一种去耦双极化低频振子及嵌入式双频段阵列天线的制作方法

1.本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种去耦双极化低频振子及嵌入式双频段阵列天线。


背景技术：

2.随着移动通信技术的发展和系统对小型化需求的日益激增，一个通信平台上往往集成了多种工作在不同频带的天线以满足不同的通信标准。由于尺寸的压缩，工作在不同频带的天线之间的间距越来越小，从而导致相互之间的耦合越来越大。如何在这种情况下降低不同频带天线的耦合就成了现阶段天线阵列发展的一个关键问题。
3.在工程设计中，以基站天线为例，如图1所示，现有的一种可靠方法是一种双频带的嵌套结构。在设计中，可以将工作在较高频带的天线放在工作在较低频带的天线的腔体内，使得高低频天线的相互影响降到最低。但是，这种嵌套式的结构只能减小低频阵子对在其腔体内部的高频阵子的影响，而对低频阵子腔体外的高频振子来说，其负面影响依然很大。因此，有必要设计一种新型的带有滤波特性的低频阵子，降低对在腔体内和腔体外的高频阵子的负面影响，从而有助于小尺寸、双频带天线阵列的设计。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种去耦双极化低频振子，其对腔体内和腔体外的高频阵子的负面影响均大大降低；同时提供一种嵌入式双频段阵列天线，能够减小整个天线阵列的电尺寸、实现小型化，且稳定性强。
5.一种去耦双极化低频振子，包括双极化正交的四个振子辐射体，每个振子辐射体包括两个振子臂及一个巴伦，所述两个振子臂关于巴伦对称设置，所述巴伦包括并列分体排布的两个巴伦臂，两个巴伦臂顶端分别和与之对应的振子臂连接，底端共同连接一底座，每个振子臂均被截断为两个振子臂子单元，所述两个振子臂子单元间隔设置且两者之间连接有第一微带解耦电路板；每个巴伦臂被截断为两个巴伦臂子单元，所述两个巴伦臂子单元间隔设置且两者之间连接有第二微带解耦电路板；每个振子辐射体中间位置的两个振子臂子单元之间连接有一馈电片。
6.进一步地，所述振子臂子单元和巴伦臂子单元的电尺寸均小于集成在同一反射器上的高频振子工作频段最高频点处对应的半波长。
7.更进一步地，每个振子辐射体上的四个振子臂子单元关于巴伦呈中心对称分布，每个振子辐射体上的四个巴伦臂子单元关于巴伦纵轴呈中心对称分布。
8.进一步地，所述第一微带解耦电路板一侧印刷有微带解耦结构，另一侧紧贴截断后的两个振子臂子单元；所述第二微带解耦电路板一侧印刷有微带解耦结构，另一侧紧贴截断后的两个巴伦臂子单元。
9.更进一步地，所述微带解耦结构包括等效为电感l1和电容c1并联电路的蜿蜒线，以及位于蜿蜒线两侧的等效为串联电容c2的微带线。
10.更进一步地，所述蜿蜒线呈s形，通过对蜿蜒线进行参数设计以改变等效的电感l1和电容c1，使得感应电流在高频段内产生幅度最小值。
11.更进一步地，所述振子臂子单元、巴伦臂子单元、第一微带解耦电路板和第二微带解耦电路板均通过介质螺钉固定在介质支撑架上。
12.更进一步地，所述介质支撑架包括一环形固定框和均布于固定框下方的四个支撑腿，每个振子辐射体的两个巴伦臂设于支撑腿的左右两侧，振子臂设于固定框的外周。
13.一种嵌入式双频段阵列天线，包括反射器、设于反射器上的低频阵列和高频阵列，所述低频阵列和高频阵列对应设置至少一个低频振子和至少一个高频振子，所述低频振子为上述任一项所述的去耦双极化低频振子，所述低频振子内部嵌有一高频振子。
14.进一步地，每相邻的两个低频振子之间设置有一高频振子，低频振子内部和外部的高频振子共同组成高频阵列。
15.更进一步地，每个低频阵列中的低频振子和每个高频阵列中的高频振子均以所工作频带中心频率波长的0.5
‑
1倍等间距线性排列。
16.更进一步地，位于低频振子内部的高频振子的反射器置于底座上方，且位于低频振子内部和外部的高频振子的反射器与低频振子均不接触。
17.更进一步地，所述高频振子包括一个盒状反射器、两个相互垂直的介质支撑板和水平放置于介质支撑板上的一个介质板；所述介质支撑垂直设于盒状反射器上，介质支撑板双面印刷有微带巴伦结构，所述介质板上印刷有两个相互垂直的辐射体振子对。
18.本实用新型带来的有益效果为：
19.1.本实用新型的去耦双极化低频振子，首创性的将振子臂和巴伦分别截断为四部分并间隔设置，还创新性的引入了微带解耦电路，使其在嵌入式双频段阵列中，对低频振子腔体内外的高频振子的s参数和方向图的影响大幅降低。
20.2.微带解耦电路板上的蜿蜒线构成高频段的并联谐振电路，起到抑制低频振子上感应电流的作用；两侧的两段微带线构成低频段的串联谐振电路，以确保不对低频振子的辐射造成影响。通过设计微带解耦电路板上蜿蜒线的参数即可将低频振子在高频段上的感应电流幅度降至最低值，从而减小低频振子对高频振子的影响。
21.3.被截断的低频振子臂、巴伦和微带解耦电路板通过介质螺钉固定在介质支撑架上，保证了低频振子装配的稳定性。
22.4.该天线可以减小整个天线的电尺寸、实现小型化，具有良好的抑制天线的交叉极化作用。
附图说明
23.图1是嵌入式双频段阵列天线排布结构示意图；
24.图2是本实用新型嵌入式双频段阵列天线部分细节的结构示意图；
25.图3是本实用新型低频振子的结构示意图；
26.图4是本实用新型支撑架的结构示意图；
27.图5是微带解耦电路板的结构图；
28.图6是微带解耦电路板的等效电路图；
29.图7是采用现有技术中的低频振子和采用本实用新型的低频振子其振子臂上感应
电流的幅度对比图；
30.图8a是高频振子周围放置现有技术普通的低频振子时，1.7ghz频点处的辐射方向图仿真示意图；
31.图8b是高频振子周围放置本实用新型的低频振子时，1.7ghz频点处的辐射方向图仿真示意图；
32.图9a是高频振子周围放置现有技术普通的低频振子时，2.2ghz频点处的辐射方向图仿真示意图；
33.图9b是高频振子周围放置本实用新型的低频振子时，2.2ghz频点处的辐射方向图仿真示意图；
34.图10a是高频振子周围放置现有技术普通的低频振子时，2.7ghz频点处的辐射方向图仿真示意图；
35.图10b是高频振子周围放置本实用新型的低频振子时，2.7ghz频点处的辐射方向图仿真示意图。
36.附图标记：1.反射器，2.低频阵列，3.高频阵列，4.低频振子，5.高频振子；41a.第一振子辐射体，41b.第二振子辐射体，41c.第三振子辐射体，41d.第四振子辐射体，41e.底座，42a.第一振子臂子单元，42b.第二振子臂子单元，42c.第三振子臂子单元，42d.第四振子臂子单元，42e.馈电片，42f.预设通孔，43a.第一微带解耦电路板，43b.圆形通孔，44a.第一巴伦臂子单元，44b.第二巴伦臂子单元，44c.第三巴伦臂子单元，44d.第四巴伦臂子单元，45a.第二微带解耦电路板，46.支撑架，47a.蜿蜒线，47b.第一微带线，47c.第二微带线；51.盒状反射器，52.介质板，53.介质支撑板。
具体实施方式
37.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
38.图1示意性的画出了一种嵌入式双频段阵列天线的排布结构，包括反射器1与设置在反射器上的一列低频阵列2和一列高频阵列3。所述低频阵列2和高频阵列3对应设置至少两个低频振子4和至少两个高频振子5。低频阵列2和高频阵列3呈嵌入式分布，优选地，高频振子5每间隔一个嵌入低频振子4中，也即每相邻的两个低频振子4之间设置有一个高频振子5，低频振子4内部和外部的高频振子5共同组成高频阵列3。低频阵列2中相邻低频振子4的间距为高频阵列3中相邻高频振子5间距的两倍。每个低频阵列2中的低频振子4和每个高频阵列3中的高频振子5均以所工作频带中心频率波长的0.5
‑
1倍等间距线性排列。
39.上述低频振子4和高频振子5可以应用在多频带双极化蜂窝基站天线中。可选的，所述低频阵列2工作于698
‑
960 mhz频段；所述高频阵列3工作于1710
‑
2690 mhz频段。本实用新型并不限于这些特定的频带，并且可以被用作其他的多频带配置中。
40.图2示意性的给出了根据本实用新型一个实施例的嵌入式双频段阵列天线的一部分，包括反射器1与设置在反射器1上的一个低频振子4和两个高频振子5。其中，一个高频振子5放置在低频振子4内部的底座41e上方，另外一个放置在低频振子4的外部。位于低频振子4内部和外部的高频振子5的反射器与低频振子4均不接触。
41.如图2所示，放置在低频振子4内部和外部的高频振子5完全相同。所述高频振子5包括一个盒状反射器51、一个水平放置的介质板52以及两个相互垂直的介质支撑板53。水
平放置的介质板52上印刷有两个相互垂直的辐射体振子对，用于提供两个极化的辐射。两个相互垂直的介质支撑板53双面印刷有微带巴伦结构，有平衡电流和阻抗变换的作用，用于给两个辐射体振子对平衡馈电。需要注意的是，本实用新型对于高频振子的选择并不局限于本实施例的一种。
42.如图2所示，低频振子4包括完全相同的四个振子辐射体：第一振子辐射体41a、第二振子辐射体41b、第三振子辐射体41c和第四振子辐射体41d。其中，第一振子辐射体41a和第三振子辐射体41c提供一个极化的辐射，第二振子辐射体41b和第四振子辐射体41d提供另一个极化的辐射，两个极化方向相互垂直。每个振子辐射体对应两个振子臂、一个巴伦、一个馈电片、四个微带解耦电路板，所述两个振子臂关于巴伦对称间隔设置，所述巴伦包括并列分体排布的两个巴伦臂，两个巴伦臂顶端分别和与之对应的振子臂连接。巴伦下端共同连接至一个空心圆柱形底座41e。
43.图3给出了低频振子4更为详细的装配结构示意图，图4给出了支撑架结构示意图。以第一振子辐射体41a为例，每个振子臂被截断为两个振子臂子单元，即第一振子辐射体41a的振子臂被截断为四部分：第一振子臂子单元42a、第二振子臂子单元42b、第三振子臂子单元42c和第四振子臂子单元42d，被截断后的四个振子臂子单元关于巴伦呈中心对称分布。其中，第一振子臂子单元42a和第四振子臂子单元42d完全相同，第二振子臂子单元42b和第三振子臂子单元42c完全相同，且这四部分的电长度均小于高频振子工作频段中最高频点处的半波长，以此来减小对高频振子的影响。
44.第三振子臂子单元42c上有一预设通孔42f，用于通过同轴馈线。第二振子臂子单元42b和第三振子臂子单元42c上连接有馈电片42e，馈电片42e一端连接第二振子臂子单元42b，另一端连接同轴馈线的内导体。
45.每个振子臂的两个振子臂子单元之间通过第一微带解耦电路板43a固定连接。第一微带解耦电路板43a一侧印刷有微带解耦结构，另一侧紧贴截断后的两个振子臂子单元。第一微带解耦电路板43a左右边缘处开有圆形通孔43b，用于通过介质螺钉。每个第一微带解耦电路板43a和对应的振子臂子单元均通过介质螺钉固定在介质支撑架46上。
46.如图3所示，每个振子辐射体对应的巴伦被截断为四个巴伦臂子单元，位于同一振子辐射体的四个巴伦臂子单元关于巴伦纵轴呈中心对称分布。以第一振子辐射体41a为例，巴伦被截断为四部分：第一巴伦臂子单元44a、第二巴伦臂子单元44b、第三巴伦臂子单元44c和第四巴伦臂子单元44d。其中，第一巴伦臂子单元44a和第四巴伦臂子单元44d完全相同，第二巴伦臂子单元44b和第三巴伦臂子单元44c完全相同。同样的，这四部分的电长度均小于高频振子工作频段中最高频点处的半波长，以此来减小对高频振子的影响。
47.同一个巴伦臂上被截断后的两个巴伦臂子单元之间通过第二微带解耦电路板45a固定连接。所述第二微带解耦电路板45a一侧印刷有微带解耦结构，另一侧紧贴同一个巴伦臂上的两个巴伦臂子单元。第二微带解耦电路板45a和被截断的巴伦臂子单元均通过介质螺钉固定在介质支撑架46上。第一巴伦臂子单元44a和第四巴伦臂子单元44d上端分别与第二振子臂子单元42b和第三振子臂子单元42c相接，下端共同连接至空心圆柱形底座41e。
48.如图4所示，介质支撑架46支撑在反射器1上，其形状与低频振子4嵌合，可采用3d打印的方式加工制造。当该介质支撑架的打印材料确定时，应根据该材料的介电常数和损耗角正切重新调整低频振子的相关参数以实现阻抗匹配。支撑架上对应位置的通孔用于通
过介质螺钉，起到支撑固定被截断的振子臂、巴伦以及微带解耦电路板的作用，确保低频振子装配的稳定性。具体实施时，将每个振子辐射体的两个巴伦臂设于支撑架46的支撑腿的左右两侧，振子臂设于支撑架46的环形固定框的外周。
49.图5、图6给出了微带解耦电路板的结构和等效电路图。微带解耦结构包括一段蜿蜒线47a和位于蜿蜒线47a两侧的第一微带线47b和第二微带线47c。其中，蜿蜒线47a构成具有滤波功能的并联谐振电路，等效为电感l1和电容c1并联。当用平面波激励此电路时，感应电流会在高频段内产生幅度最小值。通过调节蜿蜒线的参数s、d和g，可改变等效的电感l1和电容c1，从而调节并联谐振点和感应电流抑制带宽。蜿蜒线整体呈“s”形，其中，g指蜿蜒线在电路板上所覆盖区域的长度，s指蜿蜒线竖向折弯部距离第一微带线47b的长度，d指相邻两横向折弯部的间距。对于低频振子天线，蜿蜒线结构的引入增大了电感，在此示例中，微带解耦电路板两侧的第一微带线47b和第二微带线47c与对应的截断后振子臂子单元间产生电容，等效为电路图中的c2，用于抵消由蜿蜒线结构引入的电感，改善低频振子天线的阻抗匹配。
50.优选的，在本实施例中，通过改变蜿蜒线的参数s、d和g来改变并联谐振的电感l1和电容c1值，使得低频振子臂上的感应电流在高频振子工作频段的中心频点附近形成并联谐振，产生感应电流幅度最小值，从而减小高频振子工作时在低频振子臂上产生的感应电流，保证低频振子对高频振子性能的影响达到最小。
51.图7是平面波激励状态下，采用现有技术的低频振子和采用本实用新型的低频振子其振子臂上感应电流的幅度对比图，现有技术的低频振子指振子臂未被截断且未引入微带解耦电路结构的低频振子。图中，m指采用现有技术的低频振子其振子臂上感应电流的幅度；n指采用本实用新型的低频振子其振子臂上感应电流的幅度。从结果来看，引入微带解耦电路结构的低频振子臂上的感应电流明显低于未改变的低频振子臂上的感应电流。
52.图8a和图8b分别是在高频振子周围放置现有技术普通的低频振子和本实用新型的低频振子时，1.7ghz频点处的辐射方向图前后对比。
53.图9a和图9b分别是在高频振子周围放置现有技术普通的低频振子和本实用新型的低频振子时，2.2ghz频点处的辐射方向图前后对比。
54.图10a和图10b在分别是高频振子周围放置现有技术普通的低频振子和本实用新型的低频振子时，2.7ghz频点处的辐射方向图前后对比。
55.从对比结果来看，当在高频振子周围放置本实用新型中的去耦双极化低频振子时，三个频点的方向图均得到明显改善。
56.需要注意的是，图2、图3中所示的低频振子仅为其中一种实施例，对于结构类似且在基站阵列中对高频振子的s参数和方向图造成影响的其它低频振子，本实用新型中所提出的微带解耦滤波电路都可以通过对自身结构的微调和与具体的低频振子结合设计，来实现对阵列中低频振子单元上感应电流的抑制，降低对高频振子的影响。本实施例中采用的低频振子只是其中的一个特例。
57.需要明确的是，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技
术内容能涵盖的范围内。
58.以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，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修饰，这些改进和修饰也应视为本实用新型的保护范围。