CN109066099A - 超宽带双极化辐射单元和基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超宽带双极化辐射单元和基站天线，涉及移动通信技术领域，该辐射单元包括四个辐射臂、绝缘介质片、馈电结构和反射板；每个辐射臂均包括彼此相连的两个振子半臂；上述四个辐射臂两两依次连接形成一个闭合辐射单元，该闭合辐射单元固定设置在反射板上；相邻的辐射臂通过振子半臂交错贴合连接，且在交错贴合连接的振子半臂之间间隔有绝缘介质片；该馈电结构与辐射臂相连，用于给辐射臂馈电。本发明实施例提供的一种超宽带双极化辐射单元和基站天线，可以使辐射单元在满足超宽带辐射性能的同时物理尺寸更加紧凑，从而使应用该辐射单元的天线实现超宽带、低剖面、小尺寸。

Description

超宽带双极化辐射单元和基站天线

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其是涉及一种超宽带双极化辐射单元和基站天线。

背景技术

随着移动通信的发展尤其是第四代移动通信网络建设的加速，通信网络制式的增多，多种通信制式并存，这也要求基站天线支持多种通信制式。同时，基站规模和天线数量的增加使建站空间和成本受到限制，对基站天线小型化、多系统、超宽频带的需求日益增加。

由于天线的带宽和尺寸与辐射单元的带宽和尺寸有直接关系，根据天线原理，随着辐射单元的谐振频率降低，辐射单元的物理尺寸会增大。在不降低天线辐射性能的前提下，适当优化辐射单元物理尺寸会对天线的物理尺寸尤其是宽度带来很大帮助。超宽带天线带宽一般在35％-50％，可同时支持多个系统工作，实现多系统共天线的解决方案，这也要求对应的辐射单元满足足够的带宽。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超宽带双极化辐射单元和基站天线，可以使辐射单元在满足超宽带辐射性能的同时物理尺寸更加紧凑，从而使应用该辐射单元的天线实现超宽带、低剖面、小尺寸。

第一方面，本发明实施例提供了一种超宽带双极化辐射单元，包括：四个辐射臂、绝缘介质片、馈电结构和反射板；每个辐射臂均包括彼此相连的两个振子半臂；上述四个辐射臂两两依次连接形成一个闭合辐射单元，该闭合辐射单元固定设置在反射板上；相邻的辐射臂通过振子半臂交错贴合连接，且在交错贴合连接的振子半臂之间间隔有绝缘介质片；该馈电结构与辐射臂相连，用于给辐射臂馈电。

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，该辐射臂包括独立馈电结构，该独立馈电结构的馈电点位于该辐射臂的中部。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，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，相邻的馈电点之间的距离为频带中心频率的1/4波长。

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，该辐射臂距离反射板的高度为1/4波长。

结合第一方面，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，每个该辐射臂的两个振子半臂通过巴伦接地片彼此连接。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，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，还包括：非金属介质片；该非金属介质片设置在辐射单元和反射板之间。

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，位置相对的该辐射臂同相辐射构成一对±45°相互正交的极化振子。

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，该馈电结构为同轴馈电。

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，该交错贴合连接的振子半臂与该绝缘介质片通过若干塑料铆钉连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基站天线，包括信号输入端口，以及上述第一方面及其可能的实施方式之一提供的超宽带双极化辐射单元；该信号输入端口与该超宽带双极化辐射单元相连接；该超宽带双极化辐射单元用于通过该信号输入端口接收来自基站的信号，并将该信号辐射出去。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种超宽带双极化辐射单元和基站天线，该辐射单元包括四个辐射臂、绝缘介质片、馈电结构和反射板；每个辐射臂均包括彼此相连的两个振子半臂；上述四个辐射臂两两依次连接形成一个闭合辐射单元，该闭合辐射单元固定设置在反射板上；相邻的辐射臂通过振子半臂交错贴合连接，且在交错贴合连接的振子半臂之间间隔有绝缘介质片；该馈电结构与辐射臂相连，用于给辐射臂馈电；可以使辐射单元在满足超宽带辐射性能的同时物理尺寸更加紧凑，从而使应用该辐射单元的天线实现超宽带、低剖面、小尺寸。

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超宽带双极化辐射单元的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种超宽带双极化辐射单元的俯视图；

图3为本发明实施例提供的一种超宽带双极化辐射单元的立体装配爆炸示意图；

图4为本发明实施例提供的一种超宽带双极化辐射单元的平面装配爆炸示意图；

图5为本发明实施例提供的一种超宽带双极化辐射单元的辐射臂的立体结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基站天线的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种基站天线的结构示意图。

图标：

10-金属反射板；20-第一绝缘介质片；100-第一辐射臂；200-第二辐射臂；300-第三辐射臂；400-第四辐射臂；500-第二绝缘介质片；600-塑料铆钉；700-巴伦接地片；1001、1002、2001、2002、3001、3002、4001、4002-振子半臂；61-超宽带双极化辐射单元；62-信号输入端口；63-基站；800-基站天线。

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。

目前，基站规模和天线数量的增加使建站空间和成本受到限制，对基站天线小型化、多系统、超宽频带的需求日益增加。基于此，本发明实施例提供的一种超宽带双极化辐射单元和基站天线，可以使辐射单元在满足超宽带辐射性能的同时物理尺寸更加紧凑，从而使应用该辐射单元的天线实现超宽带、低剖面、小尺寸。

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超宽带双极化辐射单元进行详细介绍。

实施例一

本发明实施例提供了一种超宽带双极化辐射单元，该辐射单元包括：四个辐射臂、绝缘介质片、馈电结构和反射板。

其中，每个辐射臂均包括两个振子半臂，两个振子半臂彼此连接。该辐射单元中的四个辐射臂两两依次连接形成一个闭合辐射单元，并且，该闭合辐射单元固定设置在反射板上。在该闭合辐射单元中，相邻的辐射臂通过振子半臂交错贴合连接，且在交错贴合连接的振子半臂之间间隔有绝缘介质片。

该馈电结构与辐射臂相连，用于给各个辐射臂馈电。在实际操作中，当馈电结构给辐射臂馈电时，交错贴合连接的振子半臂之间形成电磁耦合环境，从而实现相邻辐射臂之间的互相共用。并且，位置相对的辐射臂同相辐射同时工作，位置相对的辐射臂通过电缆等传输线合并为一路，分别形成+45°极化振子和-45°极化振子，构成一对±45°相互正交的极化振子，实现了正负45度极化正交的超宽带双极化辐射单元。

相比于传统的辐射单元，本发明实施例提供的超宽带双极化辐射单元，增加了辐射臂的谐振电长度，在同样的谐振频率下，使整个辐射单元的物理长度和物理尺寸大大减小，从而使应用该辐射单元的天线在保证辐射性能的前提下，天线尺寸实现小型化。

本发明实施例提供的一种超宽带双极化辐射单元，该辐射单元包括四个辐射臂、绝缘介质片、馈电结构和反射板；每个辐射臂均包括彼此相连的两个振子半臂；上述四个辐射臂两两依次连接形成一个闭合辐射单元，该闭合辐射单元固定设置在反射板上；相邻的辐射臂通过振子半臂交错贴合连接，且在交错贴合连接的振子半臂之间间隔有绝缘介质片；该馈电结构与辐射臂相连，用于给辐射臂馈电；可以使辐射单元在满足超宽带辐射性能的同时物理尺寸更加紧凑，从而使应用该辐射单元的天线实现超宽带、低剖面、小尺寸。

实施例二

本发明实施例提供了另一种超宽带双极化辐射单元，在上述实施例一所示的超宽带双极化辐射单元的基础上，该辐射单元的辐射臂还包括独立馈电结构，且该独立馈电结构的馈电点位于辐射臂的中部，并且，相邻的馈电点之间的距离为频带中心频率的1/4波长，从而实现相邻馈电点之间互不干扰。

在本实施例中，辐射单元的每个辐射臂的两个振子半臂均通过巴伦接地片彼此连接，此外，该辐射单元还包括非金属介质片，该非金属介质片设置在辐射单元和反射板之间。在其中一种可能的实施方式中，该反射板为金属材质，并且，四个辐射振子通过电磁耦合与该金属反射板接地。另外，在该实施例中，辐射臂距离反射板的高度为1/4波长。

本实施例提供的超宽带双极化辐射单元，可广泛应用于超宽带基站天线，在保证天线辐射性能的同时可大大减少整个天线的物理尺寸。在其中一种实施方式中，开发了一种工作在690-960MHz的超宽带双极化辐射单元，在保证方向图性能和S参数等端口性能的要求下，辐射面物理尺寸达到130mmX130mm，相对传统的的辐射单元尺寸减小了超过20％，相对应的天线宽度可减小约15％。

实施例三

本发明实施例提供了另一种超宽带双极化辐射单元，参见图1-2，分别为该辐射单元的立体结构示意图和俯视图。由图1可见，该辐射单元包括四个辐射臂，分别为第一辐射臂100、第二辐射臂200、第三辐射臂300和第四辐射臂400。其中，第一辐射臂100有两个振子半臂1001、1002；第二辐射臂200有两个振子半臂2001、2002；第三辐射臂300有两个振子半臂3001、3002；第四辐射臂400有两个振子半臂4001、4002。

如图3-5所示，分别为本发明实施例提供的一种超宽带双极化辐射单元的立体装配爆炸示意图、平面装配爆炸示意图和辐射臂的立体结构示意图。由图4可见，四个辐射臂贴合第二绝缘介质片500，通过若干塑料铆钉600使辐射臂贴合部紧密、稳定、可靠。四个辐射臂通过同轴馈电，巴伦接地片700连接同一辐射臂的两个振子半臂以平衡馈电。该超宽带双极化辐射单元固定设置于金属反射板10上，辐射单元与金属反射板10之间有第一绝缘介质片20，通过若干塑料铆钉600使该辐射单元紧密、稳定、可靠地固定于金属反射板10之上。

在该辐射单元中，第一辐射臂100、第二辐射臂200、第三辐射臂300和第四辐射臂400通过巴伦接地片700和第二绝缘介质片500构成一个独立的整体。四个辐射臂距金属反射板10高度约1/4波长，以金属反射板10为地做方向图镜像合成。

其中，第一辐射臂100与相邻的第二辐射臂200、第四辐射臂400通过第二绝缘介质片500和塑料铆钉600贴合起来。由于存在第二绝缘介质片500和一定的贴合面积，故在贴合部形成了两个有很强电容耦合的电磁耦合结构，即当馈电第一辐射臂工作时，电流能通过这两个电磁耦合结构分别到达相邻的辐射臂，也即第二辐射臂200的一个振子半臂2001和第四辐射臂400的一个振子半臂4002。通过这种电磁耦合结构，第一辐射臂100的辐射谐振电长度得到加长。

其次，第二辐射臂200与相邻的第一辐射臂100、第三辐射臂300通过第二绝缘介质片500和塑料铆钉600贴合起来。由于存在第二绝缘介质片500和一定的贴合面积，故在贴合部形成了两个有很强电容耦合的电磁耦合结构，即当馈电第二辐射臂工作时，电流能通过这两个电磁耦合结构分别到达相邻的辐射臂，也即第一辐射臂100的一个振子半臂1001和第三辐射臂300的一个振子半臂3002。通过这种电磁耦合结构，第二辐射臂200的辐射谐振电长度也得到加长。

并且，第三辐射臂300与相邻的第二辐射臂200、第四辐射臂400通过第二绝缘介质片500和塑料铆钉600贴合起来。由于存在第二绝缘介质片500和一定的贴合面积，故在贴合部形成了两个有很强电容耦合的电磁耦合结构，即当馈电第三辐射臂工作时，电流能通过这两个电磁耦合结构分别到达相邻的辐射臂，也即第二辐射臂100的一个振子半臂2001和第四辐射臂400的一个振子半臂4002。通过这种电磁耦合结构，第三辐射臂300的辐射谐振电长度也得到加长。

另外，第四辐射臂400与相邻的第一辐射臂100、第三辐射臂300通过第二绝缘介质片500和塑料铆钉600贴合起来。由于存在第二绝缘介质片500和一定的贴合面积，故在贴合部形成了两个有很强电容耦合的电磁耦合结构，即当馈电第四辐射臂工作时，电流能通过这两个电磁耦合结构分别到达相邻的辐射臂，也即第一辐射臂100的一个振子半臂1001和第三辐射臂300的一个振子半臂3002。通过这种电磁耦合结构，第四辐射臂400的辐射谐振电长度同样得到加长。

在实际操作中，第一辐射臂100和第三辐射臂300可通过馈线合并为一路，即第一辐射臂100和第三辐射臂300同相馈电共同工作构成该超宽带双极化辐射单元的一个极化振子。第二辐射臂200和第四辐射臂400通可通过馈线合并为一路，即第二辐射臂200和第四辐射臂400共同工作构成该超宽带双极化辐射单元的另一个极化振子。这两个极化振子独立正交工作。

这样，上述超宽带双极化辐射单元，在确保辐射性能不下降的同时，具备了低剖面、小尺寸、超宽带、良好的阻抗匹配和互调的特征，可广泛应用与移动通信基站天线。

实施例四

本发明实施例还提供了一种基站天线，如图6所示，为该基站天线800的结构示意图，由图6可见，该基站天线800包括信号输入端口62，以及上述实施例一、实施例二、实施例三及其可能的实施方式之一提供的超宽带双极化辐射单元61。

其中，该信号输入端口62与该超宽带双极化辐射单元61彼此相连，并且，该信号输入端口62还与基站63相连。该超宽带双极化辐射单元61用于通过该信号输入端口62接收来自基站63的信号，并将该信号辐射出去。

参见图7，为本发明实施例提供的另一种基站天线的结构示意图，由图7可见，该基站天线左右两侧排布，每列包含若干数量该超宽带双极化辐射单元61，双极化4端口工作，频段为690-960MHz。由于该超宽带双极化辐射单元61具备超宽带和良好的辐射性能的同时，也具备小尺寸，低剖面，结构紧凑的特点，使天线在有限空间内保证辐射性能的同时能实现小尺寸，阵列排布简易，阵列干扰小的优势。

本发明实施例提供的基站天线，与上述实施例提供的超宽带双极化辐射单元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。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的基站天线的具体工作过程，可以参考前述实施例一至实施例三中的对应过程，在此不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

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)

1.一种超宽带双极化辐射单元，其特征在于，包括：四个辐射臂、绝缘介质片、馈电结构和反射板；每个所述辐射臂均包括彼此相连的两个振子半臂；

所述四个辐射臂两两依次连接形成一个闭合辐射单元，所述闭合辐射单元固定设置在所述反射板上；

相邻的所述辐射臂通过所述振子半臂交错贴合连接，且在交错贴合连接的所述振子半臂之间间隔有绝缘介质片；

所述馈电结构与所述辐射臂相连，用于给所述辐射臂馈电。

2.根据权利要求1所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，所述辐射臂包括独立馈电结构，所述独立馈电结构的馈电点位于所述辐射臂的中部。

3.根据权利要求2所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，相邻的所述馈电点之间的距离为频带中心频率的1/4波长。

4.根据权利要求1所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，所述辐射臂距离反射板的高度为1/4波长。

5.根据权利要求1所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，每个所述辐射臂的两个振子半臂通过巴伦接地片彼此连接。

6.根据权利要求5所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，还包括：非金属介质片；所述非金属介质片设置在所述辐射单元和所述反射板之间。

7.根据权利要求1所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，位置相对的所述辐射臂同相辐射构成一对±45°相互正交的极化振子。

8.根据权利要求1所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，所述馈电结构为同轴馈电。

9.根据权利要求1所述的超宽带双极化辐射单元，其特征在于，所述交错贴合连接的振子半臂与所述绝缘介质片通过若干塑料铆钉连接。

10.一种基站天线，其特征在于，包括信号输入端口，以及权利要求1-9任一项所述的超宽带双极化辐射单元；所述信号输入端口与所述超宽带双极化辐射单元相连接；

所述超宽带双极化辐射单元用于通过所述信号输入端口接收来自基站的信号，并将所述信号辐射出去。