CN102918710B - 天线辐射单元、馈电方法及天线系统 - Google Patents

天线辐射单元、馈电方法及天线系统 Download PDF

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Abstract

一种天线辐射单元、馈电方法及天线系统，所述天线辐射单元包括：电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板PCB馈电单元；电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体，PCB馈电单元包括PCB带线和PCB接地层；其中，PCB馈电单元位于反射板有电偶极子的一侧，PCB带线与电偶极子balun内导体电连接，PCB接地层与反射板耦合接地，电偶极子balun外导体的底部与反射板直流接地。所述天线辐射单元、馈电方法及天线系统能够保证天线中电偶极子和馈电网络连接部位的PIM的可靠性；且，保证天线中电偶极子和馈电网络连接部位的PIM长期可靠性。

Description

天线辐射单元、馈电方法及天线系统
技术领域
本发明涉及天线辐射单元，尤其涉及天线辐射单元、馈电方法及天线系统。
背景技术
在移动通信基站天线中，通常采用电偶极子和贴片作为天线的辐射单元。特别的，由于模压电偶极子相对于其他电偶极子具有更好的辐射性能和带宽，越来越多的被选择作为天线的辐射单元。
通常，在基站天线中，采用正交极化的电偶极子(如+/-45°极化)作为辐射单元，电偶极子和同轴电缆形式的馈电网络采用焊接方式连接，如图1所示为电偶极子与同轴电缆馈电网络的连接示意图，其中，电偶极子臂1与电偶极子平衡-不平衡转换器(balun)外导体2连接，电偶极子balun外导体2与同轴电缆的外导体5焊接，电偶极子balun内导体3与同轴电缆的内导体6焊接，馈电网络通过同轴电缆的外导体5和内导体6以及电偶极子balun外导体2和电偶极子balun内导体3对电偶极子臂1馈电。
本发明的发明人发现，如果电偶极子和同轴电缆采用焊接方式连接，则会由于同轴电缆的外导体散热较快，导致在焊接同轴电缆和电偶极子时焊接操作困难，且很难控制焊接质量，进而导致天线中电偶极子balun外导体2与同轴电缆的外导体5的焊接部位的无源互调(PIM)可靠性降低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例要解决的技术问题是，提供天线辐射单元、馈电方法及天线系统，以便于控制焊接电偶极子和馈电网络时的焊接质量，以保证天线中电偶极子和馈电网络连接部位的PIM的可靠性；且，能够增加电偶极子和馈电网络之间焊点的受力保护，从而保证天线中电偶极子和馈电网络连接部位的PIM长期可靠性。
为此，本发明实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供一种天线辐射单元，包括：电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板PCB馈电单元；所述的电偶极子设置在所述反射板上，所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体，所述PCB馈电单元包括PCB带线、PCB接地层以及PCB介质基底，所述PCB带线及所述PCB接地层位于PCB介质基底的两侧，其中，
所述PCB馈电单元位于所述反射板有电偶极子的一侧，所述PCB带线与所述电偶极子balun内导体电连接，所述PCB接地层与所述反射板电耦合，所述电偶极子balun外导体与所述反射板直流接地。
本发明实施例还提供一种天线辐射单元的馈电方法，包括：
所述辐射单元包括电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板PCB馈电单元；所述的电偶极子设置在所述反射板上，所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体；所述PCB馈电单元包括PCB带线和PCB接地层；
所述PCB带线与所述电偶极子balun内导体通过传输介质进行信号传输；
所述PCB接地层与所述反射板通过电耦合进行信号传输；
所述电偶极子balun外导体与所述反射板以直流方式接地。
本发明实施例还提供一种天线系统，其包括基站，主馈线，以及辐射单元，所述基站通过所述主馈线与所述辐射单元连接，其中，所述的辐射单元包括：电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板PCB馈电单元；所述的电偶极子设置在所述反射板上，所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体，所述PCB馈电单元包括PCB带线和PCB接地层及以及PCB介质基底，所述PCB带线及所述PCB接地层位于PCB介质基底的两侧，其中，
所述PCB馈电单元位于所述反射板有电偶极子的一侧，所述PCB带线与所述电偶极子balun内导体电连接，所述PCB接地层与所述反射板电耦合，所述电偶极子balun外导体与所述反射板直流接地。
对于上述技术方案的技术效果分析如下：
由于电偶极子与PCB形式的馈电网络焊接，容易控制质量，从而保证了电偶极子与馈电网络连接部位的PIM可靠性；而且，电偶极子与PCB馈电单元之间的连接不止依靠内外导体的焊接，还通过电偶极子与反射板之间的直流接地，例如通过金属螺钉实现的直流接地，增加了对于电偶极子与PCB馈电单元之间焊点的受力保护，保证了天线中电偶极子和馈电网络连接部位的PIM长期可靠性。
附图说明
图1为现有技术的电偶极子与同轴电缆馈电网络的连接示意图；
图2为本发明实施例的电偶极子与PCB形式的馈电网络的连接示意图；
图3为本发明实施例天线辐射单元的馈电方法流程示意图；
图4为本发明实施例天线系统结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例的天线辐射单元包括：包括：电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板(PCB)馈电单元；电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体，PCB馈电单元包括PCB带线和PCB接地层；其中，
PCB馈电单元位于反射板有电偶极子的一侧，PCB带线与电偶极子balun内导体电连接，PCB接地层与反射板耦合接地，电偶极子balun外导体的底部与反射板直流接地。
其中，PCB带线与电偶极子balun内导体可以通过焊接实现两者之间的电连接；
电偶极子balun外导体底部可以与反射板通过导电连接件例如金属螺钉连接，实现两者之间的直流接地。
进一步地，所述电偶极子balun外导体与PCB接地层也可以直流接地。具体的，电偶极子balun外导体与PCB接地层针脚状焊接，从而实现两者之间的直流接地。
或者，所述电偶极子balun外导体、PCB接地层以及反射板直流接地。具体的，所述电偶极子balun外导体、PCB接地层以及反射板通过同一导电连接件例如金属螺钉连接，实现三者之间的直流接地。
其中，PCB接地层与PCB带线设置于PCB介质基底的两侧。
PCB接地层与反射板耦合接地可以包括：在PCB接地层和反射板之间设置导电介质材料；所述导电介质材料可以包括：涂抹于PCB接地层和/或反射板表面的非金属材料；或者，填充在PCB接地层和反射板之间的非金属材料薄膜。
下面结合图2，对本发明实施例进行详细说明。
如图2所示，该装置包括：电偶极子、反射板4以及PCB馈电单元，所述电偶极子包括：电偶极子臂1、电偶极子balun外导体2、电偶极子balun内导体3；所述PCB馈电单元包括：PCB带线7、PCB接地层51以及PCB介质基底52；其中，
PCB带线7与PCB接地层51位于PCB介质基底52的两侧，所述PCB带线7用于从馈电网络向电偶极子臂1传输射频功率；电偶极子臂1与电偶极子balun外导体2连接；电偶极子balun内导体3与PCB带线7电连接，所述电偶极子balun内导体3与PCB带线7可以通过焊接实现所述电连接；电偶极子balun外导体2与反射板4直流接地，这里的直流接地是指：所述电偶极子balun外导体2通过导电介质连接所述反射板4，具体的，电偶极子balun外导体2与反射板4可以通过导电连接件8如导电螺钉连接，实现两者之间的直流接地；PCB接地层51与反射板4耦合接地，其中，所述耦合接地是指PCB接地层51与反射板4的金属面非直接接触，两者之设置一种导电介质材料(图2中未示出)，这种介质材料可以是一种涂抹在PCB接地层和/或反射板表面的非金属材料，也可以是填充在PCB接地层和反射板之间的非金属材料薄膜。另外，电偶极子balun外导体2与PCB接地层51也可以直流接地，这里的直流接地是指：所述电偶极子balun外导体2通过导电介质连接所述PCB接地层51，如图2所示，本发明实施例中的balun外导体2的端部形成有焊接针脚9，该焊接针脚9插置在所述PCB介质基底52上并与PCB接地层51之间相互焊接，实现了两者之间的直流接地。
或者，在实际应用中，电偶极子balun外导体2与PCB接地层51也可以通过一个导电连接件实现两者之间的直流接地；
或者，在实际应用中，电偶极子balun外导体2、PCB接地层51以及反射板4也可以同时直流接地，这里的直流接地是指：所述电偶极子balun外导体2通过导电介质连接PCB接地层51以及反射板4，具体的，可以通过同一导电连接件如金属螺钉实现三者之间的直流接地。
在实际应用中，将balun外导体2与PCB接地层51直流接地，可以改善balun与PCB的接地效果，尤其是改善正交极化电偶极子的通道隔离度。
本实施例中，所述电偶极子的balun包括外导体2和内导体3两部分，在图2所示的馈电装置中，外导体2内形成呈“n”形腔道，内导体3与该外导体2设置在所述的“n”形腔道内；在实际应用中，还存在各种不同结构的balun，其均可以应用于本发明实施例的馈电装置中，这里不赘述。
综上所述，在本发明实施例中，馈电网络采用PCB形式与电偶极子balun外导体和电偶极子balun内导体连接，对电偶极子馈电，因此，是将电偶极子与PCB形式的馈电网络焊接，而由于PCB馈电单元中可以包含部分馈电网络的电缆线路，可以减少馈电网络中对于同轴电缆的使用量，从而减少电偶极子与PCB形式的馈电网络之间的焊接点；而且，PCB接地层与balun外导体耦合接地，无需焊接；因此，相对于现有技术中电偶极子与同轴电缆的焊接来说，本发明实施例中将电偶极子与PCB形式的馈电网络焊接更容易操作且容易控制质量，从而保证了天线中电偶极子与馈电网络连接部位的PIM可靠性；
另外，电偶极子与PCB馈电单元之间的连接不止依靠内外导体的焊接，还通过电偶极子与反射板之间的直流接地，例如通过金属螺钉实现的直流接地，增加了对于电偶极子与PCB馈电单元之间焊点的受力保护，保证了天线的PIM长期可靠性。
基于以上的天线辐射单元，本发明实施例还提供一种天线辐射单元的馈电方法，其中，所述天线辐射单元包括：电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板PCB馈电单元；所述的电偶极子设置在所述反射板上，所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体；所述PCB馈电单元包括PCB带线和PCB接地层；
该方法还包括：
步骤301：所述PCB带线与所述电偶极子balun内导体通过传输介质进行信号传输；
步骤302：所述PCB接地层与所述反射板通过电耦合进行信号传输；
步骤303：所述电偶极子balun外导体与所述反射板以直流方式接地。
其中，以上的步骤301～步骤303这三个步骤之间执行顺序不限定。
优选地，所述电偶极子balun外导体与所述反射板之间可以以直流方式接地。
优选地，所述电偶极子balun外导体与所述PCB接地层可以以直流方式接地。
优选地，所述电偶极子balun外导体、PCB接地层以及反射板可以以直流方式接地。
本发明实施例还提供一种天线系统，该天线系统包括基站410，主馈线420，以及辐射单元430，所述基站410通过所述主馈线420与所述辐射单元430连接；其中，
所述的辐射单元430包括：电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板PCB馈电单元；所述的电偶极子设置在所述反射板上，所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体，所述PCB馈电单元包括PCB带线和PCB接地层及以及PCB介质基底，所述PCB带线及所述PCB接地层位于PCB介质基底的两侧，其中，
所述PCB馈电单元位于所述反射板有电偶极子的一侧，所述PCB带线与所述电偶极子balun内导体电连接，所述PCB接地层与所述反射板电耦合，所述电偶极子balun外导体与所述反射板直流接地。
优选地，所述电偶极子balun外导体与所述反射板通过导电连接件连接，实现所述电偶极子balun外导体与所述反射板之间的直流接地。
优选地，所述电偶极子balun外导体与所述PCB接地层直流接地。
优选地，所述balun外导体的端部形成有焊接针脚，该焊接针脚插置在所述PCB介质基底上并与PCB接地层之间相互焊接，实现所述balun外导体及所述PCB接地层之间的直流接地。
优选地，所述电偶极子balun外导体、PCB接地层以及反射板直流接地。
优选地，所述电偶极子balun外导体、PCB接地层以及反射板通过同一导电连接件连接，实现所述电偶极子balun外导体、所述PCB接地层以及所述反射板之间的直流接地。
优选地，所述导电连接件包括：金属螺钉。
优选地，PCB带线与电偶极子balun内导体通过焊接实现所述电连接。
优选地，PCB接地层与反射板耦合接地包括：在PCB接地层和反射板之间设置导电介质材料；所述导电介质材料包括：
涂抹于PCB接地层和/或反射板表面的非金属材料；或者，
填充在PCB接地层和反射板之间的非金属材料薄膜。
在该馈电方法及天线系统中，由于电偶极子与PCB形式的馈电网络焊接，容易控制质量，从而保证了电偶极子与馈电网络连接部位的PIM可靠性；而且，电偶极子与PCB馈电单元之间的连接不止依靠内外导体的焊接，还通过电偶极子与反射板之间的直流接地，例如通过金属螺钉实现的直流接地，增加了对于电偶极子与PCB馈电单元之间焊点的受力保护，保证了天线中电偶极子和馈电网络连接部位的PIM长期可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种天线辐射单元，其特征在于，包括：电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板PCB馈电单元；所述的电偶极子设置在所述反射板上，所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体，所述PCB馈电单元包括PCB带线、PCB接地层以及PCB介质基底，所述PCB带线及所述PCB接地层位于PCB介质基底的两侧，其中，
所述PCB馈电单元位于所述反射板有电偶极子的一侧，所述PCB带线与所述电偶极子balun内导体电连接，所述PCB接地层与所述反射板电耦合，所述电偶极子balun外导体与所述反射板直流接地；
所述电偶极子balun外导体与所述反射板通过导电连接件连接，实现所述电偶极子balun外导体与所述反射板之间的直流接地；
所述电偶极子balun外导体与所述PCB接地层直流接地。
2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述balun外导体的端部形成有焊接针脚，该焊接针脚插置在所述PCB介质基底上并与PCB接地层之间相互焊接，实现所述balun外导体及所述PCB接地层之间的直流接地。
3.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述电偶极子balun外导体、PCB接地层以及反射板直流接地。
4.根据权利要求3所述的辐射单元，其特征在于，所述电偶极子balun外导体、PCB接地层以及反射板通过同一导电连接件连接，实现所述电偶极子balun外导体、所述PCB接地层以及所述反射板之间的直流接地。
5.根据权利要求1或4所述的辐射单元，其特征在于，所述导电连接件包括：金属螺钉。
6.根据权利要求1至4任一项所述的辐射单元，其特征在于，PCB带线与电偶极子balun内导体通过焊接实现所述电连接。
7.根据权利要求1至4任一项所述的辐射单元，其特征在于，PCB接地层与反射板耦合接地包括：在PCB接地层和反射板之间设置导电介质材料；所述导电介质材料包括：
涂抹于PCB接地层和/或反射板表面的非金属材料；或者，
填充在PCB接地层和反射板之间的非金属材料薄膜。
8.一种天线辐射单元的馈电方法，其特征在于，包括：
所述辐射单元包括电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板PCB馈电单元；所述的电偶极子设置在所述反射板上，所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体；所述PCB馈电单元包括PCB带线和PCB接地层；
所述PCB带线与所述电偶极子balun内导体通过传输介质进行信号传输；
所述PCB接地层与所述反射板通过电耦合进行信号传输；
所述电偶极子balun外导体与所述反射板以直流方式接地；
其中，所述电偶极子balun外导体与所述反射板通过导电连接件连接，实现所述电偶极子balun外导体与所述反射板之间的直流接地；
所述电偶极子balun外导体与所述PCB接地层以直流接地。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电偶极子balun外导体与所述反射板之间以直流接地。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电偶极子balun外导体、PCB接地层以及反射板以直流接地。
11.一种天线系统，其包括基站，主馈线，以及辐射单元，所述基站通过所述主馈线与所述辐射单元连接，其特征在于：所述的辐射单元包括：电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板PCB馈电单元；所述的电偶极子设置在所述反射板上，所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体，所述PCB馈电单元包括PCB带线和PCB接地层及以及PCB介质基底，所述PCB带线及所述PCB接地层位于PCB介质基底的两侧，其中，
所述PCB馈电单元位于所述反射板有电偶极子的一侧，所述PCB带线与所述电偶极子balun内导体电连接，所述PCB接地层与所述反射板电耦合，所述电偶极子balun外导体与所述反射板直流接地；
其中，所述电偶极子balun外导体与所述反射板通过导电连接件连接，实现所述电偶极子balun外导体与所述反射板之间的直流接地；
所述电偶极子balun外导体与所述PCB接地层直流接地。
12.根据权利要求11所述的天线系统，其特征在于，所述balun外导体的端部形成有焊接针脚，该焊接针脚插置在所述PCB介质基底上并与PCB接地层之间相互焊接，实现所述balun外导体及所述PCB接地层之间的直流接地。
13.根据权利要求11所述的天线系统，其特征在于，所述电偶极子balun外导体、PCB接地层以及反射板直流接地。
14.根据权利要求13所述的天线系统，其特征在于，所述电偶极子balun外导体、PCB接地层以及反射板通过同一导电连接件连接，实现所述电偶极子balun外导体、所述PCB接地层以及所述反射板之间的直流接地。
15.根据权利要求11或14所述的天线系统，其特征在于，所述导电连接件包括：金属螺钉。
16.根据权利要求11至14任一项所述的天线系统，其特征在于，PCB带线与电偶极子balun内导体通过焊接实现所述电连接。
17.根据权利要求11至14任一项所述的天线系统，其特征在于，PCB接地层与反射板耦合接地包括：在PCB接地层和反射板之间设置导电介质材料；所述导电介质材料包括：
涂抹于PCB接地层和/或反射板表面的非金属材料；或者，
填充在PCB接地层和反射板之间的非金属材料薄膜。
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