CN108199146B - 环形超宽带双极化基站天线单元及多频天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种环形超宽带双极化基站天线单元，辐射金属片的垂直部分设置于介质基材的板体，水平部分设置于第一弯折板或第二弯折板上，故辐射金属片大致呈倒置的L形。因此，水平部分与垂直部分的方向图可起到互补叠加的作用，以获得稳定增益。进一步的，馈电结构的纵向部分产生的电容效应与横向部分产生的电感效应可相抵消，从而起到展宽带宽的作用。通过磁电偶极子与馈电结构配合，使得上述环形超宽带双极化基站天线单元的带宽被展宽，从而满足带宽需求。此外，本发明还提供一种多频天线系统。而且，高频辐射单元可设置于中空环状结构的中部，从而与环形超宽带双极化基站天线单元形成嵌套设置以减小体积，进而有利于基站小型化的需求。

Description

环形超宽带双极化基站天线单元及多频天线系统

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种环形超宽带双极化基站天线单元及多频天线系统。

背景技术

随着LTE通信的快速发展，宽带无线通信的需求正在逐渐扩大。全球模拟电视数字化后，700MHz频段被释放出来。而由于700MHz具有传播距离远、电波绕射及穿透能力强的传播特性，故将会是LTE的重点发展频谱段。

为提高协同作用、实现多网共建，需要将LTE700 MHz联合正在使用的CDMA800 MHz和GSM900 MHz合成一个超宽带频段，然而，现有的低频天线主要集中于覆盖806MHz-960MHz频段。因此，需要对低频天线做出重新设计以满足新的需求。

然而，目前可覆盖698MHz至960MHz频段的天线单元结构结构复杂、加工难度大。而且，在基站建设中，常需要低频天线单元与高频天线单元配合以形成多频段的天线系统。由于现有的低频天线单元结构复杂，导致与高频天线单元组合后体积较大，从而不利于基站小型化的需求。

发明内容

基于此，有必要针对现有满足频段需求的低频天线结构复杂的问题，提供一种结构简单、利于基站小型化需求的环形超宽带双极化基站天线单元及多频天线系统。

一种环形超宽带双极化基站天线单元，其特征在于，包括反射地板、设置于所述反射地板的两对极化正交的磁电偶极子及馈电结构，所述磁电偶极子包括：

介质基板，包括板体、相对于所述板体一端反向弯折的第一弯折板及第二弯折板，所述板体设置于所述反射地板的表面；及

辐射金属片，包括垂直部分及水平部分，所述辐射金属片为两个，且两个所述辐射金属片的所述垂直部分平行且间隔贴设于所述板体一侧，所述垂直部分与所述反射地板电连接，两个所述辐射金属片的所述水平部分分别贴设于所述第一弯折板及第二弯折板背向所述反射地板的一侧；

所述馈电结构包括两个相对设置的条形纵向部分及连接所述两个纵向部分的横向部分，所述馈电结构贴设于所述板体背向所述垂直部分的一侧，且所述横向部分与所述辐射金属片耦合；

其中，四个所述磁电偶极子的所述介质基板首尾依次间隔设置，以围绕形成中空环状结构。

在其中一个实施例中，所述板体垂直设置于所述反射地板上，所述第一弯折板及所述第二弯折板均为矩形板状结构并垂直于所述板体。

在其中一个实施例中，所述垂直部分及所述水平部分均为矩形片状结构。

在其中一个实施例中，所述辐射金属片为铜制片状结构。

在其中一个实施例中，两个所述纵向部分平行设置并沿所述板体的延伸方向延伸，所述横向部分与两个所述纵向部分垂直。

在其中一个实施例中，所述中空环状结构与所述反射地板同轴设置。

在其中一个实施例中，相邻两个所述磁电偶极子的夹角为90度，以使所述中空环状结构呈矩形。

在其中一个实施例中，所述环形超宽带双极化基站天线单元覆盖的频率范围为690MHz至960MHz。

一种多频天线系统，包括：

高频辐射单元；

如上述优选实施例中任一项所述的环形超宽带双极化基站天线单元，所述高频辐射单元安装于所述反射地板上并位于所述中空环状结构的中部。

上述环形超宽带双极化基站天线单元，辐射金属片的垂直部分设置于介质基材的板体，水平部分设置于第一弯折板或第二弯折板上，故辐射金属片大致呈倒置的L形。因此，水平部分与垂直部分的方向图可起到互补叠加的作用，以获得稳定增益。进一步的，馈电结构的纵向部分产生的电容效应与横向部分产生的电感效应可相抵消，从而起到展宽带宽的作用。通过磁电偶极子与馈电结构配合，使得上述环形超宽带双极化基站天线单元的带宽被展宽，从而满足带宽需求。而且，在上述多频天线系统中，高频辐射单元可设置于中空环状结构的中部，从而与环形超宽带双极化基站天线单元形成嵌套设置，可有效地减小体积，进而有利于基站小型化的需求。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中环形超宽带双极化基站天线单元的结构示意图；

图2为图1所示环形超宽带双极化基站天线单元中磁电偶极子的结构示意图；

图3为图1所示环形超宽带双极化基站天线单元中馈电结构的示意图；

图4为图1所示环形超宽带双极化基站天线单元的驻波曲线图；

图5为图1所示环形超宽带双极化基站天线单元主极化与交叉极化示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供可一种无线信号收发系统及双频天线。其中，无线信号收发系统包括信号收发器及双频天线。而且，信号收发器设置有同轴馈线。信号收发器可将电信号通过同轴馈线传输至双频天线，并转化成电磁波信号向空间辐射。此外，双频天线还可接收电磁波信号并将其转化成电信号，再将电信号传输至信号收发器。

请参阅图1，本发明较佳实施例中的环形超宽带双极化基站天线单元10包括反射地板100、磁电偶极子200及馈电结构300。

反射地板100用于接地。其中，反射地板100一般为金属板状结构。而且，反射地板100可通过反射电磁波而增强环形超宽带双极化基站天线单元10的辐射及接收效率。反射地板100的形状可以呈多种形式。具体在本实施例中，反射地板100呈矩形。

请一并参阅图2，磁电偶极子200为四个。而且，四个磁电偶极子200分成两对，且两对磁电偶极子200的极化正交。具体的，四个磁电偶极子200呈环形对角分布，采用平衡巴伦馈电的方式。相对的两个磁电偶极子200等幅等相，分别馈电形成一个极化辐射单元，最终组成±45°正交极化的双极化辐射单元。四个磁电偶极子200均设置于反射地板100上。其中，磁电偶极子200包括介质基板210及辐射金属片220。

介质基板210主要起支撑作用，一般可以为陶瓷基板、氧化铝陶瓷基板、环氧树脂板等。介质基板210包括板体211、第一弯折板213及第二弯折板215。第一弯折板213及第二弯折板215相对于板体211一端反向弯折。因此，介质基板210可呈T形或大致呈T形。具体的，板体211与第一弯折板213及第二弯折板215可一体成型。进一步的，板体211设置于反射地板100的表面。

具体在本实施例中，板体211垂直设置于反射地板100上，第一弯折板213及第二弯折板215均为矩形板状结构并垂直于板体211。因此，第一弯折板213及第二弯折板215均平行于反射地板100。

辐射金属片220为两个，其作用为辐射及接收电磁波信号。因此，辐射金属片220由电的良导体，例如金属制成。具体在本实施例中，辐射金属片220为铜制片状结构。其中，辐射金属片220包括垂直部分223及水平部分221。

具体的，垂直部分223及水平部分221也均为金属片。垂直部分223贴设于板体211一侧。而且，由于辐射金属片220为两个，垂直部分223及水平部分221也为两个。两个垂直部分223平行且间隔地设置于板体211的同侧，且垂直部分223与反射地板100电连接，两个水平部分221分别贴设于第一弯折板213及第二弯折板215背向反射地板100的一侧。

因此，两个辐射金属片220均呈倒置的L形结构，且L形结构的开口相反。其中，垂直部分223与反射地板110连接形成短路，故水平部分221相当于电偶极子，而垂直部分223相当于磁偶极子。进一步的，在环形超宽带双极化基站天线单元10中，利用电偶极子和磁偶极子方向图互补叠加，使得E面和H面的辐射方向图近乎一致并在整个工作频带保持稳定，从而获得低交叉极化和稳定的增益。

具体在本实施例中，垂直部分223及水平部分221均为矩形片状结构。而且，垂直部分223及水平部分221的宽度相同。因此，磁电偶极子200的边缘对称性更好，能进一步获得低交叉极化和稳定的增益。可以理解，在其他实施例中，垂直部分223及水平部分221可以为其他结构，只要使得辐射金属片220大致呈L形即可。

请一并参阅图3，馈电结构300用于对磁电偶极子200进行馈电。其中，馈电结构300包括两个相对设置的条形纵向部分310及连接两个纵向部分310的横向部分320。具体在本实施例中，两个纵向部分310平行设置并沿板体211的延伸方向延伸，横向部分320与两个纵向部分310垂直。因此，馈电结构300呈

形。而且，馈电结构300贴设于板体211背向垂直部分223的一侧，横向部分320与辐射金属片220耦合。具体的，横向部分320与辐射金属片220通过空气耦合而不接触。

由于两个纵向部分310相对设置，故可形成一类似于电容的结构。因此，两个纵向部分310可产生电容效应。而横向部分320又可产生电感效应，故电容效应与电感效应可相互抵消，从而起到展宽带宽的作用。223通过磁电偶极子200与馈电结构300配合，使得上述环形超宽带双极化基站天线单元10的带宽被展宽，从而满足带宽需求。

如图4所示，上述环形超宽带双极化基站天线单元10在680MHz至980MHz频率范围内的驻波比接近1。在该频段内，环形超宽带双极化基站天线单元10具有较高的天线指标。具体在本实施例中，环形超宽带双极化基站天线单元10覆盖的频率范围为690MHz至960MHz。

进一步的，由于环形超宽带双极化基站天线单元10的E面和H面的方向图在整个工作频带可保持稳定，故能够实现低交叉极化。如图5所示，轴向交叉极化比大于17dB,±60°范围内交叉极化比大于10d B。

此外，四个磁电偶极子200的介质基板210首尾依次间隔设置，以围绕形成中空环状结构。

具体的，四个磁电偶极子200可形成矩形环或其他环状结构。因此，上述环形超宽带双极化基站天线单元10结构简单，且在组合形成多频天线系统时，高频辐射单元可设置于中空环状结构的中部，从而与环形超宽带双极化基站天线单元10形成嵌套设置，可有效地减小体积，进而有利于基站小型化的需求。

在本实施例中，中空环状结构与反射地板100同轴设置。也就是说，环形超宽带双极化基站天线单元10的对称性更好。因此，有利于保持环形超宽带双极化基站天线单元10在各频段覆盖的稳定性。

进一步的，在本实施例中，相邻两个磁电偶极子200的夹角为90度，以使中空环状结构呈矩形。

具体的，相当于相邻的两个磁电偶极子200相对于彼此旋转90度设置。以磁电偶极子200的板体211及反射地板100的法线作为参考。其中，相邻两个磁电偶极子200的板体211的夹角为90度。因此，环形超宽带双极化基站天线单元10的对称性可进一步得到提升。

上述环形超宽带双极化基站天线单元100，辐射金属片220的垂直部分223设置于介质基材的板体211，水平部分221设置于第一弯折板213或第二弯折板215上，故辐射金属片220大致呈倒置的L形。因此，水平部分221与垂直部分223的方向图可起到互补叠加的作用，以获得稳定增益。进一步的，馈电结构300的纵向部分310产生的电容效应与横向部分320产生的电感效应可相抵消，从而起到展宽带宽的作用。通过磁电偶极子200与馈电结构300配合，使得环形超宽带双极化基站天线单元10的带宽被展宽，从而满足带宽需求。

此外，本发明还提供一种多频天线系统。该多频天线系统包括高频辐射单元及环形超宽带双极化基站天线单元100。

高频辐射单元可用于接收及辐射高频电磁波信号；环形超宽带双极化基站天线单元100可用于接收及辐射低频电磁波信号。因此，高频辐射单元与环形超宽带双极化基站天线单元100组合，可覆盖多种不同频段，从而得到多频天线系统。

其中，高频辐射单元安装于反射地板100上并位于中空环状结构的中部。因此，高频辐射单元可与环形超宽带双极化基站天线单元10形成嵌套设置，从而有效地减小体积，进而有利于基站小型化的需求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种环形超宽带双极化基站天线单元，其特征在于，包括反射地板、设置于所述反射地板的两对极化正交的磁电偶极子及馈电结构，其特征在于，所述磁电偶极子包括：

介质基板，包括板体、相对于所述板体一端反向弯折的第一弯折板及第二弯折板，所述板体设置于所述反射地板的表面；及

辐射金属片，包括垂直部分及水平部分，所述辐射金属片为两个，且两个所述辐射金属片的所述垂直部分平行且间隔贴设于所述板体一侧，所述垂直部分与所述反射地板电连接，两个所述辐射金属片的所述水平部分分别贴设于所述第一弯折板及第二弯折板背向所述反射地板的一侧；

所述馈电结构包括两个相对设置的条形纵向部分及连接所述两个纵向部分的横向部分，所述馈电结构贴设于所述板体背向所述垂直部分的一侧，且所述横向部分与所述辐射金属片耦合；

其中，四个所述磁电偶极子的所述介质基板首尾依次间隔设置，以围绕形成中空环状结构。

2.根据权利要求1所述的环形超宽带双极化基站天线单元，其特征在于，所述板体垂直设置于所述反射地板上，所述第一弯折板及所述第二弯折板均为矩形板状结构并垂直于所述板体。

3.根据权利要求2所述的环形超宽带双极化基站天线单元，其特征在于，所述垂直部分及所述水平部分均为矩形片状结构。

4.根据权利要求3所述的环形超宽带双极化基站天线单元，其特征在于，所述辐射金属片为铜制片状结构。

5.根据权利要求1所述的环形超宽带双极化基站天线单元，其特征在于，两个所述纵向部分平行设置并沿所述板体的延伸方向延伸，所述横向部分与两个所述纵向部分垂直。

6.根据权利要求1所述的环形超宽带双极化基站天线单元，其特征在于，所述中空环状结构与所述反射地板同轴设置。

7.根据权利要求6所述的环形超宽带双极化基站天线单元，其特征在于，相邻两个所述磁电偶极子的夹角为90度，以使所述中空环状结构呈矩形。

8.根据权利要求1至7任一项所述的环形超宽带双极化基站天线单元，其特征在于，所述环形超宽带双极化基站天线单元覆盖的频率范围为690MHz至960MHz。

9.一种多频天线系统，其特征在于，包括：

高频辐射单元；

如上述权利要求1至8任一项所述的环形超宽带双极化基站天线单元，所述高频辐射单元安装于所述反射地板上并位于所述中空环状结构的中部。

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