CN111613885A - 用于天线的辐射器以及基站天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于天线的辐射器,所述辐射器包括辐射元件,所述辐射元件包括辐射臂和馈电部。所述辐射器还包括第一介质结构,所述第一介质结构构成为用于至少覆盖相应的辐射元件的50%,所述第一介质结构的介电常数至少为3。此外,本发明还涉及一种用于天线的辐射器。所述辐射器包括辐射元件,所述辐射元件包括辐射臂和馈电部。所述辐射器还包括介质结构,所述介质结构减小辐射臂的第一电长度的至少20%,并且所述介质结构减小馈电部的第二电长度的至少20%。此外,本发明还涉及一种基站天线,所述基站天线包括本发明所述的辐射器阵列。根据本发明的辐射器能够在保持良好的带宽性能下,实现辐射器的小型化。
Description
技术领域
本发明概括而言涉及蜂窝通信领域,更具体地,涉及一种用于基站天线的辐射器。此外,本发明还涉及一种基站天线,所述基站天线具有多个辐射器。
背景技术
当前,多输入多输出技术被视为下一代移动通信的核心技术。多输入多输出技术是指在发射端和/或接收端分别使用多个发射辐射元件阵列和/或接收辐射元件阵列,使信号通过多个辐射元件阵列来发射和/或接收,从而改善通信质量。然而,随着在反射板上安装的辐射元件阵列数量的增加,不同阵列的辐射元件之间的间隔显著降低,这导致各阵列之间的耦合干扰变强,从而辐射元件的隔离性能变差,最终影响天线的波束成形。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的用于天线的辐射器以及带有该辐射器的基站天线。
根据本发明的第一方面,本发明提供一种用于天线的辐射器,所述辐射器包括辐射元件。所述辐射元件包括辐射臂和馈电部,其特征在于,所述辐射器还包括第一介质结构,所述第一介质结构构成为用于至少覆盖相应的辐射元件的50%,所述第一介质结构的介电常数至少为3。根据本发明的辐射器能够在保持良好的带宽性能下,实现辐射器的小型化。
在一些实施方式中,所述辐射臂具有第一主表面和与第一主表面相对置的第二主表面,所述第一介质结构构成为用于至少部分地覆盖在相应的辐射臂的第一主表面和/或第二主表面上。
在一些实施方式中,所述第一介质结构构成为用于基本上完全地覆盖在相应的辐射臂的第一主表面和/或第二主表面上。
在一些实施方式中,辐射臂和馈电部构造成一体式结构。
在一些实施方式中,辐射臂和馈电部包括一个钣金件。
在一些实施方式中,辐射臂和馈电部构造成一体式的印刷电路板部件。
在一些实施方式中,第一介质结构贴靠在相应的辐射元件上。
在一些实施方式中,第一介质结构是与相应的辐射元件分立的部件。
在一些实施方式中,所述第一介质结构的覆盖面积是能调节的。
在一些实施方式中,所述辐射器还包括第二介质结构,所述第二介质结构设置在相邻的两个辐射臂之间。
在一些实施方式中,所述第二介质结构固定在辐射臂、馈电部、基座和反射板中的至少一个上。
在一些实施方式中,所述第二介质结构在相邻的两个辐射臂之间的延伸长度是能调节的。
在一些实施方式中,所述第二介质结构在相邻的辐射臂之间的位置是能调节的。
在一些实施方式中,在所述反射板上设有多个彼此间隔开距离的接合口,这些接合口构成为用于安装多个第二介质结构。
在一些实施方式中,设置馈电部介质结构,所述馈电部介质结构围绕馈电部布置。
在一些实施方式中,所述第一介质结构的介电常数处于3至40之间。
在一些实施方式中,所述第二介质结构的介电常数处于3至40之间。
根据本发明的第二方面,本发明提供一种用于天线的辐射器,所述辐射器包括辐射元件。所述辐射元件包括辐射臂和馈电部。所述辐射器还包括介质结构,所述介质结构减小辐射臂的第一电长度的至少20%,并且所述介质结构减小馈电部的第二电长度的至少20%。
在一些实施方式中,所述介质结构将辐射臂的第一电长度减小到60%至80%之间,和/或所述介质结构将馈电部的第二电长度减小到60%至80%之间。
在一些实施方式中,辐射臂和馈电部构造成一体式结构。
在一些实施方式中,辐射臂和馈电部包括一个钣金件。
在一些实施方式中,辐射臂和馈电部构造成一体式的印刷电路板部件。
在一些实施方式中,介质结构覆盖辐射元件的每个主表面的至少50%。
在一些实施方式中,介质结构基本上完全地覆盖辐射元件的第一主表面和第二主表面。
根据本发明的第三方面,本发明提供一种用于天线的辐射器,所述辐射器包括辐射元件。所述辐射元件具有辐射臂和馈电部,所述辐射臂和馈电部均分别具有第一主表面和与第一主表面相对置的第二主表面,其特征在于,所述辐射器还包括介质结构,所述介质结构包括介质支承部和介质覆盖部,所述介质支承部与辐射元件分立并且所述介质支承部至少部分地覆盖辐射臂和/或馈电部的第一主表面,并且所述介质覆盖部与辐射元件分立并且所述介质覆盖部至少部分地覆盖辐射臂和/或馈电部的第二主表面。
在一些实施方式中,所述辐射器还包括基座,所述介质支承部与基座相接合。
在一些实施方式中,辐射臂和馈电部构造成一体式结构。
在一些实施方式中,辐射臂和馈电部包括一个钣金件。
在一些实施方式中,辐射臂和馈电部构造成一体式的印刷电路板部件。
在一些实施方式中,所述介质支承部具有用于预固定辐射臂的至少一个限位部。
在一些实施方式中,在介质支承部和介质覆盖部以及在辐射臂和/或馈电部上均设有铆钉孔。
在一些实施方式中,在相应的铆钉孔中设有介质铆钉,所述介质铆钉穿过介质支承部和介质覆盖部以及穿过辐射臂和/或馈电部。
在一些实施方式中,所述介质覆盖部具有接合部,所述接合部构造用于与介质支承部相接合,以便在两侧覆盖辐射元件。
在一些实施方式中,所述接合部构成为钩部,所述钩部构造用于将介质覆盖部与介质支承部彼此扣合。
根据本发明的第四方面,本发明提供一种基站天线,所述基站天线具有反射板和辐射器阵列,所述辐射器阵列设置在反射板上。所述辐射器阵列中的辐射器构成为根据本发明所述的辐射器。
附图说明
以下基于附图示例性地阐述本发明的实施例,但是不局限于附图。在附图中:
图1是根据本发明实施例的一种辐射器的立体图;
图2a是图1中的辐射器的介质支承部的示意性透视图;
图2b是图1中的辐射器的辐射臂的示意性透视图;
图2c是图1中的辐射器的介质覆盖部的示意性透视图;
图3a是根据本发明实施例的另一种辐射器的示意俯视图;
图3b是图3a中的辐射器的一种变型示意俯视图;
图3c是图3a和3b中的辐射器的另一种变型示意俯视图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的具体实施方式,其中的附图示出了本发明的若干实施例。然而应当理解的是,本发明可以以多种不同的方式呈现出来,并不局限于下文描述的实施例;事实上,下文描述的实施例旨在使本发明的公开更为完整,并向本领域技术人员充分说明本发明的保护范围。还应当理解的是,本文公开的实施例能够以各种方式进行组合,从而提供更多额外的实施例。
应当理解的是,说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例,并不旨在限定本发明。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义,均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见,公知的功能或结构可以不再详细说明。
说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明,均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征,但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。
在说明书中,诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是,空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外,还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如,在附图中的装置倒转时,原先描述为在其它特征“下方”的特征,此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90°或在其它方位),此时将相应地解释相对空间关系。
应当理解的是,在所有附图中,相同的附图标记表示相同的元件。在附图中,为清楚起见,某些特征的尺寸可以进行变形。
现在将参照附图更加详细地描述本发明的实施例,附图中描绘了示例性实施例。
基站天线一般由辐射器阵列、馈电网络和移相网络三部分组成。基站天线的一个重要参数是天线的宽度,它指的是当基站天线被安装使用时天线前表面在与地平面平行的平面中的尺寸。蜂窝运营商通常希望将天线的宽度限制为例如小于440mm,或者更优选地,小于400mm,因为较大宽度的天线被认为是不美观的,可能违反本地分区条例,和/或可能具有高风载水平。然而,如上所述,现在的趋势是增加基站天线中的辐射器阵列的数量,因此为了保持这些天线的宽度在合理范围内,通常需要将辐射器阵列彼此间隔得更近。
包括在基站天线中的每个辐射器阵列通常被设计为在预定义的频率范围内运行。大多数辐射器阵列被设计成在三个宽频带中的一个或多个的至少一部分中运行,即617MHz至960MHz(低频带频率范围)、1690MHz至2690MHz(中频带频率范围)和3.3GHz至5.8GHz(高频带频率范围)三个宽频段。此外,超宽频带辐射器被配置为工作在大约1.4GHz至大约2.7GHz之间的宽频带频率范围中。
基站天线的辐射器阵列的运行频率范围是辐射器实现合适的阻抗匹配的频率范围的函数。。为了针对特定的频率范围呈现适合的阻抗匹配,辐射器的辐射臂长度需要达到一定的电长度,并且辐射器的馈电部高度需要达到一定的电高度。通常,当辐射器是半波辐射器时,辐射器的辐射臂长度以及辐射器在反射板上方的馈电部高度均大约需要达到期望运行频率范围的四分之一中心频率波长,才能实现带宽阻抗匹配。可见,辐射器的大小和阻抗匹配需求彼此受限、相互矛盾。因此,如何实现辐射器的大小以及运行频率范围之间良好的折衷是技术人员面临的一个挑战。
现在,参照图1、图2a、2b和2c阐述根据本发明实施例的一种辐射器。
在当前实施例中,辐射器1可以构成为一种双极化偶极子辐射器。该辐射器1包括辐射元件2、介质结构3以及基座4。四个辐射元件2彼此交叉布置并形成两对交叉偶极。每个辐射元件2均处于介质结构3内,并与介质结构3一同固定在基座4上。
从图2a、2b和2c中可以进一步看到根据本发明实施例的辐射器1的具体构造形式。
在当前实施例中,介质结构3包括介质支承部301和介质覆盖部302。由图2a可见,介质支承部301可以一体成型并且固定在基座4上。介质支承部301包括呈交叉分布的四个支承臂301',这四个支承臂301'分别对应于四个辐射元件2中的一个辐射元件,也就是说,每个支承臂301'构造用于支承相应的一个辐射元件2。
由图2b可见,在当前实施例中,每个辐射元件2包括辐射臂5和馈电部6辐射元件2。在此,辐射元件2可以构成为金属辐射元件(例如由铜、铝或其合金等制成的金属辐射板或金属辐射片),并且辐射元件2的辐射臂5可以与其馈电部6一体成型。
在当前实施例中,四个辐射元件2分立式地构成。每个辐射元件2支承在相应的介质支承部301上。例如每个介质支承部301可以设有例如容纳凹部,以用于预固定辐射元件2。由此,介质支承部301可以覆盖辐射元件2的第一主表面。此外,在辐射元件2的与第一主表面相对置的第二主表面上可以设有介质覆盖部302,以便覆盖辐射元件2的第二主表面。从图1中而可以看到,介质支承部301和介质覆盖部302可以基本上完全覆盖辐射元件2的辐射臂5和馈电部6。在其他实施例中,介质支承部301和介质覆盖部302也可以备选地仅覆盖辐射元件2的辐射臂5或仅覆盖辐射元件2的馈电部6。在其他实施例中,介质支承部301和介质覆盖部302可以仅覆盖辐射元件2的辐射臂5的一部分和/或馈电部6的一部分。在一些实施例中,介质支承部301和介质覆盖部302在辐射元件2上的覆盖面积是可调节的。介质结构3例如可以设计成可翻折或可伸缩的结构。
由图2c可见,在当前实施例中,设有四个分立式构成的介质覆盖部302。每个介质覆盖部302对应于一个辐射元件2,并构造用于覆盖辐射元件2的第二主表面。此外,介质覆盖部302还具有接合部7,以用于与介质支承部301相接合,在介质覆盖部和介质支承部之间具有辐射元件。接合部7例如可以构成为钩部。从图1和图2c中可以看到,在介质覆盖部302的不同棱边上设有若干个钩部,每个钩部将介质支承部301与介质覆盖部302卡扣在一起。由此形成了由介质支承部301、辐射元件2和介质覆盖部302组合而成的三明治式单元。
在当前实施例中,介质结构3可以由塑料构成。在其他实施例中,介质结构3也可以由其他材料、例如玻璃纤维或陶瓷构成。优选地,介质结构3的介电常数可以处于3至40之间。也可能的是,介电常数小于3或者大于40。由此,辐射元件2结合介质结构3所形成的等效辐射器具有的等效介电常数得以显著增加,从而可以有效地改变电流分布特性(例如波长),实现辐射器1的小型化。
此外,从图1中还可以看到,在介质支承部301、辐射元件2和介质覆盖部302相对应的位置上可以分别设置铆钉孔8。在安装时,首先将辐射元件2的铆钉孔与相应介质支承部301的铆钉孔对准,由此实现辐射元件2的预定位;优选地,还可以将辐射元件2预固定在介质支承部301的容纳凹部;然后将介质覆盖部302例如借助其钩部分别安装到相应的介质支承部301上(此时介质覆盖部302的铆钉孔与介质支承部301和辐射元件2上的铆钉孔对齐);最后将铆钉(尤其是塑料或其它介质铆钉)依次穿过介质覆盖部302、辐射元件2和介质支承部301,由此进一步加强了三者之间的接合度,确保辐射元件2能可靠地保持在介质结构3内部。
备选地或附加地,在介质支承部301、介质覆盖部302以及在辐射臂5和/或馈电部6上可以设有螺孔。例如塑料螺钉可以依次穿过相应的螺孔,由此将介质覆盖部302、辐射元件2和介质支承部301可靠地接合以将这些元件彼此贴附在一起。
在其他实施例中,辐射元件2也可以构成为印刷电路板部件。在印刷电路板部件中,在介质支承部301上印制有辐射臂5和馈电部6。此外,也可以在印刷电路板部件中印制其他信号传输电路和滤波电路等。
在其他实施例中,辐射元件2可以与基座4固定连接。介质结构3安装到相应的辐射元件2上。例如可以设置多个介质结构3,每个介质结构3接合到辐射元件2上或辐射元件2的不同区域上(例如辐射臂5和馈电部6上)。
在其他实施例中,介质结构3构成为中空基座(尤其是一体成型的中空基座),其固定地设置在基座4上。相应的辐射元件2可以插入到该中空基座内,从而实现介质结构3在辐射元件2上的覆盖。
需要说明的是,辐射元件2与介质结构3可以具有任意合适的构造形式,以构成根据本发明的辐射器1,并不局限于本发明实施例中示例性描述的构型。
根据本发明实施例的辐射器1是有利的。在辐射器1仍然能在整个运行频率范围内运行的情况下,辐射器1的体积能够明显缩小。此外,在根据本发明实施例的辐射器1中,介质结构3与辐射元件2的接合方式也是有利的。介质结构3可以同时覆盖辐射元件2的辐射臂5和馈电部6,这简化了安装工序,降低了成本。
在当前实施例中,介质结构3基本上完全覆盖相应的辐射元件2。也就是说,每个介质结构3不仅覆盖相关联的辐射元件2的辐射臂5而且也覆盖辐射元件2的馈电部6。在其他实施例中,介质结构3可以仅部分地覆盖辐射元件2。介质结构3例如可以仅在辐射元件2的一个主表面上覆盖辐射元件2。介质结构3也例如可以在辐射元件2的部分表面上(例如60%表面)上覆盖辐射元件2。进一步地,介质结构3的覆盖面积也可以是灵活多样的,从而能够更好地适配于实际的应用情形。技术人员可以在设计之初就对各种覆盖面积或具有不同介电常数的材料进行仿真,以便对辐射器1的功能进行初步检验并且可以基于检验结果灵活地进行改进。
常规的具有半波偶极子的辐射器的辐射臂长度基本上处于其运行频带的中心频率所对应的波长(简称为中心波长)的四分之一;同样地,常规的半波辐射器的馈电部高度基本上也处于四分之一中心波长。与此对应地,根据本发明实施例的辐射器1,基于介质结构3所引起的电流分布特性变化,辐射元件2的辐射臂5长度可以小于四分之一中心波长,例如降低到0.2个中心波长。辐射元件2的馈电部6高度同样也可以小于四分之一中心波长,例如降低到0.15个中心波长。可见,根据本发明实施例的辐射器1的尺寸得以减小,从而增大了相邻辐射器1之间的间距,由此辐射器1之间的耦合干扰得以减弱,隔离度得以改善。
接下去,参照图3a、3b和3c阐述根据本发明实施例的另一种辐射器1'。
辐射器1'实现为一种双极化偶极子辐射器。从俯视图中可以看到,辐射器1'包括四个辐射臂5'(分别构成两对偶极),这四个辐射臂5'可以例如平行于反射板地延伸。在每个辐射臂5'的内侧端部上设有馈电端9,在馈电端9上设有接合槽10。从反射板向前延伸的馈电部(在此未示出)可以嵌接到相应的接合槽10上,从而使得每个辐射臂5'支承在自身的馈电部上。
在当前实施例中,四个辐射臂5'可以分立式地构成,并且可以分别构成为金属辐射臂(例如由铜、铝或其合金等制成的金属辐射臂)。为了减小辐射器1'的尺寸,可以在金属辐射臂上设置相应的介质结构(在此没有示出)。例如可以如上提及那样在金属辐射臂上安装相应介质外罩。此外,也可以例如通过喷涂工艺在金属辐射臂上喷涂上一层介质材料。基于介质结构或者说介质材料所引起的电流分布特性变化,辐射臂5'长度可以小于四分之一中心波长,例如降低到0.2个中心波长。变小的辐射臂5'增大了相邻阵列的辐射器1'之间的间距,由此辐射器1'之间的耦合干扰得以减弱,隔离度得以改善。
此外,为了降低辐射器1'从反射板向前延伸的尺寸,也可以减小馈电部深度(即馈电部在向前方向上的长度)。例如辐射器1'的馈电部深度可以小于四分之一中心波长,例如降低到0.15个中心波长。然而,由于馈电部深度的降低,支承在馈电部上的辐射臂5'离反射板的距离变短,由此改变了电流分布,加大了馈电部与射频传输线的50欧姆阻抗匹配的难度,该射频传输线提供射频信号给馈电部。
为了补偿由于馈电部的变短而引起的电流分布变化,还可以在相邻的两个辐射臂5'之间设置介质结构11。参照图3a,在该实施例中,在相邻的两个辐射臂5'之间分别设有一个条状的介质结构11。每个介质结构11例如可以固定地设置在反射板上。由于在辐射器1'的辐射臂5'和馈电部附近引入了介质结构11,对引起的电流分布变化进行了补偿,改善了辐射器1'的阻抗匹配。
优选地,介质结构11在相邻的两个辐射臂5'之间的延伸长度和/或位置是能调节的。参照图3b,在该实施例中,左侧和右侧的介质结构11相较于前侧和后侧的介质结构11进一步远离辐射臂5'的馈电端9。此外,还可以看到,左侧和右侧的介质结构11相较于顶侧和底侧的介质结构11设计得更长。此外,为了能够在不同位置上设置介质结构11,可以在反射板上设置多个彼此间隔开一定距离的接合口,以用来安装相应的介质结构11。由此,可以在不同的位置上调试辐射器1'的性能,改善了辐射器1'的调试灵活度。需要说明的是:介质结构11的具体形状以及尺寸(例如长度、宽度和厚度)可以根据具体应用场景任意地设计。
备选地或附加地,介质结构11还可以固定在辐射器1'的辐射臂5'或馈电部上。参照图3c,在该实施例中,介质结构11填充在相邻的两个辐射臂5'之间。四个介质结构11例如可以与辐射臂5'固定连接或一体成型。在其他实施例中,介质结构11也可以固定在相应的馈电部上。可能的是,在馈电部的周缘上设置介质结构(例如安装介质外罩或喷涂介质材料层)。
根据本发明的辐射器1'是有利的。在保持良好的带宽性能下,辐射器1'的体积能够明显缩小。此外,辐射器1'的结构简单、装备容易并且调试灵活。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上示例仅是为了进行说明,而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合,而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解,可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。
Claims (10)
1.一种用于天线的辐射器,所述辐射器包括辐射元件,所述辐射元件包括辐射臂和馈电部,其特征在于,所述辐射器还包括第一介质结构,所述第一介质结构构成为用于至少覆盖相应的辐射元件的50%,所述第一介质结构的介电常数至少为3。
2.根据权利要求1所述的用于天线的辐射器,其特征在于,所述辐射臂具有第一主表面和与第一主表面相对置的第二主表面,所述第一介质结构构成为用于至少部分地覆盖在相应的辐射臂的第一主表面和/或第二主表面上。
3.根据权利要求2所述的用于天线的辐射器,其特征在于,所述第一介质结构构成为用于基本上完全地覆盖在相应的辐射臂的第一主表面和/或第二主表面上。
4.根据权利要求1所述的用于天线的辐射器,其特征在于,辐射臂和馈电部构造成一体式结构。
5.根据权利要求4所述的用于天线的辐射器,其特征在于,辐射臂和馈电部包括一个钣金件。
6.根据权利要求4所述的用于天线的辐射器,其特征在于,辐射臂和馈电部构造成一体式的印刷电路板部件。
7.根据权利要求1所述的用于天线的辐射器,其特征在于,第一介质结构贴靠在相应的辐射元件上。
8.根据权利要求1所述的用于天线的辐射器,其特征在于,第一介质结构是与相应的辐射元件分立的部件。
9.根据权利要求1所述的用于天线的辐射器,其特征在于,所述第一介质结构的覆盖面积是能调节的。
10.根据权利要求1所述的用于天线的辐射器,其特征在于,所述辐射器还包括第二介质结构,所述第二介质结构设置在相邻的两个辐射臂之间。
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