一種雙極化天線陣元的製作方法

2023-05-27 12:02:51

本實用新型涉及天線技術領域，尤其涉及一種雙極化天線陣元。

背景技術：

在現有涵蓋DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式內所含頻段的雙極化天線陣元中，天線陣元的駐波比無法全部覆蓋所需頻段。普遍的工作頻段帶寬在30％左右，這樣極大地限制了天線的應用場景，並且增加了工程的成本。而有些雙極化天線，雖然其阻抗帶寬滿足了所需頻段的要求，但由於超寬的工作頻段，導致其輻射性能在整個工作頻段內差別較大，而且，較好的阻抗帶寬也只是接近45％，例如：申請號為201010581310.9，結構圖形為圖1所示，其在VSWR(駐波比)小於等於1.4時，阻抗寬度接近45％。在DCS頻段，雙極化天線的陣元的水平面半功率波瓣寬度滿足65±6°，而在TDD-LTE頻段，其水平面半功率波瓣寬度卻已經小於58°。這樣無法實現移動通信要求的無縫覆蓋，從而導致信號覆蓋較差，普遍存在增益和水平瓣寬相差較大的問題。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型的一種雙極化天線陣元，具有頻段高增益，駐波比小，水平波波瓣寬，阻抗帶寬大等特點，且可以避免饋電時的高次模產生，減小天線的損耗。

一種雙極化天線陣元，所述雙極化天線陣元包括饋電柱、輻射臂以及巴倫，巴倫開有四個通孔，所述饋電柱通過饋電套固定於巴倫設置的通孔中，所述饋電柱為粗細不同的多節圓金屬柱，饋電柱呈L型，饋電柱與所述輻射臂固定連接，輻射臂設置在沿巴倫腔體向上方向的端面上，所述輻射臂為四個且互不接觸，所述四個輻射臂與巴倫四個通孔位置對應，每個輻射臂上開有多個弧形縫隙，每條弧形縫隙長度為特定頻段對應波長的1/6，縫隙寬度為整個帶寬中心頻率對應波長的1/100。

優選地，所述每個輻射臂上開有至少三條不同長度弧形鏤空縫隙。

優選地，所述每個輻射臂上開有五條不同長度弧形鏤空縫隙，從外向內五條縫隙長度依次為：15.6mm、21.5mm、27.2mm、25.2mm、19.7mm；寬度為：1.3mm。

優選地，所述特定頻段為DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式內所含的頻段。

優選地，所述兩對角輻射臂合長為頻段對應波長的1/2，巴倫高為頻段波長的1/4。

優選地，所述輻射臂陣列分布在巴倫向上方向的端面，四個輻射臂由十字縫隔開，所述輻射臂與巴倫壓鑄為一體，輻射臂與巴倫均為金屬製成。

優選地，所述饋電套為POM絕緣材料。

優選地，所述兩饋電柱為兩種不同尺寸高度，使得兩L型饋電柱橫向柱體異面垂直交叉。

優選地，所述饋電柱與輻射臂通過焊接固定相連。

優選地，所述巴倫通孔內適配有兩饋電柱的通孔的巴倫向下延伸出兩固定端，用於固定安裝所述陣元。

本實用新型的有益效果在於：通過在輻射臂上開有縫隙長度為特定頻段對應波長的1/6，縫隙寬度為整個帶寬中心頻率對應波長的1/100的多個弧形縫隙，使得在2G的DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式內所含頻段增益均≥8.4dBi，在2G的DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式內所含頻段內，69°≥水平波束瓣寬≥64°，在頻率1.6179-3.0300GHz的範圍內，駐波比都在1.5以下；輻射臂金屬片上刻蝕不同長度的縫隙，從而形成不同的諧振頻率，各個諧振頻率進行耦合，從而形成了超過60％的相對阻抗帶寬；通過採用不同粗細的金屬圓饋電柱，代替常用的金屬饋電片，這樣可以避免饋電時的高次模式的產生，減小天線損耗，提升輻射效率；饋電柱與輻射臂採用焊接方式，避免採用過多的固定件，從而降低組裝的複雜度和產品的成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為一種寬帶雙極化天線單元實施例示意圖；

圖2為雙極化天線陣元實施例的立體視圖的斜下方視圖；

圖3為雙極化天線陣元實施例的立體視圖的斜上方視圖；

圖4為雙極化天線陣元實施例的俯視圖；

圖5為雙極化天線陣元實施例的主視圖；

圖6為雙極化天線陣元實施例饋電視圖；

圖7為雙極化天線陣元實施例饋電柱安裝圖；

圖8為駐波比圖；

圖9為增益圖；

附圖標記

1 輻射臂 2 巴倫

3 橫向饋電柱 4 縫隙

5 固定端 6 通孔

7 饋電柱 8 饋電套

10 上端面

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

應當理解，當在本說明書和所附權利要求書中使用時，術語「包括」和「包含」指示所描述特徵、整體、步驟、操作、元素和/或組件的存在，但並不排除一個或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元素、組件和/或其集合的存在或添加。

還應當進一步理解，在本實用新型說明書和所附權利要求書中使用的術語「和/或」是指相關聯列出的項中的一個或多個的任何組合以及所有可能組合，並且包括這些組合。

請參看圖2以及圖3，圖4、圖5、圖6、圖7，雙極化天線陣元包括：饋電柱7、輻射臂1以及巴倫2，巴倫2開有均勻設置有兩兩對稱的四個通孔6，兩個用於饋電的饋電柱7與巴倫2同側的兩個通孔6通過饋電套8固定，所述饋電柱7為粗細不同的多節圓金屬柱，通過採用不同粗細的金屬圓饋電柱7，代替常用的金屬饋電片，這樣可以避免饋電時的高次模的產生，減小天線的損耗，提升輻射效率；饋電柱7呈L型，饋電柱7與所述輻射臂1固定連接，輻射臂1設置在沿巴倫2腔體向上方向的端面上，所述輻射臂1為四個且互不接觸，所述四個輻射臂1與巴倫2四個通孔6位置對應，每個輻射臂1上開有多個弧形縫隙4，每條弧形縫隙4長度為特定頻段對應波長的1/6，縫隙4寬度為整個帶寬中心頻率對應波長的1/100。

具體的，特定頻段為DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式內所含的頻段，波長也即為所含的頻段所對應的波長。中心頻率為整個帶寬的中心頻率，以中心頻率為準。通過在輻射臂1上開有縫隙4長度為特定頻段對應波長的1/6，縫隙4寬度為整個帶寬中心頻率對應波長的1/100的多個弧形縫隙4，根據圖8及圖9可以看出，以圖8深色顏色的波為例，在頻率1.6153-3.0300GHz的範圍內，駐波比都在1.5以下，阻抗相對帶寬達60％，這是由於輻射臂1金屬片上刻蝕不同長度的縫隙4，從而形成不同的諧振頻率，各個諧振頻率間耦合，從而形成了超過60％的相對阻抗帶寬。圖9為雙極化天線陣元在頻率為1.7GHz、2.2GHz、2.7GHz的增益圖，由圖可以看出，輻射臂1上開有縫隙4長度為特定頻段對應波長的1/6，縫隙4寬度為整個帶寬中心頻率對應波長的1/100的多個弧形縫隙4，使得在2G的DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式內輻射效率超過96％，所含頻段增益均大於等於8.4dBi，且64°≤水平波束瓣寬≤69°，天線的慢波特性，保證了天線在整個工作頻段內天線輻射方向圖的一致性。

具體的，結合圖5，巴倫2高度為頻段對應波長的1/4，巴倫2設置為帶倒角的長方體的結構，可以在長方體上部分開有深十字縫隙4將長方體的上端部分分隔成四個完全一樣的立柱，形成四個立柱而下端連接成一個整體的立式結構，而在四個立柱的中心位置，開有對應的四個圓形貫穿通孔6。在巴倫2同側的通孔6位置附近下方延伸出固定端5，用於固定整個巴倫2。固定端5與巴倫2一體成型，也可以通過焊接將固定端5與巴倫2連接成一個整體。固定端5為中空通孔6的圓柱形，中空通孔6橫截面為圓形，圓形直徑小於巴倫2的通孔6直徑，與巴倫2上的通孔6為同心圓。固定端5下端設置有安裝部，與外界連接安裝固定。

具體的，結合圖6，設置巴倫2通孔6內的兩根饋電柱7，兩饋電柱7為兩種高度不同，饋電柱7下端部與固定端5的中空圓形通孔6緊密配合，起到固定饋電柱7一端的作用，兩饋電柱7的沿橫向延伸出橫向饋電柱73，饋電柱7為粗細不同的多節圓金屬柱，通過採用不同粗細的金屬圓饋電柱7，代替常用的金屬饋電片，這樣可以避免饋電時的高次模式的產生，減小天線的損耗；饋電柱7與橫向饋電柱73構成了饋電柱7的L型，由於兩饋電柱7的高低不同，兩橫向饋電柱73為異面垂直交叉，不接觸。饋電還可採用易焊接金屬片狀。

具體的，結合圖4，在巴倫2的上端面10，也就是四個立柱的上端面10分別安裝有四個輻射臂1，四個輻射臂1陣列安裝在四個立柱的端面上，四個輻射臂1由十字縫隔開，兩對角輻射臂1合長為頻段對應波長的λ/2，輻射臂1與巴倫2通過壓鑄一體成型，輻射臂1與巴倫2均為金屬製成。輻射臂1為金屬片，在每個金屬輻射片上都開有縫隙4結構，縫隙4至少三條，圖中示意的是五條弧形縫隙4，從外向內五條縫隙4長度依次為：15.6mm、21.5mm、27.2mm、25.2mm、19.7mm；寬度為：1.3mm。縫隙可以為鏤空縫隙，可以為條形鏤空縫隙4，還可以為小方形和小圓型縫隙等。為了擴展天線的工作頻段，在金屬片振子臂上所開的縫隙4數目，一般需要大於3條，實施例的縫隙4數目為5條，且每條的長度會有所不同。對於鏤空縫隙4，每條縫隙4的尺寸對應一段頻率，一條縫隙4長度約為相應頻段的λ/6，寬度約為整個帶寬中心頻率的λ/100，通過開多條縫隙4，降低表面電磁波相速，以達到60％的阻抗相對帶寬，兩種極化的振子，因各極化輻射臂1上電流的相位差，相差為90°，從而兩種極化間具有較高的隔離度。

具體的，結合圖7，用於固定饋電柱7的饋電套8設置在饋電柱7與巴倫2通孔6中間，可以提高饋電柱7在巴倫2通孔6中的穩定性，饋電套8為一絕緣的高分子材料，具體為絕緣POM套，饋電套8固定饋電柱7的同時，同時將饋電柱7與巴倫2隔開，防止饋電短路。

以上所描述的實施例僅僅是示意性的，本實用新型實施例可以根據實際需要進行順序調整、合併和刪減。

實施例對本方案進行了詳細的介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的結構原理及實施方式進行了闡述，以上實施例只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。