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CN106099328A - 一种双极化基站天线 - Google Patents

一种双极化基站天线 Download PDF

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CN106099328A
CN106099328A CN201610493490.2A CN201610493490A CN106099328A CN 106099328 A CN106099328 A CN 106099328A CN 201610493490 A CN201610493490 A CN 201610493490A CN 106099328 A CN106099328 A CN 106099328A
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褚庆昕
黄东华
邹光健
陈韶明
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Abstract

本发明公开了一种双极化基站天线，包括反射板、巴伦、辐射振子和加载振子；所述辐射振子和所述加载振子位于同一平面，且固定于所述巴伦的上端；所述辐射振子和所述加载振子之间具有缝隙；所述巴伦的下端固定在所述反射板上。采用本发明实施例，能够减小天线的尺寸，且增大天线的阻抗带宽。

Description

一种双极化基站天线
技术领域
本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种双极化基站天线。
背景技术
随着移动通信4G网络建设的兴起，移动通信将会出现第二代到第四代系统共存的局面。基站数量的急剧增加、蜂窝小区半径的缩小、天线资源匮乏、新建站点选址困难等问题日益显现，除此之外，国家政策鼓励民营资本进入电信运营市场，创立铁塔公司负责电信基础设施的建设及维护，这在设备通用性、站址规划等方面提出了新的需求。为了节省基站的站址安装资源，减少网络建设成本、避免重复投资及对土地能源的过度消耗，对移动通信基站系统提出了更高的要求，如果解决方案可以同时兼容多种通信标准，覆盖多种移动通信频段，无疑将大大提升市场竞争力。多频小型化天线是基站天线的主要发展方向。
随着移动通信技术的飞速发展，传统的单制式系统已经不能满足要求了，而2G，3G，4G共存的多频通信系统已经成为了主流，所以研究多频基站天线就显得非常重要了。但是，传统的±45°双极化基站天线的尺寸为0.5个波长左右，使得其应用在多频基站天线阵列上时，距离其它天线振子的距离很近，从而使振子之间具有强烈的耦合而使得振子单元的性能恶化。
发明内容
本发明实施例提出一种双极化基站天线，能够减小天线的尺寸，且增大天线的阻抗带宽。
本发明实施例提供一种双极化基站天线，包括反射板、巴伦、辐射振子和加载振子；
所述辐射振子和所述加载振子位于同一平面，且固定于所述巴伦的上端； 所述辐射振子和所述加载振子之间具有缝隙；所述巴伦的下端固定在所述反射板上。
进一步地，所述辐射振子包括第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂和第四辐射臂；
所述第一辐射臂、所述第二辐射臂、所述第三辐射臂和所述第四辐射臂位于同一平面；所述第一辐射臂与所述第三辐射臂呈中心对称，构成一个线极化的振子；所述第二辐射臂和所述第四辐射臂呈中心对称，构成一个线极化的振子。
进一步地，所述加载振子包括第一加载枝节、第二加载枝节、第三加载枝节和第四加载枝节；
所述第一加载枝节与所述第三加载枝节呈中心对称，所述第二加载枝节与所述第四加载枝节呈中心对称，且相邻的加载枝节互相垂直；
所述第一加载枝节位于所述第一辐射臂和第四辐射臂之间，且与所述第一辐射臂和第四辐射臂之间具有缝隙；所述第二加载枝节位于所述第一辐射臂和第二辐射臂之间，且与所述第一辐射臂和第二辐射臂之间具有缝隙；所述第三加载枝节位于所述第二辐射臂和第三辐射臂之间，且与所述第二辐射臂和第三辐射臂之间具有缝隙；所述第四加载枝节位于所述第三辐射臂和第四辐射臂之间，且与所述第三辐射臂和第四辐射臂之间具有缝隙。
进一步地，所述第一辐射臂包括第一内臂和第二内臂，所述第二辐射臂包括第三内臂和第四内臂，所述第三辐射臂包括第五内臂和第六内臂；所述第四辐射臂包括第七内臂和第八内臂；
所述第一内臂和所述第八内臂分别平行位于所述第一加载枝节的两侧，且与所述第一加载枝节之间具有缝隙；所述第二内臂和所述第三内臂分别平行位于所述第二加载枝节的两侧，且与所述第二加载枝节之间具有缝隙；所述第四内臂和所述第五内臂分别平行位于所述第三加载枝节的两侧，且与所述第三加载枝节之间具有缝隙；所述第六内臂和所述第七内臂分别平行位于所述第四加载枝节的两侧，且与所述第四加载枝节之间具有缝隙；
每个内臂的一端分别连接所述巴伦。
进一步地，所述双极化基站天线还包括固定介质；
每个加载枝节通过所述固定介质与其两侧的内臂固定在一起。
优选地，所述固定介质为塑料固定介质。
进一步地，所述双极化基站天线还包括第一同轴电缆和第二同轴电缆；
所述第一同轴电缆的外导体连接所述第二辐射臂，所述第一同轴电缆的内导体连接所述第四辐射臂；所述第二同轴电缆的外导体连接所述第三辐射臂，所述第二同轴电缆的外导体连接所述第一辐射臂。
优选地，所述第一同轴电缆和所述第二同轴电缆的特性阻抗均为50Ω。
进一步地，每个辐射臂的结构均相同，且所述每个辐射臂的结构包括但不限于：闭合结构或多枝节结构。
进一步地，所述巴伦和所述辐射振子为金属一体化结构。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的双极化基站天线，能够通过在辐射振子旁固定加载振子，并使辐射振子和加载振子之间具有缝隙，利用其耦合效应激励出一个新的谐振模式，增大天线的阻抗带宽，进而减小天线的尺寸；，巴伦和馈电单元为金属一体化结构，结构稳定，具有更好的强度，易于组合成多制式基站天线。
附图说明
图1是本发明提供的双极化基站天线的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的双极化基站天线的一个实施例的俯视图；
图3是本发明提供的双极化基站天线的一个实施例的侧视图；
图4是本发明提供的双极化基站天线的另一个实施例的俯视图；
图5是本发明提供的双极化基站天线的又一个实施例的俯视图；
图6是本发明提供的双极化基站天线工作在780MHz-990MHz频段的驻波比仿真曲线；
图7是本发明提供的双极化基站天线工作在780-990MHz频段的隔离度S21 曲线；
图8是本发明提供的双极化基站天线工作在780-990MHz频段的水平面半功率波束宽度仿真曲线；
图9是本发明提供的双极化基站天线工作在780-990MHz频段的增益仿真曲线。
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作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。
参见图1，本发明提供的双极化基站天线的一个实施例的结构示意图，包括反射板10、巴伦12、辐射振子和加载振子。
所述辐射振子和所述加载振子位于同一平面，且固定于所述巴伦12的上端；所述辐射振子和所述加载振子之间具有缝隙；所述巴伦12的下端固定在所述反射板10上。
进一步地，所述辐射振子包括第一辐射臂1、第二辐射臂7、第三辐射臂3和第四辐射臂5；
所述第一辐射臂1、所述第二辐射臂7、所述第三辐射臂3和所述第四辐射臂5位于同一平面；所述第一辐射臂1与所述第三辐射臂3呈中心对称，构成一个线极化的振子；所述第二辐射臂7和所述第四辐射臂5呈中心对称，构成一个线极化的振子。
进一步地，所述加载振子包括第一加载枝节6、第二加载枝节2、第三加载枝节8和第四加载枝节4；
第一加载枝节6与第三加载枝节8呈中心对称，第二加载枝节2与第四加载枝节4呈中心对称，相邻的加载枝节互相垂直；
所述第一加载枝节6位于所述第一辐射臂1和第四辐射臂5之间，且与所 述第一辐射臂1和第四辐射臂5之间具有缝隙；所述第二加载枝节2位于所述第一辐射臂1和第二辐射臂7之间，且与所述第一辐射臂1和第二辐射臂7之间具有缝隙；所述第三加载枝节8位于所述第二辐射臂7和第三辐射臂3之间，且与所述第二辐射臂7和第三辐射臂3之间具有缝隙；所述第四加载枝节4位于所述第三辐射臂3和第四辐射臂5之间，且与所述第三辐射臂3和第四辐射臂5之间具有缝隙。
需要说明的是，本发明所提供的双极化基站天线由反射板10、巴伦12、辐射振子和加载振子构成。其中，巴伦7的一端连接反射板1，巴伦7的另一端与辐射振子连接，巴伦7的形状不限于圆形。巴伦7可以使辐射振子的各个辐射臂上的电流相同，从而获得对称的交叉极化比等性能，同时也起到支撑辐射振子的作用。反射板10为矩形反射板，反射板10上具有侧边11，反射板10和侧边11可以用来实现基站天线稳定的定向辐射，增大天线的增益，侧边的存在可以改善基站天线的交叉极化比等辐射特性。第一辐射臂1与第三辐射臂3构成一个线极化的振子，第二辐射臂7和第四辐射臂5构成另一个线极化的振子。第一加载枝节6、第二加载枝节2、第三加载枝节8和第四加载枝节4构成加载振子，每个加载枝节呈直线结构。相邻的辐射臂之间具有一个加载枝节，且与该加载枝节之间具有一定宽度的缝隙，辐射臂上的电流通过缝隙在加载枝节上耦合出电流，产生的耦合效应激励出一个新的谐振模式，从而与原有的辐射振子本身的低频谐振模式组合在一起，增大天线的阻抗带宽。而且，整个双极化基站天线的结构对称紧凑，呈现“十”字形，其天线尺寸由传统的半波长0.5λ0(λ0为中心频率对应的波长)缩小为0.35λ0，尺寸缩小了30％，适合用在多频基站天线阵列上。
进一步地，所述第一辐射臂1包括第一内臂21和第二内臂22，所述第二辐射臂7包括第三内臂71和第四内臂72，所述第三辐射臂3包括第五内臂31和第六内臂32；所述第四辐射臂5包括第七内臂51和第八内臂52；
所述第一内臂21和所述第八内臂52分别平行位于所述第一加载枝节6的 两侧，且与所述第一加载枝节6之间具有缝隙；所述第二内臂22和所述第三内臂71分别平行位于所述第二加载枝节2的两侧，且与所述第二加载枝节2之间具有缝隙；所述第四内臂72和所述第五内臂31分别平行位于所述第三加载枝节8的两侧，且与所述第三加载枝节8之间具有缝隙；所述第六内臂32和所述第七内臂51分别平行位于所述第四加载枝节4的两侧，且与所述第四加载枝节4之间具有缝隙；
每个内臂的一端分别连接所述巴伦。
需要说明的是，每个辐射臂都具有两个内臂，两个相邻辐射臂的相邻内臂之间具有一个加载枝节，且与该加载枝节具有缝隙，从而使辐射振子与加载振子产生耦合效应，激励出一个新的谐振模式，增大对称振子的带宽，满足驻波比SWR<1.5的阻抗带宽达到了23.7％。
进一步地，如图2所示，所述双极化基站天线还包括固定介质13。
每个加载枝节通过所述固定介质13与其两侧的内臂固定在一起。
优选地，所述固定介质13为塑料固定介质。
需要说明的是，固定介质上设有倒钩，通过倒钩将加载振子与辐射振子固定在一起，即将每个加载枝节与其两侧的辐射臂固定在一起，且使每个加载枝节与其两侧的辐射臂具有缝隙。
进一步地，如图1和图3所示，所述双极化基站天线还包括第一同轴电缆14和第二同轴电缆15。
所述第一同轴电缆14的外导体连接所述第二辐射臂7，所述第一同轴电缆14的内导体连接所述第四辐射臂5；所述第二同轴电缆15的外导体连接所述第三辐射臂3，所述第二同轴电缆15的外导体连接所述第一辐射臂1。
优选地，所述第一同轴电缆14和所述第二同轴电缆15的特性阻抗均为50Ω。
需要说明的是，本发明提供的双极化基站天线采用同轴线馈电，同轴线的一端接信号源，同轴线的另一端连接辐射单元，其中，每个同轴线的外导体连接一个辐射臂，同轴线的内导体通过巴伦上的通孔连接该辐射臂正对的辐射臂，从而完成馈电。
进一步地，每个辐射臂的结构均相同，且所述每个辐射臂的结构包括但不限于：闭合结构或多枝节结构。
需要说明的是，每个辐射臂还包括外臂，如图4所示，在每个辐射臂中，每个内臂中远离巴伦的一端分别连接外臂的两端，从而与内臂一起形成闭合结构，该闭合结构可以是圆形，也可以是多边形等其他结构形式。其余结构形式以及工作原理同上述实施例。如图1所示，每个辐射臂可以包括两个外臂，两个外臂分别与两个内臂连接。另外，如图5所示，每个辐射臂还可以包括四个外臂，使每个内臂分别连接两个外臂，从而构成多枝节的结构形式，其外臂数目不局限于4个。其余结构形式以及工作原理同上述实施例。
进一步地，所述巴伦12和所述辐射振子为金属一体化结构。
需要说明的是，本发明提供的双极化基站天线采用金属铸件结构做成，除固定介质为塑料外，其余所有材料均为金属，金属材料可以为铜、铝等良导体。采用金属铸件结构的基站天线具有较强的稳定性，适合在室外复杂的环境下工作。
图6、图7、图8和图9是本发明实施例的相关性能参数的仿真数据。其中，图6是工作在780MHz-990MHz频段的驻波比SWR仿真曲线，图中Port1代表的实线是输入端口1的仿真驻波比，Port2代表的虚线是输入端口2的仿真驻波比，由图可知该双极化基站天线在780MHz-990MHz频段内出现了两个谐振模式：其中低频谐振模式由辐射振子产生的，而高频谐振模式是由辐射振子和加载枝节的缝隙耦合作用而引入的，可见该双极化基站天线具有良好的阻抗匹配效果，满足SWR<1.5的相对阻抗带宽为23.7％。图7是工作在780MHz-990MHz频段的隔离度S21曲线，S21代表双极化基站天线的端口1及端口2之间的隔离度，可见该基站天线的隔离度非常好，在整个工作频带内满足S21<-46dB。图8是工作在780MHz-990MHz频段的半功率波束宽度3dB波束宽度的仿真曲线，其中Port1表示输入端口1接激励时的水平面半功率波束宽度，Port2表示输入端口2接激励时的水平面半功率波束宽度，可见天线在整个工作频带内具有稳定的半功率波束宽度，满足65°±5°的基站天线指标要求。图9是工作在780MHz-990MHz频段的增益Gain仿真曲线，其中Port1表示输入端口1接激励时仿真增益，Port2表示输入端口2接激励时的仿真增益，在整个工作频段内，天线的增益都在8.4dBi以上。
本发明实施例提供的双极化基站天线，能够通过在辐射振子旁固定加载振子，并使辐射振子和加载振子之间具有缝隙，利用其耦合效应激励出一个新的谐振模式，增大天线的阻抗带宽，进而减小天线的尺寸；，巴伦和馈电单元为金属一体化结构，结构稳定，具有更好的强度，易于组合成多制式基站天线。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双极化基站天线，其特征在于，包括反射板、巴伦、辐射振子和加载振子；
所述辐射振子和所述加载振子位于同一平面，且固定于所述巴伦的上端；所述辐射振子和所述加载振子之间具有缝隙；所述巴伦的下端固定在所述反射板上。
2.如权利要求1所述的双极化基站天线，其特征在于，所述辐射振子包括第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂和第四辐射臂；
所述第一辐射臂、所述第二辐射臂、所述第三辐射臂和所述第四辐射臂位于同一平面；所述第一辐射臂与所述第三辐射臂呈中心对称，构成一个线极化的振子；所述第二辐射臂和所述第四辐射臂呈中心对称，构成一个线极化的振子。
3.如权利要求2所述的双极化基站天线，其特征在于，所述加载振子包括第一加载枝节、第二加载枝节、第三加载枝节和第四加载枝节；
所述第一加载枝节与所述第三加载枝节呈中心对称，所述第二加载枝节与所述第四加载枝节呈中心对称，且相邻的加载枝节互相垂直；
所述第一加载枝节位于所述第一辐射臂和第四辐射臂之间，且与所述第一辐射臂和第四辐射臂之间具有缝隙；所述第二加载枝节位于所述第一辐射臂和第二辐射臂之间，且与所述第一辐射臂和第二辐射臂之间具有缝隙；所述第三加载枝节位于所述第二辐射臂和第三辐射臂之间，且与所述第二辐射臂和第三辐射臂之间具有缝隙；所述第四加载枝节位于所述第三辐射臂和第四辐射臂之间，且与所述第三辐射臂和第四辐射臂之间具有缝隙。
4.如权利要求3所述的双极化基站天线，其特征在于，所述第一辐射臂包括第一内臂和第二内臂，所述第二辐射臂包括第三内臂和第四内臂，所述第三辐射臂包括第五内臂和第六内臂；所述第四辐射臂包括第七内臂和第八内臂；
所述第一内臂和所述第八内臂分别平行位于所述第一加载枝节的两侧，且与所述第一加载枝节之间具有缝隙；所述第二内臂和所述第三内臂分别平行位于所述第二加载枝节的两侧，且与所述第二加载枝节之间具有缝隙；所述第四内臂和所述第五内臂分别平行位于所述第三加载枝节的两侧，且与所述第三加载枝节之间具有缝隙；所述第六内臂和所述第七内臂分别平行位于所述第四加载枝节的两侧，且与所述第四加载枝节之间具有缝隙；
每个内臂的一端分别连接所述巴伦。
5.如权利要求4所述的双极化基站天线，其特征在于，所述双极化基站天线还包括固定介质；
每个加载枝节通过所述固定介质与其两侧的内臂固定在一起。
6.如权利要求5所述的双极化基站天线，其特征在于，所述固定介质为塑料固定介质。
7.如权利要求2所述的双极化基站天线，其特征在于，所述双极化基站天线还包括第一同轴电缆和第二同轴电缆；
所述第一同轴电缆的外导体连接所述第二辐射臂，所述第一同轴电缆的内导体连接所述第四辐射臂；所述第二同轴电缆的外导体连接所述第三辐射臂，所述第二同轴电缆的外导体连接所述第一辐射臂。
8.如权利要求7所述的双极化基站天线，其特征在于，所述第一同轴电缆和所述第二同轴电缆的特性阻抗均为50Ω。
9.如权利要求2所述的双极化基站天线，其特征在于，每个辐射臂的结构均相同，且所述每个辐射臂的结构包括但不限于：闭合结构或多枝节结构。
10.如权利要求1至9任一项所述的双极化基站天线，其特征在于，所述巴伦和所述辐射振子为金属一体化结构。
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