CN111180860A - 基站天线及其辐射单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基站天线及其辐射单元，所述辐射单元包括偶极子、支撑所述偶极子的巴伦，以及为偶极子馈电的馈电部件，所述巴伦包括一对相对设置的巴伦臂，至少一个巴伦臂中空设置，所述馈电部件包括馈电导体和绝缘介质，所述馈电导体穿设于中空的所述巴伦臂并与由另一个巴伦臂支撑的一个辐射臂连接；所述绝缘介质填充于馈电导体与巴伦臂内壁之间并使馈电导体紧固于巴伦臂内。通过将由馈电导体和绝缘介质构成的馈电部件置于中空巴伦臂的内腔中，馈电部件与巴伦臂构成类似同轴电缆的结构，不需要使用同轴电缆馈电，不需要进行焊接，节省了焊接工时、减少由于焊接带来的电气性能不稳定因素，同时，由于不使用同轴电缆，可以降低成本。

Description

基站天线及其辐射单元
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种基站天线及其辐射单元。
背景技术
随着通信行业的发展，小型化、多频段、多制式的基站天线越来越成为通信行业应用的主流天线。现有基站天线所采用的低频辐射单元中，往往采用同轴电缆来对偶极子(如半波振子)进行馈电，其中同轴电缆的外导体焊接于巴伦的一个巴伦臂，同轴电缆的内导体焊接到巴伦另一个巴伦臂支撑的辐射臂，从而完成同轴电缆对偶极子馈电。
然而，现有辐射单元中，同轴电缆需要与巴伦和辐射臂焊接，效率较低、也容易带来电气指标不稳定的因素。另外，由于同轴电缆价格相对较高，辐射单元的成本也较大。
发明内容
本发明的首要目的旨在提供一种可以提高生产效率并减少电气指标不稳定因素的辐射单元。
本发明的另一目的旨在提供一种采用上述辐射单元的基站天线。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
作为第一方面，本发明涉及一种辐射单元，包括偶极子、支撑所述偶极子的巴伦，以及为偶极子馈电的馈电部件；所述巴伦包括一对相对设置的巴伦臂，至少一个巴伦臂中空设置；所述馈电部件包括馈电导体和绝缘介质，所述馈电导体穿设于中空的所述巴伦臂并与由另一个巴伦臂支撑的一个辐射臂连接；所述绝缘介质填充于馈电导体与巴伦臂内壁之间并使馈电导体紧固于巴伦臂内。
优选地，所述偶极子对应两个相互正交极化方向设有两对，所述馈电部件对应每个所述偶极子设有一个；所述辐射单元对应每个极化方向设有一个合路端口；为同一极化方向的两个偶极子馈电的两个馈电部件各自一端连接到对应的辐射臂，各自另一端通过该辐射单元所固有的合路端口实现合路。
优选地，所述合路端口所在的空间位置到所述同一极化的两个偶极子各自的馈电点的距离大致相等。
优选地，所述辐射单元还包括环形底座，所述巴伦远离所述偶极子的一端连接于所述环形底座，所述合路端口一体化形成于所述环形底座上。
优选地，所述合路端口形成于底座上相对于同一极化的两个所述偶极子的几何对称轴线处。
优选地，所述合路端口呈筒型结构，其外壁构成外导体，由其外壁限定形成的通孔处设置有内导体，各馈电部件所具有的馈电导体与合路端口的内导体相连接，所述合路端口的外导体与馈电部件所在的巴伦臂相连接。
优选地，所述环形底座沿高度方向设有相互隔离的两个布线层，两个合路端口与两个所述布线层一一对应设置并且合路端口一端从所述环形底座的底端穿出，每一个极化方向的两个馈电部件的馈电导体沿一个布线层延伸与对应合路端口的内导体连接。
优选地，所述巴伦与所述环形底座的侧壁连接，并且中空的巴伦臂的内腔与对应的布线层相互连通。
优选地，所述环形底座还开设有三个用于借助螺钉将辐射单元安装到反射板上的安装孔，三个所述安装孔沿环形底座间隔且不共线设置。
优选地，每个所述的合路端口，适于仅通过单一线缆与天线的移相器直接电连接，以适于接收该移相器直接输出的一路信号，经由该合路端口实现功分。
作为第二方面，本发明还涉及一种基站天线，包括反射板、设于反射板正面的上述辐射单元，及设于反射板背面并与辐射单元电连接的移相器。
相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：
1.本发明的辐射单元中，通过将由馈电导体和绝缘介质构成的馈电部件置于中空巴伦臂的内腔中，馈电部件与巴伦臂构成类似同轴电缆的结构，因而可以对一个巴伦上的一个偶极子进行馈电，可以在辐射单元的巴伦臂成型过程中完成所述馈电部件与巴伦的固定，不需要进行焊接，节省了焊接工时、减少由于焊接带来的电气性能不稳定因素，同时，由于不再采用同轴电缆，可以降低成本。
2.本发明的辐射单元中，通过设置属于辐射单元本身的合路端口，有效地将辐射单元每组偶极子连接的接线功分器集成在辐射单元本身，有效地简化多频段、多制式天线的背部空间布局，同时与现有基站天线相比，辐射单元线缆与接线功分器不再单独固定，大幅度提升天线系统的互调稳定性。具体地，通过辐射单元固有的合路端口实现属于同一极化的两个偶极子的馈电部件的信号合路，在其应用于天线中时，仅需通过一根同轴电缆连接于合路端口与移相器之间即可实现馈电网络对辐射单元一个极化的馈电，相对于现有天线通过两根线缆连接于辐射单元与移相器之间实现同一极化两个偶极子的馈电的方案，可以减少一倍的线缆，减少了天线反射板反面的线缆，使得反射板反面的布局较为简洁；同时还减少了同轴电缆的使用，节省成本、降低天线重量。
3.本发明的辐射单元中，环形底座设置两层相互隔离的布线层，并使布线层与中空的巴伦臂的内腔连通，从而可以将馈电部件内置于巴伦和底座，不需要对馈电部件进行焊接，减少焊接工时，也避免线缆外露，辐射单元整体美观性较佳。
4.本发明的辐射单元中，通过设置两个合路端口实现两个极化方向的偶极子的分合路馈电功能，设置三个安装孔来完成辐射单元在天线反射板的固定，相对现有辐射单元采用四根同轴线缆穿过反射板(反射板需要对应开设四个通孔)，设置四个螺钉孔来安装的方案，可以大幅减少在反射板上开设的孔位数量，反射板上孔位减少近半，能减少过孔不光滑有毛刺引入的交调问题，从而互调稳定性能更好。
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为本发明一种实施方式的辐射单元的立体图；
图2为图1的辐射单元C-C向的剖视图，示出馈电部件与巴伦臂之间的关系；
图3为图1所示辐射单元另一个视角的立体图；
图4为图1所示辐射单元的侧视图；
图5为图1所示辐射单元沿环形底座圆周方向切割所形成的局部剖视图，示出环形底座的内部结构及环形底座与合路端口和巴伦之间的连接关系；
图6为本发明另一种实施方式的辐射单元的立体图；
图7为本发明一种实施方式的基站天线的立体图，示出了采用上述辐射单元作为低频辐射单元并与高频辐射单元嵌套安装于反射板的结构；
图8为图7所示基站天线另一个视角的立体图，示出了该基站天线于反射板背面的结构。
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。
参见图1至图5，作为第一方面，本发明涉及一种辐射单元100，优选为双极化四偶极子的低频辐射单元，通过将为偶极子10馈电的馈电部件30内置于巴伦20，从而与巴伦20的外壁共同构成类似同轴电缆的结构，为偶极子10馈电，可以减少同轴电缆的使用，降低成本；另外，馈电部件30可在巴伦成型过程中成型于巴伦臂的内腔中，可以省去焊接的工时，也避免由于焊接而带来电气性能不稳定的因素。
在一种实施方式中，所述辐射单元100包括工作于相互正交的两个极化方向的两对偶极子10、用于支撑两对偶极子10的四个巴伦20、连接于巴伦远离偶极子10一端的环形底座50，以及一一对应为四个所述偶极子10馈电的四个馈电部件30。所述偶极子10包括两个辐射臂101，所述巴伦20包括一对相对并具有间隔设置的巴伦臂21、22，两个所述辐射/101由两个所述巴伦臂21、22一一对应支撑。
优选地，其中一个巴伦臂21中空设置，即该巴伦臂21具有内腔。所述馈电部件30包括馈电导体31和绝缘介质32，所述馈电导体31由所述绝缘介质32包裹穿设于巴伦臂21的所述空腔中，其一端由巴伦臂21的上端伸出与另一个巴伦臂22支撑的辐射臂101电连接。在该实施方式中，所述馈电导体31伸出的一端与辐射臂或巴伦臂直接焊接，以通过馈电导体31对辐射臂直接馈电。
在另一种实施方式中，所述巴伦20的两个巴伦臂均为中空结构，或者一个巴伦臂中空，另一巴伦臂至少靠近辐射臂的一端为中空，馈电导体31的一端由一个中空的巴伦臂穿出而后置于另一巴伦臂的内腔内，对辐射臂进行耦合馈电。应当理解的，馈电导体31的伸出端不与辐射臂和巴伦直接接触，其绝缘架空地安装在巴伦臂的内腔中，实现与辐射臂耦合馈电。
通过将巴伦臂21设成具有内腔的中空结构，将馈电部件30内置于巴伦臂的内腔中，使巴伦臂与馈电部件30之间构成类似于同轴电缆的结构，既从结构上支撑所述偶极子10，也从电气上对偶极子10进行馈电，不需要使用同轴电缆，也避免了同轴电缆与巴伦焊接的步骤，节省装配工时，并且可以避免由焊接带来的电气性能不稳定的因素。
请结合图5，进一步地，所述环形底座50沿其高度方向设有两个布线层51，两个所述布线层51与两个极化方向一一对应且相互隔离设置。所述巴伦20于所述环形底座50的侧壁固定于所述环形底座50，并且中空的巴伦臂21的内腔与对应的所述布线层51连通，即一个对角线上的两个巴伦20的巴伦臂21与一个布线层51连通，另一对角线的两个巴伦与另一布线层51连通，从而使馈电导体31可沿巴伦臂内腔和布线层设置在巴伦臂和环形底座50内部，避免馈电导体31的外露，也不需要对其进行焊接。
进一步地，所述辐射单元100还对应两个极化方向设有两个合路端口40，属于同一极化方向的两个偶极子10通过所述馈电部件30连接至一个合路端口40，进而经过合路端口40连接至移相器。通过设置合路端口40，将接线功分功能集成于辐射单元100本身，不需要设置额外的接线功分器，可以避免辐射单元100与接线功分器分别固定的问题，另外，每个合路端口40通过一根同轴电缆连接至移相器即可完成移相器对一个极化方向两个偶极子10的馈电，相对于现有采用两根同轴电缆馈电的方案，减少了同轴电缆的使用，使得该辐射单元100应用于基站天线时，可以减少一半的同轴电缆，大大减轻天线的重量、降低成本，并使得反射板背面更为简洁；另外，只需要在反射板上开设两个线缆过孔供合路端口40穿出与移相器连接即可，相对现有开设四个过孔的方案，减少了一半的线缆过孔，可以减少在反射板上开设的孔位，提高了生产效率，更可避免由于孔位带有毛刺而引起交调问题。
请结合图3，优选地，所述合路端口40呈筒型结构，其外壁构成外导体41，由其外壁限定形成的通孔处设置有内导体42，所述内导体与外导体之间间隔以绝缘介质43，馈电部件30所具有的馈电导体31与合路端口40的内导体相连接，所述合路端口40的外导体与馈电部件30所在的巴伦臂相连接。
优选地，所述合路端口40所在的空间位置到所述同一极化的两个偶极子10各自的馈电点的距离大致相等。
在本实施方式中，所述合路端口40一体化形成于所述环形底座50上，并位于相对于同一极化的两个所述偶极子10的几何对称轴线处。
具体地，所述合路端口40的外导体(即外壁)与环形底座50一体成型，所述合路端口40的内导体42伸入环形底座50的对应布线层51，并使该内导体42与馈电部件30由巴伦臂21内腔伸出并沿布线层51延伸的馈电导体31连接，由此完成合路端口40与馈电部件30的连接，实现一个合路端口40对两个偶极子10的合路功能。
为了使合路端口40到两个偶极子10的空间距离大致相等，在一种较佳的实施方式中，一个极化方向偶极子10对应的所述合路端口40位于另一极化方向的一个巴伦所处的位置处。
当馈电部件30的馈电导体31为75欧姆的导体时，优选的，由合路端口40到辐射臂之间的馈电部件30的有效电长度为半个波长或半波长的整数倍，两根馈电部件30的各自一端与偶极子10连接，各自另一端连接到合路端口40，并且使得两个馈电部件30于该合路端口40处的并联阻抗为特定阻抗，例如50欧姆，以与馈电网络的输出阻抗相适配。
由于合路端口405处的阻抗为50欧姆，与天线馈电网络的输出阻抗相匹配，不再需要在合路端口405与移相器之间设置相应长度的同轴电缆来进行阻抗匹配，减少同轴电缆的长度。
其中馈电部件30长度设计的原理是：现有基站天线的馈电网络的输出阻抗均为50欧姆，而现有偶极子10多由半波振子构成，半波振子的理想阻抗为75欧姆左右，为了让偶极子10与基站天线中的馈电网络匹配，须使本发明辐射单元100的合路端口40的输出阻抗为50欧姆。例如在一个实施例中为了实现合路端口40的输出阻抗为50欧姆，相同极化方向的两个偶极子10需要通过半个波长(0.5λ)整数倍的75欧姆的两个馈电部件30在合路端口40处并联连接实现50欧姆阻抗。由于常规辐射单元100的巴伦臂为了实现平衡馈电，其长度多为四分之一个波长(即0.25λ)，而同轴电缆的介电常数一般为2.01，半个波长的馈电部件30的长度为
Figure BDA0002350124170000071
优选地，本发明馈电部件30沿巴伦臂2的长度为0.25λ，沿环形底座50的长度约为0.1λ，作为馈电部件30的同轴电缆长度刚好满足阻抗匹配的最小长度。
在另一实施方式中，所述辐射单元100也可不设置环形底座50，所述合路端口40与巴伦连接而完成合路端口40与馈电部件30的连接。
应当理解地，本发明可以通过改变馈电部件30和合路端口40中的绝缘介质的介电常数、馈电导体31和合路端口40内导体的尺寸来灵活调节辐射单元100的阻抗，以实现辐射单元100的电气性能。
优选地，所述环形底座50上设有三个安装柱60，每个所述安装柱60开设有安装孔，所述安装孔为螺纹孔，用于借助螺钉将辐射单元100安装到反射板的安装孔。三个所述安装孔沿环形底座50间隔且不共线设置，从而使三个安装孔之间构成三角形结构，具有较高的连接稳定性，相对于传统天线采用四个安装孔来固定辐射单元100的方案，可以减少安装孔的数量，对应地，减少在天线反射板上开设的孔位，使天线反射板完整性较好，也可以避免反射板孔位存在毛刺而带来交调问题。
参见图6，在另一种实施方式中，所述辐射单元100还具有滤波功能，其可以有效减少多频段多系统不同频段间的互耦问题，该实施例的辐射单元100在上述实施实例的基础上增加短路滤波枝节，所述短路滤波枝节由同轴电缆、短路端子70组成，其中，同轴电缆的一端外导体与合路端口40的外导体底部焊接在一起，同轴电缆的内导体与合路端口40的内导体焊接在一起。同轴电缆的另一端的内导体和外导体均与短路端子70焊接在一起。优选地，同轴电缆的长度约为辐射单元100工作频段中心频点波长的四分之一，即λ/4。
请参考图7和图8，作为第二方面，本发明还涉及一种基站天线，该基站天线的工作频段有高频、低频两个频段，高频为(1710～1880MHz)，低频为(820～960MHz)，基站天线由多个高频辐射单元200和低频辐射单元构成，本实施例对其中一组高低频辐射单元进行举例说明。
本实施例中，所述基站天线采用以上实例的辐射单元100作为低频辐射单元，因而可以具有以上辐射单元100的结构和功能。另外，高频单元200嵌套于低频辐射单元内部，并共同安装于反射板300的正面。用于对信号进行相位变换以实现电调下倾角功能的移相器400设于反射板300的背面。
在本实施方式中，所述移相器400仅通过两根同轴电缆500对一个低频辐射单元100的两对偶极子10馈电，两根同轴电缆一一对应连接到两个合路端口40，即可实现移相器400与一个低频辐射单元100的连接，从而完成馈电。因此，相对于现有基站天线中通过四根电缆500对四个偶极子10馈电的情形，可以省去一半的同轴电缆500，减轻天线的重量、降低成本，使得反射板背面更为简洁。另外，由于减少同轴线缆的使用，用于固定线缆的线缆卡夹600的数量也得以减少，进一步降低成本。
较为关键的，通过采用上述辐射单元100，反射板上开设两个线缆穿孔供合路端口40穿出与移相器连接，开设三个螺钉孔供螺钉穿过与辐射单元100上安装柱60的安装孔连接，即可完成一个辐射单元100于反射板上的安装与固定，相对于现有开设四个线缆穿孔、四个螺钉孔的情形，孔位减少近半，有利于降低反射板上孔位存在毛刺而产生的交调问题，从而互调稳定性能更好。
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)

1.一种辐射单元，包括偶极子、支撑所述偶极子的巴伦，以及为偶极子馈电的馈电部件，其特征在于，所述巴伦包括一对相对设置的巴伦臂，至少一个巴伦臂中空设置，所述馈电部件包括馈电导体和绝缘介质，所述馈电导体穿设于中空的所述巴伦臂并与由另一个巴伦臂支撑的一个辐射臂连接；所述绝缘介质填充于馈电导体与巴伦臂内壁之间并使馈电导体紧固于巴伦臂内。
2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述偶极子对应两个相互正交极化方向设有两对，所述馈电部件对应每个所述偶极子设有一个；
所述辐射单元对应每个极化方向设有一个合路端口；
为同一极化方向的两个偶极子馈电的两个馈电部件各自一端连接到对应的辐射臂，各自另一端通过该辐射单元所固有的合路端口实现合路。
3.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，所述合路端口所在的空间位置到所述同一极化的两个偶极子各自的馈电点的距离大致相等。
4.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元还包括环形底座，所述巴伦远离所述偶极子的一端连接于所述环形底座，所述合路端口一体化形成于所述环形底座上。
5.根据权利要求4所述的辐射单元，其特征在于，所述合路端口形成于底座上相对于同一极化的两个所述偶极子的几何对称轴线处。
6.根据权利要求4所述的辐射单元，其特征在于，所述合路端口呈筒型结构，其外壁构成外导体，由其外壁限定形成的通孔处设置有内导体，各馈电部件所具有的馈电导体与合路端口的内导体相连接，所述合路端口的外导体与馈电部件所在的巴伦臂相连接。
7.根据权利要求6所述的辐射单元，其特征在于，所述环形底座沿高度方向设有相互隔离的两个布线层，两个所述布线层与两个合路端口一一对应设置并且合路端口一端从所述环形底座的底端穿出，每一个极化方向的两个馈电部件的馈电导体沿一个布线层延伸与对应合路端口的内导体连接。
8.根据权利要求7所述的辐射单元，其特征在于，所述巴伦与所述环形底座的侧壁连接，并且中空的巴伦臂的内腔与对应的布线层相互连通。
9.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，所述环形底座还开设有三个用于借助螺钉将辐射单元安装到反射板的安装孔，三个所述安装孔沿环形底座间隔且不共线设置。
10.一种基站天线，包括反射板、设于反射板正面的辐射单元，及设于反射板背面并与辐射单元电连接的移相器，其特征在于，所述辐射单元为权利要求1至9任意一项所述的辐射单元。
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