高交叉极化比天线单元、天线及通讯基站

摘要

本申请公开了一种高交叉极化比天线单元、天线及通讯基站，其中，高交叉极化比天线单元包括：上辐射片、下辐射片以及馈电网络；所述上辐射片平行设置于所述上辐射片的正上方；所述馈电网络的输出端连接所述下辐射片；所述下辐射片通过空气耦合上辐射片；所述上辐射片和下辐射片的形状为矩形、圆形和多边形；所述上辐射片和下辐射片的尺寸根据天线的尺寸设置；所述上辐射片上的两端对称设置有延伸贴片，所述延伸贴片的形状根据天线的应用场景设置，所述延伸贴片的尺寸根据天线的频段设置，所述延伸贴片用于改善轴向方向的交叉极化比。采用前述的方案，通过改善电流分布，有效的提高了天线交叉极化比，且结构简单，成本更低。

说明书

技术领域

本申请涉及移动通信天线技术领域，尤其涉及一种高交叉极化比天线单元、天线及通讯基站。

背景技术

随着无线通信的飞速发展，对通信系统的要求不断提升，导致通信资源不断紧张，研究表明利用电磁波的正交极化特性设计通信系统，可使双极化系统获得更高的通信系统容量。为了增加通信系统容量，减少多径衰落的影响，分集技术被广泛应用。分集技术是通信基站天线中的一种利用相对较低成本的投资就可以大幅地改进无线链路性能的强有力的接收技术。

分集技术在基站天线中主要采用双极化天线，双极化天线是组合了+45°和-45°两个极化方向相互正交的天线，并同时工作在双发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。其中，描述±45°(或其他正交极化方式)天线的极化纯度是使用交叉极化的概念，交叉极化比具体定义为主极化分量与交叉极化分量的比。交叉极化比越大，说明从天线能够获得的信号正交性越强，两路信号之间的相关性越小，极化效果越好。

目前，常见的提高天线交叉极化比的方法主要是在天线周围增加挡墙。但是，这种这种方法不仅增加成本，而且随着现在对天线的尺寸要求越来越严格，能够放置挡墙的位置也越来越少，同时，增加挡墙也会大幅的影响天线的其它性能指标。因此，如何在有限的空间内且不增加额外成本的前提下，提高天线的交叉极化比，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种高交叉极化比天线单元、天线及通讯基站，以解决如何在有限的空间内且不增加额外成本的前提下，提高天线的交叉极化比的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种高交叉极化比天线单元，包括：上辐射片、下辐射片以及馈电网络；

所述上辐射片平行设置于所述上辐射片的正上方；所述馈电网络的输出端连接所述下辐射片；所述下辐射片通过空气耦合上辐射片；

所述上辐射片和下辐射片的形状为矩形、圆形和多边形；所述上辐射片和下辐射片的尺寸根据天线的尺寸设置；

所述上辐射片上的两端对称设置有延伸贴片，所述延伸贴片的形状根据天线的应用场景设置，所述延伸贴片的尺寸根据天线的频段设置，所述延伸贴片用于改善轴向方向的交叉极化比。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述延伸贴片为的长度为辐射体直径或者长度的四分之一，所述延伸贴片的宽度不超过辐射体直径或者长度的十分之一。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述延伸贴片为匚形，其开口的两端连接所述上辐射片，两平行边为宽边，连接宽边的为长边。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述延伸贴片为长边为10mm，所述延伸贴片的宽边为2mm。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述上辐射片的形状为圆形，所述下辐射片的形状为正八边形。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述馈电网络为二等功分器，所述功分器的输入端口连接射频电路输出端进行馈电，所述功分器的输入链路长度根据天线单元的射频输出端位置进行设置；所述功分器的两个输出端口连接两个天线单元的同一极化端口+45°极化方向，同时另一极化方向的功分器的两个输出端口连接两个阵子单元－45°极化端口，形成±45°交叉极化二元阵。

第二方面，本申请实施例部分提供了一种高交叉极化比天线，包括如第一方面任一种实现方式中所述的高交叉极化比天线单元。

结合第二方面，在一种实现方式中，所述高交叉极化比天线还包括：天线外罩和天线金属底座；

所述天线外罩和天线金属底座连接，形成密封腔体，所述高交叉极化比天线单元设置在所述密封腔体内。

第三方面，本申请实施例部分提供了一种通讯基站，所述通讯基站包括第二方面任一种实现方式中所述的高交叉极化比天线。

本申请公开了一种高交叉极化比天线单元、天线及通讯基站，其中，高交叉极化比天线单元包括：上辐射片、下辐射片以及馈电网络；所述上辐射片平行设置于所述上辐射片的正上方；所述馈电网络的输出端连接所述下辐射片；所述下辐射片通过空气耦合上辐射片；所述上辐射片和下辐射片的形状为矩形、圆形和多边形；所述上辐射片和下辐射片的尺寸根据天线的尺寸设置；所述上辐射片上的两端对称设置有延伸贴片，所述延伸贴片的形状根据天线的应用场景设置，所述延伸贴片的尺寸根据天线的频段设置，所述延伸贴片用于改善轴向方向的交叉极化比。采用前述的方案，通过改善电流分布，有效的提高了天线交叉极化比，且结构简单，成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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是本申请实施例提供的极化示意图；

图2是本申请实施例提供的一种高交叉极化比天线单元的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种高交叉极化比天线单元中，辐射片的结构图；

图4是本申请实施例提供的加载延伸贴片前天线的电流分布示意图；

图5是本申请实施例提供的加载延伸贴片后天线的电流分布示意图；

图6是本申请实施例提供的加载前后交叉极化比数据对比示意图；

图7是本申请实施例提供的一种高交叉极化比天线的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种高交叉极化比天线的侧视图。

其中，1-天线单元；11-上辐射片；111-延伸贴片；12-下辐射片，13-馈电网络；131-输入端口；132-输出端口；2-天线外罩；3-天线金属底座。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

本申请实施例以贴片天线为例进行说明，主要是由于patch天线(贴片天线)其结构简单，成本较低，且损耗较小。因此，在很多应用场景备受青睐。但是，由于patch天线的辐射模式属于缝隙模式，所以进行双极化馈电时，其极化不纯，导致该类型的天线交叉极化比较差。

为了更好的理解天线的交叉极化比，首先研究当天线±45°摆放时，交叉极化比是如何测量计算的。由于被测天线和源天线的45°位置摆放，在转台转动时候必然就和原主极化位置产生一个角度偏差，因此，首先记转台后测量天线偏离原主极化角度为α，其交叉极化在转台转动后偏离原主极化角度β。如图1极化示意图所示，图1中建立的坐标系示意图，线A为在XOY面上的我们设置的45°主极化，当转台旋转，即主极化沿X轴旋转，旋转一个角度达到线B，这时与原主极化线A为夹角α；其与主极化正交的交叉极化在转台旋转也沿X轴转动相同角度，到达线C位置，这时线C与主极化线A的夹角即为β。

可以通过简单数学计算，用主极化向量方向比上交叉极化向量方向则可得到交叉极化比，即用余弦分量cosα/cosβ可求出天线的交叉极化比。

对于轴向，则α＝0°，β＝90°，cosα/cosβ＝∞，理论上其轴向交叉极化比会趋于无穷大。

对于±60°方向，我们设定沿X轴旋转了60°，则α＝48°，β＝77°，cosα/cosβ＝3，再转换成dB，20lg3＝9.542dB，这就是我们测量天线系统下的±60°交叉极化比理论值。

由以上理论推导可知，想要提高天线交叉极化比，可以通过控制其旋转后与原主极化的夹角α和交叉极化夹角β，即控制天线的极化分量与方向，而控制天线的极化分量与方向，归根到底就是控制天线上的电流的分布。

因此，为提高天线的交叉极化比，获得高交叉极化比天线，本申请实施例首先公开了一种高交叉极化比天线单元，如图2和图3所示，图2是示出了一种±45度极化的二单元阵列的天线单元1，所述天线单元1包括：上辐射片11、下辐射片12以及馈电网络13。

所述上辐射片11平行设置于所述上辐射片11的正上方；所述馈电网络13的输出端连接所述下辐射片12；所述下辐射片12通过空气耦合上辐射片11。所述下辐射片12以及所述馈电网络13可设置在PCB板上。

其中，该天线单元1的工作原理如下：所述馈电网络13可以为一个二等功分器，所述功分器的输入端口131连接射频电路输出端进行馈电，所述功分器的输入链路长度可根据天线单元的射频输出端位置进行设计；所述功分器的两个输出端口132连接两个天线单元的同一极化端口，称之为+45°极化方向，同时另一极化方向的功分器的两个输出端口132连接两个阵子单元－45°极化端口，形成±45°交叉极化二元阵。功分器的两个输出端口132分别连接天线下辐射片12，通过空气耦合上辐射片11，从而形成一个完整的天线单元1的工作链路。

所述上辐射片11和下辐射片12的形状为矩形、圆形和多边形；所述上辐射片11和下辐射片12的尺寸根据天线的尺寸设置。

辐射片(上辐射片11和下辐射片12)的设置是根据天线的辐射频段决定的，例如，图2中的天线单元是应用于2.6GHz频段的，根据波长λ＝c/f(c是光速，f是天线的工作频率)，这是patch天线，其尺寸理论约为λ/2。如果频率增加，则尺寸就越小，频率小，尺寸就变大。

如图3所示，所述上辐射片11上的两端对称设置有延伸贴片111，所述延伸贴片111的形状根据天线的应用场景设置，所述延伸贴片111的尺寸根据天线的频段设置，所述延伸贴片111用于改善轴向方向的交叉极化比。

本实施例通过在天线辐射单元上设置可改善交叉极化比装置，来改善天线辐射单元上的电流分布，进而提高天线的交叉极化比，且结构简单，成本更低。

可选地，所述延伸贴片111为的长度为辐射体直径或者长度的四分之一，所述延伸贴片111的宽度不超过辐射体直径或者长度的十分之一。

随着天线频率的变化，天线辐射体(上辐射片11和下辐射片12)的尺寸会变化，延伸边也会随之变化。通过实验验证表明，延伸贴片111的长一般在辐射体直径或者长度的1/4，宽度应不超过辐射体直径或者长度的1/10。

此外，延伸贴片111的形状需要根据天线的应用场景进行设定，在此不做具体限定。

在一种实现方式中，如图3所示，所述上辐射片11的形状为圆形，所述下辐射片12的形状为正八边形。

可选地，所述延伸贴片111为匚形，其开口的两端连接所述上辐射片11，两平行边为宽边，连接宽边的为长边。

可选地，所述延伸贴片111为长边为10mm，所述延伸贴片111的宽边为2mm。

图3中，延伸贴片111设置在圆形的上辐射片11，数量为2各，轴向对称设置，其形状为匚形，长边L为10mm，所述延伸贴片111的宽边W为2mm。

为了进一步体现本申请公开的高交叉极化比天线单元的有益效果，本申请实施例还公开了上述高极化比贴片天线单元与现有技术中的贴片天线的效果对比，具体如下：

参照图4和图5所示，图4是未加载延申贴片结构天线单元的电流分布，图5是加载延申贴片结构天线单元的电流分布，由图6公开的加载前后交叉极化比的数据对比可以发现，在天线轴向加载延申贴片结构后，在延申贴片处产生了一小部分电流，使得该处的辐射能量增强，进而改变了天线在不同方向上极化能量分布，从而提高了天线的交叉极化比。

基于上述公开的天线单元，本申请实施例还公开了一种高交叉极化比天线，该高交叉极化比天线包括了如上述任一种实现方式的高交叉极化比天线单元。

参照图7和图8所示，所述高交叉极化比天线还包括：天线外罩2和天线金属底座3。

所述天线外罩2和天线金属底座3连接，形成密封腔体，所述高交叉极化比天线单元设置在所述密封腔体内。

其中，天线外罩2和天线金属底座3形成的密封腔体可以起到保护作用，天线单元可以根据实际需要设置数量。

图8中示出的天线外罩2距离天线金属底座3的高度(天线外罩2的高度)L1为10mm，上辐射片11与馈电网络13所在平面(即PCB板)的距离L2为5mm。

基于上述公开的天线单元，本申请实施例还公开了一种通讯基站，所述通讯基站包括如上述任一种实现方式的高交叉极化比天线。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。