CN110994142A - 微带线滤波辐射振子、滤波辐射单元及天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微带线滤波辐射振子、滤波辐射单元及天线，微带线滤波辐射振子，包括基板，基板的正面设置有多个相互平行且间隔设置的第一金属片，基板的背面设置有多个相互平行且间隔设置的第二金属片，第一金属片和第二金属片对应交错且通过穿设在基板上的耦合部耦合，本发明的微带线滤波辐射振子，同时具有辐射信号和抑制干扰的功能；滤波辐射单元，包括至少一个如上所述的振子，能够在使用时搭配高频辐射元件，实现同时辐射高频信号和低频信号的目的；本发明的天线，包括至少一个如上所述的滤波辐射单元，能够同时传输低频信号和高频信号，进而有效提高天线的集成度、减小天线的体积。

Description

微带线滤波辐射振子、滤波辐射单元及天线
技术领域
本发明涉及天线领域，具体的说是微带线滤波辐射振子、滤波辐射单元及天线。
背景技术
随着通信快速发展，第五代通信已经来临，由于考虑运营成本的问题，4G+5G模式将成为通信发展的主流趋势。然而4G天线与5Gmassivemimo天线混合组阵，4G天线的单 元辐射单元会对5G天线的辐射单元造成严重的干扰，会导致massivemimo天线的波束变形 影响覆盖范围及系统间的隔离度不达标。
为了解决上述问题，现有技术种普遍采用的技术方案是在低频辐射单元臂上插入带 阻滤波器，从而有效的抑制高频电磁波在低频辐射单元上产生的感应电流，大幅度减弱低频 辐射单元对高频辐射单元的影响。然而一般都是加载数个独立的滤波结构，这些滤波结构是 集总原件，在振子臂上引入了不连续性，而且会影响振子的匹配，很难实现宽带工作，满足 天线工作的需求。
发明内容
为了解决现有技术中振子因为插入滤波器引入不连续性造成宽带不够的不足，本发 明的第一个目的是提供一种微带线滤波辐射振子。
为了实现上述第一个目的，本发明采用的具体方案为：微带线滤波辐射振子，包括基板，基板的正面设置有多个相互平行且间隔设置的第一金属片，基板的背面设置有多个相 互平行且间隔设置的第二金属片，第一金属片和第二金属片对应交错且通过穿设在基板上的 耦合部耦合。
作为一种优选方案，所述第一金属片和所述第二金属片均包括两个相互平行的端部 边缘，且端部边缘与所述基板的边缘平行，两个端部边缘之间通过两个连接边缘相连接，两 个连接边缘中至少一个与端部边缘之间的夹角为钝角。
作为一种优选方案，在所述基板的法向上，相互交错的所述第一金属片和所述第二 金属片具有一条重合的端部边缘。
基于上述微带线滤波辐射振子，本发明的第二个目的是提供一种滤波辐射单元，能 够在使用时搭配高频辐射元件，实现同时辐射高频信号和低频信号的目的。
为了实现上述第二个目的，本发明采用的具体方案为：滤波辐射单元，包括至少一个如上所述的振子。
作为一种优选方案，所述滤波辐射单元包括至少一个振子对，振子对由两个所述振 子组成，且两个振子的所述基板一体连接。
作为一种优选方案，两个所述基板之间的连线与所有所述第一金属片之间的连线平 行。
作为一种优选方案，所述滤波辐射单元包括两个所述振子对，两个振子对中所述基 板的连接方向相互垂直。
基于上述滤波辐射单元，本发明的第三个目的是提供一种天线，性能良好，体积小，集成度高。
为了实现上述第三个目的，本发明采用的具体方案为：天线，包括至少一个如上所述的滤波辐射单元。
作为一种优选方案，每个所述滤波辐射单元的周侧设置有若干个高频辐射单元。
作为一种优选方案，每个所述滤波辐射单元的周侧设置有四个沿圆周方向均匀分布 的高频辐射单元。
上述天线振子所能够实现的效果为：本发明利用在基板上设置的金属片和耦合部形 成连续的滤波结构，与现有插入带阻滤波器的方式相比，能够获得更大的带宽。并且能够最 大化对高频电流的抑制、最小化对低频电流的干扰，实现正向传输低频电流并且辐射低频信 号的同时反向抑制高频感应电流避免受到高频信号干扰的效果。
上述滤波辐射单元所能够实现的效果为：本滤波辐射单元借助于复合振子导通低频 电流的同时抑制高频电流干扰的特性，能够在使用时搭配高频辐射元件，实现同时辐射高频 信号和低频信号的目的。
上述天线所能够实现的效果为：本天线能够同时传输低频信号和高频信号，进而有 效提高天线的集成度、减小天线的体积。
附图说明
图1是本发明微带线滤波辐射振子的结构示意图；
图2是第一金属片、耦合部和第三金属片的侧视图；
图3本发明的滤波辐射单元的结构示意图；
图4是微带线滤波辐射振子的等效电路图；
图5是调节各项参数的原理图；
图6是天线的仿真结果图；
图7是本发明辐射振子各参数的示意图。
附图说明：1-基板，2-第一金属片，3-耦合部，4-第二金属片。
具体实施方式
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。
请参阅图1，微带线滤波辐射振子，包括基板1，基板1的正面设置有多个相互平行且间隔设置的第一金属片2，基板1的背面设置有多个相互平行且间隔设置的第二金属片4，第一金属片2和第二金属片4对应交错且通过穿设在基板1上的耦合部3耦合。
第一金属片2、耦合部3和第二金属片4可以等效为一个LC并联谐振电路，其中耦合部3等效于C，第一金属片2和第二金属片4等效于L，如图4所示。并且满足如下条 件：
Figure BDA0002273702800000031
其中j为虚数，C1和C2为等效电容值，L1为等效电阻值，fh为高频电流频率，fl为 低频电流频率。
在谐振频点时，对于外部电场来说辐射振子电路处于开路状态，阻抗趋于无穷大，此时外部电场不会产生感应电流。当频率比谐振频率低很多时，开有螺旋缝隙的中空管体会 处于低感抗、高容抗的状态，对低频的辐射及阻抗匹配只有很小的影响。
进一步的，第一金属片2和第二金属片4均包括两个相互平行的端部边缘，且端部边缘与基板1的边缘平行，两个端部边缘之间通过两个连接边缘相连接，两个连接边缘中至少一个与端部边缘之间的夹角为钝角。具体地说，基板1为长方形板，端部边缘与基板1的长边平行，第一金属片2和第二金属片4可以呈平行四边形或者直角梯形，当呈平行四边形时两个连接边缘均与端部边缘呈钝角，当呈直角梯形时，其中一个连接边缘与端部边缘之间 呈钝角，另外一个连接边缘与端部边缘之间呈直角，需要说明的是，平行四边形或者直角梯 形可以混合使用，但是呈直角梯形的第一金属片2或者第二金属片4需要设置在端部，从而 能够与辐射振子的馈电机构接地部分的耦合电流导通，加大耦合度。
进一步的，在基板1的法向上，相互交错的第一金属片2和第二金属片4具有一条重合的端部边缘。
在高频电流频率fh的条件下，辐射振子表现为开路，在低频电流频率fl的条件下，辐射振子表现为短路。在此基础上，定义辐射振子的两个端部边缘之间的距离为d、基板1的厚度为h、两个第一金属片2之间的距离和两个第二金属片4之间的距离均为g、设置为 平行四边形的第一金属片2和第二金属片4的端部边缘的长度与g的和为w，通过对w、g 和d进行调节即可最大化对高频电流的抑制、最小化对低频电流的干扰，实现正向传输低频 电流并且辐射低频信号的同时反向抑制高频感应电流的效果。并且，因为设置为平行四边形 的第一金属片2和第二金属片4的宽度是固定的，而且耦合部3是连接在第一金属片2和第 二金属片4的重合部分之间，所以耦合部3的宽度与第一金属片2和第二金属片4是相等 的，因此辐射振子在有效作用区域中是均匀连续的，从而保证了辐射振子能够获得足够的带 宽。更进一步的，各个参数之间的关系为：g与C1成正比，当g增大时，等效电路的谐振 频点升高，如图5所示，图中横坐标为频率，纵坐标为辐射振子表面的感应电流强度，黑色 线表示没有螺旋缝隙的圆管表面的感应电流大小，从图可以看出g每改变0.5mm，谐振频点 改变约0.2GHz；随着d的增加，L1及C1会增大，进而使谐振点朝低频方向移动；随着w增 大，L1减小，C1轻微增大，谐振点朝高频方向移动。
此外，需要说明的是，在对w、g和d进行调节时需要满足天线整体的需求，或者 对天线作出适应性调整，以保证能够顺利安装。
在本实施例中，基板1设置为PCB板，第一金属片2和第二金属片4均印刷在基板 1的表面上，耦合部3可以采用金属化过孔的加工工艺进行加工。
请参阅图3，基于上述辐射振子，本发明进一步提供一种滤波辐射单元，包括至少一个上述的辐射振子。借助于辐射振子本身能够辐射低频信号并且不会对附近的高频信号产 生干扰的特性，该滤波辐射单元能够搭配高频辐射单元使用，实现同时辐射高频信号和低频 信号且互不干扰的目的。
进一步的，滤波辐射单元包括至少一个振子对，振子对由两个振子组成，且两个振子的基板1一体连接。
两个辐射振子的基板1一体连接，即两个辐射振子实际上位于同一个基板1上，从而简化生产工艺和降低生产成本。
进一步的，两个基板1之间的连线与所有第一金属片2之间的连线平行。此时，一个振子对用于辐射一种极化方向的低频信号。
进一步的，滤波辐射单元包括两个振子对，两个振子对中基板1的连接方向相互垂直。两个振子对分别用于辐射两种极化方向的低频信号，并且两种极化方向的低频信号呈正 交状态，即实现了双极化辐射功能。
基于上述滤波辐射单元，本发明进一步提供一种天线，包括至少一个如上的滤波辐 射单元。
进一步的，每个滤波辐射单元的周侧设置有若干个高频辐射单元。
高频辐射单元用于辐射高频信号，因为滤波辐射单元可以在导通低频电流实现辐射 低频信号的同时抑制高频电流，避免高频信号受到低频信号的干扰，所以这样的组合能够同 时传输低频信号和高频信号，进而有效提高天线的集成度、减小天线的体积。例如，利用滤 波辐射单元传输低频的4G信号、利用高频辐射单元3传输高频的5G信号。
进一步的，每个滤波辐射单元的周侧设置有四个沿圆周方向均匀分布的高频辐射单 元。
所有的滤波辐射单元组阵形成低频天线，所有的高频辐射单元组阵形成高频天线， 例如可以将低频天线应用为FDD天线，将高频天线应用为TDD天线，从而可以有效减弱FDD天线对TDD天线波束的影响，满足TDD天线的波束覆盖指标，同时大幅度地提升端 口隔离度指标实现FDD+TDD天线。图6是该天线的仿真结果图，最左边一栏为没有低频振 子存在时候的高频2D电场，中间一栏为普通低频振子存在时的高频2D电场，最右一栏为 将普通低频振子替换为滤波辐射单元后的高频2D电场。可以看出采用了微带线滤波辐射振 子后，对天线的方向图有极大的改善，能够满足天线波束覆盖指标，同时提升了端口隔离 度。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对 这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般 原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不 会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最 宽的范围。

Claims (10)

1.微带线滤波辐射振子，其特征在于：包括基板（1），基板（1）的正面设置有多个相互平行且间隔设置的第一金属片（2），基板（1）的背面设置有多个相互平行且间隔设置的第二金属片（4），第一金属片（2）和第二金属片（4）对应交错且通过穿设在基板（1）上的耦合部（3）耦合。
2.如权利要求1所述的微带线滤波辐射振子，其特征在于：所述第一金属片（2）和所述第二金属片（4）均包括两个相互平行的端部边缘，且端部边缘与所述基板（1）的边缘平行，两个端部边缘之间通过两个连接边缘相连接，两个连接边缘中至少一个与端部边缘之间的夹角为钝角。
3.如权利要求2所述的微带线滤波辐射振子，其特征在于：在所述基板（1）的法向上，相互交错的所述第一金属片（2）和所述第二金属片（4）具有一条重合的端部边缘。
4.滤波辐射单元，其特征在于：包括至少一个如权利要求1所述的振子。
5.如权利要求4所述的滤波辐射单元，其特征在于：所述滤波辐射单元包括至少一个振子对，振子对由两个所述振子组成，且两个振子的所述基板（1）一体连接。
6.如权利要求5所述的滤波辐射单元，其特征在于：两个所述基板（1）之间的连线与所有所述第一金属片（2）之间的连线平行。
7.如权利要求6所述的滤波辐射单元，其特征在于：所述滤波辐射单元包括两个所述振子对，两个振子对中所述基板（1）的连接方向相互垂直。
8.天线，其特征在于：包括至少一个如权利要求7所述的滤波辐射单元。
9.如权利要求8所述的天线，其特征在于：每个所述滤波辐射单元的周侧设置有若干个高频辐射单元。
10.如权利要求9所述的天线，其特征在于：每个所述滤波辐射单元的周侧设置有四个沿圆周方向均匀分布的高频辐射单元。
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