隔离度在3300-3800mhz频带内，端口隔离度小于-30db，有良好的隔离效果。

实施例二：

如图2所示，将实施例一中的所述去耦电路22的有效长度设为0.035个波长，所述波长等于电磁波的传输速度除以频率，所述电磁波的传输速度等于3*10^{^8}m/s，所述频率为3300～3800mhz，优选频率为3500mhz。

实施例三：

如图3所示，在实施例一的基础上将所述阵子臂21与去耦电路22采用耦合方式连接，并将所述去耦电路22的有效长度设为0.04个波长，所述去耦电路22优选设置成“u”形，“u”形去耦电路22的有效长度为三条边相加的和，同时所述去耦电路22与所述阵子臂21之间的耦合间距小于所述去耦电路的有效长度。

实施例四：

如图3所示，在实施例三的基础上将所述去耦电路22的有效长度设为0.1个波长。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。