CN108539383A - 多频基站天线和天馈系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多频基站天线和天馈系统，涉及通信技术领域，该多频基站天线包括反射板、至少一个高频辐射阵列以及至少一个低频辐射阵列；该高频辐射阵列和该低频辐射阵列平行设置在反射板上；该高频辐射阵列包括多个高频辐射单元，在该高频辐射单元和该反射板之间设置有缝隙；该低频辐射阵列包括多个低频辐射单元，该低频辐射单元的辐射臂包含一段类“串”字形结构；该类“串”字形结构包括两端宽的端部和中间细的中间部。本发明实施例提供的一种多频基站天线和天馈系统，可以减弱高频、低频辐射单元之间的不利耦合，并在保持高低频辐射性能，且不增加天线的整体尺寸和厚度的情况下，改善高低频阵列的辐射方向图。

Description

多频基站天线和天馈系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种多频基站天线和天馈系统。

背景技术

由于基站站址空间资源紧张，多频基站天线的小型化、多系统、宽频化成为发展主流。要求一付超宽带多频段基站天线可工作在多个频段，比如一个低频辐射单元工作在690-960MHz频段，另一个或者多个高频辐射单元工作在1710-2690MHz频段。多频基站天线内部器件布局越来越紧凑，工作在不同频率的两组或者多组辐射振子单元越来越靠近以减小基站天线的体积，然而工作在不同频率的辐射单元之间空间互耦和频率共振会引起各自阵列的辐射方向图出现严重的畸变。

目前，针对辐射方向图畸变的问题有以下两种解决方法：

第一，通过高频辐射振子的物理尺寸进行变大或者变小来减小低频方向图的畸变，使得高频振子辐射臂和振子巴伦的长度大于低频工作频率四份之一波长，但是，这会使高频本身性能严重降低。

第二，通过增大高、低频辐射振子之间的距离，或者在高、低频辐射振子之间加载高介电常数的介质，以降低高低频之间的互耦来改善高频方向图。对于前一种方式，会导致天线的整体尺寸变大；对于后一种方式，只有当介质尺寸达到高低频辐射振子的工作波长的一定倍数的情况下才有明显作用，一般介质尺寸需为高频振子工作波长的0.1～0.25倍。对于超宽带高频频段，比如1710～2690MHz，按照最短波长为111mm，则要求介质厚度约为11～27mm，这样，介质的厚度会较大，导致天线的整体厚度和重量较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多频基站天线和天馈系统，可以减弱高低频辐射单元之间的不利耦合，并在保持高低频辐射性能，且不增加天线的整体尺寸和厚度的情况下，改善高低频阵列的辐射方向图。

第一方面，本发明实施例提供了一种多频基站天线，包括：反射板、至少一个高频辐射阵列以及至少一个低频辐射阵列；该高频辐射阵列和该低频辐射阵列平行设置在反射板上；该高频辐射阵列包括多个高频辐射单元，在该高频辐射单元和该反射板之间设置有缝隙；该低频辐射阵列包括多个低频辐射单元，该低频辐射单元的辐射臂包含一段类“串”字形结构；该类“串”字形结构包括两端宽的端部和中间细的中间部。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该高频辐射单元以及与该高频辐射单元相连的馈电电路均悬空设置于该反射板上方，间隔预设距离。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，在该反射板上设置有第一凹槽，该第一凹槽位于该高频辐射单元的下方。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该高频辐射阵列包括第一高频辐射阵列和第二高频辐射阵列，且该低频辐射阵列设置在该第一高频辐射阵列和该第二高频辐射阵列之间。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该天线还包括：隔离墙；该隔离墙设置在该高频辐射单元和该低频辐射单元之间。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该中间部的宽度小于该辐射臂其他部位平均宽度的二分之一。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该低频辐射单元为一对±45°极化的半波对称振子，且该中间部位于该半波对称振子的中心馈电点及振子末端之间。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，在该缝隙结构内填充有非金属介质。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，在该反射板上设置有第二凹槽，低频反射单元设置在该第二凹槽内。

第二方面，本发明实施例还提供了一种天馈系统，包括馈线，以及上述第一方面及其可能的实施方式之一提供的多频基站天线；该馈线和该多频基站天线相连。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的多频基站天线和天馈系统，该多频基站天线包括反射板、至少一个高频辐射阵列以及至少一个低频辐射阵列；该高频辐射阵列和该低频辐射阵列平行设置在反射板上；该高频辐射阵列包括多个高频辐射单元，在该高频辐射单元和该反射板之间设置有缝隙；该低频辐射阵列包括多个低频辐射单元，该低频辐射单元的辐射臂包含一段类“串”字形结构；该类“串”字形结构包括两端宽的端部和中间细的中间部；可以减弱高低频辐射单元之间的不利耦合，并在保持高低频辐射性能，且不增加天线的整体尺寸和厚度的情况下，改善高低频阵列的辐射方向图。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种多频基站天线的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种多频基站天线的高频阵子组件的立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种多频基站天线的侧视图；

图4为本发明实施例提供的一种多频基站天线的低频阵子的立体结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种天馈系统的结构示意图。

图标：

10-反射板；20-第一高频辐射阵列；21-第二高频辐射阵列；30-低频辐射阵列；101-折槽；102-缝隙；211-高频辐射单元；212-馈电电路；301-低频辐射单元；301a-第一端部；301b-中间部；301c-第二端部；51-多频基站天线；52-馈线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着移动通信的演进、网络制式越来越多增多，就要求基站天线能支持多种通信制式。为了节省站址和天馈资源，减小物业协调难度，降低投资成本，各国运营商逐渐淘汰了一个移动基站同一覆盖扇区多面单频基站天线的方案，而能选择了一面基站天线可支持多个通信频段，比如三频基站天线、四频基站天线或者更多。在多频基站天线内部，每个频段对应的天线阵列有相应的辐射振子单元、馈电网络，因此各个频段阵列能够独立工作。

在超宽带多频基站天线中，工作在不同频率的两组或者多组辐射单元放置在同一天线外罩内，安装在同一个金属反射板上，且不同频段的辐射单元之间间距非常近。由于低频辐射单元体积较大，所以低频振子臂位于高频振子的辐射场内，对高频方向图产了遮挡效应，导致高频阵列的辐射方向图畸形。又由于高频振子工作在超宽带范围，比如1710～2690MHz，高频辐射振子单元在低频振子臂上的激励的寄生电流相位和强度随着频率变化而不同。所以在高频辐射振子工作时，低频振子臂上的寄生电流对高频辐射振子的辐射方向图引起的畸形程度不一致，即低频振子臂引起的干扰频率响应特性不同。另一方面，由于高频振子辐射臂和其巴伦长度之和接近于于低频电磁波的1/4波长，低频振子工作时，高频辐射振子相当于连接在反射上的低频单极子，所以与低频形成频率共振，导致低频辐射振子的辐射方向图畸形。同样，高频振子引起干扰的频率响应特性也不同。

目前，现有方法在优化低频方向图时，高频本身性能严重降低；在改善高频方向图时，要么天线整体尺寸变大，要么介质厚度较大而引起天线整体厚度与重量较大。基于此，本发明实施例提供的一种多频基站天线和天馈系统，可以减弱辐射单元之间的不利耦合，并在保持高低频辐射性能，且不增加天线的整体尺寸和厚度的情况下，改善高低频阵列的辐射方向图。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种多频基站天线进行详细介绍。

实施例一

本发明实施例提供了一种多频基站天线，该多频基站天线包括反射板、至少一个高频辐射阵列以及至少一个低频辐射阵列。其中，高频辐射阵列和低频辐射阵列均平行设置在反射板上。

在该多频基站天线中，其高频辐射阵列包括多个高频辐射单元，并且在高频辐射单元和反射板之间设置有缝隙。该缝隙使得高频辐射单元和反射板的连接不同于传统的天线设计，在实际操作中，该缝隙的设计可以有效消除高低频辐射单元之间的互耦。这里，该缝隙的结构设计至少有以下两种形式：第一种是将高频辐射单元以及与该高频辐射单元相连的馈电电路均悬空设置于反射板上方，与反射板间隔一定的距离；第二种是在反射板上设置凹槽，凹槽的位置处于高频辐射单元的下方。

这里，反射板和高频辐射单元的连接可以是在高频辐射单元正下方，也可以是位于其在反射板投影范围之外。另外，为了进一步保证反射板和高频辐射单元之间的缝隙的稳定，可以在缝隙内填充非金属介质。

其次，该多频基站天线的低频辐射阵列包括多个低频辐射单元，且该低频辐射单元的辐射臂包含一段类“串”字形结构，该类“串”字形结构包括两端宽的端部和中间细的中间部。在实际操作中，该类“串”字形结构用于去耦。

另外，因为低频辐射单元往往比高频辐射单元体积更大，是影响天线厚度的主要因素，故此，在至少一种可能的实施方式中，可以在反射板上安放低频辐射单元的位置设置低洼的凹槽，使低频辐射单元所处的反射板位置低于高频辐射单元所处的位置，从而降低天线的整体厚度。这里，凹槽可以设置成倒“几”字形、倒梯形、宽口弧形等等多种样式。

通过将高频辐射单元和低频辐射单元共同设置在反射板上，其中，低频辐射单元上的类“串”字形结构形成频率选择表面，可根据实际需要在不同频率谐振或者不谐振，可展宽高频波束宽度带宽，该设计可使高频阵列波束宽度在1690MHz-2690MHz满足65±5°，主轴交叉极化可小于-17dB，使天线的性能优于单独高频振子的性能；并且，高频振子组件以及缝隙构成的网络，既可以满足高频接地良好，性能等同于不开缝直接接地，又可消除低频790-960MHz互耦，加强690-790MHz耦合，可使低频波束宽度在整个超宽带内690-960MHz满足65±3°，从而优于单独低频振子的辐射性能。

本发明实施例提供的多频基站天线，包括反射板、至少一个高频辐射阵列以及至少一个低频辐射阵列；该高频辐射阵列和该低频辐射阵列平行设置在反射板上；该高频辐射阵列包括多个高频辐射单元，在该高频辐射单元和该反射板之间设置有缝隙；该低频辐射阵列包括多个低频辐射单元，该低频辐射单元的辐射臂包含一段类“串”字形结构；该类“串”字形结构包括两端宽的端部和中间细的中间部；可以减弱高低频辐射单元之间的不利耦合，并在保持高低频辐射性能，且不增加天线的整体尺寸和厚度的情况下，改善高低频阵列的辐射方向图。

实施例二

参见图1，为本发明实施例介绍提供的一种多频基站天线的立体结构示意图，该多频基站天线包括反射板10、第一高频辐射阵列20、第二高频辐射阵列21以及低频辐射阵列30。其中，该低频辐射阵列30设置在第一高频辐射阵列20与第二高频辐射阵列21之间，这三者相互平行设置在反射板10上。并且，每个高频辐射阵列都含有多个高频辐射单元211，与每个高频辐射单元211还连接有馈电电路212，高频辐射单元211和馈电电路212共同构成高频阵子组件，高频阵子组件的结构如图2所示。

参见图3，为该多频基站天线的侧视图，由图3可见，第一高频辐射阵列20、第二高频辐射阵列21的高频辐射单元211与反射板10之间均设置有缝隙102，缝隙102中间为空气，未填充其他固体非金属介质。

另外，在反射板10上还设置有倒“几”形折槽101，低频辐射阵列30的低频辐射单元301设置在该折槽101内，该折槽101的设计使得天线的整体厚度有所减小。在图3示出的实施方式中，该低频辐射单元301为一对±45°极化的半波对称振子，且该低频辐射单元301的辐射臂的中间部位于该半波对称振子的中心馈电点及振子末端之间。这里，通常设计该中间部的宽度小于辐射臂其他部位平均宽度的二分之一。

对于该多频基站天线，其低频辐射单元301包括低频辐射振子，如图4所示，为本发明实施例提供的一种多频基站天线的低频阵子的立体结构示意图，由图4可见，该低频振子含有一类“串”字形结构，该结构包括较宽的第一端部301a、第二端部301c，以及较细的中间部301b。

在本实施例中，低频辐射单元301置于临近的两个高频辐射单元211的辐射场内，正常情况下，低频辐射单元301是不规则金属体或者印刷导体面，这导致高频方向图呈现不规则畸形。本发明实施例通过更改低频阵子的形状，形成等效规则谐振电路，低频振子末端宽度较细的金属体(或者印刷导体面细电路)和最末端的宽金属体(或者印刷导体面宽电路)形成2GHz以上频率阻带，低频振子末端金属体或者印刷导体面上不寄生高频电流，而低频阵子中间宽的金属体或者印刷导体面电路长度近似1.69-2GHz之间，故可谐振，与临近的高频辐射单元211在水平面上形成耦合场叠加，可有效压窄波束。本发明中可通过调整阵子臂粗细实现不同频段的谐振电路，可调整减小或增加任意频段高频波束干扰谐振。其中低频振子臂上第一端部301a、中间部301b和第二端部301c协同工作，形成低通滤波电路，使得2GHz以上不谐振。其中第一端部301a小于2.69GHz电磁波的1/4波长；中间部301b长度约等于2.4GHz电磁波的1/4波长，宽度约为2mm；第二端部301c长度约为1.9GHz电磁波的1/4波长，宽度约为1/10电磁波的波长。

本发明实施例通过调整在高频辐射振子的馈电网络与反射板之间的缝隙的形状和尺寸，改变高频辐射振子上低频谐振频率，实现了低频辐射单元在超宽带频率范围690-960MHz内水平波束宽度实现65±3°区间，该指标性能优越，对基站覆盖范围控制非常有利。本发明实施例中高频辐射振子下方设置的缝隙，以及反射板上的倒“几”字型折槽的配合使用，可消除高频辐射振子对低频振子的部分干扰或者全部干扰。

实施例三

本发明实施例还提供了一种天馈系统，如图5所示，该天馈系统包括馈线52，以及上述实施例一、实施例二及其可能的实施方式之一提供的多频基站天线51；该馈线52和该多频基站天线51相连。

本发明实施例提供的天馈系统，与上述实施例提供的多频基站天线具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多频基站天线，其特征在于，包括：反射板、至少一个高频辐射阵列以及至少一个低频辐射阵列；所述高频辐射阵列和所述低频辐射阵列平行设置在所述反射板上；

所述高频辐射阵列包括多个高频辐射单元，在所述高频辐射单元和所述反射板之间设置有缝隙；

所述低频辐射阵列包括多个低频辐射单元，所述低频辐射单元的辐射臂包含一段类“串”字形结构；所述类“串”字形结构包括两端宽的端部和中间细的中间部。

2.根据权利要求1所述的多频基站天线，其特征在于，所述高频辐射单元以及与所述高频辐射单元相连的馈电电路均悬空设置于所述反射板上方，间隔预设距离。

3.根据权利要求1所述的多频基站天线，其特征在于，在所述反射板上设置有第一凹槽，所述第一凹槽位于所述高频辐射单元的下方。

4.根据权利要求1所述的多频基站天线，其特征在于，所述高频辐射阵列包括第一高频辐射阵列和第二高频辐射阵列，且所述低频辐射阵列设置在所述第一高频辐射阵列和所述第二高频辐射阵列之间。

5.根据权利要求4所述的多频基站天线，其特征在于，还包括：隔离墙；所述隔离墙设置在所述高频辐射单元和所述低频辐射单元之间。

6.根据权利要求1所述的多频基站天线，其特征在于，所述中间部的宽度小于所述辐射臂其他部位平均宽度的二分之一。

7.根据权利要求1所述的多频基站天线，其特征在于，所述低频辐射单元为一对±45°极化的半波对称振子，且所述中间部位于所述半波对称振子的中心馈电点及振子末端之间。

8.根据权利要求1所述的多频基站天线，其特征在于，在所述缝隙结构内填充有非金属介质。

9.根据权利要求1所述的多频基站天线，其特征在于，在所述反射板上设置有第二凹槽，所述低频反射单元设置在所述第二凹槽内。

10.一种天馈系统，其特征在于，包括馈线，以及权利要求1-9任一项所述的多频基站天线；所述馈线和所述多频基站天线相连。