CN110957569A - 一种宽频辐射单元及天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种宽频辐射单元和天线，所述宽频辐射单元包括两对极化正交的辐射器，每个所述辐射器包括两个相互垂直连接的辐射臂以及连接于两个辐射臂之间并共同形成闭合回路的去耦单元，所述去耦单元用于减小与高频辐射单元的互耦，相邻两个辐射器的两个相邻辐射臂平行设置。本宽频辐射单元有效地减小与高频辐射单元的互耦，提升天线的隔离度及方向图性能，也使得宽频辐射单元的等效口径更大，波束宽度较窄，扇区边缘电平下降更快，较大地提升了宽频辐射单元的单元增益。

Description

一种宽频辐射单元及天线

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种宽频辐射单元及天线。

背景技术

随着现代无线通信技术的快速发展，基站数量急剧增加、选址困难、安装不便等问题日益显现。基站天线作为基站系统最重要的组成部分之一，小型化、宽频化、多频共用是其主要的发展方向。

为了实现多频天线的小型化，天线内部的空间极为紧凑，不同频段间的天线单元会存在互耦问题，较强的互耦会造成天线隔离度的恶化，方向图畸变，从而影响基站的覆盖效果。因此，如何在有限的空间里改善天线间的互耦，提升天线隔离度及方向图性能，是当前急需解决的问题。

现有技术中为了改善低频天线对高频天线的影响，低频振子一般设计成“十字形”结构，低频阵列在高频阵列中进行“插针式”的放置，可减小对高频振子的遮挡。但“十字形”结构振子方向图波束宽度普遍较宽，增益偏低，同时为了实现“十字形”结构±45°极化的宽频阻抗匹配，辐射臂的尺寸往往较大，这也加大了对高频天线的影响。

发明内容

本发明的首要目的旨在提供一种增益高且可提升天线隔离度及方向图性能的宽频辐射单元。

本发明的另一目的旨在提供一种采用上述宽频辐射单元的天线。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种宽频辐射单元，包括两对极化正交的辐射器，每个所述辐射器包括两个相互垂直连接的辐射臂以及连接于两个辐射臂之间并共同形成闭合回路的去耦单元，所述去耦单元用于减小与高频辐射单元的互耦，相邻两个辐射器的两个相邻辐射臂平行设置。

进一步设置：所述去耦单元包括介质基板以及设置于介质基板上的线路层，所述介质基板的两端分别与辐射器内的两个辐射臂连接，使线路层与两个辐射臂形成闭合回路。

进一步设置：所述介质基板的两端沿介质基板的厚度方向穿设有导电柱，所述导电柱与所述辐射臂和所述线路层导电连接。

进一步设置：所述辐射臂上沿远离与其相平行的辐射臂的一侧延伸设有用于支撑所述介质基板的延伸部。

进一步设置：所述线路层包括两个分别对应设置于介质基板两端并与辐射臂直接连接或耦合连接的馈电区以及连接于两个馈电区之间的导通段，所述馈电区覆盖所述延伸部。

进一步设置：所述导通段呈直线状或曲线状。

进一步设置：所述宽频辐射单元还包括馈电巴伦和两个馈电片，四个所述辐射器呈中心对称地连接于馈电巴伦的顶端，每个所述馈电片对应为对角设置的一对辐射器进行馈电，两个所述馈电片呈上下分布并分别沿所述辐射器的两个辐射臂的对称中心线方向连接于馈电巴伦顶部。

本发明还提供了一种天线，包括反射板，均设于反射板上的低频阵列和高频阵列，所述低频阵列和高频阵列对应设置至少一个低频辐射单元和至少一个高频辐射单元，所述低频辐射单元为上述的宽频辐射单元，所述高频辐射单元安装于所述宽频辐射单元中辐射器内两个辐射臂所限定的区域内。

进一步设置：所述低频阵列轴线的两侧各设有所述高频阵列，相邻两个所述宽频辐射单元之间的间距为一个高频阵列中两个高频辐射单元之间的间距的两倍。

进一步设置：所述高频阵列于低频阵列轴线的两侧各设有两列。

相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

1.本发明涉及的宽频辐射单元中，通过设置两对极化正交的辐射器，同一辐射器内的两个辐射臂相互垂直，相邻辐射器的两个相邻的辐射臂相互平行，从而共同形成“十”字型的辐射面结构，减少宽频辐射单元对高频辐射单元的遮挡，同时，去耦单元与两个辐射臂形成闭合回路，可有效地减小与高频辐射单元的互耦，提升天线的隔离度及方向图性能，也使得宽频辐射单元的等效口径更大，波束宽度较窄，扇区边缘电平下降更快，较大地提升了宽频辐射单元的单元增益。

2.本发明涉及的天线中，通过采用上述的宽频辐射单元，并与高频辐射单元共同形成单列低频阵列和双列高频阵列或四列高频阵列，低频阵列和高频阵列之间的排列更加紧凑，且高频阵列和低频阵列之间的互耦较小，增益更高，使多频天线更加小型化，方向图性能更佳。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明中宽频辐射单元的一种实施例的结构示意图；

图2为本发明中宽频辐射单元的一种实施例的俯视图；

图3为本发明中宽频辐射单元的另一种实施例的结构示意图；

图4为本发明中宽频辐射单元的另一种实施例的结构示意图；

图5为本发明中宽频辐射单元的另一种实施例的结构示意图；

图6为本发明中宽频辐射单元的一种实施例的增益图；

图7为本发明中天线的一种实施例的结构示意图；

图8为本发明中天线的另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1和图2所示，本发明提供了一种宽频辐射单元1，包括馈电巴伦11、两对极化正交的辐射器12和两个馈电片13，每个馈电片13为对角设置的两个辐射器12进行馈电。

在本实施例中，所述辐射器12包括两个相互垂直的辐射臂121，所述辐射臂121长度尺寸为中心频率的0.18-0.3倍自由空间波长，优选地，所述辐射臂121的长度尺寸为中心频率的0.2倍自由空间波长。两个辐射臂121相互靠近的一端均与馈电巴伦11顶部连接，相邻两个辐射器12的两个相邻辐射臂121平行设置，且两个相互平行的辐射臂121之间形成间隔。所述辐射器12还包括连接于两个辐射臂121的去耦单元122，去耦单元122与两个辐射臂121共同形成闭合回路，所述去耦单元122用于减小与高频辐射单元3的互耦。

通过设置两对极化正交的辐射器12，每个辐射器12内的两个辐射臂121呈90°夹角或近90°夹角，并且相邻的两个辐射器12的两个相互靠近的辐射臂121平行设置，从而共同构成“十”字型的辐射面结构，减小宽频辐射单元1对高频辐射振子3的遮挡，提升天线隔离度及方向图性能。利用去耦单元122与辐射器12内的两个辐射臂121进行连接，并形成闭合回路，使得宽频辐射单元1的等效口径更大，波束宽度较窄，扇区边缘电平下降更快，单元增益有较大提升。

在本本实施例中，所述馈电巴伦11顶部的外轮廓呈方形状，相互平行的两个辐射臂121连接于馈电巴伦11顶部的同一直边上。进一步地，两个所述馈电片13呈上下交错分布地设置于馈电巴伦11的顶部，且两个馈电片13分别沿所述辐射器12的两个辐射臂121的对称中心线方向连接于馈电巴伦11顶部的两个对角的角端之间。在本实施例中，所述馈电片13与馈电巴伦11为直接馈电方式，在其他实施例中，所述馈电片13与馈电巴伦11也可为耦合馈电方式。

进一步地，所述去耦单元122可为PCB板、钣金件或金属化塑料件，在本实施例中，所述去耦单元122为PCB板，包括介质基板1221和设置于介质基板1221上的线路层1222，所述介质基板1221的两端分别与辐射器12内的两个辐射臂121连接，使线路层1222与两个辐射臂121形成闭合回路，具体地，线路层1222设置介质基板1221的上表面，介质基板1221两端的下表面与辐射臂121的上表面贴合。在本实施例中，所述辐射臂121与介质基板1221耦合连接。

进一步地，所述辐射臂121上沿远离与其相平行的辐射臂121的一侧延伸有用于支撑所述介质基板1221的延伸部1211。通过设置延伸部1211，增大了辐射臂121对介质基板1221的支撑面积，提高两者的连接强度，也增大了两者的耦合面积，提升了两者的耦合性能。

在本实施例中，所述线路层1222包括两个分别对应设置于介质基板1221两端并与辐射臂121直接连接或耦合连接的馈电区12221，以及连接于两个馈电区12221之间的导通段12222，所述馈电区12221沿辐射臂121的投影覆盖所述延伸部1211。利用馈电区12221可大大地增大线路层1222与辐射臂121的耦合面积，提高耦合效果。在其中一种实施例中，所述导通段12222由粗细不同的线路组成。

结合图3所示，在其中一种实施例中，所述导通段12222呈直线状，具体地，该导通段12222为细线状，其宽度远小于介质基板1221的宽度。通过采用细线状的导通段12222设置，可减小线路层1222与高频辐射单元3的耦合，提升天线的隔离度和方向图性能。在其他实施例中，所述导通段也可为曲线状。

结合图4所示，在其中一种实施例中，所述介质基板1221的两端沿介质基板1221的厚度方向穿设有导电柱1223，所述导电柱1223与所述辐射臂121和所述线路层1222导电连接。具体地，所述导电柱1223穿过所述馈电区12221并与馈电区12221焊接。

在本实施例中，所述介质基板1221连接于辐射臂121远离馈电巴伦11的一端。在其他实施例中，所述介质基板1221还可不连接于辐射臂121的端部。如图5所示，所述介质基板1221连接于辐射臂121距离辐射臂121末端0.05倍自由空间波长位置处，通过调整辐射臂121的参数，亦可实现宽频辐射单元1的宽频匹配，因此，介质基板1221与辐射臂121可根据实际需要改变连接位置。

结合图6所示，展示了宽频辐射单元1在工作频段内的单元增益，横坐标为宽频辐射单元1的辐射角度，纵坐标为宽频辐射单元1的增益值，具体地，工作频段内的单元增益为8.6dBi-9.6dBi。

结合图7所示，本发明还提供了一种天线，具体为一种多频天线，包括反射板2，均设于反射板2上的低频阵列和高频阵列，所述低频阵列和高频阵列对应设置至少一个低频辐射单元和至少一个高频辐射单元3，所述低频辐射单元为上述的宽频辐射单元1，所述高频辐射单元3安装于所述宽频辐射单元1中辐射器12内两个辐射臂121所限定的区域内。

进一步地，所述低频阵列轴线的两侧各设有所述高频阵列，相邻两个所述宽频辐射单元1之间的间距为一个高频阵列中两个高频辐射单元3之间的间距的两倍。具体地，相邻两个所述宽频辐射单元1之间的间距为两个高频辐射单元3的中心之间的距离，同样地，相邻两个高频辐射单元3之间的间距为两个高频辐射单元3的中心的距离。

在其中一种实施例中，所述低频阵列轴线的两侧各设有一个高频阵列，所述低频阵列和所述高频阵列均为水平面波束宽度为65°的基站天线。

通过采用上述的振子排列形式，使高频辐射单元3和宽频辐射单元1的排布更加合理，减少两者之间的互耦，使高频辐射单元3和宽频辐射单元1排布更加紧凑，天线更加小型化，另外，由于宽频辐射单元1上的去耦单元122使天线整体的增益提升，方向图性能也有所提高。

结合图8所示，在另一种实施例中，所述天线包括单列低频阵列和四列高频阵列，所述高频阵列于低频阵列轴线的两侧各设置两列。所述低频阵列为水平面波束宽度为65°的基站天线，所述高频阵列为由四列子阵列组成的多波束基站天线。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种宽频辐射单元，其特征是：包括两对极化正交的辐射器，每个所述辐射器包括两个相互垂直连接的辐射臂以及连接于两个辐射臂之间并共同形成闭合回路的去耦单元，所述去耦单元用于减小与高频辐射单元的互耦，相邻两个辐射器的两个相邻辐射臂平行设置。

2.根据权利要求1所述的宽频辐射单元，其特征是：所述去耦单元包括介质基板以及设置于介质基板上的线路层，所述介质基板的两端分别与辐射器内的两个辐射臂连接，使线路层与两个辐射臂形成闭合回路。

3.根据权利要求2所述的宽频辐射单元，其特征是：所述介质基板的两端沿介质基板的厚度方向穿设有导电柱，所述导电柱与所述辐射臂和所述线路层导电连接。

4.根据权利要求2所述的宽频辐射单元，其特征是：所述辐射臂上沿远离与其相平行的辐射臂的一侧延伸设有用于支撑所述介质基板的延伸部。

5.根据权利要求4所述的宽频辐射单元，其特征是：所述线路层包括两个分别对应设置于介质基板两端并与辐射臂直接连接或耦合连接的馈电区以及连接于两个馈电区之间的导通段，所述馈电区覆盖所述延伸部。

6.根据权利要求5所述的宽频辐射单元，其特征是：所述导通段呈直线状或曲线状。

7.根据权利要求1所述的宽频辐射单元，其特征是：还包括馈电巴伦和两个馈电片，四个所述辐射器呈中心对称地连接于馈电巴伦的顶端，每个所述馈电片对应为对角设置的一对辐射器进行馈电，两个所述馈电片呈上下分布并分别沿所述辐射器的两个辐射臂的对称中心线方向连接于馈电巴伦顶部。

8.一种天线，包括反射板，均设于反射板上的低频阵列和高频阵列，所述低频阵列和高频阵列对应设置至少一个低频辐射单元和至少一个高频辐射单元，其特征是：所述低频辐射单元为权利要求1至7任意一项所述的宽频辐射单元，所述高频辐射单元安装于所述宽频辐射单元中辐射器内两个辐射臂所限定的区域内。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征是：所述低频阵列轴线的两侧各设有所述高频阵列，相邻两个所述宽频辐射单元之间的间距为一个高频阵列中两个高频辐射单元之间的间距的两倍。

10.根据权利要求9所述的天线，其特征是：所述高频阵列于低频阵列轴线的两侧各设有两列。

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