CN104821427B - 间接耦合天线单元 - Google Patents
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Abstract
一种间接耦合天线单元，包括辐射体、馈电装置和耦合体，辐射体与馈电装置连接，耦合体与辐射体相耦合。其中，辐射体包括四个导电的辐射臂，耦合体包括至少四个导电的耦合臂，且辐射臂与耦合臂间隔交替排列分布，辐射臂与相邻的耦合臂之间设置有电磁耦合窄缝隙。与现有技术不同，本发明天线的辐射臂与耦合臂之间的电磁耦合作用使天线呈现超宽频带辐射特性，从而可替代现有的基站天线单元，是移动通信宽频带双极化天线和多频段多端口天线的核心部件，与已知天线单元相比，本发明天线单元形式新颖，结构简单，易于制造。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，更具体地涉及一种间接耦合天线单元。
背景技术
2G/3G/4G多频段多制式网络协同构建正在成为新常态，TDD/FDD-LTE混合组网必将成为4G网络建设的主要演进方向。既建网路资源的合理利用、新增网络资源的集约化建设和运营已成为移动通信运营商的基本共识，通信网络基础设施共建共存、基站设备共站址共机房设置、天馈系统共杆共塔安装、多制式网络共用共享天馈资源等等，已成为产业界普遍关注的焦点。具有超宽频带特性、多频带特性、波束独立控制特性、以及具有多收多发功能的多通道多端口天线是满足未来网络应用所必需的最佳解决方案，适时研制开发已是当务之急。
基本天线辐射单元是构成基站天线的关键部件，现有技术的双极化天线单元的辐射体由四个相同的导电辐射臂构成，辐射臂形状为正方形，相邻辐射臂之间直接耦合电磁信号以提高单元辐射性能并拓宽频带，相对应的两个辐射臂为一组，两两一组构成±45°极化天线辐射单元。
但现有的移动通信基站天线产品设计同质化、结构雷同现象十分普遍，尤其是较高频段的天线辐射单元，几乎千篇一律地采用直接耦合方形双极化天线单元形式、或由其所派生的天线辐射单元形式，这些派生单元形式上虽千变万化而实质上却无任何创新之处，理应归属于原始创新设计的母本辐射单元形式。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的是提供一种新型的间接耦合天线单元，该间接耦合天线单元可替代现有基站天线单元，且不同于传统的天线单元结构，另外，该间接耦合天线单元具有超宽频带辐射特性、结构简单、易于制造和成型。
为实现上述目的，本发明提供了一种间接耦合天线单元，包括辐射体、馈电装置和耦合体，辐射体与馈电装置连接，耦合体与辐射体相耦合。其中，辐射体包括四个导电的辐射臂，耦合体包括至少四个导电的耦合臂，且辐射臂与耦合臂间隔交替排列分布。
与现有技术相比，由于本发明的间接耦合天线单元包括与辐射体相耦合的耦合臂，辐射体包括四个导电的辐射臂，耦合体包括至少四个导电的耦合臂，且辐射臂与耦合臂间隔交替排列分布；已知的现有技术的方形天线单元通过辐射臂之间的窄缝隙进行直接电磁耦合以达到其拓展频带特性的目的，不同于现有技术，本发明天线单元通过在辐射臂之间增加耦合臂且彼此间形成窄缝隙进行间接电磁耦合以达到其拓展频带特性的目的。如上所述，本发明间接天线单元具有超宽频带(1700MHz～2700MHz)辐射特性，从而可替代现有的基站天线单元，是移动通信宽频带双极化天线和多频段多端口天线的关键部件。
具体地，耦合体为共面结构，每个耦合臂由单导体或复导体构成，四个耦合臂于耦合体所在的平面依次呈90°旋转对称设置。
可选地，每一耦合臂为三角形或梯形或扇形的平面结构，或为长方体或圆柱体或圆锥体的立体结构，或为镂空结构。
具体地，相邻的辐射臂和耦合臂之间设置有电磁耦合窄缝隙。
具体地，辐射体为共面结构，四个辐射臂形成一对相互正交的X型对称振子，四个辐射臂于辐射体所在的平面依次呈90°旋转对称设置。
可选地，每一辐射臂为三角形或梯形或扇形的平面结构，或为长方体或圆柱体或圆锥体的立体结构。
具体地，相对应的两个辐射臂两两组合并分别经馈电激励以辐射±45°极化波，辐射体沿±45°极化方向的长度约为1/2-1设计频率所对应的波长，辐射臂的长度为辐射体长度的一半。
具体地，馈电装置由馈电体和馈电巴伦组成，馈电体的内外导电体分别与对应的所述辐射臂相连接，馈电巴伦由四个平行导电体组成，其中两个平行导电体为馈电外导体，馈电巴伦的底部相互连接，馈电巴伦的顶部分别与四个辐射臂相连接，馈电装置采用同轴馈电方式或微带馈电方式。
较佳地，所述辐射体与所述耦合体为立体结构时可用塑胶介质材料作固定和支撑。特别地，辐射体与耦合体为平面结构时可用PCB实现，此时辐射体与耦合体可同层面设置或异层面设置，亦即辐射臂与耦合臂可位于PCB的相同层面或不同层面。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1A为本发明间接耦合天线单元一实施例的俯视图。
图1B为本发明间接耦合天线单元一实施例的结构示意图。
图2A为三角形辐射臂和耦合臂的示意图。
图2B为扇形辐射臂和耦合臂的示意图。
图2C为长方形辐射臂和复导体耦合臂的示意图。
图2D为长方形辐射臂和扇形耦合臂异层面设置的示意图。
图2E为长方形辐射臂和梯形耦合臂异层面设置的示意图。
图2F为细圆柱形辐射臂和U形耦合臂立体型结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图就本发明的实施例进行描述。
请参考图1A和图1B，本发明间接耦合天线单元包括辐射体101、耦合体103及馈电装置。其中，该辐射体101为一对彼此正交的X型对称振子，该X型对称振子由四个导电的辐射臂102组成，耦合体103则由四个导电的耦合臂104组成，且四个辐射臂102和四个耦合臂104相互间隔交替排列分布，相邻的辐射臂102和耦合臂104之间设置有电磁耦合窄缝隙105。
在本实施例中，四个辐射臂102呈共面设置(即辐射体101为共面结构)且四个辐射臂102于辐射体101所在的平面依次呈90°旋转对称设置，四个耦合臂104也呈共面设置(即耦合体103为共面结构)，且四个耦合臂104于耦合体102所在的平面依次呈90°旋转对称设置。且，辐射体101和耦合体103共层面设置，两者以介质基材106所承载，且在本实施例中该介质基材106为PCB基板，即辐射体101和耦合体103通过蚀刻方法形成于PCB板的同一层面，当然，在其他实施例中，辐射体101和耦合体103可异层面设置，即形成于PCB板的不同层面。
具体地，相对应的两个辐射臂102两两组合并分别经馈电激励以辐射±45°极化波，该辐射体101沿±45°极化方向的长度约为1/2波长，辐射臂102的长度约为1/4波长。在其他实施例中，辐射体101沿±45°极化方向的长度约为1/2～1设计频率波长，辐射臂102的长度约为辐射体102长度的一半。
具体地，馈电装置由馈电体和馈电巴伦107组成，馈电体的内外导电体分别与对应的辐射臂102相连接。馈电巴伦107由四个平行导电体组成，其中两个平行导电体为馈电外导体，另外两个平行导体为金属柱体，该馈电内导体与辐射臂102上的馈电点108焊接。馈电巴伦107的底部相互连接，用于固定该间接耦合天线单元，馈电巴伦107的顶部设计有四个用于固定PCB板的定位柱109，相应地，PCB板上设置有四个定位孔，定位柱109插入定位孔中以实现馈电巴伦107与四个辐射臂102的连接，并可对辐射体101起到定位和固定的作用。此外，馈电装置采用同轴馈电方式或微带馈电方式。
需要说明的是，在本实施例中，每一耦合臂104为平面结构，其几何形状为三角形，耦合臂由单导体构成，每一辐射臂102为平面结构，其几何形状为长方形，耦合体103和辐射体101共层面设置。而在其他实施例中，耦合臂104的几何形状可以是梯形(图2E)、扇形(图2D)或其他任何形状，也可以是长方体或圆柱体或圆锥体的立体结构(图2F)，或为镂空结构，耦合臂104可由复导体构成(图2C)；辐射臂102的几何形状可以是梯形(图2A)或扇形(图2B)，也可以是长方体或圆柱体或圆锥体的立体结构(图2F)，在图2F中，支撑体110用于固定辐射臂102和耦合臂104；辐射体101和耦合体103可异层面设置(图2D、2E)或立体设置(2F)。
从以上描述可以看出，由于本发明的间接耦合天线单元包括与辐射体101相耦合的耦合体103，辐射体101包括四个导电的辐射臂102，耦合体103包括至少四个导电的耦合臂104，且辐射臂102与耦合臂104间隔交替排列分布；已知的现有技术的方形天线单元通过辐射臂之间的窄缝隙进行直接电磁耦合以达到其拓展频带特性的目的，不同于现有技术，本发明天线单元通过在辐射臂之间增加耦合臂且彼此间形成窄缝隙进行间接电磁耦合以达到其拓展频带特性的目的。如上所述，本发明间接天线单元具有超宽频带(1700MHz～2700MHz)辐射特性，从而可替代现有的基站天线单元，是移动通信宽频带双极化天线和多频段多端口天线的核心部件，且该天线单元与传统的天线单元相比，结构新颖，极具创新之处。另外，该天线单元结构简单，易于制造。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上所揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
Claims (8)
1.一种间接耦合天线单元，包括辐射体和馈电装置，所述辐射体与所述馈电装置连接，所述辐射体包括四个导电的辐射臂，其特征在于：所述间接耦合天线单元还包括与所述辐射体相耦合的耦合体，所述耦合体包括至少四个导电的耦合臂，所述辐射臂与所述耦合臂间隔交替排列分布，相邻的所述辐射臂和耦合臂之间设置有电磁耦合窄缝隙。
2.如权利要求1所述的间接耦合天线单元，其特征在于：所述耦合体为共面结构，每个所述耦合臂由单导体或复导体构成，四个所述耦合臂于所述耦合体所在平面依次呈90°旋转对称设置。
3.如权利要求1所述的间接耦合天线单元，其特征在于：所述辐射体为共面结构，四个所述辐射臂形成一对相互正交的X型对称振子，四个所述辐射臂于所述辐射体所在平面依次呈90°旋转对称设置。
4.如权利要求3所述的间接耦合天线单元，其特征在于：相对应的两个所述辐射臂两两组合并分别经馈电激励以辐射±45°极化波，所述辐射体沿±45°极化方向的长度为1/2-1设计频率所对应的波长，所述辐射臂的长度为所述辐射体长度的一半。
5.如权利要求1所述的间接耦合天线单元，其特征在于：每一所述耦合臂为三角形或梯形或扇形的平面结构，或为长方体或圆柱体或圆锥体的立体结构，或为镂空结构。
6.如权利要求5所述的间接耦合天线单元，其特征在于：每一所述辐射臂为三角形或梯形或扇形的平面结构，或为长方体或圆柱体或圆锥体的立体结构。
7.如权利要求6所述的间接耦合天线单元，其特征在于：所述辐射体和耦合体为立体结构时，用塑胶介质材料作固定和支撑；所述辐射体和耦合体为平面结构时，用PCB基板实现，且所述辐射体和耦合体位于所述PCB板的相同层面或不同层面。
8.如权利要求1至7任一项所述的间接耦合天线单元，其特征在于：所述馈电装置由馈电体和馈电巴伦组成，所述馈电体的内外导电体分别与对应的所述辐射臂相连接，所述馈电巴伦由四个平行导电体组成，其中两个所述平行导电体为馈电外导体，所述馈电巴伦的底部相互连接，所述馈电巴伦的顶部分别与四个所述辐射臂相连接，所述馈电装置采用同轴馈电方式或微带馈电方式。
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