CN108511913B - 基站天线及其双极化天线振子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基站天线及其双极化天线振子。双极化天线振子包括辐射片及加载枝节，辐射片表面开设有镂空部。当采用馈电网络对辐射片进行馈电时，加载枝节的末端与馈电网络之间具有电容效应，该电容效应集中在工作频段的低频端。而且，电容参数与辐射片的输入阻抗参数相并联，从而实现工作频带往更低频段拓展。进一步的，镂空部有利于向高频段拓展带宽。可见，在加载枝节及镂空部的作用下，上述双极化天线振子只需要一层辐射片既可实现宽频带的覆盖，故结构简单、剖面低。因此，将上述双极化天线振子应用于基站天线时，有利于上述基站天线实现小型化。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，特别涉及一种基站天线及其双极化天线振子。
背景技术
随着移动通信网络的精细化深度覆盖、5G网络的试商用、未来的大规模阵列天线的部署以及基站主设备及天线朝逐步融合的方向发展，通信系统对天线的小型化、轻量化、宽带化提出了更高的要求。
微带天线由于具有体积小、剖面低以及易于批量加工和集成共形等众多优点，现已应用相当广泛。目前，微带天线拓展带宽的主要措施是采用双层贴片方案，各层贴片通过塑料卡件互连以及紧固到反射板上，或者是各层贴片印制在多层PCB板上。
但是，现有的微带天线在获得宽频带的同时会带来零件增多、装配复杂、剖面过高等问题，从而导致基站天线的结构复杂、体积较大。
发明内容
基于此，有必要针对现有基站天线结构复杂、体积较大的问题，提供一种可实现小型化的基站天线及其双极化天线振子。
一种双极化天线振子，包括：
辐射片，具有相对设置的第一表面及第二表面，所述辐射片上开设有镂空部，所述辐射片上形成有两组极化方向正交的振子单元；及
加载枝节，所述加载枝节的一端固定于所述第一表面并与所述辐射片电连接，另一端朝背向所述第一表面的方向延伸。
在其中一个实施例中，所述镂空部包括第一镂空部及第二镂空部，所述第一镂空部位于所述极化方向所在的两个直线形成的夹角内，所述第二镂空部位于所述极化方向所在的两个直线交叉处。
在其中一个实施例中，所述第一镂空部呈梯形，且所述第二镂空部呈圆形。
在其中一个实施例中，所述第一镂空部的下底的长度为所述双极化天线振子最高工作频率对应波长的1/2。
在其中一个实施例中，所述加载枝节为两组，且两组所述加载枝节分别位于所述极化方向所在的两条直线上。
在其中一个实施例中，还包括两组馈电柱，所述两组馈电柱的一端固定于所述第一表面并分别与所述两组振子单元电连接，另一端沿背向所述第一表面的方向延伸。
在其中一个实施例中，所述馈电柱的末端与所述第一表面之间的距离大于所述加载枝节的末端与所述第一表面之间的距离。
在其中一个实施例中，所述辐射片、所述加载枝节及所述馈电柱一体成型。
在其中一个实施例中，所述辐射片的外轮廓呈矩形，且所述极化方向所在的两个直线分别沿所述辐射片的两个对角线延伸。
在其中一个实施例中，所述辐射片的外轮廓呈圆形，且所述极化方向所在的两个直线分别沿所述辐射片相互垂直的两个直径延伸。
在其中一个实施例中，还包括馈电网络，所述馈电网络包括介质层、形成于所述介质层表面的微带馈电线以及形成于所述介质层背向所述微带馈电线一侧的金属地层；所述第一表面与所述馈电网络设置有所述微带馈电线的一侧相向且间隔设置，所述辐射片与所述微带馈电线电连接，且所述加载枝节远离所述辐射片的一端与所述馈电网络的表面间隔设置。
上述双极化天线振子，当采用馈电网络对辐射片进行馈电时，加载枝节的末端与馈电网络之间具有电容效应，该电容效应集中在工作频段的低频端。而且，电容参数与辐射片的输入阻抗参数相并联，从而实现工作频带往更低频段拓展。进一步的，镂空部有利于向高频段拓展带宽。可见，上述双极化天线振子只需要一层辐射片既可实现宽频带，故结构简单、剖面低。因此，将上述双极化天线振子应用于基站天线时，有利于基站天线实现小型化。
一种基站天线，包括：多个如上述优选实施例中任一项所述的双极化天线振子。；
由于上述双极化天线振子只需要一层辐射片既可实现宽频带。因此，上述基站天线在满足工作频段带宽要求的同时，还具有低剖面的特性。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中双极化天线振子的结构示意图；
图2为图1所示双极化天线振子应用于基站天线的驻波比仿真示意图；
图3为图1所示双极化天线振子应用于基站天线的辐射方向图的仿真示意图；
图4为另一个实施例中双极化天线振子的结构示意图。
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。
请参阅图1，本发明提供了一种基站天线及双极化天线振子100。其中，上述基站天线包括双极化天线振子100。
本发明较佳实施例中的双极化天线振子100包括辐射片110及加载枝节120。
辐射片110一般由铜、铝等金属材料制成。辐射片110呈板状结构，其外部轮廓可以呈圆形、矩形或其他形状。辐射片110具有相对设置的第一表面(图未标)及第二表面(图未标)。其中，第一表面即图1所示下表面，第二表面为图1所示上表面。
辐射片110上形成有两组极化方向正交的振子单元111。具体的，振子单元111为4个，4个振子单元111呈十字交叉分布。而且，对角的两个振子单元111极化方向相同，形成同一组振子单元111。两组振子单元111具有两个不同的极化方向。
如图1所示，在本实施例中，辐射片110的外轮廓呈矩形，且极化方向所在的两个直线分别沿辐射片110的两个对角线延伸。
如图4所示，在另一个实施例中，辐射片110的外轮廓呈圆形，且极化方向所在的两个直线分别沿辐射片110相互垂直的两个直径延伸。
需要指出的是，辐射片110的外轮廓并不限于以上两种形状，辐射片110只要能形成双极化的辐射体即可。
进一步的，辐射片110上开设有镂空部113。镂空部113可以是位于辐射片110表面的任意形状的通孔。由于镂空部113的存在，其边缘可产生电容效应，从而有利于双极化天线振子100的工作频段向高频段扩展。
在本实施例中，镂空部113包括第一镂空部1132及第二镂空部1134。第一镂空部1132位于极化方向所在的两个直线形成的夹角内，第二镂空部1134位于极化方向所在的两个直线交叉处。
因此，镂空部113在辐射片110的表面呈轴对称以及中心对称分布，从而有利于双极化天线振子100的方向性及辐射方向图的对称性。而且，对称分布的镂空部113有利于双极化天线振子100的工作频段向更高的频段拓展带宽。
加载枝节120可以是圆柱状、棱柱状或者条状均可。加载枝节120也由金属材料成型，可与辐射片110材质相同。具体的，加载枝节120可以与辐射片110一体成型，或者通过焊接固定。其中，加载枝节120的一端固定于第一表面并与辐射片110电连接，另一端朝背向第一表面的方向延伸。加载枝节120可以垂直于第一表面，也可相对于第一表面倾斜。
在将上述双极化天线振子100应用于基站天线时，需采用馈电网络对辐射片110进行馈电。此时，加载枝节120的末端与馈电网络之间具有电容效应，该电容效应集中在工作频段的低频端。而且，电容参数与辐射片110的输入阻抗参数相并联，从而实现工作频带往更低频段拓展。由于镂空部113有利于双极化天线振子100的工作频段向高频段拓展。可见，上述双极化天线振子100只需要一层辐射片110既可实现宽频带。因此，双极化天线振子100结构简单、剖面低，能有效地实现基站天线的小型化。
在本实施例中，双极化天线振子100还包括馈电网络200。馈电网络200用于对辐射片110馈电，以使其实现电磁波信号的收发。其中，馈电网络200为微带线结构。具体的，馈电网络200包括介质层210、微带馈电线220及金属地层230。
介质层210可以由塑料、树脂等非金属材料成型，起支撑作用。微带馈电线220可通过印刷、激光蚀刻等方式形成于介质层210的表面。其中，介质层210上形成有两组相互并联的微带馈电线220。金属地层230形成于介质层210背向微带馈电线220的一侧。金属地层230在使用过程中用于接地，以形成完整回路。而且，金属底层230还可起到相当于反射板的作用，从而有助于提升双极化天线振子100的辐射参数。
辐射片110的第一表面与馈电网络200设置有微带馈电线220的一侧相向且间隔设置，且辐射片110与微带馈电线220电连接。具体的，两组微带馈电线220分别与两组极化正交的振子单元111实现电连接。此外，加载枝节120远离所述辐射片110的一端与馈电网络200的表面间隔设置。
因此，加载枝节120的末端与金属地层230之间具有电容效应，该电容效应集中在工作频段的低频端。而且，电容参数与辐射片110的输入阻抗参数相并联，从而实现工作频带往更低频段拓展。由于镂空部113有利于双极化天线振子100的工作频段向高频段拓展。
如图2及图3所示，采用双极化天线振子100的基站天线在4.9GHZ～6GHz的频带内的驻波比小于1.25，故表示双极化天线振子100在上述频带内具有较好的信号收发效果，其工作频段可覆盖上述频带，具有较宽的工作频段。而且，其主瓣宽度、旁瓣电平、前后比、方向系数均满足信号收发需求。
在本实施例中，双极化天线振子100还包括两组馈电柱130，两组馈电柱130的一端固定于第一表面并分别与两组振子单元111电连接，另一端沿背向第一表面的方向延伸。
因此，在将双极化天线振子100安装于馈电网络200时，将馈电柱130焊接于微带馈电线220上即可实现振子单元111与微带馈电线220的电连接，故无需再使用馈电巴伦等其他馈电元件，从而进一步简化双极化天线振子100的结构，并降低装配难度。
具体的，馈电柱130为4个，且两两形成一组。4个馈电柱130分别对4个振子单元111实现馈电。而且，两组馈电柱130相互并联，进一步利于扩展双极化天线振子100的工作频段的带宽。
进一步的，在本实施例中，辐射片110、加载枝节120及馈电柱130一体成型。
由于是一体成型的结构，故辐射片110、加载枝节120及馈电柱130之间连接更牢固、机械强度更高，双极化天线振子100的可靠性更好。此外，与焊接相比，一体成型的结构使得辐射片110、加载枝节120及馈电柱130之间不存在明显的过渡，元件之间的一致性更好，故使得双极化天线振子100的性能更稳定。
具体的，辐射片110、加载枝节120及馈电柱130的一体化结构可以由金属压铸工艺成形、钣金冲压成型。此外，也可先由塑料、树脂加工成型非金属基座，再通过印刷、蚀刻等方式在基座表面形成其对应作用的金属层。
更进一步的，在本实施例中，馈电柱130的末端与第一表面之间的距离大于加载枝节120的末端与第一表面之间的距离。
具体的，将第一表面作为参照面，则馈电柱130的高度大于加载枝节120的高度。当馈电柱130焊接于馈电网络200时，馈电柱130可对加载枝节120形成限位作用，从而使得加载枝节120的末端与馈电网络200形成间隔。因此，在装配双极化天线振子100时，不必再另外进行限位设置及操作，从而有效地降低了装配难度。
在本实施例中，加载枝节120为两组，且两组加载枝节120分别位于极化方向所在的两条直线上。
具体的，两组加载枝节120分别与两组振子单元111对应，更有利于向低频段拓展带宽。而且，相对于加载枝节120不在极化方向上的情况，位于极化方向上的加载枝节120并联电容效应更好，故获得相同带宽时加载枝节120的尺寸更小，进一步利于基站天线实现小型化。
更具体的，以辐射片10的外轮廓呈矩形为例，加载枝节120为4个，4个加载枝节120分别位于辐射片110的四个顶角，并分别与4个振子单元111对应。
需要指出的是，在其他实施例中，加载枝节120的位置并不限定于辐射片110的四个顶角。例如，加载枝节120的位置可沿对角线朝辐射片110的中心移动，加载枝节120仍可起到向低频段拓展带宽的作用。
在本实施例中，第一镂空部1132呈梯形，且第二镂空部1134呈圆形。
进一步的，在本实施例中，第一镂空部1132的下底的长度为双极化天线振子100最高工作频率对应波长的1/2。因此，下底的边缘与反射板之间产生的高频谐振将利于工作频段向高频端拓展。
具体的，第一镂空部1132的下底指的是呈梯形的第一镂空部1132较长的底边。
上述双极化天线振子100，当采用馈电网络对辐射片110进行馈电时，加载枝节120的末端与馈电网络之间具有电容效应，该电容效应集中在工作频段的低频端。而且，电容参数与辐射片110的输入阻抗参数相并联，从而实现工作频带往更低频段拓展。进一步的，镂空部113有利于向高频段拓展带宽。可见，双极化天线振子100只需要一层辐射片110既可实现宽频带，故结构简单、剖面低。因此，将双极化天线振子100应用于基站天线时，有利于基站天线实现小型化。
此外，由于上述双极化天线振子100只需要一层辐射片110既可实现宽频带。因此，上述基站天线在满足工作频段带宽要求的同时，还具有低剖面的特性。
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 (10)
1.一种双极化天线振子，其特征在于，包括：
辐射片，具有相对设置的第一表面及第二表面，所述辐射片上开设有镂空部，所述辐射片上形成有两组极化方向正交的振子单元；
加载枝节，所述加载枝节的一端固定于所述第一表面并与所述辐射片电连接，另一端朝背向所述第一表面的方向延伸；及
馈电网络，所述馈电网络用于对辐射片馈电，以使其实现电磁波信号的收发；其中，所述镂空部包括第一镂空部及第二镂空部，所述第一镂空部位于所述极化方向所在的两个直线形成的夹角内，所述第二镂空部位于所述极化方向所在的两个直线交叉处，所述第一镂空部呈梯形，且所述第二镂空部呈圆形。
2.根据权利要求1所述的双极化天线振子，其特征在于，所述第一镂空部的下底的长度为所述双极化天线振子最高工作频率对应波长的1/2。
3.根据权利要求1所述的双极化天线振子，其特征在于，所述加载枝节为两组，且两组所述加载枝节分别位于所述极化方向所在的两条直线上。
4.根据权利要求1所述的双极化天线振子，其特征在于，还包括两组馈电柱，所述两组馈电柱的一端固定于所述第一表面并分别与所述两组振子单元电连接，另一端沿背向所述第一表面的方向延伸。
5.根据权利要求4所述的双极化天线振子，其特征在于，所述馈电柱的末端与所述第一表面之间的距离大于所述加载枝节的末端与所述第一表面之间的距离。
6.根据权利要求4所述的双极化天线振子，其特征在于，所述辐射片、所述加载枝节及所述馈电柱一体成型。
7.根据权利要求1至6任一项所述的双极化天线振子，其特征在于，所述辐射片的外轮廓呈矩形，且所述极化方向所在的两个直线分别沿所述辐射片的两个对角线延伸。
8.根据权利要求1至6任一项所述的双极化天线振子，其特征在于，所述辐射片的外轮廓呈圆形，且所述极化方向所在的两个直线分别沿所述辐射片相互垂直的两个直径延伸。
9.根据权利要求1至6任一项所述的双极化天线振子，其特征在于，所述馈电网络包括介质层、形成于所述介质层表面的微带馈电线以及形成于所述介质层背向所述微带馈电线一侧的金属地层；所述第一表面与所述馈电网络设置有所述微带馈电线的一侧相向且间隔设置，所述辐射片与所述微带馈电线电连接，且所述加载枝节远离所述辐射片的一端与所述馈电网络的表面间隔设置。
10.一种基站天线，其特征在于，包括：多个如上述权利要求1至9中任意一项所述的双极化天线振子。
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