一种双极化天线阵元的制作方法

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种双极化天线阵元。

背景技术：

在现有涵盖DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式内所含频段的双极化天线阵元中，天线阵元的驻波比无法全部覆盖所需频段。普遍的工作频段带宽在30％左右，这样极大地限制了天线的应用场景，并且增加了工程的成本。而有些双极化天线，虽然其阻抗带宽满足了所需频段的要求，但由于超宽的工作频段，导致其辐射性能在整个工作频段内差别较大，而且，较好的阻抗带宽也只是接近45％，例如：申请号为201010581310.9，结构图形为图1所示，其在VSWR(驻波比)小于等于1.4时，阻抗宽度接近45％。在DCS频段，双极化天线的阵元的水平面半功率波瓣宽度满足65±6°，而在TDD-LTE频段，其水平面半功率波瓣宽度却已经小于58°。这样无法实现移动通信要求的无缝覆盖，从而导致信号覆盖较差，普遍存在增益和水平瓣宽相差较大的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的一种双极化天线阵元，具有频段高增益，驻波比小，水平波波瓣宽，阻抗带宽大等特点，且可以避免馈电时的高次模产生，减小天线的损耗。

一种双极化天线阵元，所述双极化天线阵元包括馈电柱、辐射臂以及巴伦，巴伦开有四个通孔，所述馈电柱通过馈电套固定于巴伦设置的通孔中，所述馈电柱为粗细不同的多节圆金属柱，馈电柱呈L型，馈电柱与所述辐射臂固定连接，辐射臂设置在沿巴伦腔体向上方向的端面上，所述辐射臂为四个且互不接触，所述四个辐射臂与巴伦四个通孔位置对应，每个辐射臂上开有多个弧形缝隙，每条弧形缝隙长度为特定频段对应波长的1/6，缝隙宽度为整个带宽中心频率对应波长的1/100。

优选地，所述每个辐射臂上开有至少三条不同长度弧形镂空缝隙。

优选地，所述每个辐射臂上开有五条不同长度弧形镂空缝隙，从外向内五条缝隙长度依次为：15.6mm、21.5mm、27.2mm、25.2mm、19.7mm；宽度为：1.3mm。

优选地，所述特定频段为DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式内所含的频段。

优选地，所述两对角辐射臂合长为频段对应波长的1/2，巴伦高为频段波长的1/4。

优选地，所述辐射臂阵列分布在巴伦向上方向的端面，四个辐射臂由十字缝隔开，所述辐射臂与巴伦压铸为一体，辐射臂与巴伦均为金属制成。

优选地，所述馈电套为POM绝缘材料。

优选地，所述两馈电柱为两种不同尺寸高度，使得两L型馈电柱横向柱体异面垂直交叉。

优选地，所述馈电柱与辐射臂通过焊接固定相连。

优选地，所述巴伦通孔内适配有两馈电柱的通孔的巴伦向下延伸出两固定端，用于固定安装所述阵元。

本发明的有益效果在于：通过在辐射臂上开有缝隙长度为特定频段对应波长的1/6，缝隙宽度为整个带宽中心频率对应波长的1/100的多个弧形缝隙，使得在2G的DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式内所含频段增益均≥8.4dBi，在2G的DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式内所含频段内，69°≥水平波束瓣宽≥64°，在频率1.6179-3.0300GHz的范围内，驻波比都在1.5以下；辐射臂金属片上刻蚀不同长度的缝隙，从而形成不同的谐振频率，各个谐振频率进行耦合，从而形成了超过60％的相对阻抗带宽；通过采用不同粗细的金属圆馈电柱，代替常用的金属馈电片，这样可以避免馈电时的高次模式的产生，减小天线损耗，提升辐射效率；馈电柱与辐射臂采用焊接方式，避免采用过多的固定件，从而降低组装的复杂度和产品的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种宽带双极化天线单元实施例示意图；

图2为双极化天线阵元实施例的立体视图的斜下方视图；

图3为双极化天线阵元实施例的立体视图的斜上方视图；

图4为双极化天线阵元实施例的俯视图；

图5为双极化天线阵元实施例的主视图；

图6为双极化天线阵元实施例馈电视图；

图7为双极化天线阵元实施例馈电柱安装图；

图8为驻波比图；

图9为增益图；

附图标记

1 辐射臂 2 巴伦

3 横向馈电柱 4 缝隙

5 固定端 6 通孔

7 馈电柱 8 馈电套

10 上端面

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参看图2以及图3，图4、图5、图6、图7，双极化天线阵元包括：馈电柱7、辐射臂1以及巴伦2，巴伦2开有均匀设置有两两对称的四个通孔6，两个用于馈电的馈电柱7与巴伦2同侧的两个通孔6通过馈电套8固定，所述馈电柱7为粗细不同的多节圆金属柱，通过采用不同粗细的金属圆馈电柱7，代替常用的金属馈电片，这样可以避免馈电时的高次模的产生，减小天线的损耗，提升辐射效率；馈电柱7呈L型，馈电柱7与所述辐射臂1固定连接，辐射臂1设置在沿巴伦2腔体向上方向的端面上，所述辐射臂1为四个且互不接触，所述四个辐射臂1与巴伦2四个通孔6位置对应，每个辐射臂1上开有多个弧形缝隙4，每条弧形缝隙4长度为特定频段对应波长的1/6，缝隙4宽度为整个带宽中心频率对应波长的1/100。

具体的，特定频段为DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式内所含的频段，波长也即为所含的频段所对应的波长。中心频率为整个带宽的中心频率，以中心频率为准。通过在辐射臂1上开有缝隙4长度为特定频段对应波长的1/6，缝隙4宽度为整个带宽中心频率对应波长的1/100的多个弧形缝隙4，根据图8及图9可以看出，以图8深色颜色的波为例，在频率1.6153-3.0300GHz的范围内，驻波比都在1.5以下，阻抗相对带宽达60％，这是由于辐射臂1金属片上刻蚀不同长度的缝隙4，从而形成不同的谐振频率，各个谐振频率间耦合，从而形成了超过60％的相对阻抗带宽。图9为双极化天线阵元在频率为1.7GHz、2.2GHz、2.7GHz的增益图，由图可以看出，辐射臂1上开有缝隙4长度为特定频段对应波长的1/6，缝隙4宽度为整个带宽中心频率对应波长的1/100的多个弧形缝隙4，使得在2G的DCS、PCS及TDD-LTE、FDD-LTE制式内辐射效率超过96％，所含频段增益均大于等于8.4dBi，且64°≤水平波束瓣宽≤69°，天线的慢波特性，保证了天线在整个工作频段内天线辐射方向图的一致性。

具体的，结合图5，巴伦2高度为频段对应波长的1/4，巴伦2设置为带倒角的长方体的结构，可以在长方体上部分开有深十字缝隙4将长方体的上端部分分隔成四个完全一样的立柱，形成四个立柱而下端连接成一个整体的立式结构，而在四个立柱的中心位置，开有对应的四个圆形贯穿通孔6。在巴伦2同侧的通孔6位置附近下方延伸出固定端5，用于固定整个巴伦2。固定端5与巴伦2一体成型，也可以通过焊接将固定端5与巴伦2连接成一个整体。固定端5为中空通孔6的圆柱形，中空通孔6横截面为圆形，圆形直径小于巴伦2的通孔6直径，与巴伦2上的通孔6为同心圆。固定端5下端设置有安装部，与外界连接安装固定。

具体的，结合图6，设置巴伦2通孔6内的两根馈电柱7，两馈电柱7为两种高度不同，馈电柱7下端部与固定端5的中空圆形通孔6紧密配合，起到固定馈电柱7一端的作用，两馈电柱7的沿横向延伸出横向馈电柱73，馈电柱7为粗细不同的多节圆金属柱，通过采用不同粗细的金属圆馈电柱7，代替常用的金属馈电片，这样可以避免馈电时的高次模式的产生，减小天线的损耗；馈电柱7与横向馈电柱73构成了馈电柱7的L型，由于两馈电柱7的高低不同，两横向馈电柱73为异面垂直交叉，不接触。馈电还可采用易焊接金属片状。

具体的，结合图4，在巴伦2的上端面10，也就是四个立柱的上端面10分别安装有四个辐射臂1，四个辐射臂1阵列安装在四个立柱的端面上，四个辐射臂1由十字缝隔开，两对角辐射臂1合长为频段对应波长的λ/2，辐射臂1与巴伦2通过压铸一体成型，辐射臂1与巴伦2均为金属制成。辐射臂1为金属片，在每个金属辐射片上都开有缝隙4结构，缝隙4至少三条，图中示意的是五条弧形缝隙4，从外向内五条缝隙4长度依次为：15.6mm、21.5mm、27.2mm、25.2mm、19.7mm；宽度为：1.3mm。缝隙可以为镂空缝隙，可以为条形镂空缝隙4，还可以为小方形和小圆型缝隙等。为了扩展天线的工作频段，在金属片振子臂上所开的缝隙4数目，一般需要大于3条，实施例的缝隙4数目为5条，且每条的长度会有所不同。对于镂空缝隙4，每条缝隙4的尺寸对应一段频率，一条缝隙4长度约为相应频段的λ/6，宽度约为整个带宽中心频率的λ/100，通过开多条缝隙4，降低表面电磁波相速，以达到60％的阻抗相对带宽，两种极化的振子，因各极化辐射臂1上电流的相位差，相差为90°，从而两种极化间具有较高的隔离度。

具体的，结合图7，用于固定馈电柱7的馈电套8设置在馈电柱7与巴伦2通孔6中间，可以提高馈电柱7在巴伦2通孔6中的稳定性，馈电套8为一绝缘的高分子材料，具体为绝缘POM套，馈电套8固定馈电柱7的同时，同时将馈电柱7与巴伦2隔开，防止馈电短路。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，本发明实施例可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

实施例对本方案进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。