双极化振子及天线论文和设计-樊凯兵

全文摘要

本实用新型提供一种双极化振子及天线，其中，所述双极化振子包括底座、设于底座上的基板及两个设于基板上并且极化方向相互正交的偶极子，每个偶极子具有两个相对设置的辐射臂，每个偶极子的辐射臂中设有与该偶极子耦合的耦合片，至少一个耦合片连接有朝远离所述基板方向延伸的调节柱，基板的上方设有可调引向片。通过在基板的上方设置用于调节交叉极化比和驻波的可调引向片，可修正实测指标与仿真不一致的误差，从而使双极化振子的方向图表现对称性，以优化双极化振子驻波、隔离度及交叉极化比，结构简单；通过在偶极子的两个辐射臂之间设置耦合片及调节柱，可调节双极化振子的交叉极化比和驻波。

主设计要求

1.一种双极化振子，包括底座、设于底座上的基板及两个设于基板上并且极化方向相互正交的偶极子，每个所述偶极子具有两个相对设置的辐射臂，其特征是：每个所述偶极子的辐射臂中设有与该偶极子耦合的耦合片，至少一个所述耦合片连接有朝远离所述基板方向延伸的调节柱，所述基板的上方设有可调引向片。

设计方案

2.根据权利要求1所述的双极化振子，其特征是：所述可调引向片呈非对称结构，所述非对称结构的可调引向片用以调节双极化振子的交叉极化比、驻波及隔离度。

3.根据权利要求1所述的双极化振子，其特征是：所述可调引向片与所述基板可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的双极化振子，其特征是：每个所述辐射臂的中间开设有由基板的中心朝边缘延伸的凹槽，所述凹槽相对的侧壁各开设有缺口，两个相对的缺口围合形成与凹槽连通的收容槽，所述耦合片置于所述收容槽内并与基板固定。

5.根据权利要求4所述的双极化振子，其特征是：所述耦合片为带状线，其上设有与调节柱焊接固定的焊盘。

6.根据权利要求1所述的双极化振子，其特征是：所述调节柱设置的数量及尺寸与双极化振子的交叉极化比及驻波相关。

7.根据权利要求1所述的双极化振子，其特征是：相邻两个所述辐射臂相互连接。

8.根据权利要求1所述的双极化振子，其特征是：所述底座包括金属底座及设于金属底座上用于向上支撑基板并对辐射臂进行平衡馈电的支撑柱，其中部开设有用于借助螺纹连接件将该双极化振子固定于反射板的螺纹孔。

9.根据权利要求1所述的双极化振子，其特征是：所述基板为PCB板，所述偶极子印刷于PCB板上。

10.一种天线，包括反射板、设于反射板上的双极化振子及馈电网络板，其特征是：所述双极化振子为权利要求1-9任一项所述的双极化振子，所述馈电网络板设于所述双极化振子与反射板之间。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种双极化振子及天线。

背景技术

基站天线作为移动通信系统的关键部件，其性能直接影响移动通信质量。基站天线通常包括反射板和固定在反射板上的双极化阵列天线，而所述基站天线的通信性能很大程度上取决于双极化振子辐射单元的性能。

在实际工程中，实测指标往往相比于仿真指标较差，主要体现在驻波、隔离及交叉极化比性能的恶化。天线的驻波反映了天线与馈线的阻抗匹配程度，天线与馈线的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回；双极化振子单元的隔离度表示不同极化方向信号的互相干扰程度，隔离度越高，不同极化方向信号的互相干扰就越小，通过提高隔离度可以有效改善天线的电性能和辐射性能。天线的交叉极化比越大，说明从天线能够获得的信号正交性越强，两路信号之间的相关性越小，极化效果越好。

因此，如何修正仿真误差，优化驻波、隔离度以及交叉极化比指标，成为本技术领域的重要研究方向。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在提供一种具有低驻波、高隔离度及高交叉极化比效果的双极化振子。

本实用新型的另一目的旨在提供一种包括上述双极化振子的天线。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种双极化振子，包括底座、设于底座上的基板及两个设于基板上并且极化方向相互正交的偶极子，每个所述偶极子具有两个相对设置的辐射臂，每个所述偶极子的辐射臂中设有与该偶极子耦合的耦合片，至少一个所述耦合片连接有朝远离所述基板方向延伸的调节柱，所述基板的上方设有可调引向片。

通过上述方案，在基板的上方设置用于调节交叉极化比和驻波的可调引向片，可用于修正双极化振子的辐射臂和巴伦导致的方向图不对称性，从而使双极化振子的方向图表现对称性，提高振子的交叉极化比，也可用于优化双极化振子驻波、隔离度，使双极化振子具有良好的增益幅度，可调引向片结构简单，调节方便。此外，通过在偶极子的两个辐射臂之间的耦合片上设置调节柱，也可改善双极化振子的驻波。

进一步设置：所述可调引向片呈非对称结构，所述非对称结构的可调引向片用以调节双极化振子的交叉极化比、驻波及隔离度。

通过上述方案，可调引向片可设置为非对称结构，可根据实际测试的需求改变可调引向片的形状，以修正实测指标与仿真不一致的误差，从而使振子的方向图表现对称性，以优化双极化振子的交叉极化比。进而，由于可调引向片改变双极化振子的边界，从而可调节其驻波与隔离度指标。

进一步设置：所述可调引向片与所述基板可拆卸连接。

通过上述方案，可调引向片与基板可拆卸连接可实现引向片与基板之间的可更换，从而达到可调的目的。

进一步设置：每个所述辐射臂的中间设有由基板的中心朝边缘延伸的凹槽，所述凹槽相对的侧壁各开设有缺口，两个相对的缺口围合形成与凹槽连通的收容槽，所述耦合片置于所述收容槽内并与基板固定。

进一步设置：所述耦合片为带状线，其上设有与调节柱焊接固定的焊盘。

进一步设置：所述调节柱设置的数量及尺寸与双极化振子的交叉极化比及驻波相关。

通过上述方案，调节柱通过带状线实现与偶极子的耦合连接，从而可通过改变调节柱的数量或长度以调节双极化振子的交叉极化比和驻波。

进一步设置：相邻两个所述辐射臂相互连接。

进一步设置：所述底座为金属底座及设于金属底座上用于向上支撑基板并对辐射臂进行平衡馈电的支撑柱，其中部开设有用于借助螺纹连接件将该双极化振子固定于反射板的螺纹孔。

进一步设置：所述基板为PCB板，所述偶极子印刷于PCB板上。

通过上述方案，偶极子印刷于PCB板上，采用PCB板作为双极化振子的辐射臂，结构简单，易于制造。

一种天线，包括反射板、设于反射板上的双极化振子及馈电网络板，所述双极化振子为如上所述的双极化振子，所述馈电网络板设于所述双极化振子与反射板之间。

相比现有技术，本实用新型的方案具有以下优点：

本实用新型的双极化振子中，通过在偶极子的辐射臂中设置耦合片，并根据实际设计需要以设置可调引向片的形状，可达到修正实测指标与仿真不一致的误差的目的，从而使振子的方向图表现对称性，优化双极化振子驻波、隔离度及交叉极化比的指标；此外，还可设置不同形状、大小、长短的调节柱来调节双极化振子的交叉极化比和驻波。通过设置可调引向片和调节柱来对双极化振子的性能进行调节，结构简单，调节方便，使得偶极子的辐射臂的横向长度可在一定程度上缩短，从而缩小了整个双极化振子的高度和口径，以减少双极化振子的尺寸。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和\/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型的双极化振子的一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的双极化振子的一个实施例的俯视图；

图3a至图3f为本实用新型的双极化振子的可调引向片的结构示意图；

图4a至图4d为本实用新型的双极化振子的调节柱结构示意图；

图5为本实用新型的天线的一个实施例的结构示意图。

图中，1、双极化振子；11\/12、偶极子；100、辐射臂；101、凹槽；102、收容槽；13、可调引向片；14、基板；15、耦合片；16、调节柱；17、焊盘；2、馈电网络板；3、反射板。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本实用新型涉及一种双极化振子，其可解决由平衡转换器导致的方向图不对称的问题，并使双极化振子的交叉极化比性能大大优化，同时改善振子的驻波和隔离度。

请参见图1至图4，所述双极化振子1包括底座(图中未示意，下同)、设于底座上的基板14、设于基板14上的两个偶极子11、12及设于基板14上方的可调引向片13。两个所述偶极子11、12的结构相同、极化方向相互正交，并且形成±45°极化。

所述偶极子11、12均包括两个相对设置的辐射臂100，以构成双极化交叉偶极子结构。两个所述偶极子11、12的每个辐射臂100中间均设有与该辐射臂100耦合连接的耦合片15，所述耦合片15连接有朝远离基板14的方向延伸的调节柱16。所述可调引向片13和调节柱16可用于调节双极化振子1的交叉极化比和驻波。其中，优选地，所述基板14为PCB板，所述偶极子11、12及耦合片15均蚀刻于所述PCB板上。

进一步的，所述可调引向片13为金属片，所述可调引向片13与基板14为可拆卸连接，通过在可调引向片13的底部设置塑料卡座(图中未示意)与基板14卡接以实现两者的可拆卸连接，从而在基板14上设置可调引向片13可减小双极化振子1的尺寸及改善交叉极化比，同时还可改善驻波。

请结合图3a-图3c、图3e和图3f，所述可调引向片13可设置为轴对称式金属片，例如多边形板状、T型、十字型等。

而在实际测试的过程中，虽然所述双极化振子1的辐射臂100为对称结构，但由于用于平衡馈电的底座和环境因素的影响将导致该双极化振子1的方向图表现为不对称，因此可将可调引向片13设置为非对称结构(请参见图3d)，通过改变可调引向片13的形状来弥补实测指标与仿真不一致的缺陷，以消除由底座和环境因素导致的不对称的情况，并且所述可调引向片13的非对称程度与双极化振子1的交叉极化比、驻波及隔离度有关，因此可根据实际测试情况调整可调引向片13的形状以保证极化的正交性，使得双极化振子1所表现出的方向图对称，从而在改善双极化振子1的驻波及±45°极化的隔离度的同时改善相邻偶极子11、12之间的交叉极化比，实现良好的阻抗、辐射特性。

此外，两个所述偶极子11、12的每个辐射臂100中间均由基板14的中心朝边缘延伸的凹槽101，所述凹槽101相对的侧壁各开设有缺口(未标号)，两个相对的缺口围合形成与凹槽101连通的收容槽102，所述耦合片15置于所述收容槽102内并与基板14固定。

请结合图1和图4a-图4d，所述双极化振子1还包括调节柱16，具体为金属柱，所述调节柱16的一端与所述耦合片15连接，另一端穿过所述基板14并向下延伸。所述偶极子11、12通过耦合片15连接有调节柱16，使得偶极子11、12的辐射臂100的长度减小，从而缩小了整个双极化振子1的高度和口径，以实现小型化和低剖面，继而达到改善驻波和交叉极化比的目的。

所述调节柱16根据实际测试的需求可设置一根或者多根，可相邻设置也可对称设置，即调节柱16可设置于相邻的辐射臂100的耦合片15上或者对称设置的辐射臂100的耦合片15上，并且各个调节柱16的形状及长度可不完全相同，其形状包括但不限于圆柱形、椭圆柱形、矩形柱形、多边形柱等长条形柱体。所述调节柱16设置的数量及尺寸与双极化振子1的交叉极化比及驻波相关，则通过设置的调节柱16的数量及尺寸的不同可达到进一步调节双极化振子1的交叉极化比和驻波的作用。

进一步的，所述耦合片15为带状线，其上开设有孔位并在孔位处设置焊盘17，所述调节柱16通与过焊盘17焊接以以实现调节柱16与辐射臂100的电连接。

所述底座包括金属底座及设于金属底座上以用于向上支撑基板14并对偶极子11、12进行馈电的支撑柱(图中未示意)，所述金属底座与支撑柱一体成型，能实现较高的结构强度及尺寸一致性，从而使双极化振子1具有结构可靠性高、电气性能一致性好的优点。并且，所述底座既可达到支撑的作用，又能实现平衡馈电的作用，结构简单。同时，所述金属底座的中部可开设有螺纹孔(图中未示意)，以借助螺纹连接件将该双极化振子1固定于天线的反射板3上。

此外，两个所述偶极子11、12相互连接，有利于减小辐射臂100的尺寸，可使双极化振子1实现小型化。

通过设置可调引向片13及调节柱16可弥补实测指标与仿真不一致的缺陷，方便进行调试，以改变双极化振子1的驻波，使得设置该双极化振子1的天线与馈线之间具有良好的阻抗匹配；同时增大双极化振子1的交叉极化比，使其所获得的信号正交性越强，极化效果越好。所述可调引向片13还可改善振子的±45°极化的隔离度，使得不同极化方向的信号的互相干扰程度越小，以达到改善天线的电气性能和辐射性能的目的。

本实用新型还涉及一种天线，其包括反射板3、设于反射板3上的上述双极化振子1。如前所述，所述双极化振子1包括底座、设于底座上的基板14、设于基板14上的一对相互正交的偶极子11、12和设于基板14上方的可调引向片13及至少一根与偶极子11、12耦合的调节柱16。所述调节柱16的一端与偶极子11、12的辐射臂100连接，另一端由基板14穿出并且与反射板3之间具有间隙，即调节柱16一端悬空设置。所述双极化振子1与反射板3之间可通过贯穿反射板3并插入螺纹孔中配合连接的螺纹连接件实现连接固定，从而方便双极化振子1的安装及拆卸。

所述天线还包括馈电网络板2，所述馈电网络板2设于反射板3与双极化振子1之间，以用来调节双极化振子1的匹配阻抗。

优选地，请参见图5，所述天线设有多个所述双极化振子1，其可在反射板3上间隔排布以形成阵列天线。

本实用新型的天线具有交叉极化比好、低驻波的优点，通过设置可调引向片13和调节柱16可修正实测指标与仿真之间的误差，使得方向图表现对称，提高该双极化振子1与馈线之间的阻抗匹配程度。此外可调引向片13和调节柱16的设置还可减少双极化振子1的轴向长度，减少体积，同时改善了天线的辐射性能，实现良好的辐射、阻抗特性。本实用新型的天线结构简单，制造容易，适合批量生产。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

设计图

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