CN107046166A - 一种低剖面基站天线辐射单元及天线 - Google Patents

一种低剖面基站天线辐射单元及天线 Download PDF

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丁勇
张申科
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Abstract

本发明涉及一种低剖面基站天线辐射单元及天线，所述低剖面基站天线辐射单元，其特征在于：包括辐射面、辐射臂、馈电探针、馈电巴伦及同轴电缆，所述辐射面包括两个分开的偶极子，分别沿不同极化方向放置，沿±45°方向形成 ±45°两路极化；所述辐射臂设置在辐射面，采用微带线形式；每个偶极子上通过馈电探针实现耦合馈电；每个偶极子各有一个馈电巴伦，同轴电缆下端连接在馈电巴伦底部，上端与馈电巴伦的上端一起焊接在辐射面馈电处。本发明通过采用分极化技术，支持强耦合微带线、同轴线等不平衡的馈线来进行馈电，因此本辐射单元具有宽频带、高增益、低损耗、低剖面及抗干扰能力强的特点，能满足基站天线小型化设计的需求，具有重要的市场价值。

Description

一种低剖面基站天线辐射单元及天线
技术领域
本发明涉及天线辐射单元技术领域，具体的是一种低剖面基站天线辐射单元及相应天线。
背景技术
基站作为移动通信的重要组成部分，其中天线是基站的重要组成部件，直接决定着移动通信网络覆盖及信号传输的好坏。辐射单元作为基站天线的关键部件之一，因此，在整个移动通信网络质量中起着至关重要的作用。
现有技术中，天线的辐射单元一般是通过焊接馈电片工艺实现馈电巴伦向振子馈电，以及±45°两个极化合为一个整体实现，因此带来辐射单元结构复杂、生产难度大、成本高以及极化之间干扰大的缺点。在目前有限的天面资源下，小型化是基站天线行业发展的趋势，其中，辐射单元的小型化更是制约基站天线整机小型化的至关重要的一个因素。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术的不足和缺陷，提供了一种宽频化、低剖面，分极化及高增益特性的天线辐射单元及相应天线。
本发明技术方案提供一种低剖面基站天线辐射单元，包括辐射面、辐射臂、馈电探针、馈电巴伦及同轴电缆，
所述辐射面包括两个分开的偶极子，分别沿不同极化方向放置，沿±45°方向形成±45°两路极化；
所述辐射臂设置在辐射面，采用微带线形式；
每个偶极子上通过馈电探针实现耦合馈电；
每个偶极子各有一个馈电巴伦，同轴电缆下端连接在馈电巴伦底部，上端与馈电巴伦的上端一起焊接在辐射面馈电处。
而且，所述馈电探针采用L型馈电探针。
而且，所述辐射面采用PCB板材。
而且，所述辐射臂采用辐射面上覆铜层形成的微带线。
而且，馈电巴伦上设有与天线的发射底板连接的螺纹孔，用于通过螺钉进行固定。
而且，设W为安装辐射单元的反射板宽度，W1为辐射臂的宽度，W2为辐射臂内槽的宽度，L为反射板的长度，L1为辐射臂的长度，L2为两个极化间的距离，L3为辐射臂内槽 凸出部分的宽度，a为辐射臂缝隙的宽度，b为同一极化辐射臂之间的缝宽，c代表耦合馈电探针的宽度，d代表耦合馈电探针的长度，t代表辐射单元辐射面的PCB板材厚度，H为辐射单元的总高度；
优选的参数取值如下表，
表1
参数 W W1 W2 L L1 L2 L3
数值mm 180 24.5 19 130 35 9 8
参数 a b c d t H
数值mm 3 2.1 9 14 1 23
本发明还相应提供一种天线，采用如上所述的基站天线辐射单元。
有益效果：本发明与现有的技术相比，其辐射单元采用极化分开的两个偶极子耦合馈电，抗干扰强，增益更高，驻波比隔离度均具有优势。低剖面可以使天线整机做的更薄，从而达到天线整机小型化的目的。本发明重量较之前技术更为轻便，性能更稳定，成本低，生产效率提高，结构简单，使用安装可靠，是一种全新的高性能基站天线辐射单元，使用该辐射单元的天线适合于推广应用，具有重要的市场价值，对本国相关行业在世界上占据领先地位具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例的天线辐射单元结构示意图；
图2为本发明实施例的天线辐射单元结构尺寸图；
图3为本发明实施例的1.88GHz频点增益和半功率波瓣宽度；
图4为本发明实施例的2.2GHz频点增益和半功率波瓣宽度；
图5为本发明实施例的2.7GHz频点增益和半功率波瓣宽度。
具体实施方式
本发明设计的一种低剖面极化分离设计的基站天线辐射单元，考虑了极化分离的设计使阵子结构简洁、装配快速并降低了两个极化之间的耦合干扰，同时采用了低巴伦的设计，所以辐射单元的剖面很低，为解决现有的基站天线小型化提供了有利的技术基础。
下面通过附图结合实施例，来对本发明技术方案进行详细说明。
本发明所述的新型基站天线辐射单元包括馈电巴伦、辐射面及同轴电缆。辐射面包括两个分开的偶极子，分别沿不同极化方向放置，本发明设计为从馈电焊接点分别沿辐射面水平方向以及垂直方向放置，具体为以辐射面水平中心线为参考，分别沿±45°方向形成±45°两路 极化。辐射面材料为PCB介质板，在PCB介质板表面采用微带线形式，以覆铜来实现辐射臂进行耦合馈电。
天线辐射单元通过微带线、同轴线以及巴伦进行馈电，辐射面的两个偶极子，每个偶极子通过L型馈电探针实现耦合馈电。
优选地，采用的PCB板材介电常数为4.4。
为实现极化分离，发明提供的一种新型基站天线辐射单元如图1所示，该辐射单元包括：L型馈电探针1，进行耦合馈电；介电常数4.4的PCB板材所形成的辐射面2；辐射面2上覆铜层形成的微带线式的辐射臂3，进行有效电磁辐射；馈电巴伦4，一个辐射单元中分开的两个极化各有一个馈电巴伦，既增强整个辐射单元的结构牢固程度，又能良好的匹配电路；同轴电缆5，通过焊接，同轴电缆下端连接在馈电巴伦底部，上端与馈电巴伦的上端一起焊接在辐射面馈电处，同轴电缆、馈电巴伦以及辐射面连接在一起，既加强了结构牢固度，又可以通过同轴电缆进行馈电。
为便于安装实现，馈电巴伦4上设有与天线的反射底板连接的螺纹孔，可通过螺钉进行固定，即通过馈电巴伦4的螺纹孔，使用螺钉与反射底板进行固定。
辐射臂3，馈电巴伦4，同轴电缆5之间均设有馈电焊接点进行连接。以便实现同轴电缆下端连接在馈电巴伦底部，上端与馈电巴伦的上端一起焊接在辐射面馈电处。
本发明实施例通过HFSS软件仿真，得出了辐射单元在1.88GHz、2.2GHz及2.7GHz频点处的增益以及半功率波瓣宽度，参见图2，
W为安装辐射单元的反射板宽度；W1为辐射臂的宽度；W2为辐射臂内槽的宽度；L为反射板的长度；L1为辐射臂的长度；L2为两个极化间的距离；L3为辐射臂内槽凸出部分的宽度；a为辐射臂缝隙的宽度；b为同一极化辐射臂之间的缝宽；c代表耦合馈电探针的宽度；d代表耦合馈电探针的长度；t代表辐射单元辐射面的PCB板材厚度；H为辐射单元的总高度。其巴伦物理尺寸是0.16λ，通过辐射单元间的耦合作用以及边界条件的补偿效果，巴伦高度和常规辐射单元的0.25λ高度的巴伦效果一致，从而使得整个辐射单元的高度降低了36％。
因尺寸对辐射单元性能影响巨大，通过仿真优化，表1给出了天线辐射单元性能最优时的尺寸：
表1
本发明实施例具有低剖面的特点，因为本发明实施例具有极化分离的特点，因此使得巴伦底部至辐射单元表面高度H可降低为23mm，而目前常规的FAD辐射单元高度为30.5mm，比之降低了24.59％，实现了更低的剖面，从而可以为天线整机小型化起到重要作用。其中，F指1885～1920MHz，A指2010～2025MHz，D指2575～2635MHz。
图3为辐射单元在1.88GHz时的仿真结果，Radiation Pattern为辐射方向图，从图中表格可以看出天线在1.88GHz频点处最大增益为9.1dB，垂直面半功率波瓣宽度为56.6度，水平面半功率波瓣宽度为70.3度。图4为辐射单元在2.2GHz时的仿真结果，RadiationPattern为辐射方向图，从图中表格可以看出天线在2.2GHz频点处最大增益为9.6dB，垂直面半功率波瓣宽度为54.5度，水平面半功率波瓣宽度为68度。图5为辐射单元在2.7GHz时的仿真结果，Radiation Pattern为辐射方向图，从图中表格可以看出天线在2.7GHz频点处最大增益为8.8dB，垂直面半功率波瓣宽度为64.7度，水平面半功率波瓣宽度为77.2度。
该辐射单元结构简洁、制造方便、成本低廉，两个极化分离的设计提升了整个双极化辐射单元的性能，是一种全新的高性能基站天线辐射单元。
本发明实施例还相应提供一种天线，采用如上所述的基站天线辐射单元。
以上所述的实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，对于本领域的普通技术人员来说，通读本说明书后，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种低剖面基站天线辐射单元，其特征在于：包括辐射面、辐射臂、馈电探针、馈电巴伦及同轴电缆，
所述辐射面包括两个分开的偶极子，分别沿不同极化方向放置，沿±45°方向形成 ±45°两路极化；
所述辐射臂设置在辐射面，采用微带线形式；
每个偶极子上通过馈电探针实现耦合馈电；
每个偶极子各有一个馈电巴伦，同轴电缆下端连接在馈电巴伦底部，上端与馈电巴伦的上端一起焊接在辐射面馈电处。
2.根据权利要求1所述低剖面基站天线辐射单元，其特征在于：所述馈电探针采用L型馈电探针。
3.根据权利要求1所述低剖面基站天线辐射单元，其特征在于：所述辐射面采用PCB板材。
4.根据权利要求1所述低剖面基站天线辐射单元，其特征在于：所述辐射臂采用辐射面上覆铜层形成的微带线。
5.根据权利要求1所述低剖面基站天线辐射单元，其特征在于：馈电巴伦上设有与天线的发射底板连接的螺纹孔，用于通过螺钉进行固定。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述低剖面基站天线辐射单元，其特征在于：设W为安装辐射单元的反射板宽度，W1为辐射臂的宽度，W2为辐射臂内槽的宽度，L为反射板的长度，L1为辐射臂的长度，L2为两个极化间的距离，L3为辐射臂内槽凸出部分的宽度，a为辐射臂缝隙的宽度，b为同一极化辐射臂之间的缝宽，c代表耦合馈电探针的宽度，d代表耦合馈电探针的长度，t代表辐射单元辐射面的PCB板材厚度，H为辐射单元的总高度；
优选的参数取值如下表，
表1
参数 W W1 W2 L L1 L2 L3 数值mm 180 24.5 19 130 35 9 8 参数 a b c d t H 数值mm 3 2.1 9 14 1 23
。
7.一种天线，其特征在于：采用如权利要求1至6所述的基站天线辐射单元。
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