CN110011041B - 基于3d介质打印的新型移动通信基站天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于通信基站技术领域，提供了一种基于3D介质打印的新型移动通信基站天线装置。该移动通信基站天线装置包括多个金属天线、支撑体、反射板以及电缆；所述支撑体开设有通孔，所述电缆安装于所述通孔内，所述的多个金属天线均贴设于所述支撑体的同一侧上，并且与所述电缆电性连接，所述反射板贴设于所述支撑体的另一侧上，并且所述金属天线所在平面的法线经过所述反射板所在平面。本发明的移动通信基站天线装置具有交叉极化、宽频率带宽、稳定增益和辐射波束等性能，保持天线辐射的稳定性。

Description

基于3D介质打印的新型移动通信基站天线装置
技术领域
本发明属于通信基站技术领域，尤其涉及一种基于3D介质打印的新型移动通信基站天线装置。
背景技术
基站天线作为基站系统的子系统，其作用主要是实现自由空间传播的电磁能量与无线电设备中的高频电磁能量的转换，与此同时还要根据设备的用途和技术指标要求，使电磁波的能量能够在指定区域内进行传播。LTE基站天线覆盖1.71GHz-2.69GHz频段，是目前4G移动通信基站的关键产品之一。
目前，现有的基站天线单元的电路中天线结构体积较大、全金属的量产成本较高和PCB印刷的设计自由度受限，导致其频率带宽、增益和辐射波束等性能较差。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种基于3D介质打印的新型移动通信基站天线装置，旨在解决现有技术中的基站天线存在频率带宽、增益和辐射波束性能较差的问题。
本发明实施例是这样实现的，提供一种基于3D介质打印的新型移动通信基站天线装置，其包括多个金属天线、支撑体、反射板以及电缆；所述支撑体开设有通孔，所述电缆安装于所述通孔内，所述的多个金属天线均贴设于所述支撑体的同一侧上，并且与所述电缆电性连接，所述反射板贴设于所述支撑体的另一侧上，并且所述金属天线所在平面的法线经过所述反射板所在平面。
进一步地，所述电缆包括内导体和外导体，所述外导体套设于所述内导体上。
进一步地，所述金属天线由金属片构成，所述金属天线的横截面呈等腰梯形。
进一步地，所述金属天线的下底边比所述金属天线的上底边更远离所述反射板。
进一步地，所述金属天线所在平面与水平面之间的夹角为45度。
本发明实施例的第一方面，所述支撑体的一侧面具有凹陷部，所述凹陷部具有一个底面和两个相互对称的斜面，两个所述斜面上均贴设所述金属天线，两个所述斜面上的金属天线相互对称，所述通孔贯穿所述底面，所述金属天线靠近所述反射板的一侧边长长度小于所述金属天线远离所述反射板的相对另一侧边长长度，所述支撑体由树脂通过3D打印方式加工而成。
本发明实施例的第二方面，所述支撑体的一侧面具有凹陷部，所述凹陷部具有一个底面和四个斜面，四个所述斜面上均贴设有金属天线，并且相对的两个所述斜面相互对称，所述通孔贯穿所述底面，所述金属天线靠近所述反射板的一侧边长长度小于所述金属天线远离所述反射板的相对另一侧边长长度，所述支撑体由树脂通过3D打印方式加工而成。
本发明实施例的第三方面，所述支撑体的一侧面上贴设有四个所述金属天线，四个所述金属天线沿所述支撑体一侧面的四周均匀分布，所述金属天线所在平面与所述水平面垂直，所述支撑体由陶瓷材料制成。
本发明实施例与现有技术相比，有益效果在于：本发明的新型移动通信基站天线装置通过在支撑体的一侧上贴设多个金属天线，在支撑体的另一侧上贴设用于反射电磁波的反射板，金属天线与设置于支撑体内的电缆电性连接，金属天线与反射板之间完全填充介质作为支撑体来减少波长，以降低金属天线的整体尺寸，使该天线装置获得更小型化，并且具有交叉极化、宽频率带宽、稳定增益和辐射波束等性能，保持天线辐射的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的基于3D介质打印的新型移动通信基站天线装置立体结构示意图；
图2是图1所示的新型移动通信基站天线装置的侧面剖视结构示意图；
图3是图1所示的新型移动通信基站天线装置主视结构示意图；
图4是本发明实施例一提供的新型移动通信基站天线装置的工作频段中1.71GHz相应的E平面天线辐射图；
图5是本发明实施例一提供的新型移动通信基站天线装置的工作频段中2.2GHz相应的E平面天线辐射图；
图6是本发明实施例一提供的新型移动通信基站天线装置的工作频段中2.69GHz相应的E平面天线辐射图；
图7是本发明实施例一提供的新型移动通信基站天线装置的工作频段中1.71GHz相应的H平面天线辐射图；
图8是本发明实施例一提供的新型移动通信基站天线装置的工作频段中2.2GHz相应的H平面天线辐射图；
图9是本发明实施例一提供的新型移动通信基站天线装置的工作频段中2.69GHz相应的H平面天线辐射图；
图10是本发明实施例一提供的新型移动通信基站天线装置的电磁仿真图；
图11是本发明实施例二提供的新型移动通信基站天线装置结构示意图；
图12是图11所示的新型移动通信基站天线装置主视结构示意图；
图13是图11所示的新型移动通信基站天线装置的侧面剖视结构示意图；
图14是本发明实施例三提供的新型移动通信基站天线装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
如图1至3所示，是本发明实施例一提供的基于3D介质打印的新型移动通信基站天线装置。该新型移动通信基站天线装置包括两个金属天线1、支撑体2、反射板3以及电缆4，支撑体2开设有通孔10，电缆4安装于通孔内，该两个金属天线1均贴设于支撑体2的同一侧上，并且与电缆4电性连接，反射板3贴设于支撑体2的另一侧上，并且金属天线1所在平面的法线经过反射板3所在平面，该反射板3优选铜板。
上述实施例中，电缆4包括内导体41和外导体42，外导体42套设于内导体41上，外导体42通过焊接方式与其中一个金属天线1电线连接，内导体41通过焊接方式与另一个金属天线1电线连接，用于馈电。具体地，金属天线1由金属片构成，金属天线1的横截面呈等腰梯形。支撑体2由树脂作为填充介质通过3D打印方式加工而成，其介电常数为2.89，使得金属天线1与反射板3之间完全填充介质材料作为支撑体2来减少波长。该支撑体2的一侧面具有凹陷部20，该凹陷部20a具有一个底面和两个相互对称的斜面，由银浆通过3D打印方式在支撑体2的两个相互对称的斜面上均打印出呈等腰梯形的金属天线1，两个斜面上的金属天线1相互对称，通孔贯穿凹陷部20a的底面中部，电缆4穿过底面与金属天线1电性连接。金属天线1靠近反射板3的一侧边长长度小于金属天线1远离反射板3的相对另一侧边长长度，即金属天线1的下底边比金属天线1的上底边更远离反射板3，并且金属天线1的下底边贴靠于该凹陷部20a的斜面外边缘，金属天线1的上底边贴靠于该凹陷部20a的底面边缘，金属天线1所在平面与水平面之间的夹角为45度，构成斜面打印的单极化天线结构。
如图4为本发明实施例一的新型移动通信基站天线装置的工作频段中E平面频率f＝1.71GHz处远场辐射图，如图5为本发明实施例一的新型移动通信基站天线装置的工作频段中E平面频率f＝2.2GHz处远场辐射图，如图6为本发明实施例一的新型移动通信基站天线装置的工作频段中E平面频率f＝2.69GHz处远场辐射图。如图7为本发明实施例一的新型移动通信基站天线装置的工作频段中H平面频率f＝1.71GHz处远场辐射图，如图8为本发明实施例一的新型移动通信基站天线装置的工作频段中H平面频率f＝2.2GHz处远场辐射图，如图9为本发明实施例一的新型移动通信基站天线装置的工作频段中H平面频率f＝2.69GHz处远场辐射图。其中，E面指的是辐射最大方向和电场所在的平面，H面指的是磁场和最大辐射方向所在的平面。如图10为本发明实施例一的新型移动通信基站天线装置的电磁仿真图，从该仿真图可知，该新型移动通信基站天线装置的天线辐射在LTE频段(f＝1.71GHz-2.69GHz)内保持稳定，其回波损耗在整个频段内均低于-10dB。
实施例二：
如图11至图13所示，是本发明实施例二提供的新型移动通信基站天线装置。该新型移动通信基站天线装置包括四个金属天线1、支撑体2、反射板3以及电缆4，支撑体2开设有通孔，电缆4安装于通孔内，该四个金属天线1均贴设于支撑体2的同一侧上，并且与电缆4电性连接，反射板3贴设于支撑体2的另一面上，并且金属天线1所在平面的法线经过反射板3所在平面，该反射板3优选铜板。
上述实施例中，电缆4具有两个，每个电缆4均包括内导体41和外导体42，外导体42套设于内导体41上，外导体42通过焊接方式与其中一个金属天线1电线连接，内导体41通过焊接方式与另一个金属天线1电线连接，用于馈电。具体地，金属天线1由金属片构成，金属天线1的横截面呈等腰梯形。支撑体2由树脂作为填充介质材料通过3D打印方式加工而成，其介电常数为2.89，使得金属天线1与反射板3之间完全填充介质材料作为支撑体2来减少波长。支撑体2的一侧面具有凹陷部20b，该凹陷部20b具有一个底面和四个斜面，四个斜面的面积大小相等，并且相对的两个斜面相互对称，由银浆通过3D打印方式在支撑体2的四个斜面上均打印出呈等腰梯形的金属天线1，通孔贯穿凹陷部20a的底面中部，该电缆4穿过底面与金属天线1电连接。金属天线1靠近反射板3的一侧边长长度小于金属天线1远离反射板3的相对另一侧边长长度，即金属天线1的下底边比金属天线1的上底边更远离反射板3，并且金属天线1的下底边贴靠于凹陷部20b的斜面外边缘，金属天线1的上底边贴靠于凹陷部20b的底面边缘，金属天线1所在平面与水平面之间的夹角为45度，构成斜面打印的双极化天线结构。
实施例三：
如图14所示，是本发明实施例三提供的新型移动通信基站天线装置。该新型移动通信基站天线装置包括四个金属天线1、支撑体2、反射板3以及电缆4，支撑体2开设有通孔，电缆4安装于通孔内，该四个金属天线1均贴设于支撑体2的同一侧上，并且与电缆4电性连接，反射板3贴设于支撑体2的另一侧上，金属天线1所在面与反射板3所在面相对，金属天线1所在平面的法线经过反射板3所在平面。
上述实施例中，电缆4具有两个，每个电缆4均包括内导体41和外导体42，外导体42套设于内导体41上，外导体42通过焊接方式与其中一个金属天线电线1连接，内导体41通过焊接方式与另一个金属天线1电线连接，用于馈电。具体地，反射板3优选铜板，金属天线1由金属片构成，金属天线1的横截面呈等腰梯形。该支撑体2呈长方体，其由陶瓷材料可通过陶瓷3D打印方式或者传统烧结方式加工而成，其介电常数值可通过陶瓷配方来设置任意参数。由银浆通过3D打印方式在支撑体2的其中一个侧面上进行平面打印出四个呈等腰梯形的金属天线1，即该四个金属天线1位于同一平面上。四个金属天线1沿支撑体一侧面的四周均匀分布，金属天线1所在平面与水平面垂直。通孔贯穿金属天线1所在支撑体2上的一面以及支撑体2的另外两个面。上述的结构构成平面打印的双极化天线结构。
综上所述，本发明的新型移动通信基站天线装置通过在金属天线1与反射板3之间完全填充介质作为支撑体2来减小波长，以降低金属天线1与反射板3之间的距离，使天线装置获得更小型化，并且能够满足交叉极化、宽频率带宽、稳定增益和辐射波束等性能，保持天线辐射的稳定性，采用3D金属打印天线，改善了PCB印刷电路的设计自由度受限的问题，使其拥有更高的设计自由度，从而可调节使得天线辐射图更加稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于3D介质打印的新型移动通信基站天线装置，其特征在于，包括多个金属天线、支撑体、反射板以及电缆；所述支撑体开设有通孔，所述电缆安装于所述通孔内，所述的多个金属天线均贴设于所述支撑体的同一侧上，并且与所述电缆电性连接，所述反射板贴设于所述支撑体的另一侧上，并且所述金属天线所在平面的法线经过所述反射板所在平面，其中，
所述支撑体的一侧面具有凹陷部，所述凹陷部具有一个底面和四个斜面，四个所述斜面上均贴设有金属天线，并且相对的两个所述斜面相互对称，所述通孔贯穿所述底面，所述金属天线靠近所述反射板的一侧边长长度小于所述金属天线远离所述反射板的相对另一侧边长长度。
2.如权利要求1所述的新型移动通信基站天线装置，其特征在于，所述电缆包括内导体和外导体，所述外导体套设于所述内导体上。
3.如权利要求1所述的新型移动通信基站天线装置，其特征在于，所述金属天线由金属片构成，所述金属天线的横截面呈等腰梯形。
4.如权利要求1所述的新型移动通信基站天线装置，其特征在于，所述金属天线所在平面与水平面之间的夹角为45度。
5.如权利要求4所述的新型移动通信基站天线装置，其特征在于，所述金属天线的下底边比所述金属天线的上底边更远离所述反射板。
6.如权利要求1所述的新型移动通信基站天线装置，其特征在于，所述支撑体由树脂通过3D打印方式加工而成。
7.如权利要求6所述的新型移动通信基站天线装置，其特征在于，所述支撑体由陶瓷材料制成。
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