CN108923116A - 一种高频辐射单元及多频阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高频辐射单元及多频阵列天线，涉及移动通信领域，高频辐射单元包括：交叉极化的两对振子臂，四个依次设置的所述振子臂分别为第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂及第四振子臂，其中，所述第一振子臂和所述第二振子臂的大小相同，所述第三振子臂和所述第四振子臂大小相同，同一极化的所述第一振子臂的大小小于所述第三振子臂的大小，同一极化的所述第二振子臂的大小小于所述第四振子臂的大小，且所述第一振子臂和所述第二振子臂的大小相同，所述第三振子臂和所述第四振子臂大小相同。提高了高频辐射单元的交叉极化比和前后比指标，改善了多频段天线中高频辐射的整体特性。

Description

一种高频辐射单元及多频阵列天线

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种高频辐射单元及多频阵列天线。

背景技术

伴随着移动通信的高速发展，移动通信系统的性能要求越来越高，而天线的性能直接影响着移动通信系统的整体性能，所以天线的设计要求日益重要，日益严格。多频基站天线为一副天线支持多个频段的通信提供了实现可能，具有单频天线无可比拟的优势，成为基站天线研发设计的热点趋势。

目前一般采用工作于不同频段的辐射单元分别组阵来实现多频基站天线，然而由于高低频辐射单元置于一副天线内，高频和低频的辐射特性相互影响很大，当高低频辐射单元之间间距比较小时，这种相互影响越大，严重影响了天线的辐射性能指标。具体表现为，在多频天线中，相邻的高频子阵列和低频子阵列之间靠近，由于低频辐射单元对高频辐射单元的辐射形成较大的遮挡，高频辐射单元的左右两边边界不对称，高频辐射特性表现出水平面波束指向偏移，水平面波束不对称、交叉极化比和前后比变差的现象。

发明内容

本发明提供一种高频辐射单元，用于解决现有技术中多频天线的性能指标较差的问题。

一种高频辐射单元，包括交叉极化的两对振子臂，四个依次设置的所述振子臂分别为第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂及第四振子臂，其中，所述第一振子臂和所述第二振子臂的大小相同，所述第三振子臂和所述第四振子臂大小相同，同一极化的所述第一振子臂的大小小于所述第三振子臂的大小，同一极化的所述第二振子臂的大小小于所述第四振子臂的大小，且所述第一振子臂和所述第二振子臂的大小相同，所述第三振子臂和所述第四振子臂大小相同。

本发明实施例中的高频辐射单元具有不对称结构，可以提高天线阵列交叉极化比，改善阵列天线的性能。

进一步地，所述第一振子臂和所述第二振子臂大小为所述高频辐射单元中心波长的0.4-0.5倍，所述第三振子臂和所述第四振子臂大小为所述高频辐射单元中心波长的0.6-0.8倍。

进一步地，至少部分所述振子臂设有镂空结构。

本发明实施例中，将部分振子臂设置为镂空结构，可以改变高频辐射单元的辐射特性，并且能够有效的降低高频辐射单元的质量。

本发明提供一种多频阵列天线，用于解决现有技术中多频天线的性能指标较差的问题。

本发明实施例提供一种多频阵列天线，包括：

反射板，排列在所述反射板上且工作于第一频段的第一辐射单元，以及排列在所述反射板上且工作于第二频段的第二辐射单元；所述第一辐射单元为上述实施例中任一项所述的高频辐射单元；

所述第一辐射单元中的第一振子臂以及第二振子臂为所述第一辐射单元靠近所述第二辐射单元的振子臂。

本发明实施例中，由于第一辐射单元中的靠近第二辐射单元的振子臂的大小小于远离第二辐射单元的振子臂的大小，减小了第一辐射单元和第二辐射单元之间的相互影响，弥补了第一辐射单元因为左右边界的不对称性导致的水平面波束偏移和水平面方向图不对称的缺陷。所述多频阵列天线提高了多频阵列天线的交叉极化比和前后比指标，改善了多频阵列天线中高频辐射的整体特性。

进一步地，所述多频阵列天线还包括侧板，所述第一辐射单元以及所述第二辐射单元之间设置所述侧板。

本发明实施例中，侧板可提高隔离度，减小第一频辐射单元以及第二辐射单元之间的干扰，改善天线的性能。

进一步地，至少部分所述第一辐射单元中的至少部分所述振子臂设有镂空结构。

本发明实施例中，根据多频天线的性能要求，将第一辐射单元的部分振子臂设置为镂空结构能够改变第一辐射单元的辐射特性，进而能够改变多频天线的性能。

进一步地，包括三列子阵列，其中，第一列包括多个间隔设置的所述第一辐射单元，第二列包括多个间隔设置的所述第一辐射单元，第三列包括间隔设置的多个第二辐射单元，所述第三列设于所述第一列和所述第二列之间。

本发明实施例中，通过多振子排列和振子复用，有效减少多频天线安装空间和铁塔的承重要求，使系统升级时天面尺寸保持不变，可以达到更高的增益和性能。

进一步地，位于同一列的相邻的两个第一辐射单元的间距为所述第一辐射单元的中心频率波长的0.77～0.92倍。

进一步地，所述第二辐射单元为低频辐射单元或者为工作于所述第二频段的所述高频辐射单元。

进一步的，位于同一列的相邻两个所述低频辐射单元的间距为所述低频辐射单元中心频率波长的0.69～0.85倍。

本发明实施例适用于多中多频天线，包括高频单元以及低频单元的多频天线，或者适用于两种不同频段的高频单元的多频天线。

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要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的阵列天线的水平波束不对称以及偏移示意图；

图2为本发明实施例提供的一种高频辐射单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种低频辐射单元的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的结构示意图；

图9为本发明实施例中的多频阵列天线的水平波束不对称性改善示意图；

图10为本发明实施例提供的一种多频阵列天线的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在现有技术中，一般采用不同频段的辐射单元分别组阵来实现多频基站天线，然而在多频阵列天线中，高频辐射单元所在子阵列易受到其相邻子阵列辐射单元的影响，以高、低频组阵的多频阵列天线为例，高频和低频的辐射特性相互影响很大，当高低频辐射单元之间间距比较小时，这种相互影响越大，严重影响了天线的辐射性能指标。具体表现为，在多频天线中，相邻的高频子阵列和低频子阵列之间靠近，由于低频辐射单元对高频辐射单元的辐射形成较大的遮挡，高频辐射单元的左右两边边界不对称，高频辐射特性表现出水平面波束指向偏移，水平面波束不对称、交叉极化比和前后比变差的现象。例如，如图1所示，在正负60度的范围内，主极化的水平面波束指向偏移，水平面波束不对称。

本发明提供一种高频辐射单元100，如图2所示，包括：

四个振子臂，分别为第一振子臂101、第二振子臂102、第三振子臂103以及第四振子臂104；其中第一振子臂101与第三振子臂103为一对振子臂且为同一极化，第二振子臂102与第四振子臂104为一对振子臂且为同一极化；两对振子臂对构成了交叉极化高频辐射单元100。

为了解决现有技术的问题，在本发明实施例中，第一振子臂101和第二振子臂102的大小相同，第三振子臂103以及第四振子臂104的大小相同，第一振子臂101的大小小于第三振子臂103的大小，同理第二振子臂102的大小小于第四振子臂104的大小，这样的结构可以是该高频辐射单元100呈不对称结构，当该高频辐射单元100应用到多频阵列天线中时，只需使其第一振子臂101以及第二振子臂102靠近位于相邻列的其他辐射单元，即可有效的改善多频阵列天线中高频辐射存在的水平面波束偏移和水平面波束不对称的现象，从而提高高频辐射单元100的交叉极化比和前后比指标，进而改善了使用了高频辐射单元100的多频天线的天线性能。

优选的，在本发明实施例中，第一振子臂101和第二振子臂102大小为高频辐射单元100中心波长的0.4-0.5倍，第三振子臂103和第四振子臂104大小为高频辐射单元100中心波长的0.6-0.8倍。经多次试验得知，这样的结构对改善交叉极化比和前后比指标具有更好的效果。作为本发明的一个优选实施例，第一振子臂101和第二振子臂102大小可以为高频辐射单元100中心波长的0.45倍，第三振子臂103和第四振子臂104大小为高频辐射单元100中心波长的0.7倍。当然，其它尺寸的四个振子臂大小也在本发明实施例的保护范围内。

在本发明实施例中，为了便于制作高频辐射单元100，将高频辐射单元100的四个振子臂在同一水平面设置。

可选的，在本发明的部分实施例中，至少部分振子臂设有镂空结构。

本发明实施例还提供一种多频阵列天线200，包括：

反射板201，排列在反射板201上且工作于第一频段的第一辐射单元202，以及排列在反射板201上且工作于第二频段的第二辐射单元203；第一辐射单元202为上述任一实施例中的高频辐射单元100。

如图3所示，多频阵列天线200的发射板201上排列了第一辐射单元202以及第二辐射单元203，其中第一辐射单元202为上述实施例中的任一个高频辐射单元100，高频辐射单元100的第一振子臂101以及第二振子臂102靠近第二辐射单元203。

在本发明实施例中，通过采用上述具有不对称结构的高频辐射单元100作为第一辐射单元202，同时将第一辐射单元202中的第一振子臂101以及第二振子臂102靠近第二辐射单元203，可减小第一辐射单元202以及第二辐射单元203的相互影响，弥补了第一辐射单元202所在阵列在反射板201上因为左右边界的不对称性导致的水平面波束偏移和水平面方向图不对称的缺陷。

可选的，在本发明实施例中，如图4所示，多频阵列天线200还包括侧板204，第一辐射单元202以及第二辐射单元203之间设置了侧板204。侧板204可以提高相邻两列辐射单元之间的隔离度，改善阵列天线A的性能。

可选的，在本发明实施例中，如图5所示，多频阵列天线200包含至少三组子阵列，包括至少两组第一辐射单元202以及至少一组第二辐射单元203组成的阵列；第一列第一辐射单元202以及第二列第一辐射单元202平行排列，第二辐射单元203所在的第三列位于第一列第一辐射单元202以及第二列第一辐射单元202之间。这样的组阵形式，可以使得由第二辐射单元203组成的第三列子阵列居中设于反射板201上，以保证该第二辐射单元203的左右边界条件基本一致，从而保证第二辐射单元203的方向图左右对称；同时，由于第一列第一辐射单元202中较小的第一振子臂101以及第二振子臂102靠近第三列的第二辐射单元203，第二列第一辐射单元202中较小的第一振子臂101以及第二振子臂102靠近第三列的第二辐射单元203，弥补了第一辐射单元202所在阵列在反射板201上因为左右边界的不对称性导致的水平面波束偏移和水平面方向图不对称的缺陷；从而可以是该多频阵列天线整体的辐射性能较好。

可选的，在本发明实施例中，如图5所示，第一列的第一辐射单元202与第二辐射单元203之间设置了侧板204，第二列的第一辐射单元202与第二辐射单元203之间设置了侧板204。可选的，侧板204在反射板201的设置位置和高度由具体的实际应用要求决定。

可选的，在本发明实施例中，第一列第一辐射单元202与所述第二列第一辐射单元202对称分布在第三列第二辐射单元203两侧。两列第一辐射单元202可以等位排列。可选的，根据实际应用的需求，两列第一辐射单元202也可以错位排列。

可选的，在本发明实施例中，如图6所示，第三列中相邻的两个第二辐射单元203的间距D1为第二辐射单元203中心频率波长的0.69～0.85倍，在不增加天线阵列的安装难度和成本的同时，可以优化阵列之间的隔离度，减少了列间耦合，相应的降低了去耦的难度和成本，使多频阵列天线的电气性能和工作可靠性更好。

可选的，在本发明实施例中，如图6所示，位于同一列的相邻的两个第一辐射单元202的间距D2为第一辐射单元201中心频率波长的0.77～0.92倍，在不增加天线阵列的安装难度和成本的同时，可以优化阵列之间的隔离度，减少了列间耦合，相应的降低了去耦的难度和成本，使多频阵列天线的电气性能和工作可靠性更好。

可选的，在本发明实施例中，第二辐射单元203为现有技术中的低频辐射单元，例如如图6或图7所示；或者第二辐射单元203为工作于第二频段的高频辐射单元100，且第一频段与第二频段不是同一频段。

在本发明实施例中，如图8所示，第一辐射单元202为第一工作频段的高频辐射单元100，第二辐射单元202为第二工作频段的高频辐射单元100，且两个高频辐射单元100都具有不对称结构，第一工作频段的第一辐射单元202的第一振子臂20201以及第二振子臂20202大小相同，且小于第三振子臂20203以及第四振子臂20204；第二工作频段的第二辐射单元203的第一振子臂20301以及第二振子臂20302大小相同，且小于第三振子臂20303以及第四振子臂20304，第二辐射单元203的第一振子臂20301以及第二振子臂20302与第一辐射单元202的第一振子臂20201以及第二振子臂20202相邻。

在本发明实施例中，由于第一辐射单元202具有不对称的振子臂，减小了第一辐射单元202以及第二辐射单元203之间的相互影响，弥补了现有技术中左右边界的不对称性导致的水平面波束偏移和水平面方向图不对称的缺陷。如图9所示，在正负60度范围内，有效的改善了水平面波束偏移和水平面方向图不对称的缺陷，提高了交叉极化比和前后比指标，提高了多频阵列天线200的性能。

可选的，在本发明实施例中，根据不同的多频阵列天线的性能要求，将第一辐射单元202的振子臂设置为不同的形状属性特征。

可选的，在本发明实施例中，振子臂的形状属性特征可以为实心状、空心状以及镂空状。

可选的，在本发明实施例中，通过对第二辐射单元202的四个所述振子臂设置成不同的实心或镂空，进一步实现第一辐射单元202的不对称性，此外，采用镂空结构还可以减轻高频辐射单元100的重量。可选的，具体的振子臂设置为实心或镂空可以是如下情况：

(1)如图10所示，所有所述振子臂为实心体或镂空体，如图10中所述不对称的第一辐射单元2A和2B的所有所述振子臂为实心体；所述不对称的第一辐射单元2C和2D的所有所述振子臂为镂空体。

(2)如图10所示，任意一个所述振子臂为实心体，其余三个所述振子臂为镂空体，如图10中所述不对称的第一辐射单元2I的所述振子臂221为实心体，其余三个所述振子臂为镂空体；所述不对称的第一辐射单元2J的所述振子臂224为实心体，其余三个所述振子臂为镂空体；所述不对称的第一辐射单元2K的所述振子臂222为实心体，其余三个所述振子臂为镂空体；所述不对称的第一辐射单元2L的所述振子臂223为实心体，其余三个所述振子臂为镂空体。

(3)如图10所示，相邻两个所述振子臂为实心体，其余两个所述振子臂为镂空体，如图10中所述不对称的第一辐射单元2E的所述振子臂221和224为实心体，其余两个所述振子臂为镂空体；所述不对称的第一辐射单元2F的所述振子臂222和223为实心体，其余两个所述振子臂为镂空体；所述不对称的第一辐射单元2G的所述振子臂221和222为实心体，其余两个所述振子臂为镂空体；所述不对称的辐射单元2H的所述振子臂223和224为实心体，其余两个所述振子臂为镂空体。

(4)如图10所示，对角位置的两个所述振子臂为实心体，其余两个所述振子臂为镂空体，如图10中所述不对称的第一辐射单元2M的所述振子臂221和223为实心体，其余两个所述振子臂为镂空体；所述不对称的第一辐射单元2N的所述振子臂222和224为实心体，其余两个所述振子臂为镂空体。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高频辐射单元，其特征在于，包括交叉极化的两对振子臂，四个依次设置的所述振子臂分别为第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂及第四振子臂，其中，所述第一振子臂和所述第二振子臂的大小相同，所述第三振子臂和所述第四振子臂大小相同，同一极化的所述第一振子臂的大小小于所述第三振子臂的大小，同一极化的所述第二振子臂的大小小于所述第四振子臂的大小，且所述第一振子臂和所述第二振子臂的大小相同，所述第三振子臂和所述第四振子臂大小相同。

2.根据权利要求1所述的高频辐射单元，其特征在于，所述第一振子臂和所述第二振子臂大小为所述高频辐射单元中心波长的0.4-0.5倍，所述第三振子臂和所述第四振子臂大小为所述高频辐射单元中心波长的0.6-0.8倍。

3.根据权利要求1所述的高频辐射单元，其特征在于，至少部分所述振子臂设有镂空结构。

4.一种多频阵列天线，其特征在于，包括：反射板，排列在所述反射板上且工作于第一频段的第一辐射单元，以及排列在所述反射板上且工作于第二频段的第二辐射单元；所述第一辐射单元为权利要求1至3任一项所述的高频辐射单元；

所述第一辐射单元中的第一振子臂以及第二振子臂为所述第一辐射单元靠近所述第二辐射单元的振子臂。

5.根据权利要求4所述的多频阵列天线，其特征在于，所述多频阵列天线还包括侧板，所述第一辐射单元以及所述第二辐射单元之间设置所述侧板。

6.根据权利要求4所述的多频阵列天线，其特征在于，至少部分所述第一辐射单元的至少部分所述振子臂设有镂空结构。

7.根据权利要求4所述的多频阵列天线，其特征在于，包括三列子阵列，其中，第一列包括多个间隔设置的所述第一辐射单元，第二列包括多个间隔设置的所述第一辐射单元，第三列包括间隔设置的多个第二辐射单元，所述第三列设于所述第一列和所述第二列之间。

8.根据权利要求4所述的多频阵列天线，其特征在于，位于同一列的相邻的两个第一辐射单元的间距为所述第一辐射单元的中心频率波长的0.77～0.92倍。

9.根据权利要求4～8任一所述的多频阵列天线，其特征在于，所述第二辐射单元为低频辐射单元或者为工作于所述第二频段的所述高频辐射单元。

10.根据权利要求9所述的多频阵列天线，其特征在于，位于同一列的相邻两个所述低频辐射单元的间距为所述低频辐射单元中心频率波长的0.69～0.85倍。