采用非對稱振子的天線振子單元的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種采用非對稱振子的天線振子單元，包括：第一振子臂對，其包括第一振子臂和第二振子臂；第二振子臂對，其包括第三振子臂和第四振子臂；饋電模塊，第一、第二振子臂對通過饋電模塊連接至射頻設備；其中，第一、第二振子臂對相互正交，并且第一和／或第二振子臂對為非對稱結構。本發明通過非對稱結構的振子天線，進而補償因饋電方式導致的饋電不平衡，使得非對稱振子天線的水平方向圖對稱，提高了交叉極化鑒別率。另外，因為將振子和其饋電點／片作為一個整體進行設計，避免了對進行天線額外的補償，從而提供對稱的輻射方向。采用本發明的非對稱振子天線，可以減少隔離墻的使用，降低了成本。
【專利說明】采用非對稱振子的天線振子單元
【技術領域】
[0001]本發明概括而言涉及無線通信領域，更具體而言，涉及一種采用非對稱振子的天線振子單元。
【背景技術】
[0002]目前，在通信網絡建設和維護工作中，如何解決網絡高話務量密度區的容量和干擾問題，提高全網的接通率，降低掉話率和提高通話質量，已經成為近期工作的重點和難點。采用合適的天線技術將是能夠有效地控制覆蓋范圍，降低同頻干擾和改善手機信號的接收效果的方法之一。
[0003]圖1所示為現有的雙極化基站天線單元，由其組合成陣列，形成+45°和-45°方向相互正交的雙極化天線陣，同時工作在收發雙工模式下。基站天線由振子組陣構成，每個振子包括4個振子臂11、12、13和14，其中兩個以+45度極化方向工作，另外兩個以_45度極化方向工作。通常地，作為基站天線的振子的輻射單元，這四個振子臂的長度相同且形狀也相同。當前，在基站天線的設計中，往往要求方向圖(Azimuth pattern)盡可能地對稱，以得到較好的小區容量和覆蓋，并使得從一個小區到另外一個小區的不必要的分散輻射最小化，從而提升小區覆蓋的效果。設計與使用方向圖對稱的天線陣列的另外一個關鍵原因是交叉極化鑒別率(cross polarization discrimination,簡稱XPD)會隨著對稱性的提升而提升。
[0004]圖1顯示了現有技術中的對稱的天線振子單元的示例。因為振子饋電的不平衡，由這些對稱振子組成的陣列的水平方向圖將不對稱，進而造成較低的交叉極化鑒別率。
[0005]圖2a為現有技術中，采用隔離墻和對稱的天線振子單元的陣列示意圖。雖然采用隔離墻21可以有效實現方向圖的對稱，但是采用隔離墻21后，天線系統具有以下缺點:(I)隔離墻21影響振子22的電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio, VSWR),如此造成阻抗不匹配，還影響整個天線陣列的VSWR ； (2)隔離墻21干擾其附近的振子22的幅度和相位的分布，這將導致垂直面上的旁瓣電平較高，對相鄰小區產生干擾；(3)安裝隔離墻21，需要增加人力物力，增加了成本；還會導致互調信號的產生，對系統造成干擾；(4)由于隔離墻21的數量較大，加之加工過程中的不確定性，給天線系統的工作帶來了不穩定性。
[0006]另外，隔離墻21對陣列中單個振子22的阻抗存在影響，如圖2b、2c所示。圖2b為現有技術中未采用隔離墻對阻抗造成影響的示意圖；圖2c為現有技術中采用隔離墻對阻抗造成影響的示意圖。由圖2c可知，采用隔離墻21后，阻抗曲線會比較發散，在應用中難以調試。
[0007]因此，亟需一種穩定性高、經濟的天線系統。
【發明內容】
[0008]針對以上問題，本發明提供了一種采用非對稱振子的天線振子單元。
[0009]根據本發明的第一個方面，提供了一種第一振子臂對，其包括第一振子臂和第二振子臂；第二振子臂對，其包括第三振子臂和第四振子臂；饋電模塊，所述第一、第二振子臂對通過所述饋電模塊連接至射頻設備；其中，所述第一、第二振子臂對相互正交，并且所述第一和/或第二振子臂對為非對稱結構。
[0010]根據本發明的一個實施例，從所述饋電模塊到所述第一振子臂末端的電長度小于從所述饋電模塊到所述第二振子臂末端的電長度，其中，所述第一振子臂的末端處設有第一金屬棒，用于增大所述第一振子臂的有效電長度，其中，所述第一振子臂的有效電長度為所述第一金屬棒對應的電長度與所述第一振子臂的電長度之和；和/或從所述饋電模塊到所述第三振子臂末端的電長度小于從所述饋電模塊到所述第四振子臂末端的電長度，其中，所述第三振子臂的末端處設有第二金屬棒，用于增大所述第三振子臂的有效電長度，其中，所述第三振子臂的有效電長度為所述第二金屬棒對應的電長度與所述第三振子臂的電長度之和。
[0011]根據本發明的一個實施例，所述第一振子臂的有效電長度大于等于八分之一波長且小于等于二分之一波長；和/或所述第三振子臂的有效電長度大于等于八分之一波長且小于等于二分之一波長。
[0012]根據本發明的一個實施例，所述第一振子臂的電長度等于所述第二振子臂的電長度，其中，所述第一振子臂的臂長比所述第二振子臂長；和/或所述第三振子臂的電長度等于所述第四振子臂的電長度，其中，所述第三振子臂的臂長比所述第四振子臂長。
[0013]根據本發明的一個實施例，所述第一、第二振子臂的長度之差小于等于八分之一波長；和/或所述第三、第四振子臂的長度之差小于等于八分之一波長。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述第一振子臂的電長度小于所述第二振子臂的電長度，所述第三振子臂的電長度小于所述第四振子臂的電長度，所述饋電模塊包括至少兩個饋電片，所述第一、第二振子臂對利用饋電片，通過耦合方式進行饋電；其中，所述第一、第三振子臂的末端分別設有第一、第三金屬吊角，用于增大所述第一、第三振子臂的有效電長度。
[0015]根據本發明的一個實施例，所述第一金屬吊角有效電長度與所述第一振子臂的有效電長度之和大于等于八分之一波長且小于等于二分之一波長；以及所述第二金屬吊角的饋電有效距離與所述第三振子臂的饋電有效距離之和大于等于八分之一波長且小于等于二分之一波長。
[0016]根據本發明的一個實施例，所述半波振子天線由金屬制成；或者由金屬附著在非金屬上來實現。
[0017]本發明通過設計非對稱結構的振子天線，進而補償因饋電方式導致的饋電不平衡，使得非對稱振子天線的水平方向圖對稱，提高了交叉極化鑒別率。另外，因為將振子和其饋電點/片作為一個整體進行設計，避免了對進行天線額外的補償，從而提供對稱的輻射方向。采用本發明的非對稱振子天線，可以減少隔離墻的使用，降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]通過以下參考下列附圖所給出的本發明的【具體實施方式】的描述之后，將更好地理解本發明，并且本發明的其他目的、細節、特點和優點將變得更加顯而易見。在附圖中:
[0019]圖1為現有技術中對稱的天線振子單元的示意圖；[0020]圖2a為現有技術中，采用隔離墻和對稱的天線振子單元的陣列示意圖；
[0021]圖2b為現有技術未采用隔離墻對阻抗造成影響的示意圖；
[0022]圖2c為現有技術采用隔離墻對阻抗造成影響的示意圖；
[0023]圖3a為依據本發明一個實施例的非對稱振子頂端示意圖；
[0024]圖3b為依據本發明一個實施例的非對稱振子整體示意圖；
[0025]圖3c為本發明實施例的另一種實現方式；
[0026]圖3d為本發明實施例的另一種實現方式；
[0027]圖4a為現有技術中對稱振子單元的方向圖的仿真圖；
[0028]圖4b為依據本發明一個實施例的非對稱振子單元的仿真示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。
[0030]現有技術中，由于饋電造成天線振子單元的方向圖不對稱，實質上是每個振子臂在傳輸電磁波時的電長度不一致。電長度是傳輸線的物理長度與傳輸波長(在傳輸線中)的比值。譬如說，物理長度為Im的傳輸線，對于波長分別為IOcm和Icm的兩個電磁波，電長度分別為10和100，也就是說:在一米的傳輸線上波長為IOcm的波變化了 10個周期，而波長為Icm的波變化了 100個周期。顯然，相同物理長度上電磁波變化越頻繁，電長度越大。換句話說，在傳輸同一電磁波的條件下，電長度由振子的臂長以及饋電點至振子臂的距離決定。
[0031]圖3a為依據本發明一個實施例的非對稱天線振子單元的頂端示意圖。振子30制作于PCB板上，其包含第一振子臂對和第二振子臂對，該兩個振子臂對呈正負45°正交。第一振子臂對包括振子臂31和32，第二振子臂對包括振子臂33和34，振子臂31和32的形狀相互對稱，同樣，振子臂33和34的形狀相互對稱。
[0032]圖3b為依據本發明一個實施例的非對稱振子整體示意圖。本實施例中，采用線纜35a、36a分別向振子30饋電，線纜和振子臂連接處即為饋電點，即饋電點35和饋電點36。第一、第二振子臂對分別通過饋電點35、36連接至射頻設備。
[0033]在該實施例中，饋電點35離振子臂31的末端較近，饋電點36離振子臂33的末端較近，即饋電點35、36分別被振子臂31、33的輪廓所包圍。由上，饋電點35到振子臂31末端的電長度為k*Ll，其中，LI為振子臂31的物理長度，k為物理長度與電長度的關聯系數。顯然，該電長度k*Ll小于饋電點35到振子臂32末端的電長度k*L2。同樣，饋電點36到振子臂33末端的電長度k*L3小于饋電點35到振子臂34末端的電長度k*L4。因此，第一、第二振子臂對均存在電長度不對稱的情形，這將造成天線的水平面方向圖不對稱。
[0034]為了消除因饋電方式造成的方向圖的不對稱，在本實施例中，在振子臂31和33的末端分別增設長度為L5、L6的金屬棒37、38。以振子臂31和金屬棒37為例，此時，振子臂31的有效電長度將包括:(I)饋電點35到振子臂31末端的電長度(2)金屬棒37所對應的電長度k*L5。因此，金屬棒37延長了振子臂31的有效電長度。[0035]顯然，當L1+L5 ^ L2時，振子臂31的有效電長度與振子臂32的電長度相等。同理，振子臂33的有效電長度也因金屬棒38而增加，進而與振子臂34的電長度相等。通過調整兩個振子臂31、33的有效電長度，使得天線30的方向圖對稱。振子臂31、33的有效電長度大于等于八分之一波長且小于等于二分之一波長。
[0036]本領域技術人員可知，在實際應用中，金屬棒37 (或38)的長度可以根據應用的條件、環境進行適當地調節，進而使得天線的方向圖對稱。優選的，金屬棒37和/或38在振子臂31、33的末端垂直向下或向上，以得到對稱性更高的方向圖，并且利于加工。
[0037]圖3c為本發明實施例的另一種實現方式。圖3c中的天線的饋電方式與圖3b中的天線饋電方式相同，且振子的實現方式也相同，因此其饋電方式和線纜與振子臂的對應關系在此不重復介紹。為了平衡振子臂31與振子臂32有效電長度，圖3c中的天線的振子臂32、34的一部分被切除從而來抵消饋電不平衡的影響。被切除的部分可以位于例如振子臂32、34的末端(如虛線所示)，切除后的振子臂32、34的有效電長度分別減少了 k*L7、k*L8。如此，如果LI ^ L2-L8，則該天線的饋電達到平衡，從而可以使方向圖對稱。
[0038]本領域技術人員可知，在實際應用中，切除部分的大小及形狀可以根據應用的條件、環境進行適當地調節，進而使得天線的方向圖對稱。另外，圖3a、3c的振子臂形成在PCB板上，振子臂的形狀、大小均可以根據應用的要求進行調整。
[0039]圖3d為本發明實施例的另一種實現方式。振子40為例如金屬壓鑄天線，其包含第一、第二振子臂對和饋電片組47，相應地，第一振子臂對包括形狀對稱的振子臂41和42，第二振子臂對包括形狀對稱的振子臂43和44，饋電片組47由兩個饋電片構成，相應地包含兩個饋電端47a和耦合端47b。相較于振子臂42、44，饋電端47a更加靠近振子臂41、43，因此每對振子臂的電長度同樣存在非對稱的問題，這些非對稱會造成水平面方向圖的非對稱。因此，通過在饋電端振子臂，即振子臂41、43的末端向下增設適當長度的例如金屬吊角45和46，可以有效彌補非對稱饋電引起的方向圖畸變。以振子臂41、金屬吊角45為例，相較于振子臂42，振子臂41的末端與饋電片組的電長度較小。因此，金屬吊角45可以增加振子臂41的有效電長度，此時振子臂41的有效電長度包括振子臂41的末端與饋電片組的電長度和金屬吊角45對應的電長度，振子臂41的有效電長度大于等于八分之一波長且小于等于二分之一波長。從而，金屬吊角45補償了因饋電方式而造成的振子臂41、42之間的電長度不平衡。根據一個實施例，振子臂末端的金屬吊角可以與振子一起壓鑄成形。
[0040]優選的，金屬吊角45和/或46在振子臂41、43的末端垂直向下或向上，以得到對稱性更高的方向圖，并且利于加工。
[0041]圖4a為現有技術中對稱天線振子單元的方向圖仿真圖；圖4b為依據本發明一個實施例的非對稱天線振子單元的方向圖仿真圖。
[0042]由從兩個仿真圖可看出，采用不對稱的天線振子單元后，由于非對稱振子對振子臂電長度具有調節作用，使得采用非對稱的天線振子單元的交叉極化電平下降3dB左右，交叉極化鑒別率提升了 3dB，說明天線能夠獲得的信號正交性變強，兩路信號之間的相關性減小，提升了極化效果。
[0043]在實際應用中，可以根據應用的需求調節補償部分(例如，金屬吊角、金屬棒、切除的部分)的形狀、尺寸，以實現振子的饋電平衡。在上述內容中，以兩對振子臂均存在饋電不平衡的情況為例，闡述了本發明的內容。實際上，在只有一對振子臂存在饋電不平衡的情況下，也可以采用本發明的結構或思想，即對饋電不平衡的振子臂對進行電長度的補償或者削減。
[0044]本公開的以上描述用于使本領域的任何普通技術人員能夠實現或使用本發明。對于本領域普通技術人員來說，本公開的各種修改都是顯而易見的，并且本文定義的一般性原理也可以在不脫離本發明的精神和保護范圍的情況下應用于其它變形。因此，本發明并不限于本文所述的實例和設計，而是與本文公開的原理和新穎性特性的最廣范圍相一致。
【權利要求】
1.一種采用非對稱振子的天線振子單元，其特征在于，包括: 第一振子臂對，其包括第一振子臂和第二振子臂； 第二振子臂對，其包括第三振子臂和第四振子臂； 饋電模塊，所述第一、第二振子臂對通過所述饋電模塊連接至射頻設備； 其中，所述第一、第二振子臂對相互正交，并且所述第一和/或第二振子臂對為非對稱結構。
2.如權利要求1所述的天線振子單元，其特征在于，從所述饋電模塊到所述第一振子臂末端的電長度小于從所述饋電模塊到所述第二振子臂末端的電長度，其中，所述第一振子臂的末端處設有第一金屬棒，用于增大所述第一振子臂的有效電長度，其中，所述第一振子臂的有效電長度為所述第一金屬棒對應的電長度與所述第一振子臂的電長度之和；和/或 從所述饋電模塊到所述第三振子臂末端的電長度小于從所述饋電模塊到所述第四振子臂末端的電長度，其中，所述第三振子臂的末端處設有第二金屬棒，用于增大所述第三振子臂的有效電長度，其中，所述第三振子臂的有效電長度為所述第二金屬棒對應的電長度與所述第三振子臂的電長度之和。
3.如權利要求2所述的天線振子單元，其特征在于， 所述第一振子臂的有效電長度大于等于八分之一波長且小于等于二分之一波長；和/或 所述第三振子臂的有效電長度大于等于八分之一波長且小于等于二分之一波長。
4.如權利要求1所述的天線振子單元，其特征在于，所述第一振子臂的電長度等于所述第二振子臂的電長度，其中，所述第一振子臂的臂長比所述第二振子臂長；和/或 所述第三振子臂的電長度等于所述第四振子臂的電長度，其中，所述第三振子臂的臂長比所述第四振子臂長。
5.如權利要求4所述的天線振子單元，其特征在于，所述第一、第二振子臂的長度之差小于等于八分之一波長；和/或 所述第三、第四振子臂的長度之差小于等于八分之一波長。
6.如權利要求1所述的天線振子單元，其特征在于，所述第一振子臂的電長度小于所述第二振子臂的電長度，所述第三振子臂的電長度小于所述第四振子臂的電長度，所述饋電模塊包括至少兩個饋電片，所述第一、第二振子臂對利用饋電片，通過耦合方式進行饋電；其中，所述第一、第三振子臂的末端分別設有第一、第三金屬吊角，用于增大所述第一、第三振子臂的有效電長度。
7.權利要求6所述的天線振子單元，其特征在于，所述第一金屬吊角的有效電長度與所述第一振子臂的有效電長度之和大于等于八分之一波長且小于等于二分之一波長；以及所述第二金屬吊角的饋電有效距離與所述第三振子臂的饋電有效距離之和大于等于八分之一波長且小于等于二分之一波長。
8.如權利要求1-7任一項所述的天線振子單元，其特征在于，所述半波振子天線由金屬制成；或者由金屬附著在非金屬上來實現。
【文檔編號】H01Q1/36GK103633422SQ201310534832
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】王金菊, 李耀煥 申請人:安弗施無線射頻系統（上海）有限公司