本發明涉及通信技術領域，特別是指一種雙極化天線。

背景技術：

隨著高速無線數據接入技術的發展和個人無線局域網業務的興起，高速率移動通信系統呈現出巨大的發展潛力。為了適應通信多網融合的發展趨勢和信息數據傳輸的高速率要求，需要系統能夠提供越來越大的帶寬，寬頻帶技術也已成為發展的必然趨勢。超寬帶陣列雙極化基站天線作為無線信號出入的門戶、作為移動通信網絡的最前端設備，可以為通信系統的高速率要求提供性能保證。

然而，現有的雙極化天線為使得端口間的隔離性能達到28dB甚至更高，常是通過加工振子之間的距離或者用機械的方式減小雙極化振子間的耦合，來提供隔離度的。但是，這種方式不僅增加了天線的尺寸還增加了天線的設計難度，使輻射單元結構和饋電形式復雜化，很難保證匹配的一致性。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種雙極化天線，在滿足帶寬隔離度設計性能的同時，橫向尺寸做到緊湊化，為陣列設計提供便利和可行性操作。

為達到上述目的，本發明的實施例提供一種雙極化天線，包括：

設置于第一導電支架上的水平極化輻射貼片組；

設置于第二導電支架上的垂直極化輻射貼片組，以及

設置于所述垂直極化輻射貼片組上支撐所述水平極化輻射貼片組的絕緣支架；其中，

所述水平極化輻射貼片組包括：由上至下層疊設置的水平極化輻射諧振引向片、水平極化輻射金屬貼片和水平金屬地板，所述水平金屬地板上設置有與所述水平極化輻射金屬貼片耦合的第一耦合饋電線；

所述垂直極化輻射貼片組包括：由上至下層疊設置的垂直極化輻射諧振引向片、垂直極化輻射金屬貼片和垂直金屬地板，所述垂直金屬地板上設置有與所述垂直極化輻射金屬貼片耦合的第二耦合饋電線；

所述水平金屬地板在所述垂直極化輻射貼片組上的垂直投影，在所述垂直極化輻射貼片組的非極化方向上遮蔽所述垂直極化輻射諧振引向片、垂直極化輻射金屬貼片和垂直金屬地板；在所述垂直極化輻射貼片組的極化方向上未遮蔽所述垂直極化輻射諧振引向片、垂直極化輻射金屬貼片和垂直金屬地板；

所述水平極化輻射諧振引向片的數量多于所述垂直極化輻射諧振引向片的數量。

其中，所述水平極化輻射諧振引向片包括第一諧振引向片和第二諧振引向片，所述第一諧振引向片設置于所述第二諧振引向片上側，且所述第一諧振引向片在所述第二諧振引向片上的垂直投影，在所述水平極化輻射貼片組的極化方向和非極化方向上均未遮蔽所述第二諧振引向片。

其中，所述水平極化輻射金屬貼片和所述垂直極化輻射金屬貼片均為對稱結構，包括：第一部分、凸出于所述第一部分第一端設置的第二部分、凸出于所述第一部分第二端設置的第三部分以及凸出與所述第二部分的第四部分；其中，在與對稱軸垂直的方向上，所述第四部分的長度小于所述第二部分的長度，所述第二部分的長度小于所述第一部分的長度，所述第三部分的長度小于所述第一部分的長度。

其中，所述水平極化輻射諧振引向片在所述水平極化輻射金屬貼片上的垂直投影，在所述水平極化輻射貼片組的極化方向和非極化方向上均未遮蔽所述水平極化輻射金屬貼片；所述水平極化輻射金屬貼片在所述水平金屬地板上的垂直投影，在所述水平極化輻射貼片組的極化方向和非極化方向上均未遮蔽所述水平金屬地板。

其中，所述第一耦合饋電線與所述水平金屬地板的連接端設置在未被所述水平極化輻射金屬貼片的垂直投影遮蔽的位置。

其中，所述垂直極化輻射諧振引向片在所述垂直極化輻射金屬貼片上的垂直投影，在所述垂直極化輻射貼片組的極化方向上未遮蔽所述垂直極化輻射金屬貼片；所述垂直極化輻射金屬貼片在所述垂直金屬地板上的垂直投影，在所述垂直極化輻射貼片組的極化方向上未遮蔽所述垂直金屬地板。

其中，所述第二耦合饋電線與所述垂直金屬地板的連接端設置在未被所述垂直極化輻射金屬貼片的垂直投影遮蔽的位置。

其中，所述水平金屬地板與所述第一耦合饋電線連接處設置有第一饋電端子，所述垂直金屬地板與所述第二耦合饋電線連接處設置有第二饋電端子。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

本發明實施例的雙極化天線，主要包括水平極化輻射貼片組和垂直極化輻射貼片組，水平極化輻射貼片組通過絕緣支架設置于垂直極化輻射貼片組的上方。其中，水平極化輻射貼片組在第一導電支架上，由上至下層疊設置有水平極化輻射諧振引向片、水平極化輻射金屬貼片和水平金屬地板，水平金屬地板上的第一耦合饋電線與水平極化輻射金屬貼片耦合，而垂直極化輻射貼片組在第二導電支架上，也由上至下層疊設置垂直極化輻射諧振引向片、垂直極化輻射金屬貼片和垂直金屬地板，垂直金屬地板上的第二耦合饋電線與垂直極化輻射金屬貼片耦合。采用層疊縱向交錯放置的方式，使得兩輻射貼片組在各自極化諧振方向上互不遮擋，有效提升了兩端口間的隔離度，保證各極化端口的正常收發工作。同時，這種結構的雙極化天線在橫向結構尺寸上實現了小型化，克服了現有天線設計中通過加大單元端口之間的距離或者用機械的方式減小雙極化振子間的耦合性的不足，為小型化天線陣列設計提供便利和可行性操作。而且由于這種層疊放置結構，使各貼片間所激發的諧振頻率不同，結合采用的鄰近耦合饋電形式，有效的改善了天線的阻抗帶寬，提升了天線的工作頻域。

附圖說明

圖1為本發明實施例的雙極化天線的結構示意圖一；

圖2為本發明實施例的雙極化天線的結構示意圖二；

圖3為本發明實施例的雙極化天線的結構示意圖三；

圖4為本發明實施例的雙極化天線的結構示意圖四；

圖5為本發明實施例中水平極化輻射金屬貼片和垂直極化輻射金屬貼片的具體結構示意圖；

圖6為本發明實施例的雙極化天線的雙極化端口回波損耗曲線圖；

圖7為本發明實施例的雙極化天線的雙極化端口隔離度曲線圖；

圖8為本發明實施例的雙極化天線的垂直極化端口700MHz頻點E面主極化和交叉極化輻射方向對比圖；

圖9為本發明實施例的雙極化天線的垂直極化端口800MHz頻點E面主極化和交叉極化輻射方向對比圖；

圖10為本發明實施例的雙極化天線的垂直極化端口900MHz頻點E面主極化和交叉極化輻射方向對比圖；

圖11為本發明實施例的雙極化天線的水平極化端口700MHz頻點E面主極化和交叉極化輻射方向對比圖；

圖12為本發明實施例的雙極化天線的水平極化端口800MHz頻點E面主極化和交叉極化輻射方向對比圖；

圖13為本發明實施例的雙極化天線的水平極化端口900MHz頻點E面主極化和交叉極化輻射方向對比圖。

附圖標記說明

1-水平極化輻射諧振引向片；2-水平極化輻射金屬貼片；3-水平金屬地板；4-第一耦合饋電線；5-垂直極化輻射諧振引向片；6-垂直極化輻射金屬貼片；7-垂直金屬地板；8-第二耦合饋電線；9-第一饋電端子；10-第二饋電端子；11-第一導電支架；12-第二導電支架；13-絕緣支架；101-第一諧振引向片；102-第二諧振引向片；201-第一部分；202-第二部分；203-第三部分；204-第四部分。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發明針對現有的雙極化天線設計時對天線寬頻帶和隔離度指標同時滿足的難度問題，以及在滿足隔離度性能的要求時會增加天線的尺寸和設計難度的問題，提供了一種雙極化天線，在滿足寬頻帶高隔離度設計性能的同時，橫向尺寸做到緊湊化，為陣列設計提供便利和可行性操作。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發明實施例的一種雙極化天線，包括：設置于第一導電支架11上的水平極化輻射貼片組；設置于第二導電支架12上的垂直極化輻射貼片組，以及設置于所述垂直極化輻射貼片組上支撐所述水平極化輻射貼片組的絕緣支架13；其中，所述水平極化輻射貼片組包括：由上至下層疊設置的水平極化輻射諧振引向片1、水平極化輻射金屬貼片2和水平金屬地板3，所述水平金屬地板3上設置有與所述水平極化輻射金屬貼片2耦合的第一耦合饋電線4；所述垂直極化輻射貼片組包括：由上至下層疊設置的垂直極化輻射諧振引向片5、垂直極化輻射金屬貼片6和垂直金屬地板7，所述垂直金屬地板7上設置有與所述垂直極化輻射金屬貼片6耦合的第二耦合饋電線8；所述水平金屬地板3在所述垂直極化輻射貼片組上的垂直投影，在所述垂直極化輻射貼片組的非極化方向上遮蔽所述垂直極化輻射諧振引向片5、垂直極化輻射金屬貼片6和垂直金屬地板7；在所述垂直極化輻射貼片組的極化方向上未遮蔽所述垂直極化輻射諧振引向片5、垂直極化輻射金屬貼片6和垂直金屬地板7；所述水平極化輻射諧振引向片1的數量多于所述垂直極化輻射諧振引向片5的數量。

通過上述內容可知，本發明實施例的雙極化天線，主要包括水平極化輻射貼片組和垂直極化輻射貼片組，水平極化輻射貼片組通過絕緣支架13設置于垂直極化輻射貼片組的上方。其中，水平極化輻射貼片組在第一導電支架11上，由上至下依次層疊設置有水平極化輻射諧振引向片1、水平極化輻射金屬貼片2和水平金屬地板3，水平金屬地板3上的第一耦合饋電線4與水平極化輻射金屬貼片2耦合，而垂直極化輻射貼片組在第二導電支架12上，也由上至下依次層疊設置有垂直極化輻射諧振引向片5、垂直極化輻射金屬貼片6和垂直金屬地板7，垂直金屬地板7上的第二耦合饋電線8與垂直極化輻射金屬貼片6耦合。

由于水平金屬地板3在垂直極化輻射貼片組上的垂直投影，在垂直極化輻射貼片組的非極化方向上遮蔽垂直極化輻射諧振引向片5、垂直極化輻射金屬貼片6和垂直金屬地板7，而在垂直極化輻射貼片組的極化方向上未遮蔽垂直極化輻射諧振引向片5、垂直極化輻射金屬貼片6和垂直金屬地板7，這樣層疊縱向交錯放置的方式，使得兩輻射貼片組在各自極化諧振方向上互不遮擋，有效提升了兩端口間的隔離度，保證各極化端口的正常收發工作。同時，這種結構的雙極化天線在橫向結構尺寸上實現了小型化，克服了現有天線設計中通過加大單元端口之間的距離或者用機械的方式減小雙極化振子間的耦合性的不足，為小型化天線陣列設計提供便利和可行性操作。

此外，該雙極化天線的層疊放置結構，水平極化輻射諧振引向片的數量多于垂直極化輻射諧振引向片的數量，通過貼片間的縫隙耦合能量，使各貼片間產生不同的諧振頻率，結合采用的鄰近耦合形式的饋電方式，有效的改善了天線的阻抗帶寬，提升了天線的工作頻域。并且，導電支架貫穿了對應貼片組，除支撐作用外還有效的抵消了耦合饋電和層疊貼片引起的電容效應。

應該了解的是，為實現水平極化輻射貼片組穩固設置于垂直極化輻射貼片組上，優選的，如圖3和圖4所示，4個柱狀的絕緣支架13對稱設置于垂直極化輻射貼片組中的垂直極化輻射諧振引向片5上。當然，也可以采用形狀的絕緣支架13將水平極化輻射貼片組支撐在垂直極化輻射貼片組上。

本發明的雙極化天線中，優選的，如圖5所示，所述水平極化輻射金屬貼片2和所述垂直極化輻射金屬貼片6均為對稱結構，包括：第一部分201、凸出于所述第一部分201第一端設置的第二部分202、凸出于所述第一部分201第二端設置的第三部分203以及凸出與所述第二部分202的第四部分204；其中，在與對稱軸垂直的方向上，所述第四部分204的長度小于所述第二部分202的長度，所述第二部分202的長度小于所述第一部分201的長度，所述第三部分203的長度小于所述第一部分201的長度。

這樣，水平極化輻射金屬貼片2和垂直極化輻射金屬貼片6得到如圖5所示的階梯箭頭式結構，包括4個寬度級別，分別為d1、d2、d3和d4，其取值根據實際應用確定。從而，該結構的水平極化輻射金屬貼片2和垂直極化輻射金屬貼片6通過與對應的耦合饋電線耦合，產生高低頻的多個諧振模式，進一步實現了對天線帶寬的擴展。當然，水平極化輻射金屬貼片2和垂直極化輻射金屬貼片6的寬度級別的數量是根據實際使用預設的，因此，不限于圖5所示的4個寬度級別，在此不再贅述。

具體的，在該實施例中，所述水平極化輻射諧振引向片1包括第一諧振引向片101和第二諧振引向片102，所述第一諧振引向片101設置于所述第二諧振引向片102上側，且所述第一諧振引向片101在所述第二諧振引向片102上的垂直投影，在所述水平極化輻射貼片組的極化方向和非極化方向上均未遮蔽所述第二諧振引向片102。

這樣，通過在水平極化輻射貼片組中設置的兩個諧振引向片，其諧振頻率的不同，較佳地實現了對天線帶寬的擴展。而上側設置的第一諧振引向片101，由于其在第二諧振引向片102上的垂直投影，在水平極化輻射貼片組的極化方向和非極化方向上均未遮蔽該第二諧振引向片102，也有效避免了層疊設置方式對天線工作的影響，保證了天線的正常工作。

進一步的，所述水平極化輻射諧振引向片1在所述水平極化輻射金屬貼片2上的垂直投影，在所述水平極化輻射貼片組的極化方向和非極化方向上均未遮蔽所述水平極化輻射金屬貼片2；所述水平極化輻射金屬貼片2在所述水平金屬地板3上的垂直投影，在所述水平極化輻射貼片組的極化方向和非極化方向上均未遮蔽所述水平金屬地板3。

其中，所述第一耦合饋電線4與所述水平金屬地板3的連接端設置在未被所述水平極化輻射金屬貼片2的垂直投影遮蔽的位置。

另外，所述垂直極化輻射諧振引向片5在所述垂直極化輻射金屬貼片6上的垂直投影，在所述垂直極化輻射貼片組的極化方向上未遮蔽所述垂直極化輻射金屬貼片6；所述垂直極化輻射金屬貼片6在所述垂直金屬地板7上的垂直投影，在所述垂直極化輻射貼片組的極化方向上未遮蔽所述垂直金屬地板7。

而且，所述第二耦合饋電線8與所述垂直金屬地板7的連接端設置在未被所述垂直極化輻射金屬貼片6的垂直投影遮蔽的位置。

應該知道的是，該實施例中，所述水平金屬地板3與所述第一耦合饋電線4連接處設置有第一饋電端子9，所述垂直金屬地板7與所述第二耦合饋電線8連接處設置有第二饋電端子10。

還應該知道的，本發明實施例的雙極化天線，如圖6所示的水平極化模式的回波損耗曲線(實線)和垂直極化模式的回波損耗曲線(虛線)可知，該雙極化天線的水平極化模式的工作通頻帶為687-962MHz，垂直極化模式的工作通頻帶為687-993MHz，相較于現有的雙極化天線，擴展了帶寬，完全響應了整個新通信業務689-960MHz的寬頻域要求。而且，如圖7所示，本發明實施例的雙極化天線，在整個業務工作頻段上，正交極化端口之間都能達到30dB以上的高隔離度，在761-962MHz頻域內隔離度更是高達38dB以上，較佳的保證了各極化端口各自的正常收發工作。

如圖8所示，該雙極化天線水平極化端口工作情況下，700MHz頻點在耦合激勵下的空間主輻射面區域主極化和交叉極化輻射方向對比圖中(主極化為實線，交叉極化為虛線)，0°方向上的m1的最大可用增益Mag為26.50dB，m2的Mag為-3.08dB，因此，通過兩者的差值得到最大輻射方向的交叉極化比為29.6dB。而該雙極化天線水平極化端口工作情況下，800MHz、900MHz頻點在耦合激勵下的空間主輻射面區域主極化和交叉極化輻射方向對比圖如圖9和圖10所示，在圖9中m1的Mag為27.68dB、m2的Mag為-5.01dB，在圖10中m1的Mag為28.15dB、m2的Mag為-7.99dB，所以，最大輻射方向的交叉極化比分別為32.7dB和36.1dB，優于一般通信的15dB。可見，該雙極化天線的垂直極化輸出模式有效地抑制了交叉極化干擾，提升極化輻射場性能。

類似的，該雙極化天線垂直極化端口工作情況下，700MHz、800MHz、900MHz頻點在耦合激勵下的空間主輻射面區域主極化和交叉極化輻射方向對比圖如圖11、圖12和圖13所示，在圖11中m1的Mag為25.01dB、m2的Mag為-2.34dB，在圖12中m1的Mag為25.66dB、m2的Mag為-11.69，dB在圖13中m1的Mag為26.05dB、m2的Mag為-5.59dB，所以，最大輻射方向的交叉極化比分別為27.4dB、37.4dB和31.6dB，同樣優于一般通信的15dB。可見，該雙極化天線的水平極化輸出模式有效地抑制了交叉極化干擾，提升極化輻射場性能。此外，該雙極化天線的兩種極化模式的遠場輻射增益都達到了10dB且輻射性能相差不大，輻射主方向垂直于天線單元，輻射波前均勻，波束較寬，滿足通信基站天線要求。

綜上所述，本發明實施例的雙極化天線，由上至下包括7層金屬貼片，采用了層疊交錯的貼片放置形式，不僅有效提升了兩端口間的隔離度，而且使各層貼片所激發的諧振頻率不同。其中，水平極化輻射金屬貼片2和垂直極化輻射金屬貼片6采用圖5所示階梯箭頭式的對稱多邊形結構，設置了預設數量的寬度級別，能夠產生高低頻的多個諧振模式，從而有效的擴展了天線的工作頻域。同時采用了鄰近耦合饋電的形式，可以有效的改善天線的阻抗帶寬，實現了整個新通信業務698-960MHz寬頻域的通帶性能要求。

上述范例性實施例是參考附圖來描述的，許多不同的形式和實施例是可行而不偏離本發明精神及教示，因此，本發明不應被建構成為在此所提出范例性實施例的限制。更確切地說，這些范例性實施例被提供以使得本發明會是完善又完整，且會將本發明范圍傳達給那些熟知此項技術的人士。在該些圖式中，組件尺寸及相對尺寸也許基于清晰起見而被夸大。在此所使用的術語只是基于描述特定范例性實施例目的，并無意成為限制用。如在此所使用地，除非該內文清楚地另有所指，否則該單數形式“一”、“一個”和“該”是意欲將該些多個形式也納入。會進一步了解到該些術語“包含”及/或“包括”在使用于本說明書時，表示所述特征、構件及/或組件的存在，但不排除一或更多其它特征、構件、組件及/或其族群的存在或增加。除非另有所示，陳述時，一值范圍包含該范圍的上下限及其間的任何子范圍。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。