CN107611569B - 一种多频基站天线嵌套辐射单元组件及天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多频基站天线嵌套辐射单元组件及天线阵列，所述多频基站天线嵌套辐射单元组件包括嵌套辐射单元(1)、辐射单元底座(2)、上馈电(3)和下馈电(4)，其特征在于：设置调节支撑(5)和调节片(6)，嵌套辐射单元(1)底部连接辐射单元底座(2)，嵌套辐射单元(1)内部安装下馈电(4)和上馈电(3)，在嵌套辐射单元(1)的上端连接调节支撑(5)，调节支撑(5)的上端安装调节片(6)。该嵌套辐射单元组件在多频多端口天线阵列中匹配性能佳，在宽频范围内具备稳定优良的电路指标和辐射性能；并且结构稳定，装配简单，指标一致性好，实现的天线阵列适于在国内外通信领域推广使用，具有重要的市场价值。

Description

一种多频基站天线嵌套辐射单元组件及天线阵列

技术领域

本发明属于通信设备技术领域，尤其涉及一种多频基站天线嵌套辐射单元组件及天线阵列。

背景技术

通讯系统高容量要求基站天线集成化和小型化，多频多端口集成化基站天线的核心模块辐射单元的好坏会直接影响到移动通信网络的整体性能。

目前传统的基站天线辐射单元在多频多端口天线引用中会存在一下问题：1、高低频辐射单元相互嵌套三阶互调不稳定，如专利号201280000717.5的中国专利就存在上述问题。2、辐射单元在1710-2690Hz频段范围内增益偏低，导致天线体积变大，如专利号201410203818.3的中国专利在高低频的嵌套使用中就会存在增益明显偏低问题。3、高低频相互嵌套使用的多频多端口天线阵列各个端口的隔离度相互影响，如专利号201310677397.3的中国专利在高低频相互嵌套使用后高频端口和低频端口相互影响隔离度不达标。4、辐射单元本身驻波比不满足要求，装配复杂结构不稳定，如专利号201410117886.8的中国专利就有装配复杂结构不稳定，与低频辐射单元嵌套使用在1710-2690Hz的范围内表现驻波比指标偏高。同时影响了整机的装配效率。

同时上述的辐射单元在高低频相互嵌套使用的多频多端口天线阵列中存在前后比、±60°交叉极化比、上旁瓣等指标比较差的情况，对多频嵌套天线阵列的辐射性能产生影响。

发明内容

针对现有辐射单元在高低频相互嵌套的多频多端口天线阵列中存在的增益偏低、互调不稳定、端口隔离度受影响、前后比和交叉极化比等指标较差的情况，还有装配效率不高等诸多问题，本发明提供一种多频基站天线嵌套辐射单元组件，能够在多频多端口天线阵列中克服现有技术的不足，高低频辐射单元相互嵌套使用后提高了高低频各个端口的隔离度和三阶互调稳定性。

本发明的技术方案为一种多频基站天线嵌套辐射单元组件，包括嵌套辐射单元1、辐射单元底座2、上馈电3和下馈电4，设置调节支撑5和调节片6，嵌套辐射单元1底部连接辐射单元底座2，嵌套辐射单元1内部安装下馈电4和上馈电3，在嵌套辐射单元1的上端连接调节支撑5，调节支撑5的上端安装调节片6；

所述的调节支撑5正面设置一个或者以上调节片导向定位柱51和1个或者以上调节片卡扣52，卡接定位安装调节片6；背面有4个辐射臂间隙定位块53和4个辐射单元固定卡扣54，用于对4个辐射臂11卡接固定，并对嵌套辐射单元1的巴伦间隙尺寸进行保形定位控制；

所述调节片6用于调节驻波，支持调节嵌套辐射单元1的驻波在多频天线阵列中的一致性和稳定性。

而且，所述的嵌套辐射单元1包括4个辐射臂11和巴伦16，辐射臂11固定于巴伦16上，并在连接处设有加强筋21，巴伦16底部有两个馈电柱18。

而且，4个辐射臂11形成两对相互正交的偶极子，并在表面设有两个凸起15，用于装配上馈电3的区分识别。

而且，所述的巴伦16体内部设有定位台阶23，用于对上馈电3和下馈电4安装定位；下馈电4和上馈电3经定位台阶23固定于嵌套辐射单元1内部，上端和嵌套辐射单元1上设置的馈电焊接柱22焊接固定，下端与线缆9在馈电柱18上设置的线缆焊接位17位置焊接固定。

而且，所述的嵌套辐射单元1底部设有安装限位台阶20和螺纹固定凸台19，通过螺钉8和反射板7接地固定和水平限位。

而且，螺纹固定凸台19内有螺纹，螺钉8固定在螺纹固定凸台19上；螺钉8将嵌套辐射单元1固定于反射板7上，螺纹固定凸台19和反射板7接触。

而且，两个馈电柱18和安装限位凸台20在反射板7上成三角形分布，实现定位固定。

而且，各辐射臂11上设置一致的镂空，每个辐射臂11上包括一个或以上镂空，各镂空距离辐射臂11的边缘一致，临近的镂空之间相互的距离一致。

而且，每个辐射臂11包括镂空三角形12，镂空5边形13，镂空长方形14。

本发明还提供一种天线阵列，包括如上所述多频基站天线嵌套辐射单元组件，

所述多频基站天线嵌套辐射单元组件单独阵列构成高宽频的天线阵列；

或者，所述多频基站天线嵌套辐射单元组件和低频辐射单元222相互嵌套构成共轴天线阵列；

或者，所述多频基站天线嵌套辐射单元组件和低频辐射单元222、高频辐射单元333相互嵌套构成共轴与肩并肩的多频天线阵列。

本发明主要针对多频多端口天线的高频辐射单元、低频辐射单元搭配相互嵌套边界而设计，与现有技术相比，该嵌套辐射单元组件在多频多端口天线阵列中匹配性能佳，在宽频范围内具备稳定优良的电路指标和辐射性能，特别是对1710-2690Hz频段范围的前后比、上旁瓣抑制、±60度交叉极化比的指标有很大改善；并且结构稳定，装配简单，指标一致性好，实现的天线阵列适于在国内外通信领域推广使用，具有重要的市场价值。

附图说明

图1本发明实施例中一种嵌套辐射单元组件的正面结构示意图；

图2本发明实施例中一种嵌套辐射单元组件的背面结构示意图；

图3本发明实施例中一种嵌套辐射单元组件安装在反射板上的正面结构示意图；

图4本发明实施例中一种嵌套辐射单元组件安装在反射板上的背面结构示意图；

图5本发明实施例中一种嵌套辐射单元组件安装在反射板上的分解结构示意图；

图6本发明实施例中一种嵌套辐射单元与馈电片装配的正面结构示意图；

图7本发明实施例中一种嵌套辐射单元与馈电片装配的背面结构示意图；

图8本发明实施例中一种嵌套辐射单元的正面结构示意图；

图9本发明实施例中一种嵌套辐射单元的背面结构示意图；

图10本发明实施例中一种调节支撑塑料件的正面结构示意图；

图11本发明实施例中一种调节支撑塑料件的背面结构示意图；

图12本发明实施例中一种嵌套辐射单元组件与高频辐射单元与低频辐射单元相互嵌套构成的多频天线阵列结构示意图；

图13本发明实施例中多频天线阵列的电压驻波比和隔离度测试结果。

其中，1—嵌套辐射单元，2—辐射单元底座，3—上馈电，4—下馈电，5—调节支撑，6—调节片，7—反射板，8—螺钉，9—线缆，11—辐射臂，12—镂空三角形，13—镂空5边形，14—镂空长方形，15—凸起，16—巴伦，17—线缆焊接位，18—馈电柱，19—螺纹固定凸台，20—安装限位凸台，21—加强筋，22—馈电焊接柱，23—定位台阶，51—调节片导向定位柱，52—调节片卡扣，53—辐射臂间隙定位块，54—辐射单元固定卡扣，111—嵌套辐射单元组件，222—低频辐射元，333—高频辐射元，444—多频基站天线反射板，555—低频辐射元调节边界，666—嵌套辐射单元调节边界，777—高频辐射元调节边界。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的目的优点和技术方案作进一步详细说明。应当理解，此处的描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是当元件称为“固定于”和“连接在”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者是同时存在中间元件。实施例中方位用语仅是相对概念不具有限制性。

本发明提供一种多频基站天线嵌套辐射单元组件，可以单独使用，也可以与低频辐射单元搭配共轴嵌套构成基站天线，也可以与其他高频辐射单元以及低频辐射单元相互嵌套构成肩并肩和共轴的多频多端口天线阵列。

本发明的典型实施例同时参考图1、2、3、4、5、6、7。图1是本发明嵌套辐射单元组件的正面结构示意图，图2是图1的背面结构示意图，图3和图4是图1和图2固定在反射板上的正面和背面结构示意图，图5是本发明实施例中嵌套辐射单元组件安装在反射板上的分解结构示意图，图6和图7是本发明实施例中嵌套辐射单元与馈电片装配的正面和背面结构示意图。

参见图1～7，一种多频基站天线嵌套辐射单元组件111，包括嵌套辐射单元1，辐射单元底座2，上馈电3，下馈电4，本发明提出还设置调节支撑5，调节片6，嵌套辐射单元1底部连接辐射单元底座2，嵌套辐射单元1内部装有下馈电4和上馈电3，在嵌套辐射单元1的上端连接调节支撑5，调节支撑5的上端装有调节片6。

优选地，

所述的嵌套辐射单元1采用铝合金压铸一体成型。

所述的辐射单元底座2和调节支撑5采用POM注塑成型。

所述的上馈电3和下馈电4采用冲压和注塑一体成型。

所述的调节片6采用铝板冲压成型，调节片6为圆形或规则的多边形。

进一步地，

所述的调节支撑5正面有1～n个调节片导向定位柱51和1～n个调节片卡扣52，卡接定位安装调节片6，n的建议取值为1、2、4；背面有4个辐射臂间隙定位块53和4个辐射单元固定卡扣54，对4个辐射臂11卡接固定，并对嵌套辐射单元1的巴伦间隙c(图8尺寸c)进行保形定位控制。

所述的嵌套辐射单元1包括4个辐射臂11和巴伦16，辐射臂11固定于巴伦16上，并在连接处设有加强筋21，巴伦16底部有两个馈电柱18。

4个辐射臂11形成两对相互正交的偶极子，并在表面设有两个凸起15，用于装配上馈电3的区分识别。

所述的巴伦16体内部设有定位台阶23，用于对上馈电3和下馈电4安装定位；下馈电4和上馈电3经定位台阶23固定于嵌套辐射单元1内部，上端和嵌套辐射单元1上设置的馈电焊接柱22焊接固定，下端与线缆9在馈电柱18上设置的线缆焊接位17位置焊接固定。每个馈电柱18上有1～4个线缆焊接位17，用于线缆9从0～360°范围内焊接走线。

所述的嵌套辐射单元1底部设有安装限位台阶20和螺纹固定凸台19，通过螺钉8和反射板7接地固定和水平限位。

实施例中，

所述的嵌套辐射单元1包括4个辐射臂11、1～n个凸起15、巴伦16、线缆焊接位17、馈电柱18、螺纹固定凸台19、安装限位凸台20、加强筋21、馈电焊接柱22、定位台阶23。其中，n的建议取值为1、2、4。

进一步地，各辐射臂11上设置一致的镂空，每个辐射臂11上包括一个或以上镂空，各镂空距离辐射臂11的边缘一致，参见图8中b，临近的镂空之间相互的距离一致，参见图8中a。所述的镂空形状包括镂空三角形12、镂空5边形13、镂空长方形14以及其他衍生的组合镂空形状，镂空形状的大小不唯一固定，例如图8中构成镂空形状的边宽度a和b不唯一固定。优选地，每个辐射臂11包括镂空三角形12，镂空5边形13，镂空长方形14。

每个辐射臂11包括镂空三角形12，镂空5边形13，镂空长方形14，4个辐射臂11形成两对偶极子，两队偶极子相正交。所述镂空形状的辐射臂11通过对称-不对称的巴伦16连接。

对称-不对称的巴伦16的巴伦主体对称，参见图8中A，整体不对称，参见图8中B。

所述的巴伦16主体结构对称，巴伦16主体结构的4个柱体之间的间隙c值相等但不唯一固定。

具体应用中，如图8、图9本发明实施例中嵌套辐射单元的正面和背面结构示意图。嵌套辐射单元1由4个辐射臂11、2个凸起15、一个巴伦16、2个馈电柱18、6个线缆焊接位17、1个螺纹固定凸台19、1个安装限位凸台20、4个加强筋21、4个馈电焊接柱22、2个定位台阶23构成。

4个辐射臂11采用镂空设计辐射单元减重，4个辐射臂11形成两对偶极子，两对偶极子为相互正交的两个极化，辐射臂11可将高频电流转换为辐射的电磁波能量。每个辐射臂11中的镂空形状包括镂空三角形12，镂空5边形13，镂空长方形14。镂空形状的大小和边宽a和b有关，本实施例中a＜b。辐射臂11固定于巴伦16上，并在之间连接处有加强筋21，巴伦16底部有两个馈电柱18。

一体化的嵌套辐射单元1采用铝合金压铸成型的一体结构，加工精度高成本低。空心的巴伦16主体结构对称，巴伦16的4个体之间的间隙c值相等但不唯一固定。4个辐射臂11形成两对相互正交的偶极子，并在表面设有两个特定的凸起15用于装配上馈电3的区分识别。所述的巴伦16体内部设有定位台阶23对上馈电3和下馈电4安装定位，所述的上馈电3和下馈电4在馈电焊接柱22位置焊接。

所述的嵌套辐射单元1底部设有螺纹固定凸台19和安装定位台阶20，螺纹固定凸台19减少嵌套辐射单元1和反射板7的接触面积，提高嵌套辐射单元1三阶互调PIM的稳定性。所述的嵌套辐射单元1通过螺钉8和反射板7接地固定，所述的安装定位台阶20能够对嵌套辐射单元1实现更加精确和稳定的水平限位。

本发明的典型实施例参考图10、11，图10为本发明实施例中一种调节支撑塑料件的正面结构示意图；图11为本发明实施例中一种调节支撑塑料件的背面结构示意图；调节支撑5正面有2个调节片导向定位柱51和2个调节片卡扣52，调节片导向定位柱51能够对调节片6的安装起到导向和定位作用；调节片卡扣52能够牢固可靠的将调节片6卡扣式固定，安装简便。根据调节片6的直径大小不同，调节片6的安装高度在0.5—0.7个波长范围。背面有4个辐射臂间隙定位块53和4个辐射单元固定卡扣54，对4个辐射臂11卡接固定，并对的极化间隙尺寸进行保形定位控制。具体的为4个辐射单元固定卡扣54相邻之间为相互对称关系，在极化方向形成两组固定卡扣，对4个辐射臂11牢固固定连接，4个辐射臂间隙定位块53对4个辐射臂11形成的计划间隙c调节保形。调节支撑5为一体化注塑成型的塑料件，既可以保形固定嵌套辐射单元1又可以连接寄生的调节片6，结构简单安装方便。寄生的调节片6对驻波有很好的调节作用。

本发明实施例中提供的一种多频多端口天线的嵌套辐射单元组件，包括嵌套辐射单元1，辐射单元底座2，上馈电3，下馈电4，调节支撑5，调节片6，安装方式如下：

具体实施时，馈电焊接柱22位于空心的巴伦16的顶部，线缆焊接位17位于馈电柱18的底部，两个馈电柱18位于空心巴伦16的下端。下馈电4和上馈电3固定于嵌套辐射单元1内部，上端和嵌套辐射单元1的馈电焊接柱22焊接固定，下端与线缆9在馈电柱18上的线缆焊接位17位置焊接固定，3个焊接位可以使得线缆在270°范围内走线，布线灵活。辐射单元底座2连接在嵌套辐射单元1的底部，与反射板7绝缘支撑。螺钉8将嵌套辐射单元1固定于反射板7上，只有螺纹固定凸台19和反射板7接触，接触面积小，提高嵌套辐射单元1的三阶互调稳定性。螺纹固定凸台19内有螺纹，螺钉8固定在螺纹固定凸台19上，因为接触面积小，电气指标三阶互调更优。具体实施时，螺纹固定凸台19在空心的巴伦16底部中心处；安装限位凸台20在空心的巴伦16底部，两个馈电柱18相对的另一边。两个馈电柱18和安装限位凸台20在反射板7上成三角形定位固定，结构稳定安装方便。调节支撑5通过卡扣的形式固定于在嵌套辐射单元1的上端，对嵌套辐射单元1的巴伦16之间的间隙c保型定位。调节片6通过卡扣的形式连接在调节支撑5的上端，调节片6呈圆形或是规则的多边形，调节嵌套辐射单元1的驻波在多频多端口天线阵列中的一致性和稳定性。

本发明还提供相应的天线阵列，可采用以下三种方式：

所述的嵌套辐射单元组件111单独阵列构成高宽频的天线阵列。

所述的嵌套辐射单元组件111和低频辐射单元222相互嵌套构成共轴天线阵列。

所述的嵌套辐射单元组件111和低频辐射单元222以及高频辐射单元333相互嵌套构成共轴与肩并肩的多频天线阵列。

本发明的典型实施例参考图12，图12为嵌套辐射单元组件与高频辐射单元与低频辐射单元相互嵌套构成的多频天线阵列结构示意图。嵌套辐射单元组件111和低频辐射单元222以120-180mm最优的间隔嵌套安装在多频基站天线反射板444构成共轴第一阵列，第一阵列和高频辐射元333以最优列间距150-210mm布局，高频辐射元333形成第二阵列，第一阵列和第二阵列呈肩并肩的结构布局。第一阵列至少包含2个低频辐射单元222和4个嵌套辐射单元组件111，第二阵列至少包含4个高频辐射元333。两个相互嵌套的阵列构成多频多段口的共轴加一列的基站天线阵列。低频辐射元调节边界555为“凸”字形的长城边界，每个低频辐射单元222的两边都有“凸”字形的长城边界，对低频辐射单元222的波速宽度和+/-60°交叉极化比进行调节，嵌套辐射单元调节边界666为“U”字形的调节边界，每个嵌套辐射单元组件111两边都有“U”字形的调节边界，对嵌套辐射单元组件111的波速宽度和+/-60°交叉极化比进行调节，高频辐射元调节边界777为“L”字形的调节边界，每个高频辐射元333的两边都有“L”字形的调节边界,对高频辐射元333的波速宽度和+/-60°交叉极化比进行调节。本发明实施例中仅对嵌套辐射单元组件111、低频辐射单元222和高频辐射单元333之间相互嵌套构成了天线阵列，同样的嵌套辐射单元组件111可以单独使用构成高宽频的天线阵列，同样的嵌套辐射单元组件111可以和低频辐射单元222直接相互之间布局嵌套构成天线阵列，同样的嵌套辐射单元组件111可以和高频辐射单元333直接相互之间布局嵌套构成天线阵列，同样的也可以和其他频段的不同辐射单元嵌套阵列构成新的天线阵列。本发明的嵌套辐射单元组件111在多频天线阵列中性能稳定，对其他频段的辐射单元电气性能指标相互影响较小。

本发明的典型实施例参考图13，图13为嵌套辐射单元组件与高频辐射单元与低频辐射单元相互嵌套构成的多频天线阵列电压驻波比和隔离度测试结果，图中S11和S22曲线是嵌套辐射单元组件与高频辐射单元与低频辐射单元相互嵌套构成的多频天线阵列在1710-2170频段的电压驻波比测试结果，驻波在1.3以下，S21曲线是嵌套辐射单元组件与高频辐射单元与低频辐射单元相互嵌套构成的多频天线阵列在1710-2170频段的端口隔离度测试结果，端口隔离度在-30dB以下，表明本发明的嵌套辐射单元组件具有良好的电路性能和辐射性能。

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管对实施例的技术方案做了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对实施例的技术方案进行修改，或者对其中的部分或是全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质特征脱离本发明各实施例的技术方案范围。

Claims (9)

1.一种多频基站天线嵌套辐射单元组件，包括嵌套辐射单元(1)、辐射单元底座(2)、上馈电(3)和下馈电(4)，其特征在于：设置调节支撑(5)和调节片(6)，嵌套辐射单元(1)底部连接辐射单元底座(2)，嵌套辐射单元(1)内部安装下馈电(4)和上馈电(3)，在嵌套辐射单元(1)的上端连接调节支撑(5)，调节支撑(5)的上端安装调节片(6)；

所述的调节支撑(5)正面设置一个或者以上调节片导向定位柱(51)和1个或者以上调节片卡扣(52)，卡接定位安装调节片(6)；背面有4个辐射臂间隙定位块(53)和4个辐射单元固定卡扣(54)，用于对4个辐射臂(11)卡接固定，并对嵌套辐射单元(1)的巴伦间隙尺寸进行保形定位控制；所述的嵌套辐射单元(1)底部设有安装限位台阶(20)和螺纹固定凸台(19)，通过螺钉(8)和反射板(7)接地固定和水平限位；

所述调节片(6)用于调节驻波，支持调节嵌套辐射单元(1)的驻波在多频天线阵列中的一致性和稳定性。

2.根据权利要求1所述多频基站天线嵌套辐射单元组件，其特征在于：所述的嵌套辐射单元(1)包括4个辐射臂(11)和巴伦(16)，辐射臂(11)固定于巴伦(16)上，并在连接处设有加强筋(21)，巴伦(16)底部有两个馈电柱(18)。

3.根据权利要求2所述多频基站天线嵌套辐射单元组件，其特征在于：4个辐射臂(11)形成两对相互正交的偶极子，并在表面设有两个凸起(15)，用于装配上馈电(3)的区分识别。

4.根据权利要求2所述多频基站天线嵌套辐射单元组件，其特征在于：所述的巴伦(16)体内部设有定位台阶(23)，用于对上馈电(3)和下馈电(4)安装定位；下馈电(4)和上馈电(3)经定位台阶(23)固定于嵌套辐射单元(1)内部，上端和嵌套辐射单元(1)上设置的馈电焊接柱(22)焊接固定，下端与线缆(9)在馈电柱(18)上设置的线缆焊接位(17)位置焊接固定。

5.根据权利要求1所述多频基站天线嵌套辐射单元组件，其特征在于：螺纹固定凸台(19)内有螺纹，螺钉(8)固定在螺纹固定凸台(19)上；螺钉(8)将嵌套辐射单元(1)固定于反射板(7)上，螺纹固定凸台(19)和反射板(7)接触。

6.根据权利要求1所述多频基站天线嵌套辐射单元组件，其特征在于：两个馈电柱(18)和安装限位凸台(20)在反射板(7)上成三角形分布，实现定位固定。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述多频基站天线嵌套辐射单元组件，其特征在于：各辐射臂(11)上设置一致的镂空，每个辐射臂(11)上包括一个或以上镂空，各镂空距离辐射臂(11)的边缘一致，临近的镂空之间相互的距离一致。

8.根据权利要求7所述多频基站天线嵌套辐射单元组件，其特征在于：每个辐射臂(11)包括镂空三角形(12)，镂空5边形(13)，镂空长方形(14)。

9.一种天线阵列，其特征在于：包括如权利要求1至8所述多频基站天线嵌套辐射单元组件，所述多频基站天线嵌套辐射单元组件单独阵列构成高宽频的天线阵列；

或者，所述多频基站天线嵌套辐射单元组件和低频辐射单元(222)相互嵌套构成共轴天线阵列；

或者，所述多频基站天线嵌套辐射单元组件和低频辐射单元(222)、高频辐射单元(333)相互嵌套构成共轴与肩并肩的多频天线阵列。