CN102456951B - 一种基站天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基站天线，包括辐射单元、反射单元和馈线及天线罩单元，所述反射单元包括反射板，该反射板表面布置有电磁带隙结构；所述辐射单元包括天线振子，所述天线振子位于所述电磁带隙结构的上方。应用本发明能够减小基站天线的厚度，提高天线的增益，降低后向干扰。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种基站天线。
背景技术
在移动通信系统中，基站天线所起的作用主要包括两个：其一是进行能量转换，即将电能转换成电磁波；其二是辐射电磁波和接收电磁波。
目前，基站天线包括三个模块，分别为：辐射单元、反射单元和馈线及天线罩单元。
其中，辐射单元用于将高频电流转换成电磁波，并向空间进行全向的电磁波辐射，接收空间中的电磁波，将电磁波转换成高频电流后发给接收机。辐射单元由垂直振子组成，垂直振子的具体结构尺寸可以根据电磁理论和仿真软件计算得到。
反射单元用于将辐射单元的全向辐射变成定向辐射。目前，反射单元通常是铝合金材质的反射板。
馈线用于将高频电流引入辐射单元，天线罩用于保护基站天线免受风雨冰雪等外界环境的侵蚀，同时美化天线。
目前，反射单元采用的是铝合金材质的反射板，由于铝合金对电磁波的阻抗为0，反射电磁波会有180度的相位差，为了避免反射波与正向辐射波反相抵消，辐射振子与反射板之间需要有d＝λg/2的间距。对于GSM900和1800的移动通信系统，其基站天线中辐射振子与反射板之间的距离d分别为16.6cm和8.4cm左右，因此基站天线的厚度较大。此外，由于铝合金对电磁波的阻抗为0，电磁波沿着反射板传播，形成表面波，进而形成波旁瓣和后瓣，形成很大的后向干扰。
可见，目前的基站天线厚度较大，而且其后向波瓣较大，存在较大的后向干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基站天线，以便减小基站天线的厚度，提高天线的增益，降低后向干扰。
本发明采用的技术方案具体是这样实现的：
一种基站天线，包括辐射单元、反射单元和馈线及天线罩单元，所述反射单元包括反射板，该反射板表面布置有电磁带隙结构；
所述辐射单元包括天线振子，所述天线振子位于所述电磁带隙结构的上方。
由上述技术方案可见，本发明提供的基站天线的反射板采用电磁带隙(EBG)结构，所述天线振子位于所述EBG结构上方，由于EBG结构对电磁波形成LC回路，在工作频率带宽内，其阻抗为无穷大，对电磁波进行同相反射，因此，辐射单元可以无限的靠近EBG反射板，消除16.6cm和8.4cm左右的基站天线厚度，而EBG反射板的自身厚度与传统金属反射板的厚度基本相同。此外由于该结构阻抗无穷大，能够有效的抑制表面波的传输，降低天线的后向辐射和后向干扰，提高天线的增益和辐射效率。
附图说明
图1是本发明辐射单元的结构示意图。
图2是本发明反射单元的结构示意图。
图3是本发明提供的周期金属薄膜花纹(5)的具体结构图。
图4是本发明提供的单天线振子在金属反射板和EBG反射板的辐射效果仿真图。
具体实施方式
EBG结构主要包括介质化孔周期结构(即Bragg散射型)和周期金属薄膜花纹结构(即局域谐振型)。
本发明实施例中，基站天线包括辐射单元、反射单元和馈线及天线罩单元，其中，所述反射单元包括反射板，该反射板表面布置有电磁带隙结构，所述辐射单元包括天线振子，所述天线振子位于所述电磁带隙结构的上方。
下面以所述电磁带隙结构是周期金属薄膜花纹结构为例，对本发明进行示例性说明，具体请参见图1和图2。
图1是本发明辐射单元的结构示意图。
图1中，辐射单元采用8单元半波振子阵列，每个天线振子是半径为2mm、长度为62mm的金属柱，具体材料是铜，相邻两振子之间的空隙是65mm。
图2是本发明反射单元的结构示意图。
图2中，反射单元包括反射板侧板(2)、反射板底板(3)、反射板介质层(4)和周期金属薄膜花纹(5)。其中，反射板侧板(2)位于反射板介质层(4)的两条长边的侧面，反射板侧板(2)的材料可以是铝，尺寸可以为1150mm*10mm*2mm；反射板底板(3)是接地板，材料可以是铝，尺寸可以为1150mm*126.5mm*2mm，位于反射板介质层(4)的外表面；周期金属薄膜花纹(5)位于反射板介质层(4)的内表面；反射板介质层(4)的尺寸可以是1150mm*126.5mm*2mm。
其中，图1中的八个天线振子位于图2中的周期金属薄膜花纹(5)的正上方，通过同轴电缆在振子中心处馈电。
由于EBG结构对电磁波形成LC回路，在工作频率带宽内，其阻抗为无穷大，对电磁波进行同相反射，因此，辐射单元可以无限的靠近EBG结构的反射板，即所述天线振子与所述周期金属薄膜花纹之间的距离小于该基站天线工作波长的一半。可见，通过采用EBG结构的反射板，可以减小基站天线的体积。而且，由于该EBG结构阻抗无穷大，能够有效的抑制表面波的传输，降低天线的后向辐射和后向干扰，提高天线的增益和辐射效率。
其中，反射板介质层(4)可以采用磁性材料，以便增加工作频带带宽，具体地，反射板介质层(4)的相对介电常数可以是2.6，相对磁电常数可以是10.2。
周期金属薄膜花纹(5)是本发明的关键点，下面结合图3对其具体结构进行详细说明。
图3是本发明提供的周期金属薄膜花纹(5)的具体结构图。
图3中，填充有斜线的部分是金属薄膜花纹，其包括螺旋部。所述周期金属薄膜花纹还包括矩形本体，所述螺旋部从矩形本体的一条边处开始向矩形本体内部螺旋延伸。
其中矩形本体可以至少包括两个，分别记为第一矩形本体和第二矩形本体，第一矩形本体的四角分别向外延伸出第一延伸部，第二矩形本体的各条边位于两角之间的部分分别向外延伸出第二延伸部，第二矩形本体的第二延伸部位于由第一矩形本体同一条边上的两个角延伸出的两个第一延伸部之间，用于与该同一条边以及该两个第一延伸部耦合。
图3中的螺旋部可以增加金属线的长度，从而提高金属薄膜花纹的电感性能，进而增大频带宽度。两个矩形本体通过第一延伸部、第二延伸部以及矩形本体的边进行耦合，可以进一步提高金属薄膜花纹的电感性能，进而增大频带宽度。
通过改变金属薄膜花纹中金属线的长度，可以调整基站天线的中心频率以及带宽。
例如，图3所示的具体结构尺寸适用于DCS1800MHz频段。其中，螺旋部可以是矩形螺旋部，按照依次为2.1mm、2.1mm、1.8mm、1.5mm、1.2mm和0.9mm的边长呈矩形螺旋形状，矩形螺旋部的金属线宽度为0.3mm，且该矩形螺旋部与矩形本体相连的金属线的两条长边和该矩形本体与该金属线的两条长边平行的内边缘之间的距离分别为0.3mm和2.1mm。或者螺旋部也可以是J形螺旋部，按照依次为1.2mm、1.2mm和0.9mm的边长呈J形螺旋形状，J形螺旋部的金属线宽度为0.3mm，且该J形螺旋部与矩形本体相连的金属线的两条长边和该矩形本体与该金属线的两条长边平行的内边缘之间的距离均为0.15mm。当然还可以修改金属薄膜花纹中金属线的长度，使其适应不同频率的基站天线，例如工作频率为2010-2015MHz、2300-2400MHz和2550-2560MHz的基站天线。
本发明对周期金属薄膜的材料不做限制，例如可以是铝薄膜，也可以是铜薄膜，薄膜厚度无限制，可以取目前材料加工的最小厚度。
本发明对反射板介质层的尺寸和反射板底板的尺寸均不作限制，例如介质层的尺寸可以是1150mm*126.5mm*2mm，反射板底板的尺寸可以是1150mm*126.5mm*2mm，材料可以是铝板。
反射板侧板主要用于调整天线的波束宽度，根据设计需求调整侧板的宽度。
图4是本发明提供的单天线振子在金属反射板和EBG反射板的辐射效果仿真图。
参见图4，对比两种方案，可以看出，背衬EBG反射板，更小的后向辐射，同时单个阵子的天线增益提高了约4dBi。采用EBG周期结构代替纯金属作为天线的反射板，由于EBG周期结构特有性质，能够有效的增加基站天线的增益，辐射效率，减少天线的后向辐射，降低干扰，同时可以降低基站天线的厚度和占用空间。EBG结构多种多样，不同的结构尺寸，不同的介质板常数都会决定EBG的工作频带，本发明实施例提出的EBG基站天线工作频率为1700-2100MHZ，合适于DCS1800移动通信基站天线。
总之，本发明与现有技术相比，具有以下的优点：
1、采用EBG结构作为反射板可以提高基站天线的增益，在同等的发射机功率下，可以增大基站小区的覆盖范围；在保证天线出口功率下，可以降低发射机的发射功率；
2、采用EBG结构作为反射板可以提高基站天线的辐射效率；
3、新型的EBG基站天线，可以抑制天线的后向辐射，降低基站天线的后瓣干扰；
4、EBG结构可以降低基站天线的截面厚度，减少基站天线的占用空间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种基站天线，包括辐射单元、反射单元和馈线及天线罩单元，其特征在于，
所述反射单元包括反射板，该反射板表面布置有电磁带隙结构；
所述辐射单元包括天线振子，所述天线振子位于所述电磁带隙结构的上方；
其中，所述电磁带隙结构是周期金属薄膜花纹；所述周期金属薄膜花纹包括螺旋部和矩形本体，所述螺旋部从矩形本体的一条边处开始向矩形本体内部螺旋延伸。
2.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，
所述天线振子与所述周期金属薄膜花纹之间的距离小于该基站天线工作波长的一半。
3.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述反射板还包括接地板和介质层；
所述周期金属薄膜花纹位于所述介质层的内表面，所述接地板位于所述介质层的外表面。
4.根据权利要求3所述的基站天线，其特征在于，
所述介质层采用的是磁性材料。
5.根据权利要求4所述的基站天线，其特征在于，
所述介质层的相对介电常数是2.6，相对磁电常数是10.2。
6.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述周期金属薄膜花纹包括第一矩形本体和第二矩形本体，第一矩形本体的四角分别向外延伸出第一延伸部，第二矩形本体的各条边位于两角之间的部分分别向外延伸出第二延伸部，第二矩形本体的第二延伸部位于由第一矩形本体一条边上的两个角延伸出的两个第一延伸部之间，用于与该一条边以及该两个第一延伸部耦合。
7.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述螺旋部按照依次为2.1mm、2.1mm、1.8mm、1.5mm、1.2mm和0.9mm的边长呈矩形螺旋部；或者所述螺旋部按照依次为1.2mm、1.2mm和0.9mm的边长呈J形螺旋部。
8.根据权利要求7所述的基站天线，其特征在于，所述矩形螺旋部的金属线宽度为0.3mm，且位于该矩形螺旋部上、且与矩形本体相连的金属线的两条长边中，长度为2.1mm的边和与其平行且邻近所述金属线的矩形本体的内边缘之间的距离为0.3mm，长度为1.8mm的边和与其平行且远离所述金属线的矩形本体的内边缘之间的距离为2.1mm；所述J形螺旋部的金属线宽度为0.3mm，且位于该J形螺旋部上、且与矩形本体相连的金属线的两条长边和该矩形本体与该金属线的两条长边平行的内边缘之间的距离中的最短距离为0.15mm。
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