CN103956566A - 一种适用于td-lte天线的小型化宽频辐射单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单元，包括分别印刷在PCB介质板（16）正、反两面的辐射体，用于调节低频驻波比及交叉极化比的下沉柱（8），镀锡金属底座（9），同轴电缆（10）；所述辐射体由双层结构的金属片、上下分开的馈电片构成。本发明在保证天线带宽的前提下能够大大的降低天线的整体重量和尺寸，便于基站的建设以及后期的维护；同时相比现有的金属压铸辐射单元，该辐射单元更容易焊接和装配，稳定性更好。

Description

一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单元

技术领域

本发明涉及一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单元，该辐射单元能够工作在1880 MHz-2690 MHz的频率范围内。

技术背景

随着4G技术的不断成熟以及国家对4G不断推进，4G技术将很快在国内得到普及。另外，中国移动为了挽回其在3G方面的颓势，从2012年就开始大力向市场推广4G技术，到2012年底中国移动在国内几大城市已经完成了2万个基站的建设，并实现了4G网络的商用试运营。2013年中国移动在4G方面持续发力，在香港建成了全球首个TD-LTE和LTE-FDD融合的网络。为了与中国移动进行抗衡中国联通和中国电信也先后进行了4G试验网的建设，并且投资力度也在逐步加大。随着国内三大运营商在4G网络上的持续投入和竞争，4G的普及将会不断加速。同时，运营商对4G设备的需求量也会不断增加。天线作为无线信号的收发设备，在网络建设和优化中占有巨作轻重的地位，天线性能的好坏直接影响着网络质量和用户体验。而作为天线中最核心的部件之一的辐射单元又是影响天线性能的最主要因素之一。目前，大部分用于TD-LTE天线的辐射单元都是压铸的，虽然在性能上压铸辐射单元已经能够比较好的满足TD-LTE天线的要求，但是压铸辐射单元同时也具有体积大重量重的特点，对于天线的搬运上站等造成了挑战，同时也不利于天线整机的小型化；使得基站的建设成本和后期维护费用大大的提高。

发明内容

针对上述问题本发明提供了一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单元，该辐射单元采用双层结构的金属片、上下分开的馈电片、下沉柱结构以及镀锡金属底座构成，在保证天线带宽的前提下能够大大的降低天线的整体重量和尺寸，便于基站的建设以及后期的维护；同时相比现有的金属压铸辐射单元，该辐射单元更容易焊接和装配，稳定性更好。

本发明提供一款小型化宽频带辐射单元，该辐射单元主要针对现有压铸辐射单元的不足而设计。该辐射单元具有体积小、重量轻、易于装配等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单元，包括分别印刷在PCB介质板（16）正、反两面的辐射体，用于调节低频驻波比及交叉极化比的下沉柱（8），镀锡金属底座（9），同轴电缆（10）；本辐射单元具有±45°双极化特性，本辐射单元安装在反射板上，通过组阵方式构成天线阵。

所述的辐射体包括两组相互垂直的半波振子，形成±45°双极化辐射特性；半波振子的两臂为对称分布的金属片（1）；

所述的下沉柱（8）垂直焊接在辐射体末端开设的金属化过孔中；

所述的镀锡金属底座（9）包括两个支撑柱（15）和一个固定座（17），两个支撑柱垂直于固定座，通过两个支撑柱与辐射体连接起到支撑辐射体和平衡半波振子两臂电流的作用；

所述的同轴电缆穿过开设在镀锡金属底座（9）固定座上的过孔后与辐射体连接，对辐射体进行馈电。

所述的半波振子包括金属片（1）和馈电片（5），两组金属片对称分布形成半波振子的两臂；

该金属片（1）通过光刻工艺印刷在PCB介质板（16）的正、反两面，所述金属片（1）的轮廓边缘处均设置有金属化过孔（7），正、反两面的金属片（1）通过开设在该金属片轮廓边缘的金属化过孔（7）实现电连接；

 该馈电片（5）印刷在PCB介质板（16）的正、反两面，并通过金属化过

孔（7）与同轴电缆（10）的内芯焊接在一起，实现同轴电缆对半波振子的馈电。

所述的下沉柱（8）分别位于辐射体中每个金属片（1）的末端，并垂直的穿过金属片（1）末端的金属化过孔（4）与金属片（1）焊接在一起，以实现调节低频驻波比以及辐射单元的交叉极化比。

所述的镀锡金属底座（9）中支撑柱（15）的焊接端呈阶梯型；固定座（17）上开设有定位柱（11）、同轴电缆过孔（12）以及固定孔（13）。镀锡金属底座起到固定PCB介质板以及印刷在上面的辐射体的作用。

所述的两组半波振子的馈电点分别印刷在PCB介质的正、反两面；目的是

为了避免由于两组相互垂直的半波振子的馈电片发生交叉，同时该结构有利于提高相互垂直的两组半波振子之间的隔离度。

所述下沉柱的长度为0.05 - 0.1个中心波长。

所述镀锡金属底座（9）的高度为0.2-0.3个中心波长。

所述的同轴电缆（10）需要先将绝缘皮剥掉，然后穿过镀锡金属底座（9）的同轴电缆过孔（12）对辐射体进行馈电。

相比现有压铸辐射单元，本发明具有以下优势：

1.      本发明中，辐射体印刷在PCB介质板上，由于同频率的电磁波在介质中

的波长比在空气中的波长要短，该发明所涉及的辐射体可以有效的减小辐射单元的体积；

2.      本发明中，金属下沉柱可以在一定的程度上加大辐射单元的长度，起到

调节低频驻波比的作用；另外通过仿真和测试发现金属下沉柱还可以起到平衡辐射体正交方向电流的作用，能够有效的改善天线的交叉极化比。

3.      由于辐射体距离反射板的高度对天线的方向图和驻波比有较大的影响，

对于不同用途的天线需要辐射体距离反射板的高度也不尽相同，本发明只需要改变金属底座的高度即可实现辐射体与反射板之间距离的调整，降低了研发成本。

附图说明

图1为实施例一的正面整体结构图；

图2为实施例一辐射体的正面结构图；

图3为实施例一辐射体的反面结构图；

图4为实施例一的反面整体结构图；

图5为实施例一的镀锡金属底座的结构图；

图6为实施例一实测的电压驻波比以及隔离度；

图7为实施例一实测的方向图；

图8为实施例二的正面整体结构图；

图中，1-多边形的金属片、2-金属化过孔、3-调节阻抗的开口、4-固定下沉柱的金属化过孔、5-金属的馈电片、6-同轴电缆内芯焊接的金属化过孔、7-用于连接PCB介质上下表面的金属片的金属化过孔、8-金属下沉柱、9-金属底座、10-同轴电缆、11-用于定位金属底座的定位孔、12-同轴电缆过孔、13-用于固定底座的固定孔、14-连接PCB介质上下表面金属馈电片的金属化过孔、15-金属底座上的台阶状支撑柱，16-PCB介质，17-固定座。

具体实施例

下面结合参考附图进一步描述本技术方案，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，但该描述仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1为本发明的实施例一的正面整体结构图。PCB介质板（16）的正反两面各有四个多边形的金属片（1）共同构成两组相互正交的半波振子（图2为辐射体的正面结构，图3为辐射体的反面结构）；每组半波振子的其中一臂留有金属化过孔（2），该过孔能够使镀锡金属底座（9）顺利穿过辐射体，并对辐射体进行支撑；每个多边形的金属片（1）上都留有开口（3），开口处理主要是为了调节辐射单元的阻抗；在多边形金属片（1）的末端都留有金属化过孔（4），金属化过孔（4）不仅能够保证镀锡的金属下沉柱（8）垂直穿过辐射体还能够使PCB介质板（16）上下表面的多边形金属片实现较好的电连接；金属馈电片（5）同样印制在PCB介质板（16）上，在金属馈电片5的一端留有金属化过孔（6），金属化过孔（6）直接与同轴电缆的芯线焊接，以实现同轴电缆（10）对辐射体的馈电。

本发明中所涉及的多边形金属片（1）可以有多种形状，实施例一中的金属片（1）为六边形，实施例二中的金属片（1）则是阶梯型的锯齿；金属片（1）的形状不同会导致辐射单元的带宽在一定范围内的变化。

本发明中所涉及的金属化过孔（2）的直径宜控制在3.0mm-4.0mm之间。

本发明中所涉及的开口（3）主要是为了调节辐射单元阻抗，对于不同形状的金属片（1）该开口可以不一样，也可以不要；例如实施例一中的开口为梯形开口，而实施例二中没有开口。

本发明中所涉及的金属化过孔（4）主要是为了保证镀锡的金属下沉柱（8）能够垂直穿过辐射体，金属化过孔（4）的直径宜控制在2.5mm-3.5mm之间，并保证其直径与金属下沉柱（8）的直径相当。

本发明中所涉及的金属馈电片（5）是为了实现同轴电缆（10）内芯与金属片（1）的电连接并对辐射体馈电，同轴电缆（10）的内芯穿过金属化过孔（6）并焊接在金属馈电片（5）上；同轴电缆（10）的外导体则焊接在反面的金属片上（如图4）实现半波振子的另一臂的接地。值得注意的是，金属馈电片（5）在PCB介质板（16）的正、反两面都存在，正面的部分的一个稍长的馈电片为其中的一个半波振子馈电；另一个稍短的馈电片通过金属化过孔与PCB介质板反面的馈电片连接为另一个半波振子馈电。该结构不仅有利于辐射单元的装配焊接还能有效降低辐射单元以及天线整机的隔离度（如图6）。

本发明中所涉及的金属化过孔（7）主要是为了实现PCB介质板（16）的正反两面的多边形金属片（1）的电连接，该过孔的直径宜控制在1.5mm-2.5mm之间。

本发明中所涉及的金属下沉柱（8）的直径需和金属化过孔（4）的直径相当，金属下沉柱（8）不仅可以调节低频驻波比的作用（图6为该辐射单元的实测电压驻波比以及隔离）还可以有效抑制天线的交叉极化分量的产生，对天线的交叉极化比的提高起到较为积极的作用；图7为该辐射单元实测的方向图，从图中可以看出该辐射单元的交叉极化比能够到达30dB以上。

本发明所涉及的金属底座（9）主要由两部分组成（如图5），包括两个支撑柱（15）和一个固定座（17），两个支撑柱垂直于固定座，通过两个支撑柱与辐射体连接起到支撑辐射体和平衡半波振子两臂电流的作用；支撑柱（15）与辐射体连接的一端为台阶状的，该支撑柱（15）一方面可以定位辐射体使天线阵列中的所有辐射体在同一水平面上且不发生歪斜，另一方面可以作为平衡半波振子两臂电流的巴伦；固定座（17）上设置有用于镀锡金属底座与反射板定位的定位柱（11）、同轴电缆过孔（12）以及固定孔（13），该结构主要是为了使底座（9）与反射板之间的连接紧密。

本发明中所有的金属化过孔均有连接PCB介质板（16）正、反两面的金属辐射片（1）的作用，正反两面的金属辐射（1）片共同作为辐射体有提高辐射单元的辐射带宽的作用。

实施例二

图8为本发明的实施例二的总体结构图，实施例二中的金属辐射片（1）由开孔的六边形变成阶梯状的锯齿形；该结构同样够工作在1880 MHz-2690 MHz的频率范围内。通过实施例二来说明本发明中的辐射体可以有多种实现形式。

Claims (7)

1.一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单元，其特征在于：包括分

别印刷在PCB介质板（16）正、反两面的辐射体，用于调节低频驻波比及交叉极化比的下沉柱（8），镀锡金属底座（9），同轴电缆（10）；

所述的辐射体包括两组相互垂直的半波振子，半波振子的两臂为对称分布的金属片（1）；

所述的下沉柱（8）垂直焊接在辐射体末端开设的金属化过孔中；

所述的镀锡金属底座（9）包括两个支撑柱（15）和一个固定座（17），两个支撑柱垂直于固定座，通过两个支撑柱与辐射体连接起到支撑辐射体和平衡半波振子两臂电流的作用；

所述的同轴电缆穿过开设在镀锡金属底座（9）固定座上的过孔后与辐射体连接，对辐射体进行馈电。

2.根据权利要求1所述的一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单元，其特征在于：所述的半波振子包括金属片（1）和馈电片（5），两组金属片对称分布形成半波振子的两臂；

该金属片（1）通过光刻工艺印刷在PCB介质板（16）的正、反两面，所述的金属片（1）的轮廓边缘处均设置有金属化过孔（7），正、反两面的金属片（1）通过开设在该金属片轮廓边缘的金属化过孔（7）实现电连接；

该馈电片（5）印刷在PCB介质板（16）的正、反两面，并通过金属化过孔（7）与同轴电缆（10）的内芯焊接在一起，实现同轴电缆对半波振子的馈电。

3.根据权利要求书2所述的一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单元，其特征在于：所述的下沉柱（8）分别位于辐射体中每个金属片（1）的末端，并垂直的穿过金属片（1）末端的金属化过孔（4）与金属片（1）焊接在一起，以实现调节低频驻波比以及辐射单元的交叉极化比。

4.根据权利要求书1所述的一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单元，其特征在于：所述的镀锡金属底座（9）中支撑柱（15）的焊接端呈阶梯型；固定座（17）上开设有定位柱（11）、同轴电缆过孔（12）以及固定孔（13）。

5.根据权利要求书2所述的一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单

元，其特征在于：所述的两组半波振子的馈电点分别印刷在PCB介质的正、反两面。

6.根据权利要求书3所述的一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单

元，其特征在于：所述下沉柱的长度为0.05 - 0.1个中心波长。

7.根据权利要求书4所述的一种适用于TD-LTE天线的小型化宽频辐射单

元，其特征在于：所述镀锡金属底座（9）的高度为0.2-0.3个中心波长。