天線單元和天線的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種天線單元和天線，其中該天線單元包括：輻射體、饋電裝置、支撐體和反射板；所述輻射體與所述饋電裝置連接，其中輻射體上設置有多條等間隔窄縫隙，多條等間隔窄縫隙將所述輻射體分割成多個輻射壁；支撐體連接輻射體和反射板；并且輻射體周長約為二分之一波長的整數倍，天線單元的高度約為十分之一至四分之一波長。天線單元不僅具有低剖面特性，并且有利于高低頻天線單元間的鑲嵌或疊加排布，從而可實現天線的超寬頻輻射特性。
【專利說明】天線單元和天線
【技術領域】
[0001] 本發明涉及移動通信、雷達通信、衛星通信、定位導航通信等諸多無線通信領域， 尤其涉及一種天線單元和天線。
【背景技術】
[0002] 天線是移動通信等諸多無線通信領域的關鍵部件，因此，天線被要求具有寬頻帶 甚至超寬頻帶特性，同時要具有低輪廓和低剖面的特點。
[0003] 圖1為現有技術中提供的天線單元的示意圖，如圖1所示天線單元是由四 個對稱振子依次排列成碗狀或方斗狀或其它形狀，相對的兩個對稱振子為一組，兩兩 一組同相或反相饋電形成± 45 °極化的低頻天線單元（820-960MHz雙極化天線或 790-960MHz寬頻雙極化天線）；或者低頻天線單元與高頻天線單元相互嵌套排布組成 (820-960MHz/1710-2170)或（790-960MHz/1710-2170)雙頻雙極化天線。
[0004] 然而，現有技術中所提供的天線單元存在如下缺點：天線單元高度（約為四分之 一波長）較高，同時天線單元剖面較大，從而不利于高低頻天線單元鑲嵌排布，使得高低頻 天線單元輻射相互遮擋，天線單元波束嚴重畸變。
【發明內容】
[0005] 本發明提供了一種天線單元和天線，從而使得天線單元具有低剖面特性，并且有 利于高低頻天線單元間的鑲嵌或疊加排布，進而實現了天線的超寬頻輻射特性。
[0006] 第一方面，本發明實施例提供了一種天線單元，包括：輻射體、饋電裝置、支撐體和 反射板；所述輻射體與所述饋電裝置連接，其中所述輻射體上設置有多條等間隔窄縫隙，所 述多條等間隔窄縫隙將所述輻射體分割成多個輻射壁；所述支撐體連接所述輻射體和所述 反射板；所述輻射體周長約為二分之一波長的整數倍；所述天線單元的高度約為十分之一 至四分之一波長。
[0007] 結合第一方面，在第一方面的第一種可能實施方式中，所述多個輻射壁的中心部 位相連接。
[0008] 結合第一方面的第一種可能實施方式，在第一方面的第二種可能實施方式中，所 述輻射壁的外邊長度約為二分之一波長，所述輻射體周長為所述輻射壁的外邊長度與所述 窄縫隙的個數的乘積。
[0009] 結合第一方面的第一種可能實施方式或第二種可能實施方式任一項，在第一方面 的第三種可能實施方式中，所述輻射體與所述反射板之間的距離為十分之一波長至四分之 一波長。
[0010] 結合第一方面的第一種可能實施方式或第二種可能實施方式或第三種可能實施 方式任一項，在第一方面的第四種可能實施方式中，所述饋電裝置位于所述輻射體的所述 窄縫隙之間，或者所述饋電裝置設置于所述輻射體之上。
[0011] 結合第一方面的第一種可能實施方式或第二種可能實施方式或第三種可能實施 方式或第四種可能實施方式任一項，在第一方面的第五種可能實施方式中，所述福射體為 圓形或者正多邊形或者圓錐臺形或者正多邊棱錐臺形。
[0012] 第二方面，本發明實施例提供了一種天線，所述天線由至少一個上述的天線單元 組成。
[0013] 結合第二方面，在第二方面的第一種可能實施方式中，所述天線包括至少一組雙 頻雙極化天線單元，所述雙頻雙極化天線單元包括：低頻天線單元和高頻天線單元；所述 高頻天線單元嵌套于所述低頻天線單元之中或者疊加于所述低頻天線單元之上。
[0014] 本發明提供一種天線單元和天線，其中天線單元包括：輻射體、饋電裝置、支撐 體和反射板；其中輻射體上設置有多條等間隔窄縫隙，多條等間隔窄縫隙將所述輻射體分 割成多個輻射壁；支撐體連接輻射體和反射板；并且輻射體周長約為二分之一波長的整數 倍；天線單元的高度約為十分之一至四分之一波長。天線單元的低剖面特性有利于高低頻 天線單元間的鑲嵌排布或疊加排布，從而可實現天線的超寬頻輻射特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1為現有技術中提供的天線單元的示意圖；
[0016] 圖2為本發明一實施例提供的一種天線單元的結構示意圖；
[0017] 圖3A-3F為本發明一實施例提供的平面型輻射體結構示意圖；
[0018] 圖4A-4C為本發明一實施例提供的立體型輻射體結構示意圖；
[0019] 圖5為本發明一實施例提供的電磁仿真的駐波比曲線圖；
[0020] 圖6為本發明一實施例提供的天線單元的電流分布及電壓分布示意圖；
[0021] 圖7A-7G為本發明一實施例提供的饋電裝置與輻射體的位置關系示意圖；
[0022] 圖8A為本發明一實施例提供的立體型高低頻天線單元之間的嵌套結構示意圖；
[0023] 圖8B為本發明一實施例提供的平面型高低頻天線單元之間的疊加結構示意圖；
[0024] 圖9為本發明一實施例提供的雙頻雙極化天線單元分解示意圖；
[0025] 圖10為本發明另一實施例提供的超寬頻雙極化天線結構示意圖；
[0026] 圖11為本發明另一實施例提供的雙頻雙極化天線結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 為使本發明實施例的目的、技術方案和特性更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明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 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，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，都屬于本發明保護的范圍。
[0028] 實施例一
[0029] 圖2為本發明一實施例提供的一種天線單元的結構示意圖，該天線單元可應用于 移動通信等諸多無線通信領域，該天線單元包括：輻射體101、饋電裝置102、支撐體103和 反射板104,輻射體101和饋電裝置102連接，支撐體103連接輻射體101和反射104。其 中，福射體101上設置有多條等間隔窄縫隙105,多條等間隔窄縫隙105將福射體101分割 成多個輻射壁106,其中輻射體101周長約為二分之一波長的整數倍，天線單元的高度約為 十分之一至四分之一波長。
[0030] 具體地，如圖2所示，輻射體101尺寸為150mmX150mmXlmm，可通過高度為59mm 的支撐體103固定在反射板104之上，通過改變反射板104的寬窄可調整天線的水平波束 寬度，輻射體101，饋電轉換點108、饋電點107、饋電裝置102位于同一平面，饋電裝置102 位于窄縫隙105之間，通過饋電點107將饋電裝置102與一側的輻射體101的某一輻射壁 106相連，饋電裝置102為帶線和電纜結合的饋電系統，饋電裝置102通過饋電轉換點108 將帶線形式轉換為電纜形式，饋電裝置102的電纜部分通過支撐體103內部的孔109導向 反射板104的背面，饋電裝置102的電纜部分兩兩一組，從而形成了 ±45°極化65°水平 波束寬度的天線單元。天線單元高度即輻射體101上表面至反射板104的距離為60mm，其 中輻射體101、饋電裝置102的帶線部分、饋電轉換點108、支撐體103可通過模具采用金屬 壓鑄方法一次成型。
[0031] 圖3A-3F為本發明一實施例提供的平面型輻射體結構示意圖，如圖3A-3F所示輻 射體上設置有多條等間隔窄縫隙105,多條等間隔窄縫隙105將輻射體分割成多個輻射壁 106,其中輻射體周長約為二分之一波長的整數倍，天線單元的高度約為十分之一至四分之 一波長。圖3A中窄縫隙105位于方形輻射體的對角線上，圖3B中窄縫隙105垂直位于方 形輻射體的四邊，圖3C中的方形輻射體為平面鏤空結構，圖3D中窄縫隙105沿圓形輻射體 的徑向方向，圖3E中窄縫隙105垂直于多邊形輻射體的四邊，圖3F中窄縫隙105方向為多 邊形輻射體的頂角方向。進一步地，所述輻射壁106的外邊長度約為二分之一波長，所述輻 射體周長為所述輻射壁106的外邊長度與所述窄縫隙105的個數的乘積。并且多個輻射壁 106的中心部位相連接。圖4A-4C為本發明一實施例提供的立體型輻射體結構示意圖，如 圖4A所示該輻射體為圓錐臺形，圖4B所示的輻射體為四棱錐臺形，圖4C所示的輻射體為 鏤空型四棱錐臺形。其中饋電裝置可位于輻射體的窄縫隙之間，或者饋電裝置設置于所述 輻射體的之上，饋電裝置可以采用微帶饋電方式，或者帶線饋電方式，或者電纜饋電方式， 饋電電纜可沿輻射體鋪設，輻射體可作為微帶饋電的地。饋電裝置中包括至少一個饋電單 元，各個饋電單元可采用獨立饋電方式或者分組并聯饋電方式。圖5為本發明一實施例提 供的電磁仿真的駐波比曲線圖，在698- 960MHz頻帶范圍內駐波比均小于等于1. 5。由此 仿真結果可預知實現698- 960MHz超寬頻雙極化天線單元的可能性。
[0032] 通過在圓形金屬片或正方形金屬片或多邊形金屬片上以化學蝕刻方法或以機械 切割方法或其它任意方法形成一條或多條等間隔窄縫隙可形成上述輻射體，若干條等間距 的窄縫隙將整個輻射體分割為同樣數量的輻射壁。
[0033] 具體地，福射體可以通過下面方法獲取：印制電路板（Printed Circuit Board, PCB)蝕刻成型方法，模具壓鑄成型方法，機械沖壓再折彎成型方法。
[0034] 圖6為本發明一實施例提供的天線單元的電流分布及電壓分布示意圖，為方便起 見圖6中只畫出了同一極化的兩個饋電的情況，并且僅給出了其中一個饋電的電流分布， 和另一饋電的電壓分布，另一極化的電壓電流分布與此類似。兩個極化的饋電點彼此處于 對方的電壓幅點（電流節點），故理論上彼此正交或隔離，相鄰饋電點的中點位置為電壓節 點（〇電位），因此全部輻射壁可以短路至中心位置。
[0035] 進一步地，由于輻射體的結構不盡相同，同時依具體情況和方便程度，饋電裝置的 設置方式也存在差異，圖7A-7G為本發明一實施例提供的饋電裝置與輻射體的位置關系示 意圖，本實施例中饋電裝置為電纜饋電系統，或者微帶饋電系統，或者帶線饋電系統，或者 它們的組合。如圖7A所示沿窄縫隙的帶線饋電系統，帶線與輻射體異面，末端通過金屬過 孔或短路銷釘與一側輻射壁連接來實現饋電。圖7B中沿窄縫隙的帶線饋電系統與輻射體 共面，末端直接與一側輻射壁相接饋電。圖7C中輻射體兼做微帶饋電系統的地，微帶線與 輻射體異面，微帶線末端通過金屬過孔或短路銷釘饋電。圖7D中輻射體兼做微帶饋電系統 的地，微帶線與輻射體異面，通過微帶線耦合方式饋電。圖7E中圓形平面天線單元為旋轉 對稱微帶耦合同相饋電，形成輻射體所在平面的無方向性輻射波束。圖7F為旋轉對稱微帶 耦合同相饋電的方形平面天線單元，形成輻射體所在平面的無方向性輻射波束。圖7G中電 纜饋電系統在輻射體的窄縫隙處切有缺口以便形成電纜耦合饋電，電纜饋電系統也可直接 焊接饋電，電纜饋電系統外導體沿輻射體鋪設，鋪設位置和方向并不受限，但在饋電點處電 纜應垂直于縫隙。
[0036] 圖8A為本發明一實施例提供的立體型高低頻天線單元之間的嵌套結構示意圖， 高頻天線單元110嵌套于低頻天線單元111之中，圖8B為本發明一實施例提供的平面型 高低頻天線單元之間的疊加結構示意圖，高頻天線單元110疊加于低頻天線單元111之 上。詳細地，圖9為本發明一實施例提供的雙頻雙極化天線單元分解示意圖，低頻天線單 元兼做高頻天線單元110的反射板，位于低頻天線單元的輻射體101上部的四周堅直的 金屬板112是為了控制高頻天線單元110的水平波束寬度，其存在并不影響低頻天線單 元的性能，反而可以增加低頻天線單元的阻抗帶寬，同時給低頻天線單元波束特性也帶來 了好處，高頻天線單元110為常見的方形振子雙極化天線方案，由PCB加工而成，大小為 60mmX60mmX 1mm，高頻天線單元110的巴倫113在支撐體103之上，并與之相連成為一個 整體結構，巴倫113和支撐體103高度均為30mm，其中高頻天線單元110焊接固定于巴倫 113上部的四個具有定位功能的凸臺114上。此雙頻雙極化天線單元總高度為60mm,支撐 體103固定于反射板之上，所有高低頻饋電電纜均通過支撐體103內部的堅直孔導向反射 板的背面。
[0037] 本實施例提供了一種天線單元，包括：輻射體、饋電裝置、支撐體和反射板，其中輻 射體上設置有多條等間隔窄縫隙，多條等間隔窄縫隙將輻射體分割成多個輻射壁，并且該 輻射體周長約為二分之一波長的整數倍，天線單元的高度約為十分之一至四分之一波長。 天線單元具有低剖面特性。
[0038] 實施例二
[0039] 圖10為本發明另一實施例提供的超寬頻雙極化天線結構示意圖，其中該超寬頻 雙極化天線是由若干個天線單元排陣組成，該天線單元包括：輻射體、饋電裝置、支撐體和 反射板；上述輻射體和上述饋電裝置連接，其中輻射體上設置有多條等間隔窄縫隙，多條等 間隔窄縫隙將輻射體分割成多個輻射壁；支撐體連接輻射體和反射板；輻射體周長約二分 之一波長的整數倍，天線單元的高度約為十分之一至四分之一波長。即本實施例中天線單 元即為上一實施例提供的天線單元。
[0040] 圖11為本發明另一實施例提供的雙頻雙極化天線結構示意圖，該雙頻雙極化天 線包括至少一組雙頻雙極化天線單元，所述雙頻雙極化天線單元包括：低頻天線單元和高 頻天線單元；所述高頻天線單元疊加于所述低頻天線單元之上。如圖11所示，本實施例提 供的雙頻雙極化天線由雙頻雙極化天線單元115和高頻天線單元110組成，雙頻雙極化天 線單元115和高頻天線單元110交替排列，高頻天線單元110為普通PCB天線，進一步地， 這里的高頻天線單元110的輻射體可以為平面型結構，也可以為立體型結構，雙頻雙極化 天線單元115可以為圖8A所示的結構，也可以為圖8B所示的結構，它們的效果與實施例一 效果相同，在此不再贅述。
[0041] 本實施例提供了一種超寬頻雙極化天線單元和雙頻雙極化天線單元，其中它們所 涉及的天線單元包括：輻射體、饋電裝置、支撐體和反射板，其中輻射體上設置有多條等間 隔窄縫隙，多條等間隔窄縫隙將輻射體分割成多個輻射壁，并且該輻射體周長約為二分之 一波長的整數倍，天線單元的高度約為十分之一至四分之一波長。天線單元的低剖面特性 有利于高低頻天線單元間的鑲嵌排布或者疊加排布，可實現超寬頻雙極化天線，進而可實 現雙超寬頻雙極化天線。
[0042] 最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡 管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然 可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替 換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精 神和范圍。
【權利要求】
1. 一種天線單元，其特征在于，包括：輻射體、饋電裝置、支撐體和反射板； 所述輻射體與所述饋電裝置連接，所述輻射體上設置有多條等間隔窄縫隙，所述多條 等間隔窄縫隙將所述輻射體分割成多個輻射壁； 所述支撐體連接所述輻射體和所述反射板； 所述輻射體周長約為二分之一波長的整數倍，所述天線單元的高度約為十分之一至四 分之一波長。
2. 根據權利要求1所述的天線單元，其特征在于，所述多個輻射壁的中心部位相連接。
3. 根據權利要求2所述的天線單元，其特征在于，所述輻射壁的外邊長度約為二分之 一波長，所述輻射體周長為所述輻射壁的外邊長度與所述窄縫隙的個數的乘積。
4. 根據權利要求1-3任一項所述的天線單元，其特征在于，所述輻射體與所述反射板 之間的距離為十分之一至四分之一波長。
5. 根據權利要求1-4任一項所述的天線單元，其特征在于，所述饋電裝置位于所述輻 射體的所述窄縫隙之間，或者所述饋電裝置設置于所述福射體之上。
6. 根據權利要求1-5任一項所述的天線單元，其特征在于，所述輻射體為圓形或者正 多邊形或者圓錐臺形或者正多邊棱錐臺形。
7. -種天線，其特征在于，所述天線由至少一個1-6任一項所述的天線單元組成。
8. 根據權利要求7所述的天線，其特征在于，包括至少一組雙頻雙極化天線單元，所述 雙頻雙極化天線單元包括：低頻天線單元和高頻天線單元； 所述高頻天線單元嵌套于所述低頻天線單元之中或者疊加于所述低頻天線單元之上。
【文檔編號】H01Q1/36GK104092008SQ201410320066
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月7日 優先權日:2014年7月7日
【發明者】董玉良 申請人:董玉良