CN108717990B - 多频基站天线及其辐射单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多频基站天线及其辐射单元，所述辐射单元包括：辐射单元主体，其设有至少一组辐射臂、用于支撑所述辐射臂的支撑座、以及用于馈电的馈电片；频率调节单元，可拆卸地覆盖安装于所述辐射臂上且遮蔽各所述辐射臂的远端，所述频率调节单元为绝缘材料，通过选取不同尺寸和/或不同介电常数的材质，改变所述辐射单元的工作频率。通过在辐射单元主体上增设频率调节单元，可改变所述辐射单元的工作频率，以满足不同频段的使用需求。

Description

多频基站天线及其辐射单元
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种多频基站天线及其辐射单元。
背景技术
随着全球4G网络建设的深入，LTE网络覆盖逐步多样化，不断涌现出新的频段需求。3G和4G网络建设以1800MHz、2100MHz、2600MHz为主，而随着4G网络的普及，4.5G进入规划阶段，运营商需求网络向上支持3500MHz或者向下兼容1400MHz的频段需求。
目前主流高频基站天线支持1710～2170MHz的宽频段、1695～2700MHz的超宽带设计应用，相对带宽分别为23.7％和45.7％，而随着1400MHz网络需求的兴起，以往常规的宽频或者超宽频天线需支持1400～2200MHz和1400～2700MHz才能满足全球运营商的覆盖需求。并且随着民众对于电磁辐射危害的认知加深，基站天线选址难、站址资源紧张成为网络建设的瓶颈，因此多频超宽带成为建站的首选，6频、7频甚至8频天线越来越受到运营商的青睐，天线需同时支持694～960MHz、1710～2690MHz、1427～2200MHz、1427～2690MHz的频段，根据行业通用的设计手段，辐射单元需根据工作频段调整设计，因此随着基站天线端口数增加、支持系统的增多，一副天线中需要设计多种辐射单元，天线内部部件众多且复杂，给生产和通用性带来挑战，因此急需设计一种辐射单元可根据工作频带的调整自适应调节工作频率以提高辐射单元通用性，降低多频天线设计难度。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种辐射单元，通过在辐射单元主体上增设频率调节单元，可改变所述辐射单元的工作频率，以满足不同频段的使用需求。
本发明还提供了一种多频基站天线，通过将低频辐射单元、高频辐射单元阵列排布，并通过在部分高频辐射单元加装频率调节单元，使多频基站天线满足不同频段不同带宽的使用需求，通用性广泛。
本发明一方面提供一种辐射单元，包括：辐射单元主体，其设有至少一组辐射臂、用于支撑所述辐射臂的支撑座、以及用于馈电的馈电片；频率调节单元，可拆卸地覆盖安装于所述辐射臂上且遮蔽各所述辐射臂的远端，所述频率调节单元为绝缘材料，通过选取不同尺寸和/或不同介电常数的材质，改变所述辐射单元的工作频率。
优选的，所述频率调节单元设有用于与所述辐射臂相互扣合的固定部，所述固定部可扣合于所述辐射臂的镂空部或所述辐射臂的边缘。
进一步，所述辐射臂设有两对且呈相互正交设置，所述辐射单元还包括两个调整单元，两个所述调整单元分别固定于所述频率调节单元，且分别位于两对辐射臂的一辐射臂的上方。进一步，所述馈电片包括两个正交分布的第一馈电片和第二馈电片。
进一步，所述频率调节单元中心设有让位孔，所述辐射单元还包括带宽拓展单元，所述带宽拓展单元通过穿设于所述让位孔的支撑件设置于所述辐射臂上方且正对所述让位孔。
本发明另一方面，提供一种多频基站天线，包括反射板、设于所述反射板上的低频阵列和高频阵列，其特征在于，所述低频阵列包括低频辐射单元，所述高频阵列包括由以上任意一项所述的辐射单元主体构成的第一高频阵列和由以上任意一项所述的辐射单元构成的第二高频阵列。
优选的，所述第二高频阵列为两列且分别设置于所述第一高频阵列两侧。
优选的，所述第一高频阵列的高频辐射单元嵌套于所述低频辐射单元和/或设于相邻两个所述低频辐射单元之间。
进一步，所述低频辐射单元包括：多个偶极子、对每个偶极子进行平衡馈电的平衡器、以及安装于所述反射板用于支撑所述平衡器的座体。
优选的，所述第一高频阵列的高频辐射单元周围设有反射腔式辐射边界，所述第二高频阵列的高频辐射单元两侧分别设有直列式辐射边界。
与现有技术相比，本发明所述多频基站天线及其辐射单元至少具有以下有益效果：
(1)通过在辐射单元主体上安装不同材质或不同尺寸的频率调节单元，可改变介电常数，从而改变辐射单元的工作频率，并结合馈电片调节匹配电路实现所述辐射单元在工作频段的电路匹配，使所述辐射单元满足不同的工作频率。
(2)在频率调节单元上设置调整单元，所述调整单元与辐射臂耦合可有效改善辐射单元的交叉极化，提升辐射指标。
(3)将带宽拓展单元通过穿设于频率调节单元让位孔的支撑件设置于辐射臂上方且正对所述让位孔，可进一步拓宽辐射单元的工作带宽。
(4)多频基站天线在部分高频辐射单元上加载频率调节单元，并在高频辐射单元四周设置辐射边界，可使高频辐射单元分别在1710～2170MHz和1427～2690MHz的工作频带内工作，满足不同工作频带使用需求，应用范围广泛。
(5)多频基站天线通过将部分高频辐射单元和低频辐射单元嵌套排列，可拓展带宽，且满足小型化的需求。
(6)在部分高频辐射单元上设置频率调节单元和调整单元，且调整单元只对应每一极化的一个辐射臂，此种不对称设置结合工作频段对应的边界设定可抵除多频基站天线的不对称效果。
本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本发明一种实施例的辐射单元的立体组装结构示意图；
图2为本发明图1所示辐射单元的分解结构示意图；
图3为本发明一种实施例的多频基站天线的立体结构示意图；
图4为本发明图3所示多频基站天线的俯视图；
图5为本发明图3所示多频基站天线的嵌套辐射单元的结构示意图；
图6为本发明一种实施例未加载频率调节单元的辐射单元的电路测试图；
图7为本发明一种实施例加载了频率调节单元的辐射单元的电路测试图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有作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。
请参照图1和图2，本发明提供一种辐射单元1，包括：辐射单元主体11、频率调节单元12和调整单元13。
所述辐射单元主体11为双极化辐射单元，设有四个呈两对正交设置的辐射臂111、用于支撑所述辐射臂111的支撑座112、以及安装于所述支撑座112的馈电片113，所述四个辐射臂111围设于所述支撑座112的顶部，所述馈电片113安装于所述支撑座112的内部，用于为所述辐射臂111馈电。
所述频率调节单元12为绝缘材料，可拆卸地覆盖安装于所述辐射臂111上方且遮蔽各所述辐射臂111的远端，用于改变所述辐射单元主体11的工作频率。具体的，可以通过选取安装不同尺寸和/或不同介电常数材质的频率调节单元12，改变所述辐射单元主体11的工作频率，并结合所述馈电片113调节匹配电路实现所述辐射单元主体11在工作频段的电路匹配。优选的，所述频率调节单元12设有用于与所述辐射臂111相互扣合的固定部(未图示)，所述固定部扣合于所述辐射臂111的镂空部(未标号)或所述辐射臂111的边缘。
所述调整单元13为两个，两所述调整单元13分别安装于所述频率调节单元12的顶面，且设置于两对辐射臂111中的一个辐射臂111的上方，使所述调整单元13与所述辐射臂111的耦合效果达到调整所述辐射单元主体11的谐振频率的目的。所述调整单元13只对应每一极化的一个辐射臂111，此种不对称设置，并结合工作频段对应的边界设定抵除天线不对称效果。
本实施例中，所述辐射臂111近似呈圆形，四个所述辐射臂111对称设置呈圆形围绕于所述支撑座112的顶部，每一所述辐射臂111设有镂空部。所述支撑座112包括支撑底座1121以及从所述支撑底座1121沿靠近所述辐射臂111方向延伸出的四个支撑分支1122，每一所述支撑分支1122支撑一个对应的辐射臂111。所述馈电片113包括两个正交分布的第一馈电片(未标号)和第二馈电片(未标号)，所述第一馈电片与所述第二馈电片交叉部位处，其中一馈电片下凹，另一馈电片朝上拱起。在其他实施例中，所述辐射臂还可以为矩形或扇形等形状。
本实施例中，所述频率调节单元12为介质板，且其外形为圆角矩形，中心设有让位孔121，当所述频率调节单元12安装于所述辐射臂111，其四个圆角与所述辐射臂111共形，所述让位孔121正对所述馈电片113。
本实施例中，所述调整单元13包括平行于所述频率调节单元12顶面的水平部131和自所述水平部131一端垂直延伸的竖直部132，所述水平部131贴设于所述频率调节单元12的上表面，所述水平部131正对所述频率调节单元12的侧面。优选的，所述水平部131沿其对应的辐射臂111方向延伸，所述竖直部132正对所述频率调节单元12的圆角，可根据需要调整对应哪个辐射臂，即将所述调整单元13安装于哪个圆角。所述调整单元13可通过螺钉(未图示)或铆钉(未图示)直接固定于所述频率调节单元12。
作为一种实施例，请结合图2和图3，所述辐射单元1还包括带宽拓展单元14，所述带宽拓展单元14通过穿设于所述让位孔121的支撑件(未图示)设置于所述辐射臂111上方且正对所述馈电片113，所述带宽拓展单元14可进一步拓宽所述辐射单元主体11的工作带宽。其中，所述支撑件为绝缘材质。
请结合图3和图4，本发明另一方面提供一种多频基站天线100，包括反射板3、设于所述反射板3上的低频阵列(未标号)和高频阵列(未标号)，所述低频阵列包括低频辐射单元2，所述高频阵列包括由所述辐射单元主体11构成的第一高频阵列(未标号)和由所述辐射单元1构成的第二高频阵列20。
本实施例中，所述第一高频阵列的高频辐射单元11'、11”嵌套于所述低频辐射单元2或设于相邻两个所述低频辐射单元2之间。所述低频阵列的低频辐射单元2与部分所述第一高频阵列的高频辐射单元11'嵌套设置形成嵌套辐射单元(未图示)，所述嵌套辐射单元再与另外部分所述第一高频阵列的高频辐射单元11”交替排列形成嵌套阵列10。所述第二高频阵列20为两列且分别设置于所述第一高频阵列两侧，即所述第二高频阵列20包括分别设置于所嵌套阵列10两侧的两列高频辐射单元1'。
所述低频辐射单元2包括：多个偶极子21、对每个偶极子21进行平衡馈电的平衡器22、以及安装于所述反射板3用于支撑所述平衡器22的座体23，所述座体23为圆环形，设置于对应的所述第一高频阵列的高频辐射单元11'的支撑座112外侧。
本实施例中，所述第一高频阵列的高频辐射单元11'、11”周围设有反射腔式辐射边界31，所述第二高频阵列20的高频辐射单元1'两侧分别设有直列式辐射边界32，可使所述第一高频阵列的高频辐射单元11'、11”和所述第二高频阵列20的高频辐射单元1'分别在1710～2170MHz和1427～2690MHz的工作频带内工作。
请参照图5，本实施例中，所述多个偶极子21包括两对极化正交的偶极子21，所述每个偶极子21关于平衡器呈非对称的折线状，包括一端对称固定安装在平衡器22上的两个单元臂211、212，所述单元臂211、212的另一端设有加载线2111、2121，其中，一个单元臂211末端的加载线2111向下折弯，另一个单元臂212末端的加载线2121向内折弯。
请参照图6和图7，分别为本发明一种实施例未加载频率调节单元的辐射单元的电路测试图和加载了频率调节单元的辐射单元的电路测试图。从图中测试曲线可知，加载了频率调节单元的辐射单元具有更宽的工作频率。
以上对本发明所提供的一些实施例进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种辐射单元，其特征在于，包括：
辐射单元主体，其设有至少一组辐射臂、用于支撑所述辐射臂的支撑座、以及用于馈电的馈电片；
频率调节单元，可拆卸地覆盖安装于所述辐射臂上方且遮蔽各所述辐射臂的远端，所述频率调节单元为绝缘材料，通过选取不同尺寸和/或不同介电常数的材质，改变所述辐射单元的工作频率。
2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述频率调节单元设有用于与所述辐射臂相互扣合的固定部，所述固定部可扣合于所述辐射臂的镂空部或所述辐射臂的边缘。
3.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射臂设有两对且呈相互正交设置，所述辐射单元还包括两个调整单元，两个所述调整单元分别固定于所述频率调节单元，且分别位于两对辐射臂的一辐射臂的上方。
4.根据权利要求3所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电片包括两个正交分布的第一馈电片和第二馈电片。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的辐射单元，其特征在于，所述频率调节单元中心设有让位孔，所述辐射单元还包括带宽拓展单元，所述带宽拓展单元通过穿设于所述让位孔的支撑件设置于所述辐射臂上方且正对所述让位孔。
6.一种多频基站天线，包括反射板、设于所述反射板上的低频阵列和高频阵列，其特征在于，所述低频阵列包括低频辐射单元，所述高频阵列包括由权利要求1至5中任意一项所述的辐射单元主体构成的第一高频阵列和由权利要求1至5中任意一项所述的辐射单元构成的第二高频阵列。
7.根据权利要求6所述的多频基站天线，其特征在于，所述第二高频阵列为两列且分别设置于所述第一高频阵列两侧。
8.根据权利要求6所述的多频基站天线，其特征在于，所述第一高频阵列的高频辐射单元嵌套于所述低频辐射单元和/或设于相邻两个所述低频辐射单元之间。
9.根据权利要求8所述的多频基站天线，其特征在于，所述低频辐射单元包括：多个偶极子、对每个偶极子进行平衡馈电的平衡器、以及安装于所述反射板用于支撑所述平衡器的座体。
10.根据权利要求6至9任意一项所述的多频基站天线，其特征在于，所述第一高频阵列的高频辐射单元周围设有反射腔式辐射边界，所述第二高频阵列的高频辐射单元两侧分别设有直列式辐射边界。
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