双极化基站天线制造技术

一种发送和接收电磁信号的改进天线系统，其底板具有沿长度方向的竖直轴线。多个偶极子辐射元件从底板表面向外凸出且均包括一对平衡的正交偶极子，其分别与竖直轴线成第一和第二预定角度，形成交叉偶极子对。不平衡馈电网络沿底板延伸并与辐射元件相连。一印刷电路板平衡－不平衡转换器连在各偶极子上。还包括一个沿竖直轴线方向安装的寄生元件，初级电磁场在寄生元件上感应出电流，该感生电流再发射出次级电磁场与初级电磁场部分抵消，以改善隔离性能。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及天线领域。更特别地，本专利技术涉及用于无线电信系统中的双极化基站天线。无线电信系统中使用的基站具有接收线偏振电磁信号的能力。基站接收到的信号通过一个接收器在基站中进行处理，然后送进电话网。在实际使用中，接收信号的天线也可用来发送信号。一般而言，发送出的信号的频率与接收到的信号的频率不同。无线电信系统常常受到多径衰落的困扰。通常人们采用分集接收的方法来克服多径衰落的问题。分集技术需要至少两个信号通路，这两个通路传输同样的信号但却具有不相关的多径衰落。在电信系统基站中常用的几种分集接收类型有空间分集、方向分集、极化分集、频率分集和时间分集等。一个空间分集系统接收来自不同空间点的信号，这就要求两个天线隔开一个相当的距离。极化分集使用正交极化来提供不相关通路。如本领域中公知的那样，天线线偏振的方向通过一个固定的轴来测量，并可以根据系统的要求改变该方向。特别地，极化的方向可以从垂直极化(0度)变化到水平极化(90度)。目前，系统中最流行的线偏振类型是垂直/水平和+45°/-45°(斜45°)偏振。但也可使用其它的偏振角度。如果一种天线接收或发送两种正交的偏振信号，则称其为双极化天线。斜45°极化的辐射元件天线阵可通过将交叉偶极子的线性或平面阵列固定在接地平面上构成。交叉偶极子是一对中心重合且轴线正交的偶极子。这两个偶极子的轴线与所需的极化方向平行。换言之，每个偶极子的轴线都与天线阵的竖直轴线成某个角度。与交叉偶极子这种外形相关的一个问题是每个交叉偶极子的电磁场与另一个交叉偶极子以及周围构件的电磁场之间都存在相互作用，周围构件是用来支撑、容纳交叉偶极子并给其供电的。如本领域中公知的那样，偶极子周围的辐射电磁场互相传递能量。这种相互耦合影响两个正交极化信号的相关性。与耦合相反的是隔离，即30dB的耦合等于30dB的隔离。双极化天线必须符合某种端口间的隔离性能规范。一般的端口间隔离性能规范是30dB或更大。本专利技术提供一种装置，用于提高双极化天线系统的端口间隔离性能，在该装置底板的长度方向大约中点处安装一个简单的寄生元件，该元件与底板的竖直轴线相交。本专利技术还提供一种装置，用于改善具有简单极板的双极化天线系统的端口间隔离性能和交叉极化性能，该极板有几个大致为方形的孔并安装在底板顶侧的上方。在分别装有寄生元件和带方孔极板的两个实施方案中，都可以通过用相位调整的再辐射能抵消偶极子的相互耦合能来获得隔离的效果。通常为了能够在市场上销售，双极化天线必须符合30dB的隔离性能规范。不符合该性能规范意味着系统集成人员可能不得不使用造价高并会降低天线增益的高性能过滤器。由于本专利技术符合或超过30dB的隔离性能规范，因而克服了上述问题。现有天线的另一个问题是天线底板保护天线罩的安装问题。由于现有天线罩的安装方式，导致现有天线罩的设计结构使得水和其它环境物质可以进入天线内部，从而引起天线的腐蚀。而且，由于现有天线罩是较松地固定在底板上，而不是紧固在其上的，使得天线罩可以相对于底板移动，因而使风和水可以进入天线内部。此外，基站塔对社区的视觉冲击已经成为一种社会关心问题。人们希望减小这些塔的尺寸，进而缓和这些塔对社区造成的视觉冲击。通过采用装有较少天线的基站可以减少这些塔的尺寸。如果使用双极化天线和极化分集可以实现这一目的。用这样的系统代替使用需要若干对垂直极化天线的空间分集的系统。一些研究表明在都市里，极化分集可以提供与空间分集相同的信号质量。对于都市中安装的大多数基站站点而言，用双极化天线取代传统的若干对垂直极化天线将有很好的前景。本专利技术的一个主要目的是提供一种可以产生双极化信号的天线阵。本专利技术的另一个目的是提供一种至少能达到30dB端口间隔离性能的天线。本专利技术的另一个目的是提供一种带有天线罩的天线阵，该天线罩可以防止水或其它环境物质进入天线，从而防止天线的腐蚀。本专利技术的另一个目的是提供一种可以将不平衡的馈电网络传输线路与平衡偶极子元件相匹配的天线。本专利技术的另一个目的是提供一种需要最少天线的天线阵，从而提供一种具有最小尺寸的美观的基站结构。本专利技术的另一个目的是提供一种相对便宜的天线阵。本专利技术的另一个目的是提供一种高增益的天线。本专利技术的另一个目的是提供一种具有最小互调失真(IMD)的天线。本专利技术的上述和其它目的通过一个用来发送和接收电磁信号的改进型天线系统实现，该系统包括一个底板，该底板有一定的长度，并沿其长度方向有一根垂直的轴线。几对偶极子辐射元件从底板的表面相外凸出。每个元件都包括一对平衡的正交偶极子，这两个偶极子分别处在与竖直轴线成第一预定角度和第二预定角度的位置上，形成交叉偶极子对。一个不平衡的供电网络沿底板延伸，并与辐射元件相连。在每个偶极子上都连接有一个印刷电路板平衡-不平衡转换器。该天线也可以包括一个安装在竖直轴线方向的寄生元件，以便使初级电磁场在寄生元件上感应出电流，这些感应出的电流再辐射出次级电磁场，该次级电磁场抵消了部分初级电磁场，从而提高了隔离性能。在附图中图1是一个包括六个辐射元件的底板顶侧的透视图；图2是图1中底板顶侧的俯视图；图3是图1中底板的侧视图；图4a是两个半偶极子的侧视图；图4b是两个半偶极子的俯视图；图4c是两个半偶极子在如图4a和4b中所示的被弯曲约90度之前的平放状态的俯视图；图5是一个辐射元件的透视图，图中示出连接在其上的印刷电路板平衡-不平衡转换器；图6是一个辐射元件的透视图，图中示出连接在其上的印刷电路板平衡-不平衡转换器和一个大致为Z形的连接器；图7是图1中底板去掉端盖后的靠近端部处的透视图，图中示出天线罩；图8是图1～3中天线的耦合曲线；图9是一个底板顶侧的透视图，该底板包括六个辐射元件和一个开有用于容纳辐射元件的孔的极板；图10是图9中底板顶侧的俯视图；图11是图9中底板的侧视图；图12是一个辐射元件的透视图，图中示出连接在其上的印刷电路板平衡-不平衡转换器；图13是一个辐射元件的透视图，图中示出连接在其上的印刷电路板平衡-不平衡转换器和一个大致为Z形的连接器；图14是图9中底板去掉端盖后的靠近端部处的透视图，图中示出天线罩；图15是图9～11中天线的耦合曲线；本专利技术在无线电信系统中很有用处。本专利技术的一个实施方案用于频带宽度分别为1850-1990和1710-1880兆赫的个人通信系统(PCS)/个人通信网络(PCN)中。通常无线电话用户向基站发送一个电磁信号，该基站包括一些可以接收由无线电话用户发送出的信号的天线。本专利技术在无线基站中很有用处，但它也可以用在所有类型的电信系统中。图1～3中所示的天线有一个90度方位角的半功率波束宽度(HPBW)天线，即可达到一个90度3dB波束宽度的天线。图1～3示出一个交叉双极化偶极子辐射元件11a-f组成的天线阵10，这些辐射元件通过螺钉连接在底板12上。底板12是一个金属接地板，具有第一侧14和第二侧16(如图7所示)。辐射元件11a-f和底板12的构成和尺寸决定了天线的辐射特性、波束宽度和阻抗。优选地，辐射元件11a-f和底板12由一种金属制成，如铝。但是，其它金属如铜或黄铜也可用来制作辐射元件和底板12。本领域的技术人员可以理解天线的增益和天线阵中有一定间隔的辐射元件的数目成正比。换言之，增加天线阵中辐射元件的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发送和接收电磁信号的天线，包括：一个底板，它具有一定长度和一条沿该长度方向延伸的竖直轴线；若干个偶极子辐射元件，其从上述底板表面向外凸出，每个所述元件均包括一对平衡的正交偶极子，该对偶极子分别与上述竖直轴线成第一和第二预定角度，形成交叉偶极子对；一个不平衡馈电网络，它沿上述底板延伸并与上述辐射元件相连接；以及若干印刷电路板平衡－不平衡转换器，每个上述偶极子上都连有一个上述平衡－不平衡转换器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JR伊波利托，H维勒加斯，JS维尔森，
申请(专利权)人：安德鲁公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]