[发明专利]一种宽频双极化天线辐射单元及天线

说明书

[技术领域]

本发明涉及移动通信基站天线领域，特别是一种高性能的宽频双极化天线辐射单元。

[技术背景]

随着移动通信技术的发展，对双极化基站天线的指标要求，特别是增益、带宽特性、半功率角随频率的波动特性、交叉极化特性等方面，提出了越来越高的要求。

双极化天线阵元主要采用以下几种实现方案：第一种，采用两个共点的、交错且极化正交的偶极子天线振子结构；第二种，选用微带辐射单元，通过耦合或直接馈电的形式来实现双极化；第三种，采用两对偶极子正交放置，组成近似方形的布局。

在常用的网络通信系统中，天线最常使用的水平面半功率波束宽度是65度。上述第一种方案一般由常规的偶极子或折合振子构成，且通过这种形式可以得到很宽的频率带宽，但是天线振子的水平波束宽度随频率的不同变化大，而且天线振子的增益相对较低。而第二种方案中，微带辐射单元的频带带宽窄，两端口的隔离度差，振子增益不高，难以用在宽频带天线上，且组装麻烦。

相对而言，采用第三种方形布局的辐射单元总体性能较佳，而且可通过嵌套方式实现两种频段的基站天线，故得到较多的重视。例如专利号CN201199545Y中所描述的是一种宽频双极化天线辐射单元，该振子采用两对半波振子组成一个双极化天线辐射单元，同时使用耦合馈电方式，使之具有高增益和高前后比特性。但该设计存在以下不足：所包含的组成元件繁多，若大批量生产时，振子单元的一致性难以控制；同时单个辐射单元的口径偏大，在排阵时相邻两单元之间的互耦影响必将会加强，不利于提高阵列天线的整体性能；通过耦合馈电的方式对偶极子进行馈电，容易导致单个偶极子的辐射臂两边的电流不平衡，最终将影响到整个双极化天线辐射单元的方向图，使排阵组列后的方向图出现较大的统调(tracking)。

美国专利号US 4434425以及US 6333720B1也分别披露了类似的天线设计方案，并给出了嵌套式的多频天线设计；但上述两专利的方案有着如专利号CN 201134512Y所提及的不足，后者中并给出了一些改进。专利号CN201134512Y所采用的如图1所示的方案，虽然相对前两个专利设计作了改进，但仍存在以下不足：

1，若采用嵌套方式实现多频天线设计，位于低频振子内部的高频单元，由于离低频的巴伦较近，高频单元的驻波及辐射特性将仍受到较大影响；

2，该专利虽然通过收敛辐射口径，降低了不同频段振子间的互耦，但由于其加载段采用向下弯的方式，该向下的加载段仍对高频振子有较大影响；

3，该专利通过粗细不一的截面，尤其在末端加粗来展宽工作带宽，但给加工以及振子的可靠性也带来不利。

本设计将致力改善上述不足，提供一种高性能的宽带双极化单元，它结构简单，安装方便，馈电简单，一致性好，易于生产；并具有良好的交叉极化特性、水平面波束宽度波动小、高增益和高前后比的优点。尤其在多频基站天线设计中，能有效降低不同频段间的相互作用。

[发明内容]

本发明的第一个目的在于提供一种容易实现的，高性能的一种宽频双极化天线辐射单元。

本发明的第二个目的在于提供一种使用本发明的一种宽频双极化天线辐射单元的天线。

本发明是这样实现第一个目的的：

一种宽频双极化天线辐射单元，用来安装在金属反射板上构成天线，包括两对偶极子辐射单元及对应每个偶极子辐射单元的巴伦，两对偶极子呈极化正交设置，每个偶极子包括对称地固定安装在巴伦上的两个单元臂，两个单元臂呈关于巴伦对称的线状，各单元臂一端固定在巴伦上，其特征在于：两对偶极子处于一个平面，单元臂的另一端向内折弯，该向内折弯部分形成加载段。

本发明的优点在于：由于将偶极子的加载段由下弯改为内弯，这样能够有效降低辐射单元的高度及辐射口径，与已有的下弯的加载段相比，能有效降低天线中本宽频双极化天线辐射单元对高频单元的作用。采用本发明的单元可以更合理地保证多频基站天线设计中，各频段的各项电性能的独立性，尤其是为多频基站天线打下了良好的基础。

上述的一种宽频双极化天线辐射单元，其特征在于：两对偶极子正交组合形成+/-45度的极化方向。

上述的一种宽频双极化天线辐射单元，其特征在于：偶极子的每个单元臂由多段截面相同的折线组成。

上述的一种宽频双极化天线辐射单元，其特征在于：偶极子的每个单元臂各段截面形状为圆形或方形。

上述的一种宽频双极化天线辐射单元，其特征在于：每个偶极子的巴伦为弧形，弧长为0.2～0.3个工作波长。该设计在多频基站天线中可有效降低不同频段间单元的相互作用。