本申请涉及通信天线的技术领域，具体而言，本申请涉及一种超宽频双极化辐射单元、超宽频双极化天线及超宽频双极化天线阵列。
背景技术：
5g(第五代移动通信)网络具有超高速率、超低时延、大容量等特性，其有赖于5g基站端采用超大规模天线阵列(英文名称：massivemimo)是分不开的。采用大规模天线阵列系统要求辐射单元必须小型化，宽带化，简单化。需要一种结构简单，低成本，宽带宽的新型天线辐射单元及由其组成的大规模天线阵列。
目前一般在5gmassivemimo中应用的天线辐射单元主要有微带贴片形式和对称半波振子形式。频带窄恰恰是微带贴片天线的主要缺点，理论上微带天线相对带宽为1％，通过设计师的努力，微带贴片天线的带宽可以做到10％。半波振子方案如果要设计成宽带，振子设计就非常复杂，尺寸也很大，这两种方案都只能满足5g的某一个频段。因此，目前的天线阵列设计不能同时满足结构简单和工作频段超宽辐射频带的要求。
技术实现要素：
针对上述的天线辐射单元设计方案不能同时满足结构简单和工作频段超宽辐射频段的要求的技术问题，本申请提供了一种超宽频双极化辐射单元、超宽频双极化天线及超宽频双极化天线阵列。
第一方面，本申请所提供的超宽频双极化辐射单元，其包括：
平行设置的辐射振子板、低频寄生辐射板和高频寄生辐射板；所设辐射振子板位于所述低频寄生辐射板和高频寄生辐射板之间；
所述辐射振子板包括：介质板、两个极化方向相互正交的偶极子和馈电线路；其中，所述偶极子设于所述介质板一侧面，所述馈电线路设于所述介质板另一侧面且与所述偶极子电性连接；
所述低频寄生辐射板和高频寄生辐射板分别设置有感应低频电磁波和高频电磁波的金属线路；所述金属线路，用于根据对应频带的电磁波耦合得到对应的感应电流，由所述感应电流产生对应频带的电磁波辐射到空间。
在第一方面的可选实施例中，所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，还包括：馈电巴伦；
其中，所述馈电巴伦用于支撑所述辐射振子板并向其馈电。
在第一方面的可选实施例中，每个所述偶极子包括相对设置的第一辐射振子臂和第二辐射振子臂；
所述馈电巴伦包括两组巴伦结构，每组所述巴伦结构包括同轴电缆和金属柱，所述同轴电缆和金属柱分别与所述第一辐射振子臂和第二辐射振子臂连接。
在第一方面的可选实施例中，所述馈电线路包括两个正交设置的馈电子线路，每个馈电子线路与每组所述巴伦结构对应；
每个所述馈电子线路包括第一端部和第二端部；
所述第一端部与所述第一辐射振子臂重叠，对应重叠的区域为靠近对应偶极子的中心位置；所述第二端部与所述第二辐射振子臂重叠，对应重叠的区域为所述第二辐射振子臂贯穿该第一辐射振子臂和第二辐射振子臂的中心线的两侧区域。
在第一方面的可选实施例中，所述第一辐射振子臂和第二辐射振子臂中均有圆形孔，所述圆形孔的尺寸根据选定的工作频率设置。
在第一方面的可选实施例中，所述第一辐射振子臂与所述第一端部重叠的区域开设金属过孔；
所述同轴电缆的外导体焊接于所述第一辐射振子臂上的与第一端部重叠的区域；
所述同轴电缆的内导体穿设于所述金属过孔，并通过所述金属过孔焊接于所述第一端部上。
在第一方面的可选实施例中，所述两个正交设置的馈电子线路分别为第一馈电子线路和第二馈电子线路；
所述第一馈电子线路设置在所述介质板的一表面，所述第二馈电子线路与所述第一馈电子线路相交处设置两个避让金属孔，所述两个避让金属孔贯穿于所述介质板，所述第二馈电子线路沿着所述两个避让金属孔贯穿传输。
在第一方面的可选实施例中，所述的超宽频双极化辐射单元，还包括：设置在所述低频寄生辐射板下方的固定块；
所述固定块将所述同轴电缆和金属柱进行固定。
在第一方面的可选实施例中，所述低频寄生辐射板设置的金属线路为第一金属线路，所述第一金属线路是一个闭合环；
所述第一金属线路的周长的范围：所述双极化辐射单元的工作频段的1/4低频段电磁波波长的整数倍。
在第一方面的可选实施例中，所述高频寄生辐射板设置的金属线路为第二金属线路，所述第二金属线路是四个圆形金属线路；
每个所述圆形金属线路正对对应的辐射振子臂的圆形孔，且其周长的范围在所述双极化辐射单元工作频段的1/4高频段电磁波波长的整数倍。
在第一方面的可选实施例中，所述低频寄生辐射板和高频寄生辐射板，通过位于各自四角区域塑料柱与所述辐射振子板进行固定连接。
第二方面，本申请所提供的超宽频双极化天线，其包括：
一个上述任一项实施例所述的超宽频双极化辐射单元，以及安装所述超宽频双极化辐射单元的反射板；所述反射板的边缘设置隔板。
第三方面，本申请所提供的超宽频双极化天线阵列，其包括：
若干个上述任一项实施例所述的超宽频双极化辐射单元，以及安装所述超宽频双极化辐射单元的反射板；
所述反射板的边缘设置隔板，且每个所述超宽频双极化辐射单元之间设置有隔板。
本申请提供的一种超宽频双极化辐射单元、超宽频双极化天线及超宽频双极化天线阵列，其有益效果为：
在本申请所提供的超宽频双极化辐射单元、超宽频双极化天线及超宽频双极化天线阵列，能够以平行设置的辐射振子板、低频寄生辐射板和高频寄生辐射板作为辐射主体，根据射频信号经过谐振激发，将低频带电磁波和高频带电磁波辐射到空间，能够以简单的结构，实现超宽频的辐射功能，大大扩展了辐射单元的工作带宽。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过实践了解到。
附图说明
上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化辐射单元的立体示意图；
图2为本申请的一个实施例所提供的辐射振子板的示意图；
图3是本申请的一个实施例所提供的辐射振子板的上侧面的馈电线路的示意图；
图4是本申请的一个实施例所提供的避让金属孔与辐射振子臂的位置关系的示意图；
图5是本申请的一个实施例所提供的低频寄生辐射板的示意图；
图6是本申请的一个实施例所提供的高频寄生辐射板的示意图；
图7是本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化辐射天线的隔离度测试图；
图8是本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化辐射天线的驻波比测试图；
图9是本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化辐射天线的辐射方向图的测试图；
图10是本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化天线的立体示意图；
图11是本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化天线阵列的立体示意图。
具体实施方式
下面结合附图和示例性实施例对本申请作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本申请的特征是不必要的，则将其省略。
参照图1、2，图1为本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化辐射单元的立体示意图；图2为本申请的一个实施例所提供的辐射振子板的示意图。
本申请实施例所提供的超宽频双极化辐射单元10，包括辐射振子板100、低频寄生辐射板200和高频寄生辐射板300，且相互平行。其中，所述辐射振子板100位于低频寄生辐射板200和高频寄生辐射板300之间。在本实施例中，低频寄生辐射板200和高频寄生辐射板300，可通过位于各自四角的安装孔安装塑料柱500，与所述辐射振子板100进行固定连接。其中，低频寄生辐射板200和辐射振子板100的距离，以及高频寄生辐射板300和辐射振子板100的距离均可根据辐射参数要求，分别调节。
该辐射振子板100以介质板101作为基板，在本实施例中，该介质板101为pcb板。在该介质板101的两个侧面分别设置有偶极子120和馈电线路110。其中，在该介质板101上设置有偶极子120，该两个偶极子120的极化方向相互正交。所述馈电线路110与该两个偶极子120相对应。
为了能够更清楚说明，在以下部分描述中将辐射振子板100设置馈电线路110的一侧面定义为上，设置偶极子120的一侧面定义为下。根据本实施例对超宽频双极化辐射单元10的方向定义，在图2所示的实施例示意图中，馈电线路110所处的一侧面为示意图的正面，该馈电线路110以实线表示；偶极子120所处的一侧面为示意图的反面，该偶极子120以虚线表示。
并且，所述低频寄生辐射板200设置在该辐射振子板100的下方，所述高频寄生辐射板300设置在该辐射振子板100的上方。当馈电线路110接收到射频信号时，在偶极子120产生并向空间辐射超宽频电磁波，该超宽频电磁波包含高频电磁波和低频电磁波。该低频电磁波能够通过谐振使得低频寄生辐射板200的金属线路产生低频感应电流。该低频感应电流使得该低频寄生辐射板200的金属线路产生低频带电磁波，并辐射至空间。
另外，该高频电磁波能够通过谐振使得高频寄生辐射板300的金属线路产生高频感应电流。该高频感应电流使得该高频寄生辐射板300的金属线路产生高频带电磁波，并辐射至空间。
本申请实施例所提供的超宽频双极化辐射单元10，能够以简单的天线辐射单元的设计结构，同时产生低频带电磁波和高频带电磁波，并向空间辐射超宽带电磁波，有助于实现天线的小型化、宽带化和设计简单的要求。
在本实施例中，该超宽频双极化辐射单元10还包括馈电巴伦400。该馈电巴伦400与所述辐射振子板100连接，用于支撑和向辐射振子板100馈电。参照图1，该馈电巴伦400从低频寄生辐射板200下方延伸至辐射振子板100上。在本实施例中，该馈电巴伦400包括两组巴伦结构，每组巴伦结构包括同轴电缆(410，420)和金属柱(430，440)。一组同轴电缆(410或420)和金属柱(430或440)分别与一偶极子120的相对设置的两个辐射振子臂(121，122)连接。
所述馈电线路110包括两个馈电子线路，且相互正交设置。每个馈电子线路对应于每组巴伦结构。
在本实施例中，每个偶极子120包括相对设置的第一辐射振子臂121和第二辐射振子臂122。每个馈电子线路包括第一端部113和第二端部115，该第一端部113与第一辐射振子臂121对应，第二端部115与第二辐射振子臂122对应。馈电子线路与对应的偶极子120分别位于介质板101的两侧面。在本实施例中，第一端部113与第一辐射振子臂121存在重叠区域，该重叠区域为靠近对应偶极子120的中心位置。第二端部115与第二辐射振子臂122也存在重叠区域，对应的垂直区域为所述第二辐射振子臂122上且贯穿该第一辐射振子臂121和第二辐射振子臂122的中心线的两侧区域。
在本实施例中，该第一辐射振子臂121和第二辐射振子臂122中均有圆形孔123，所述圆形孔123的尺寸根据选定的工作频率设置。因此，该第一辐射振子臂121和第二辐射振子臂122均呈圆环状。
对应的，第一端部113与第一辐射振子臂121之间的重叠区域为第一辐射振子臂121靠近该偶极子120中心的圆环区域，如图2中的a点处。第二端部115与第二辐射振子臂122之间的重叠区域为贯穿该第一辐射振子臂121和第二辐射振子臂122的中心线的两侧半圆环区域，如图2中的b点和c点处。
参照图3和4，图3是本申请的一个实施例所提供的辐射振子板的上侧面的馈电线路的示意图；图4是本申请的一个实施例所提供的避让金属孔与辐射振子臂的位置关系的示意图。
在所示a点上开设金属过孔114，该金属过孔114贯穿第一辐射振子臂121、介质板101和第一端部113，同轴电缆的外导体焊接于第一辐射振子臂121上对应a点的位置，其内导体穿设于该金属过孔114，并焊接于第一端部113的a点处。在本实施例中，a点所在的馈电子线路定义为第一馈电子线路111。射频信号通过同轴电缆410传输至该第一馈电子线路111的a点，并通过其线路传输至第二端部115。由于该第二端部115与第二辐射振子臂122的两侧区域存在重叠区域，该射频信号能够通过该第二端部115耦合至与其重叠的第二辐射振子臂122上。该第二辐射振子臂122的表面固定连接有金属柱430。该金属柱430连接位置靠近该对应偶极子120中心的区域，在图4中，该金属柱430与第二辐射振子臂122连接处位于d点的位置。该金属柱430与连接于构成同一偶极子120的第一辐射振子臂121的同轴电缆410组成一组巴伦结构。该金属柱430和第二辐射振子臂122的连接处金属过孔114位置与同轴电缆410和第一辐射振子臂121的连接处d点位置关于两个第一馈电子线路121和第二馈电子线路122的交点对称。
进一步地，对于该辐射振子板100，由包括两组巴伦结构的馈电巴伦400进行支撑和馈电。参考图3，除了上述提到的第一馈电子线路111以外，该馈电线路110还包括第二馈电子线路112。该第一馈电子线路111和第二馈电子线路112正交设置。该第一馈电子线路111完全设置在介质板101的上侧面，而第二馈电子线路112在与第一馈电子线路111相交处设置两个避让金属孔117。所述两个避让金属孔117位于第一馈电子线路111的两侧，且分别贯穿于第二馈电子线路112、介质板101和对应偶极子120的第一辐射振子臂121，以及贯穿于第二馈电子线路112、介质板101和对应偶极子120的第二辐射振子臂122。参照图4，该第二馈电子线路112通过该两个避让金属孔117绕至介质板101设置对应偶极子120所在一侧面，避开该第一馈电子线路111，使得第一馈电子线路111和第二馈电子线路112不容易接触，避免短路的情况发生。
所述相互正交的偶极子120的辐射振子臂在第一馈电子线路111和第二馈电子线路112的耦合作用下，产生相互正交极化的电磁波。
参照图3，该每个馈电子线路为y型结构，第二端部115为v型，该第二端部115v型的两个分叉部116与对应的第二辐射振子臂122重叠。该第二端部115也可是一字型结构、圆形结构或方型结构，其两端与对应的第二辐射振子臂122重叠，能够将射频信号耦合至对应的第二辐射振子臂122。
本实施例所提供的超宽频双极化辐射单元10，还包括位于低频寄生辐射板200下方的固定块600，该固定块600用于固定馈电巴伦400中的各个同轴电缆(410，420)和金属柱(430，440)。在本实施例中，该固定块600的材料为金属结构。
参照图5，图5是本申请的一个实施例所提供的低频寄生辐射板的示意图。
在本实施例中，低频寄生辐射板200上的金属线路定义为第一金属线路210。该第一金属线路210是一个闭合环，该第一金属线路210的周长与低频电磁波相当，在本实施例中，大致为1/4低频段电磁波波长的整数倍的低频电磁波。当偶极子120所产生的电磁波辐射至空间时，该第一金属线路210能够根据偶极子120所辐射的低频电磁波发生谐振效应，在该第一金属线路210中产生对应的低频感应电流。该第一金属线路210能够在低频感应电流的作用下产生对应的低频带电磁波，并辐射至空间。
在本实施例中，该第一金属线路210中部开设第一通孔220，所述馈电巴伦400穿设于该第一通孔220，与辐射振子板100进行连接。
在本实施例中，该第一金属线路210为方型闭合环，也可为其他形状的闭合环。
结合图1，塑料柱500通过该低频寄生辐射板200四角的第一安装孔230安装塑料柱500，将其固定在辐射振子板100的下方。
参照图6，图6是本申请的一个实施例所提供的高频寄生辐射板300的示意图。
在本实施例中，高频寄生辐射板300上设置的金属线路为第二金属线路310。该第二金属线路310是四个圆形金属线路。该圆形金属线路位于对应的第一辐射振子臂121或第一辐射振子臂122上方。在本实施例中，该圆形金属线路在对应的第一辐射振子臂121或第一辐射振子臂122的正上方，以便能够充分接收到对应辐射振子臂所产生的电磁波。
该圆形金属线路为的周长与高频电磁波相当，在本实施例中，大致为1/4高频段电磁波波长的整数倍的低频电磁波。当偶极子120所产生的电磁波辐射至空间时，该第二金属线路310能够根据所对应的辐射振子臂所辐射的高频电磁波发生谐振效应，在该第二金属线路310中产生对应的高频感应电流。该第二金属线路310能够在高频感应电流的作用下产生对应的高频带电磁波，并辐射至空间。
在本实施例中，在该高频寄生辐射板300上的四个圆形金属线路之间开设第二通孔320。
结合图1，塑料柱500通过该高频寄生辐射板300四角的第二安装孔330安装塑料柱500，将其固定在辐射振子板100的上方。
在本申请所提供的超宽频双极化辐射单元10，能够以平行设置的辐射振子板100、低频寄生辐射板200和高频寄生辐射板300作为辐射主体，根据射频信号经过谐振激发，将低频带电磁波和高频带电磁波辐射到空间，能够以简单的结构，实现超宽频的辐射功能，大大扩展了辐射单元的工作带宽。
图10是本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化天线的立体示意图。
在上述实施例所提供的超宽频双极化辐射单元10的基础上，本申请还提供一种超宽频双极化天线1000。该超宽频双极化天线1000包括一个上述任一实施例所提供的超宽频双极化辐射单元10，以及安装该超宽频双极化辐射单元10的反射板20。每块反射板20的边缘设置隔板21，以调整该超宽频双极化天线1000的隔离度。
参照图7-9，图7是本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化辐射天线的隔离度测试图；图8是本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化辐射天线的驻波比测试图；图9是本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化辐射天线的辐射方向图的测试图。
根据上述图7-9的侧视图，本申请所提供的超宽频双极化辐射天线1000，在保证辐射方向图满足要求的情况下天线的辐射频段可达到为2.41ghz-4ghz范围，驻波比＜2.0，相对带宽为49.6％。在5g使用的频段：2.515-2.675ghz和3.4-3.6ghz的驻波比＜1.35，极化隔离度＞27db，完全满足5gmassivemimo天线对辐射单元的设计要求。
图11是本申请的一个实施例所提供的超宽频双极化天线阵列的立体示意图。
本申请一种超宽频双极化天线阵列2000。该超宽频双极化天线阵列2000包括若干个上述任一实施例所提供的超宽频双极化辐射单元10，以及安装所述超宽频双极化辐射单元10的反射板20。每个反射板20根据尺寸大小可同时安装多个超宽频双极化辐射单元10。该反射板20的边缘设置隔板21，且每个超宽频双极化辐射单元10之间设置有隔板21，以确保每个超宽频双极化辐射单元10之间的隔离度。
该超宽频双极化天线阵列2000也可对上述提供的多个独立的超宽频双极化天线进行组合而成。
在该超宽频双极化天线阵列2000中，每个超宽频双极化天线1000是相对独立的，可以根据使用需求，对该超宽频双极化天线阵列2000中不同的单个超宽频双极化天线进行控制，或者是对多个超宽频双极化天线1000的组合控制。可以通过控制各个超宽频双极化天线1000的辐射频段，进一步实现对该超宽频双极化天线阵列2000的辐射频段的控制和调节。若所使用的超宽频双极化天线阵列2000中的超宽频双极化天线1000的数量越多，则对应频段范围的容量越高。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
1.一种超宽频双极化辐射单元，其特征在于，包括：
平行设置的辐射振子板、低频寄生辐射板和高频寄生辐射板；所设辐射振子板位于所述低频寄生辐射板和高频寄生辐射板之间；
所述辐射振子板包括：介质板、两个极化方向相互正交的偶极子和馈电线路；其中，所述偶极子设于所述介质板一侧面，所述馈电线路设于所述介质板另一侧面且与所述偶极子电性连接；
所述低频寄生辐射板和高频寄生辐射板分别设置有感应低频电磁波和高频电磁波的金属线路；所述金属线路，用于根据对应频带的电磁波耦合得到对应的感应电流，由所述感应电流产生对应频带的电磁波辐射到空间。
2.根据权利要求1所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，还包括：馈电巴伦；
其中，所述馈电巴伦用于支撑所述辐射振子板并向其馈电。
3.根据权利要求2所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，
每个所述偶极子包括相对设置的第一辐射振子臂和第二辐射振子臂；
所述馈电巴伦包括两组巴伦结构，每组所述巴伦结构包括同轴电缆和金属柱，所述同轴电缆和金属柱分别与所述第一辐射振子臂和第二辐射振子臂连接。
4.根据权利要求3所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，
所述馈电线路包括两个正交设置的馈电子线路，每个馈电子线路与每组所述巴伦结构对应；
每个所述馈电子线路包括第一端部和第二端部；
所述第一端部与所述第一辐射振子臂重叠，对应重叠的区域为靠近对应偶极子的中心位置；所述第二端部与所述第二辐射振子臂重叠，对应重叠的区域为所述第二辐射振子臂贯穿该第一辐射振子臂和第二辐射振子臂的中心线的两侧区域。
5.根据权利要求4所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，
所述第一辐射振子臂和第二辐射振子臂中均有圆形孔，所述圆形孔的尺寸根据选定的工作频率设置。
6.根据权利要求5所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，
所述第一辐射振子臂与所述第一端部重叠的区域开设金属过孔；
所述同轴电缆的外导体焊接于所述第一辐射振子臂上的与第一端部重叠的区域；
所述同轴电缆的内导体穿设于所述金属过孔，并通过所述金属过孔焊接于所述第一端部上。
7.根据权利要求6所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，
所述两个正交设置的馈电子线路分别为第一馈电子线路和第二馈电子线路；
所述第一馈电子线路设置在所述介质板的一表面，所述第二馈电子线路与所述第一馈电子线路相交处设置两个避让金属孔，所述两个避让金属孔贯穿于所述介质板，所述第二馈电子线路沿着所述两个避让金属孔贯穿传输。
8.根据权利要求3-7任一项所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，还包括：设置在所述低频寄生辐射板下方的固定块；
所述固定块将所述同轴电缆和金属柱进行固定。
9.根据权利要求1所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，
所述低频寄生辐射板设置的金属线路为第一金属线路，所述第一金属线路是一个闭合环；
所述第一金属线路的周长的范围：所述双极化辐射单元的工作频段的1/4低频段电磁波波长的整数倍。
10.根据权利要求1所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，
所述高频寄生辐射板设置的金属线路为第二金属线路，所述第二金属线路是四个圆形金属线路；
每个所述圆形金属线路正对对应的辐射振子臂的圆形孔，且其周长的范围在所述双极化辐射单元工作频段的1/4高频段电磁波波长的整数倍。
11.根据权利要求1所述的超宽频双极化辐射单元，其特征在于，
所述低频寄生辐射板和高频寄生辐射板，通过位于各自四角区域塑料柱与所述辐射振子板进行固定连接。
12.一种超宽频双极化天线，其特征在于，包括：
一个上述权利要求1-11任一项所述的超宽频双极化辐射单元，以及安装所述超宽频双极化辐射单元的反射板；所述反射板的边缘设置隔板。
13.一种超宽频双极化天线阵列，其特征在于，包括：
若干个权利要求1-11任一项所述的超宽频双极化辐射单元，以及安装所述超宽频双极化辐射单元的反射板；
所述反射板的边缘设置隔板，且每个所述超宽频双极化辐射单元之间设置有隔板。
技术总结