專利名稱：寬頻雙極化輻射單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信天線設(shè)計技術(shù)，尤其涉及一種寬頻雙極化輻射單元，主 要應(yīng)用于移動通信領(lǐng)域。
技術(shù)背景
近年來，移動通信技術(shù)得到了快速的發(fā)展，各種制式的通信系統(tǒng)共存的 場合越來越多，由于各種制式的通信系統(tǒng)有不同的工作頻段，且它們的工作 頻帶在不斷擴(kuò)展，這使得移動通信系統(tǒng)對天線的頻帶要求越來越寬。此外， 為了節(jié)省建設(shè)投資，多種制式合一 的通信系統(tǒng)方案受到越來越多的重視并被 廣泛的采用，這就進(jìn)一步要求天線能夠在很寬的頻帶內(nèi)工作。
目前的雙極化天線往往只有一個到兩個諧振的頻率點(diǎn)，所以其駐波比帶 寬往往有限，很難滿足多種制式合一的通信系統(tǒng)對天線具有寬頻帶工作能力
的要求；目前也有能夠工作于較寬頻帶的天線，然而這些天線往往采用了不 同的結(jié)構(gòu)形式，這使得天線的結(jié)構(gòu)以及工藝比較復(fù)雜，提高了天線的成本和 影響了生產(chǎn)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是滿足移動通信技術(shù)的發(fā)展需要，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，成 本相對低廉的寬頻雙極化輻射單元。
為實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明寬頻雙極化輻射單元，包括輻射體，該輻射體包括四個具有相同
形狀的振子臂，各振子臂組成兩副極化正交的對稱振子，由此形成關(guān)于輻射
體中心點(diǎn)對稱的結(jié)構(gòu)，任意一振子臂至少包括兩個導(dǎo)體環(huán)，且各導(dǎo)體環(huán)在其
靠近輻射體中心點(diǎn)的角部處閉合為 一共同端。
振子臂中各導(dǎo)體環(huán)呈方形、菱形、扇形、三角形、橢圓形、鉆石形、及 具有部分弧段的方形中任意一種。或者，振子臂中各導(dǎo)體環(huán)至少有一呈方形、菱形、扇形、三角形、橢圓形、鉆石形、及具有部分弧段的方形中任意一種，
此外的其它各導(dǎo)體環(huán)也可以呈異于前者的其它已列舉的幾何形狀。
進(jìn)一 步，所述振子臂中導(dǎo)體環(huán)至少有一可設(shè)有間斷段形成非閉合結(jié)構(gòu)。
而且，所述振子臂中，最內(nèi)層的導(dǎo)體環(huán)在平面上被設(shè)計成內(nèi)部完全填充形狀。 該輻射體可被印刷在一電路板上，也可采用金屬材料制作成形。 該輻射單元具有一饋電裝置，該饋電裝置包括固定件和饋電網(wǎng)絡(luò)，固定
件固設(shè)在所述反射接地板上用于支撐所述輻射體，饋電網(wǎng)絡(luò)經(jīng)該固定件布設(shè)
以實(shí)現(xiàn)對該輻射體各振子臂的饋電。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述固定件 包括四個內(nèi)含同軸電纜的管狀支撐導(dǎo)體，還包括一用于完成支撐導(dǎo)體與反射
接地板間固定連接的基座，所述支撐導(dǎo)體分別在輻射體底部對四個振子臂的 共同端處實(shí)施支撐， 一對饋電跳線于振子臂上方分別各自連接一對角上的兩 個振子臂以形成兩個對稱振子并與所述同軸電纜一起連接形成所述饋電網(wǎng) 絡(luò)。另一實(shí)施例中，所述固定件包括交叉裝配在接地反射板上的兩印刷電路 板，兩印刷電路板頂部各具兩凸塊，以穿過所述輻射體與四個振子臂的共同 端，印刷電路板上印刷有微帶線， 一對饋電帶線于振子臂上方分別各自連接
一起連接形成所述饋電網(wǎng)絡(luò)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用較筒單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 了寬頻帶的功能，在駐波比小于1.5的情況下，擁有超過45%的相對頻帶寬 度。


圖la， lb， lc及圖ld示出了本發(fā)明的輻射體的頂視圖，其中揭示的構(gòu) 成輻射體的導(dǎo)體環(huán)為方形圖la和圖lb所示的振子臂由方形的導(dǎo)體環(huán)構(gòu)成， 且圖la中最內(nèi)置的導(dǎo)體環(huán)在平面上被設(shè)計成內(nèi)部完全填充形狀；圖lb中， 最內(nèi)置的導(dǎo)體環(huán)屬閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)；圖lc中，振子臂由閉合的導(dǎo)體環(huán)和開路的 導(dǎo)體環(huán)混合構(gòu)成；圖ld中振子臂中的多個導(dǎo)體環(huán)具有包括方形、具有部分弧 段的方形、鉆石形、扇形、三角形在內(nèi)的多種形狀。
圖2a, 2b和圖2c示出了本發(fā)明的輻射體的頂視圖，其中揭示的構(gòu)成輻 射體的導(dǎo)體環(huán)為扇形圖2a的每個振子臂都是由四分之一圓形即扇形的導(dǎo)體 環(huán)構(gòu)成；圖2b與圖2a的不同在于其所示的所有相鄰的振子臂的外頂點(diǎn)所在的角為直角，而圖2a每振子臂僅有一個形成有內(nèi)頂點(diǎn)的直角；圖2c中相鄰 振子臂的邊緣間形成銳角間隙；圖3a, 3b是本發(fā)明輻射體的頂視圖，其中揭示的構(gòu)成輻射體的導(dǎo)體環(huán)為 三角形圖3a所示振子臂的導(dǎo)體環(huán)外形為等腰直角三角形；圖3b與圖3a 不同之處在于圖3b中所示相鄰振子臂邊緣形成銳角間隙；圖4a， 4b是本發(fā)明輻射體的頂視圖，其中揭示的構(gòu)成輻射體的導(dǎo)體環(huán)為 (近似)橢圓型圖4b與圖4a不同之處在于圖4b所示相鄰的振子臂邊緣為 直線段，它們之間形成銳角間隙；圖5a， 5b示出了本發(fā)明的輻射體的頂視圖，其中揭示的構(gòu)成輻射體的導(dǎo) 體環(huán)為菱形，當(dāng)其直線段增加時又近似于鉆石形，其特點(diǎn)是相鄰振子臂邊緣 均形成一銳角間隙，其中圖5a所示振子臂外頂點(diǎn)所在的角為銳角，而圖5b 所示振子臂外頂點(diǎn)所在的角為直角；圖6a, 6b分別是本發(fā)明寬頻雙極化輻射單元的頂視圖和A視角的側(cè)視 圖，其饋電裝置采用支撐導(dǎo)體；圖6c是圖6a的一個極化方向上也即B視角 的橫截面圖；圖7a， 7b是分別本發(fā)明寬頻雙極化輻射單元的頂視圖和側(cè)視圖，其饋電 裝置采用印刷電路板；圖8a和圖8b是圖7a和圖7b中所示的寬頻雙極化輻射單元的饋電電路 板之一的前視圖和后視圖，圖8c和圖8d則為印刷電路板之二的前視圖和后 視圖，各圖揭示了饋電網(wǎng)絡(luò)中終端開路饋電的微帶線；圖9a和圖9b是相對于圖8a和圖8c的另一中饋電網(wǎng)絡(luò)形式，其中揭示 了饋電網(wǎng)絡(luò)末端短路饋電的微帶線。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明本領(lǐng)域普通技術(shù)人員均知曉，對于一個雙極化輻射單元的輻射體而言， 其應(yīng)具有四個振子臂，各振子臂關(guān)于經(jīng)過輻射體中心點(diǎn)的兩條正交軸對稱， 而且，對于每一振子臂個體而言，必關(guān)于其所在的該輻射體的對角線所成的 軸對稱，每一輻射體的相對角的兩個振子臂通過饋電網(wǎng)絡(luò)形成一個對稱振子，共計兩個對稱振子，共同組成具有極化正交特性的雙極化輻射單元。圖la, lb, lc和圖ld揭示了振子臂1外形為方形的輻射體的頂視圖，6其由外至內(nèi)具有五層方形導(dǎo)體環(huán)21, 23, 25， 27, 29，所謂導(dǎo)體環(huán)，在本發(fā) 明中系指具有環(huán)繞邊緣的金屬導(dǎo)體件，既包括本發(fā)明各實(shí)施例所示的平面形 的印刷電路設(shè)計，也包括各種未圖示的公知的占據(jù)一定立體空間的金屬部件。 由于同一輻射體的任意振子臂均具有通用性，故本發(fā)明對輻射體形狀的描述 將針對單一振子臂的形狀進(jìn)行。圖la至圖ld中，每個振子臂均具有一個外頂點(diǎn)(標(biāo)號10所在處)和內(nèi) 頂點(diǎn)(同為標(biāo)號12所在處)。圖la中，振子臂1最外層導(dǎo)體環(huán)21與最內(nèi)層導(dǎo)體環(huán)29之間有三層導(dǎo)體 環(huán)23, 25， 27，且各導(dǎo)體環(huán)21, 23， 25， 27, 29均在兩條邊11， 13上重合， 由此在振子臂1內(nèi)頂點(diǎn)處形成一個共同端12，該共同端12用于與后述的饋 電網(wǎng)絡(luò)電連接，此外，最內(nèi)層的導(dǎo)體環(huán)29在平面上祐 沒計成一體的完全填充 形狀。作為對圖la所示實(shí)施方式的改進(jìn)，圖lb在圖la的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化，其 輻射體的振子臂1僅具有最外和最內(nèi)兩個導(dǎo)體環(huán)21, 29,而且最內(nèi)層的導(dǎo)體 環(huán)29為與最外層導(dǎo)體環(huán)21近似的非完全填充形狀。同理，作為對圖la所示實(shí)施方式的改進(jìn)，圖lc中，振子臂1最外層導(dǎo) 體環(huán)21和最內(nèi)層導(dǎo)體環(huán)29之間有三層導(dǎo)體環(huán)23, 25, 27，而其中第二導(dǎo)體 環(huán)23和第四導(dǎo)體環(huán)27的外頂點(diǎn)處設(shè)有間斷段230， 270以形成非閉合結(jié)構(gòu)， 所述間斷段230， 270處于整個輻射體的對角線位置。圖ld作為圖la進(jìn)一步改進(jìn)后的實(shí)施方式，其中，相較于圖la,振子臂 1所具有的六個導(dǎo)體環(huán)21， 23， 25， 27， 28, 29由外向內(nèi)分別^f皮設(shè)計成方形 21、外頂點(diǎn)被設(shè)計成弧段過渡的方形23、具有五個折線段的鉆石形25、扇形 27、三角形28和實(shí)心方形29。該實(shí)施方式表明，此類幾何形狀可以根據(jù)天 線電氣性能上的需要被擇其一或相互組合地應(yīng)用在輻射體的振子臂1中。圖la至圖ld所揭示的各實(shí)施方式中，振子臂以外形為方形為基礎(chǔ)進(jìn)行 設(shè)計，在方形的基礎(chǔ)上對內(nèi)置的各導(dǎo)體環(huán)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃?，均屬于本發(fā)明所 界定的范圍。圖2a， 2b和圖2c揭示了振子臂1外形為扇形的輻射體的頂視圖，其共 同的特點(diǎn)是構(gòu)成振子臂1的導(dǎo)體環(huán)20都具有弧形段，最內(nèi)層導(dǎo)體環(huán)在平面上 被設(shè)計成一體的實(shí)心塊狀。圖2a中所揭示的實(shí)施方式中，每個振子臂1外形都是四分之一圓形所形成的扇形，其導(dǎo)體環(huán)20也是四分之一圓形所形成的扇形。圖2b是在圖2a所示實(shí)施方式的基礎(chǔ)上的改進(jìn)，其所示的振子臂1中的 每一個導(dǎo)體環(huán)20是基于方形和扇形的組合而形成的，也即，保留方形的三個 直角，將其外頂點(diǎn)設(shè)計為弧形過渡即形成圖示的扇形。同理，圖2c在圖2a所揭示的實(shí)施方式的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得，圖2c的振子 臂區(qū)別于圖2a振子臂之處在于由振子臂形成的扇形的角度被縮小，以此使每 相鄰兩個振子臂之間形成一個夾角a,該夾角a為銳角。圖2a至圖2c所揭示的各實(shí)施方式中，振子臂以外形為扇形為基礎(chǔ)進(jìn)行 設(shè)計，結(jié)合圖la至圖ld所述的發(fā)明精神，在扇形的基礎(chǔ)上對內(nèi)置的各導(dǎo)體 環(huán)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃?，均屬于本發(fā)明所界定的范圍。圖3a， 3b揭示了振子臂外形為三角形的輻射體的頂視圖，振子臂由外到 內(nèi)的若干層三角形的導(dǎo)體環(huán)20構(gòu)成。圖3a所示振子臂的導(dǎo)體環(huán)20外形為等 腰直角三角形，圖3b所示輻射體與圖3a所示輻射體區(qū)別在于尋體環(huán)的內(nèi)角 被縮小，以此使每兩個相鄰的振子臂之間形成一夾角a，并使該夾角a為銳 角。圖4a， 4b揭示了振子臂外形為橢圓形的輻射體的頂視圖，振子臂由5 層近似橢圓狀的導(dǎo)體環(huán)20構(gòu)成，最內(nèi)一層導(dǎo)體環(huán)填為一體的實(shí)心塊狀。圖 4b所示輻射體與圖4a所示輻射體區(qū)別在于與輻射體縱、橫兩條對稱軸相鄰 的振子臂邊緣為直線段，且相鄰兩個振子臂的相鄰直線段之間形成一銳角a。圖5a， 5b揭示了振子臂外形為鉆石形的輻射體的頂視圖，鉆石形是指在 平面上至少具有四條以上直線邊的環(huán)狀非方形圖案，菱形或近似菱形為鉆石 形的特例。所述振子臂由5層近似菱形的導(dǎo)體環(huán)20構(gòu)成，相鄰兩個振子臂之 間形成一銳角a。圖5a所示振子臂外頂點(diǎn)31所在的角為銳角，圖5b所示振 子臂外頂點(diǎn)31'所在的角為直角。上述輻射體的各種實(shí)施方式，應(yīng)用于輻射單元中時，需要與饋電裝置相 配合安裝。圖6a至9b中揭示了幾種饋電裝置的實(shí)施方式，這些饋電裝置在 寬頻雙極化輻射單元中起到了不平衡變換器的作用，由兩部分組成，分別為 用于固定在接地反射板上以支撐輻射體的固定件和用于經(jīng)固定件布設(shè)而對輻 射體上的各振子臂實(shí)施饋電的饋電網(wǎng)絡(luò)。圖6a至圖6c,揭示了一個寬頻雙極化輻射單元的結(jié)構(gòu)，其饋電裝置的 固定件由固定在反射接地板4上的基座51和固定在基座51上的四個支撐導(dǎo)體52,53,54,55組成，支撐導(dǎo)體52,53,54,55是內(nèi)含饋電電纜的金屬導(dǎo)體管， 輻射體6是由印刷電路板7制成，振子臂印制在基板7上，金屬導(dǎo)體管52 至55分別將各個振子臂連接到導(dǎo)體基座51，這些金屬導(dǎo)體管可以起到不平 衡變換器的作用，基座51通過螺釘固定在反射接地板4上。饋電網(wǎng)絡(luò)包括金 屬導(dǎo)體管52, 53， 54， 55內(nèi)的同軸電纜和饋電電線56， 57，饋電電線56, 57將各同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體560, 570遵照前述關(guān)于對稱振子的連接方式連接 到振子臂1上。饋電電線56, 57,金屬導(dǎo)體管52， 53， 54， 55和輻射體6 的振子臂1之間是通過焊接的方法連接起來的。在與饋電裝置的上一實(shí)施方式略有不同的另一實(shí)施方式中，如圖7a和 7b中所示，輻射體6和固定件都是用印刷電路板制成的，饋電網(wǎng)絡(luò)則為印制 在固定件52', 53'上的微帶線。其中一基板7上印制有輻射體6，固定件52'， 53'在它們的一面上附有印制導(dǎo)體，這些導(dǎo)體起到不平衡變換器的作用，另一 面印有用于形成饋電網(wǎng)絡(luò)的饋電微帶線。圖8a至圖8d中揭示了兩個固定件52'， 53'的兩面，第一饋電網(wǎng)絡(luò)94印 制在固定件52'的一面(圖8a)上，且該饋電網(wǎng)絡(luò)含有匹配電路95,電橋％， 和終端開路饋電微帶線97。在第一饋電網(wǎng)絡(luò)94中起到不平衡變換作用的導(dǎo) 體90, 91印制在基板52'的另一面(圖8b)。第二饋電網(wǎng)絡(luò)98印制在固定件 53'的一面(圖8c)上，且該饋電網(wǎng)絡(luò)含有匹配電路95',電橋96'，和終端開 路饋電微帶線97'。在第二饋電網(wǎng)絡(luò)98中起到不平衡變換作用的導(dǎo)體90'， 91' 印制在固定件53'的另一面(圖8d)。固定件52'分別含有上突臺521，下突臺 522,固定件53'分別含有上突臺531和下突臺532，固定件52'和53'正交嵌 套，上突臺521, 531被安裝到輻射體基板7上面的十字槽56"中，下突臺522 和532被安裝在反射接地板4的十字槽(未圖示)中；固定件52', 53'上的 印制導(dǎo)體的上端分別與相嵌套的振子臂用焊錫絲焊接起來，其下端被焊接到 反射接地板4上。圖9a和圖9b中揭示了另外一種饋電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)形態(tài)，其中，電橋96" 的末端連接到一微帶線961上，電橋97"連接到微帶線971上。微帶線961 和971都朝固定件上端延伸，當(dāng)固定件和輻射體安裝在一起的時候，微帶線 961, 971便分別與特定的振子臂相連，用焊錫將它們焊接起來，可實(shí)現(xiàn)末端 短路々赍電。由上述的饋電裝置與輻射體組裝而成的寬頻雙極化輻射單元，結(jié)構(gòu)簡單，9頻帶較寬，能滿足多系統(tǒng)高寬頻的要求。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不僅僅受 上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改 變、修飾、替代、組合、筒化，均應(yīng)視為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種寬頻雙極化輻射單元，包括輻射體，該輻射體包括四個具有相同形狀的振子臂，組成兩個極化正交的對稱振子，由此形成關(guān)于輻射體中心點(diǎn)對稱的結(jié)構(gòu)，其特征在于任意個振子臂由外向內(nèi)間隔包括至少兩個導(dǎo)體環(huán)，且各導(dǎo)體環(huán)在其靠近輻射體中心點(diǎn)的角部處重合為一共同端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻雙極化輻射單元，其特征在于振子臂 各導(dǎo)體環(huán)呈方形、菱形、扇形、三角形、橢圓形、鉆石形、及具有部分弧段 的方形中任意一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻雙極化輻射單元，其特征在于振子臂 中各導(dǎo)體環(huán)至少之一呈方形、菱形、扇形、三角形、橢圓形、鉆石形、及具有部分孤段的方形中任意一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的寬頻雙極化輻射單元，其特 征在于所述振子臂中導(dǎo)體環(huán)至少之一設(shè)有間斷段形成開環(huán)結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的寬頻雙極化輻射單元，其特 征在于所述振子臂中，最內(nèi)層的導(dǎo)體環(huán)在平面上被設(shè)計成一體實(shí)心狀。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的寬頻雙極化輻射單元，其特 征在于振子臂在其所述的共同端處形成的夾角為銳角。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的寬頻雙極化輻射單元，其特 征在于該輻射體被印刷在一電路板上。
8、 根^權(quán)利要求1至3中任意一項所述的寬頻雙極化輻射單元，其特 征在于該輻射單元具有一饋電裝置，該饋電裝置包括固定件和饋電網(wǎng)絡(luò)， 固定件固設(shè)在所述反射接地板上用于支撐所述輻射體，饋電網(wǎng)絡(luò)經(jīng)該固定件布設(shè)以實(shí)施對該輻射體各振子臂的饋電。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的寬頻雙極化輻射單元，其特征在于所述固 定件包括四個內(nèi)含同軸電纜的管狀支撐導(dǎo)體，還包括一用于完成支撐導(dǎo)體與 反射接地板間固定連接的基座，所述支撐導(dǎo)體分別在輻射體底部對四個振子 臂的共同端處實(shí)施支撐， 一對饋電電纜于振子臂上方分別各自連接處于對角 位置的兩個振子臂以形成兩個對稱振子。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的寬頻雙極化輻射單元，其特征在于所述固 定件包括相互交叉裝配的兩印刷電路板，兩印刷電路板頂部各具兩凸塊，以 穿過所述輻射體與四個振子臂的共同端，印刷電路板上印刷有微帶線， 一對 饋電帶線分別連接一對角上的兩個振子臂以形成兩個對稱振子并與所述印刷 電路板上的微帶線一起連接形成所述饋電網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種寬頻雙極化輻射單元，包括輻射體，該輻射體包括四個具有相同形狀的振子臂，組成兩個極化正交的對稱振子，由此形成關(guān)于輻射體中心點(diǎn)對稱的結(jié)構(gòu)，其中，任意個振子臂由外向內(nèi)間隔包括至少兩個導(dǎo)體環(huán)，且各導(dǎo)體環(huán)在其靠近輻射體中心點(diǎn)的角部處重合為一共同端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用較簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了寬頻帶的功能，在駐波比小于1.5的情況下，擁有超過45％的相對頻帶寬度。
文檔編號H01Q21/24GK101546863SQ20091003835
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者李明超, 李耀煥, 薛峰章, 賴展軍 申請人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司