專利名稱：雙極化輻射單元及其平面振子的制作方法
技術領域：
本發明涉及移動通信基站天線領域，尤其涉一種雙極化輻射單元及其平 面振子。
技術背景
隨著移動通信的迅猛發展，電磁環境日益復雜，給移動通信雙極化定向 天線的設計提出了很高的要求。部分天線電氣性能上要求增益高，主軸交叉
極化鑒別率要求大于20dB,交叉極化鑒別率大于10dB，良好的方向性，波束 收斂性好。以及對周圍環境的協調形，要求體積小，重量輕，外形美觀。而 且成本低才能滿足市場竟爭需求。
陣列天線的輻射單元很大程度上決定了天線的多項性能，如增益，波束 寬度，波束收斂性和交叉極化等。在高增益基站天線的設計中，在滿足波束 寬度限制的基礎上，最大限度提高天線輻射單元增益。雙極化輻射振子還要 求良好的交叉極化性能。
2008年9月17日公開的中國CN201117803Y號實用新型專利中，公開一 種寬頻雙極化天線振子。在該專利中，在介質基板上印刷金屬材料構成本發 明所稱的平面振子，該平面振子被分解成在物理上相分離互嵌而在電氣上改 變傳統直連方式為耦合的兩部分，即其所稱的構成該平面振子外圍的第一表 面輻射結構和構成該平面振子內置的第二表面輻射結構，而后，還在第二表 面輻射結構的中部的各個屬于振子臂的角點處設置通孔，并通過一個具有多
處槽體的支撐座穿過該介質基板上的所述角點處通孔后，利用饋電線纜折彎 焊接而成。
這樣一個復雜的描述過程令本領域內普通技術人員感受到了該種結構 的復雜性，自然地知曉該種結構在加工上的不便利性。
其次，盡管該專利聲稱改善了上述天線的特性參數，但是，注意到通過 耦合而得的信號能量必然較之直連方式衰弱，因而，本申請人抱著精益求精的態度依然對傳統技術提出了挑戰。
發明內容
本發明的首要目的就是要克服上述不足，提供一種結構簡單而又能獲得 性能上的改善的平面振子。
本發明的第二目的在于提供一種雙極化輻射單元，以完美地整合上述平 面振子。
為實現該目的，本發明采用如下技術方案
本發明一種平面振子，用于陣列天線的雙極化輻射單元中，包括 振子部，由四個振子臂構成二對正交的半波振子，各振子臂均呈正方框
狀，且以相同行、列距正方形布置；各振子臂在其與另一振子臂相對向的角
部處設有饋電點；
連接部，連接于各振子臂的構成所述正方框狀的外周以使各振子臂之間 實現互連；
介質基板，供振子部和連接部印刷其上，并設有對應所述饋電點的通孔。 所述振子部與連接部采用同一共面導電板一體成型。
在本發明的一個實施例中，所述連接部為一正方框件，其置于所述振子 部外圍并與所述振子部外周的四個角部相連接。
在本發明的另一實施例中，所述連接部包括四個擴展框，每個擴展框均 包括矩形框和兩基于該矩形框一縱長邊的中部斷點的兩端折出的伸出臂，每 一擴展框的兩個伸出臂分別與每兩個相鄰振子臂的相鄰兩邊相連接。相鄰兩 個所述擴展框的相鄰角部均具有被切除的切口 。
本發明一種雙極化輻射單元，作為陣列天線的必要構成單元，其特征在 于，包括
前述的平面振子；
平衡饋電連接器，底端固定在陣列天線的金屬反射板上，頂端與所述平 面振子相固設，供布設對該平面振子進行饋電的連接元件。
在本發明的一個實施例中，所述平衡饋電連接器包括大小相同的兩介質 板，其各自的中部設有沿縱長方向的槽口，藉此兩者相互交叉成十字狀交叉 連接，各介質板頂部兩側均設有凸塊，其一側面自該凸塊至介質板的底端，設有穿過所述平面振子的介質基板上的通孔與該饋電點連接用于接地的微帶 線，另一側面則設有用于耦合信號到其中一半波振子的微帶線，由該些微帶 線構成所述連接元件。
在本發明的另一種實施例中，所述平衡饋電連接器為一柱形件，中部設 有十字形槽將其區分為四個扇形柱件，每個扇形柱件頂端設有凸臺，自該凸 臺至該柱形件底部設有貫通槽供布設所述連接元件，該連接元件為同軸電纜， 其外導體與扇形柱件的內壁接地，而內芯則直達凸臺并穿過所述平面振子的
介質基板上的通孔與該饋電點連接進行饋電。
與現有技術相比，本發明具備如下優點首先結構較為簡單，尤其表現 在平面振子與平衡饋電連接器的連接關系上；其次，至少方形框狀振子臂決 定了天線具有寬帶寬，增益高的特點，振子臂末端通過連接部相連接則改變 了輻射片的電流平衡性，提高了天線交叉極化比。


圖1為本發明的一種平面振子所構成的雙極化輻射單元的側視圖； 圖2為本發明平面振子的平面示意圖3為本發明的一種平衡連接饋電器與連接件結合的結構詳解示意圖， 其中圖3a為其第一介質板的第一側面示意圖，圖3b為其第一介質板的第二 側面示意圖，圖3c為第二介質板的第一側面示意圖，圖3d為其第二介質板 的第二側面示意圖4為本發明的另一種平衡連接饋電器的立體圖5為本發明的另一種平面振子的平面示意圖6為圖5所示平面振子組成的天線陣列的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明
請參閱圖1,圖1示出一種雙極化輻射單元9，用于作為雙極化陣列天線 的組成單元。該輻射單元9由金屬反射板1、平衡饋電連接器2、連接元件3 和平面振子5共同構成。平衡饋電連接器2固設在金屬反射板1上，用于支 撐并固定平面振子5，連接元件3則用于對平面振子5進行饋電， 一般為同
6軸電纜和/或微帶線，連接元件3經由平衡饋電連接器2布設。
圖2示出本發明一個優選實施例的平面振子5,包括PVC材料的介質基 板51、印刷在該介質基板51同一表面上的連接部52和振子部53，連接部 52和振子部53采用同一共面導電板形成。所述振子部53包括四個呈正方形 框狀的振子臂531, 532, 533, 534,各振子臂5 31, 532， 533, 534間陣列 式排布，具有尺寸相同的行距和列距，由此，四個振子臂531 , 532， 533， 534在整體上組成一個較大的正方形狀，沿其兩條對角線上，可組成兩個半 波振子(531和533; 532和534 ),從幾何角度看，每個半波振子(531和533; 532和534 )由兩個小正形方框角對角相向組成。為了實現對每個半波振子 (531和533; 532和534 )進行饋電，需要在每個半波振子(531和533; 532 和534 )的兩個小正方形方框振子臂(531和533; 532和534 )的;f皮此相向 的角部處設置饋電點(5310和5330; 5320和5340 ),由此，兩個半波振子(531 和533; 532和534 )共具有四個饋電點5310， 5320， 5330, 5340。而為了使_ 于所述連接元件3的接入，則需要在所述介質基板51上，對應振子部53的 各饋電點5310, 5320， 5330， 5340處，i殳置供連接元件3穿入的通孔。
所述的連接部52,在本實施例中為一內部邊長相對于上述由四個振子臂 531 , 532， 533， 534共同構成的較大正方形狀(也即四個振子臂共同構成的 外周)的邊長偏大的正方框件。其套設在兩個半波振子(5310和5330; 5320 和5340 )的外周之外，并且，在所述四個振子臂531， 532, 533, 534共同 構成的較大正方形狀的四個角部處，用與連接部52和振子部53相同的材料 54將四個振子臂531， 532, 533， 534與該連接部52實現連接，該材料也可 理解為連接部52的一部分，由于這種連接僅在角部處實現，因而，在圖2 中所示的圖形中，可看到兩處相交叉的"工"字形鏤空部61， 62。
基于天線的一般常識，振子部53與連接部52—體成形后，需具有如圖 2所示的對稱結構。
圖2所示的平面振子5可以與兩種平衡饋電連接器2電性連接以助于組 成所述的輻射單元9。
圖3示出了第一種平衡饋電連接器2的具體結構，它包括兩個片狀的介 質板21和22,兩者大小、厚薄均相同，即圖3a和圖3b所組成的第一介質 板21、圖3c和圖3d所組成的第二介質板22。第一介質板21的中部自底部 向上設有縱長的槽口 210。而第二介質板22也自上向下設有與前述槽口 210
7相配合的槽口 220,藉此兩者便可相互交叉成十字狀交叉連接。圖3中第一 介質板21和第二介質板22頂部兩側均分別設有兩個凸塊211, 212， 221, 222，各個凸塊211， 212， 221， 222通過插置于所述平面振子5的介質基板 51的所述通孔中，實現平衡饋電連接器2與平面振子5的固設。
圖3a為第一介質板21的第一側面，其設有將信號耦合到所述平面振子 5的其中一個半波振子(如531和533 )的微帶線31,圖3b為第一介質板21 的第二側面，其自該凸塊211, 212至介質板21的底端，隨著該凸塊2U, 212的組裝關系，設有穿過所述平面振子5的介質基板51上的通孔與該個半 波振子(531和533 )的饋電點5310, 5330連接以用于接地的孩t帶線32, 33。
同理，圖3c為第二介質板22的第一側面，其設有將信號耦合到所述平 面振子5的其中另一個半波振子(如532和534)的微帶線31，，圖3d為第 二介質板22的第二側面，其自該凸塊221, 222至介質板22的底端，隨著該 凸塊221, 222的組裝關系，設有穿過所述平面振子5的介質基板51上的通 孔與該個半波振子(532和534)的饋電點5320， 5340連接以用于接地的孩史 帶線32'， 33，。
由平衡饋電連接器2表面上印刷的這些微帶線31， 32， 33， 31，， 32，， 33'便構成了所述連接元件3。
圖4是用于與本發明的平面振子5相連接、支撐的第二種平衡饋電連接器2。
圖4中，該平衡饋電連接器2呈一柱形件，其中部設有十字形槽20將 其區分為四個扇形柱件281, 282, 283， 284,每個扇形柱件281, 282， 283， 284頂端設有對應所述平面振子5介質基板51的通孔的凸臺271， 272, 273, 274,自該凸臺271， 272, 273， 274至該柱形件底部一體設有貫通槽291, 292， 293， 294供布設所述連接元件3,在這種平衡饋電連接器2中所述連接 元件3為同軸電纜，其外導體與各扇形柱件281, 282， 283, 284的內壁接地， 而內芯則直達凸臺271， 272， 273， 274并穿過所述平面振子5的介質基板 51上的通孔與該饋電點531, 532， 533, 534連接進行饋電以饋入信號給各 個半波振子(531和533; 532和534 )。
所述兩種平衡饋電連接器2與金屬反射板1之間均應設有相固設的物理 結構，且所述金屬反射板1上應設置有與所述連接元件3相連接的電路元件， 這些均屬于本領域內普通技術人員所知曉的知識范圍，因而，不行贅述。為了進一步說明本發明的發明精神，圖5進一步揭示本發明的另一實施
例，本實施例相對于前一實施例的區別主要在于改進了其連接部52，的設 計。在保持四個振子臂531， ，532， ， 533， ， 534，的布設情況不變的前提下， 可以看出，在四個振子臂531， ，532， ，533， ，534，所構成的正方形狀的四 條邊的中部，具有一個"十"字形鏤空部610' ， 620',在該"十"字鏤空 部610' ， 620，的上、下、左、右四個區域上，均具有分屬相鄰兩個振子臂 的邊。
所述的連接部52在本實施例中包括四個擴展框521， ， 522， ， 523，， 524，，每個擴展框521， ， 522， ， 523， ， 524，均呈"T"字形狀，且中部 被以"T"字形鏤空，即呈外包圍"T"字的框狀。具體而言，每個擴展框521，， 522， ， 523' ， 524 ，均包括一個縱長的矩形框520，，該矩形框520，的一條 縱長邊中部被斷點，且自該斷點兩側被折出并向外延伸形成兩個伸出臂526，， 527，，該對伸出臂526，， 527，之間寬度與相鄰兩個振子臂531，， 534，的寬度 也即所述鏤空部610，的寬度相同，這樣，四個擴展框521， ， 522， ， 523，， 524，便可分別裝設于所述"十，，字鏤空部的上、下、左、右四個部位末端處， 由每個擴展框521' , 522， ， 523， ， 524，的兩個伸出臂(如526，和527，) 與每相鄰兩個振子臂(如531，和533，)的兩條相鄰邊相連接，以實現振子部53 與連接部52的連接關系。
由于每個擴展框521， ， 522， ， 523， ， 524，都因為伸出臂(如526， 和527，)的設計而具有兩個矩形折出直角，因而，當四個擴展框521， ，522，， 523， ， 524，完全與四個振子臂531， ，532， ， 533， ， 534，相連接時，相鄰 兩個擴展框(如521，和522，)將和與之連接的振子臂(如531') —起形成一 個較大的矩形框狀，因此，除上述設計外，還在每個所述的擴展框(如521，) 的所述矩形框520，的具有伸出臂526，， 527，的縱長邊的兩側上設計被切除的 切口 (如528，和529，)。
方形框狀振子臂決定了天線具有寬帶寬，增益高的特點，振子臂末端通 過連接部52相連接則改變了輻射片的電流平衡性，提高了天線交叉極化比。
另外本發明后一實施例中由于相鄰兩個擴展框的切口具有開口的半包圍 結構，而內部則為方形框狀振子臂，這樣可以改變天線阻抗特性，增加天線 輻射帶寬特性。
通過實測，本發明適合各種頻段，包4舌GSM(8 06MHz-960MHz), DCS/UMTS(1710MHz-2170MHz)，WIMAX(2300MHz-2700MHz, 3300MHz-3800MHz)等。
由本發明的雙極化輻射單元9構成的陣列天線樣品，如圖6所示。在室 內室外不同環境下測試，全頻段具有良好的方向圖。2300 2700MHz頻l殳， 電壓駐波比小于1.5，隔離度大于30dB， 8單元實測增益在16dBi到17dBi 之間。水平面3dB波束寬度為58度到62度，主軸交叉極化比大于20dB,在 大于10dB。環境試驗合格，能夠很好地滿足移動通信系統的要求。
容易看出，按照本發明制造的該天線將具有結構簡單緊湊和高性能的優 點，且易于制造，方便安裝使用。而且與當前同類產品的主要形式相比，本 發明帶寬寬，增益高，交叉極化比和隔離度性能好的特點。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但并不僅僅受上述實施例的限制， 其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組 合、簡化，均應為等效的置換方式，均包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種平面振子，用于陣列天線的雙極化輻射單元中，其特征在于，包括振子部，由四個振子臂構成二對正交的半波振子，各振子臂均呈正方框狀，且以正方形行列布置；各振子臂在其與另一振子臂相對向的角部處設有饋電點；連接部，連接于各振子臂的構成所述正方框狀的外周以使各振子臂之間實現互連；介質基板，供振子部和連接部印刷其上，并設有對應所述饋電點的通孔。
2、 根據權利要求1所述的平面振子，其特征在于，所述連接部為一正方框件，其置于所述振子部外圍并與所述振子部外周的四個角部相連接。
3、 根據權利要求1所述的平面振子，其特征在于所述連接部包括四個擴展框，每個擴展框均包括矩形框和兩基于該矩形框一縱長邊的中部斷點的兩端折出的伸出臂，每一擴展框的兩個伸出臂分別與每兩個相鄰振子臂的相鄰兩邊相連4妄。
4、 根據權利要求3所述的平面振子，其特征在于相鄰兩個所述擴展框的相鄰角部均具有被切除的切口。
5、 根據權利要求1至4中任意一項所述的平面振子，其特征在于所述振子部與連接部一體成型。
6、 一種雙極化輻射單元，作為陣列天線的必要構成單元，其特征在于，包括如權利要求1至5中任意一項所述的平面振子；平衡饋電連接器，底端固定在陣列天線的金屬反射板上，頂端與所述平面振子相固設，供布設對該平面振子進行饋電的連接元件。
7、 根據權利要求6所述的雙極化輻射單元，其特征在于所述平衡饋電連接器包括大小相同的兩介質板，其各自的中部設有沿縱長方向的槽口 ，藉此兩者相互交叉成十字狀交叉連接，各介質板頂部兩側均設有凸塊，其一側面自該凸塊至介質板的底端，設有穿過所述平面振子的介質基板上的通孔與該饋電點連接用于接地的微帶線，另 一側面則設有用于耦合信號到其中一半波振子的微帶線，由該些微帶線構成所述連接元件。
8、 根據權利要求6所述的雙極化輻射單元，其特征在于所述平衡饋電連接器為一柱形件，中部設有十字形槽將其區分為四個扇形柱件，每個扇形柱件頂端設有凸臺，自該凸臺至該柱形件底部設有貫通槽供布設所述連接元件，該連接元件為同軸電纜，其外導體與扇形柱件的內壁接地，而內芯則直達凸臺并穿過所述平面振子的介質基板上的通孔與輻射振子另一臂的饋電點連接進行饋電。
全文摘要
本發明公開一種雙極化輻射單元及其平面振子，主要的改進在于其平面振子包括振子部，由四個振子臂構成二對正交的半波振子，各振子臂均呈正方框狀，且以相同行、列距正方形布置；各振子臂在其與另一振子臂相對向的角部處設有饋電點；連接部，連接于各振子臂的構成所述正方框狀的外周以使各振子臂之間實現互連；介質基板，供振子部和連接部印刷其上，并設有對應所述饋電點的通孔。首先結構較為簡單，尤其表現在平面振子與平衡饋電連接器的連接關系上；其次，至少方形框狀振子臂決定了天線具有寬帶寬，增益高的特點，振子臂末端通過連接部相連接則改變了輻射片的電流平衡性，提高了天線交叉極化比。
文檔編號H01Q21/24GK101465475SQ20091003657
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月12日 優先權日2009年1月12日
發明者劉良濤 申請人:京信通信系統(中國)有限公司