CN111786088A - 一种基于频率选择表面的天线阵列结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于频率选择表面的天线阵列结构，包括若干个高频振子、若干个低频振子和金属片，所述高频振子和低频振子均为正负45度双极化天线振子，所述高频振子产生的电场和所述低频振子产生的电场两两相互平行，所述金属片位于所述高频振子与低频振子之间，且平行于所述高频振子产生的电场，所述金属片与所述高频振子臂的距离小于或等于所述高频振子工作频率波长的四分之一；其中，所述金属片包括两个条形孔，两个所述条形孔正交形成十字孔，所述十字孔与所述高频振子臂相匹配。本发明在不影响高频振子性能的前提下，有效地减少了低频振子对高频振子的电磁干扰，提高了基站天线整机的性能。

Description

一种基于频率选择表面的天线阵列结构
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体是一种基于频率选择表面的天线阵列结构。
背景技术
在多频带天线中，不同频带的辐射元件会互相干扰，目前全球通信制式从早期的2G发展到目前的5G，对天线的集成度要求越来越高，由早期的单端口到目前十几个端口，甚至二十多个端口。天线集成度的提升使得天线内部电磁场环境非常复杂，尤其是频段间的相互干扰，严重影响到整机指标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于频率选择表面的天线阵列结构，有效地减少了低频振子对高频振子的电磁干扰，提高了基站天线整机的性能
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于频率选择表面的天线阵列结构，包括若干个高频振子和若干个低频振子，所述高频振子包括四个高频振子臂，所述低频振子包括四个低频振子臂，所述高频振子和低频振子均为正负45度双极化天线振子，所述高频振子产生的电场和所述低频振子产生的电场两两相互平行，还包括金属片，所述金属片位于所述高频振子与低频振子之间，且平行于所述高频振子产生的电场，所述金属片与所述高频振子臂的距离小于或等于所述高频振子工作频率波长的四分之一；
其中，所述金属片包括两个条形孔，两个所述条形孔正交形成十字孔，所述十字孔与所述高频振子臂相匹配。
在其中一个实施例中，两个所述条形孔的长度均为所述高频振子工作频率波长的二分之一。
在其中一个实施例中，所述高频振子臂均为方形片状结构，一个所述高频振子中的四个高频振子臂组成一方形平面，两个所述条形孔的中线在所述方形平面上的投影分别与所述方形平面的两个对角线重叠。
在其中一个实施例中，所述低频振子臂均为条形片状结构，所述低频振子臂的中线在所述金属片上的投影均与所述条形孔垂直、平行或重叠。
在其中一个实施例中，所述金属片为金属材质的片状结构。
在其中一个实施例中，所述金属片为覆铜板的片状结构。
在其中一个实施例中，所述高频振子的工作频率范围为1427MHz-2690MHz、3300MHz-4200MHz或5100MHz-6000MHz。
在其中一个实施例中，若干个所述高频振子分为两组或以上，每组中的所述高频振子的工作频率范围相同，相邻两组所述高频振子之间设置有隔离带。
在其中一个实施例中，所述低频振子的工作频率范围为617MHz-960MHz。
在其中一个实施例中，若干个所述金属片分别设置在所述低频振子臂在所述高频振子臂所在平面上的投影与所述高频振子臂重叠的地方。
本发明的基于频率选择表面的天线阵列结构，金属片设置在高频振子和低频振子之间，其十字孔与高频振子对应匹配，使高频振子产生的入射波在该金属片中实现全透射，而低频振子产生的入射波在该金属片中实现全反射，在不影响高频振子性能的前提下，有效地减少了低频振子对高频振子的电磁干扰，提高了基站天线整机的性能。
附图说明
图1为一个实施例中基于频率选择表面的天线阵列结构在不包含金属片时的示意图；
图2为另一个实施例中基于频率选择表面的天线阵列结构在不包含金属片时的示意图；
图3为一个实施例中基于频率选择表面的天线阵列结构的示意图；
图4为图3中高频振子与金属片在俯视状态下的平面结构示意图；
图5为另一个实施例中基于频率选择表面的天线阵列结构的示意图；
图6a-6d为图3-5中金属片的平面结构示意图。
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。
图1为一个实施例中基于频率选择表面的天线阵列结构在不包含金属片时的示意图，该天线阵列结构包括若干个高频振子10和若干个低频振子20，所述高频振子10包括四个高频振子臂11，所述低频振子20包括四个低频振子臂21，所述高频振子10和低频振子20均为正负45度双极化天线振子，所述高频振子10产生的电场和所述低频振子20产生的电场两两相互平行，所述高频振子10和低频振子20均固定安装在基板40上，所述低频振子20、高频振子臂11和基板40三者所在的平面从上往下顺序排列。其中，所述高频振子臂11的工作频率范围为1427MHz-2690MHz、3300MHz-4200MHz或5100MHz-6000MHz，而所述低频振子20的工作频率范围为617MHz-960MHz。
在一个实施例中，如图2所示，若干个所述高频振子10可分为两组，第一组高频振子101的工作频率范围可以为1427MHz-2690MHz，第二组高频振子102的工作频率范围可以为3300MHz-4200MHz，在第一组高频振子101和第二组高频振子102的交界处设置有隔离带50，用于防止第一组高频振子101和第二组高频振子102之间的相互干扰。
在其他实施例中，若干个所述高频振子10还可以分为三组或更多组，每组中的所述高频振子10的工作频率范围相同，相邻两组不同工作频率的所述高频振子10之间设置有隔离带50，以防止不同工作频率的高频振子10之间的相互干扰。
即使所述高频振子10产生的电场和所述低频振子20产生的电场两两相互平行，但低频振子20仍会产生落在高频振子10工作频段范围内的干扰信号，因此本发明中的天线阵列结构还包括金属片30，如图3所示，该金属片30可用以实现高频振子10产生的对应谐振频率的入射波在金属片30中的全透射，以及低频振子20产生的入射波在金属片30中的全反射。具体的，所述金属片30位于所述高频振子10与低频振子20之间，且平行于所述高频振子10产生的电场；所述金属片30与所述高频振子臂11的距离小于或等于所述高频振子10工作频率波长的四分之一，其中，所述金属片30包括两个条形孔，两个所述条形孔正交形成十字孔31，所述十字孔31与所述高频振子臂11相匹配，即所述十字孔31的谐振频率等于所述高频振子10在所述十字孔31中的入射波频率。
缝隙频率选择表面可通行等于缝隙谐振频率的波，但拒绝较高和较低频率的波，设置有十字孔31的金属片30相当于一个缝隙频率选择表面，当低频入射波进入该金属片30，将激发大范围的电子移动，使得电子吸收大部分能量，且沿十字孔31的感应电流很小，导致透射系数较小，当入射波的频率与谐振频率的达到一定的差值时，入射波的透射系数可约等于零；随着入射波频率的不断升高，这种电子移动的范围将逐渐变小，沿十字孔31流动的电流在不断增加，从而透射系数将增大，当入射波频率达到一定值时(即达到谐振频率)，十字孔31两侧的电子刚好在入射波电场矢量的驱动下来回移动，在十字孔31周围形成较大的感应电流，使入射波在十字孔31中实现全透射。
较佳的，如图4所示，两个所述条形孔的长度均为所述高频振子10工作频率波长的二分之一，且所述高频振子臂11均为方形片状结构，一个所述高频振子10中的四个高频振子臂11组成一方形平面，两个所述条形孔的中线在所述方形平面上的投影分别与所述方形平面的两个对角线重叠，两两高频振子臂11中对十字孔31产生的入射波数量达到最大值，且在所述十字孔31中实现全透射。而所述低频振子臂21均为条形片状结构，所述低频振子臂21的中线在所述金属片30上的投影均与所述条形孔垂直、平行或重叠，减少从其他方向上对金属片30产生入射波的同时，可顺利接收来自高频振子10的信号。在其他实施例中，高频振子臂11和低频振子臂21还可以是其他形状或结构，可根据实际情况或需要进行调整，只需使两个所述条形孔的中线在高频振子臂11所形成的平面上的投影分别与该平面的两个对角线重叠，以及使低频振子臂21的中线在所述金属片30上的投影均与所述条形孔垂直、平行或重叠即可。
为了节省成本，若干个所述金属片30可分别设置在所述低频振子臂21在所述高频振子臂11所在平面上的投影与所述高频振子臂11重叠的地方，如图5所示，在没有被低频振子10覆盖到的高频振子20的上方，不需设置该金属片30。
该金属片30可以为金属材质的片状结构，也可以是表面覆铜板的片状结构，当该金属片30为表面覆铜板的片状结构时，其覆铜板的面积和具体位置可根据实际情况进行调整，本发明中提供四种覆铜板设计，如图6a-6d所示，可分别用于不同的情形。
如图6a和6b所示的两款金属片30为全覆铜板设计，可达到最佳的抗干扰效果，其中图6b所示的金属片30中，十字孔31的宽度从中心向边缘递减；当高频振子10与低频振子20的距离过小时，为了不影响低频振子20的正常工作，金属片30的覆铜板设计款式还可如图6c和6d所示，从边缘内中心缩小覆铜板的面积，避免金属影响低频振子20正常工作时的性能，其覆铜板的面积可根据实际需要减小，只需确保十字孔31的边缘始终覆有铜板即可。
本发明的基于频率选择表面的天线阵列结构，金属片30设置在高频振子10和低频振子20之间，其十字孔31与高频振子10对应匹配，使高频振子10产生的入射波在该金属片30中实现全透射，而低频振子20产生的入射波在该金属片30中实现全反射，在不影响高频振子10性能的前提下，有效地减少了低频振子20对高频振子10的电磁干扰，提高了基站天线整机的性能。
以上实施例仅表达了本发明的若干优选实施方式，其描述较为具体和详细，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围的内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动，并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，这些都属于本发明所附权利要求的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于频率选择表面的天线阵列结构，包括若干个高频振子和若干个低频振子，所述高频振子包括四个高频振子臂，所述低频振子包括四个低频振子臂，所述高频振子和低频振子均为正负45度双极化天线振子，所述高频振子产生的电场和所述低频振子产生的电场两两相互平行，其特征在于，还包括若干个金属片，所述金属片位于所述高频振子与低频振子之间，且平行于所述高频振子产生的电场，所述金属片与所述高频振子臂的距离小于或等于所述高频振子工作频率波长的四分之一；
其中，所述金属片包括两个条形孔，两个所述条形孔正交形成十字孔，所述十字孔与所述高频振子臂相匹配。
2.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的天线阵列结构，其特征在于，两个所述条形孔的长度均为所述高频振子工作频率波长的二分之一。
3.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的天线阵列结构，其特征在于，所述高频振子臂均为方形片状结构，一个所述高频振子中的四个高频振子臂组成一方形平面，两个所述条形孔的中线在所述方形平面上的投影分别与所述方形平面的两个对角线重叠。
4.根据权利要求3所述的基于频率选择表面的天线阵列结构，其特征在于，所述低频振子臂均为条形片状结构，所述低频振子臂的中线在所述金属片上的投影均与所述条形孔垂直、平行或重叠。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于频率选择表面的天线阵列结构，其特征在于，所述金属片为金属材质的片状结构。
6.根据权利要求1-4任一项所述的基于频率选择表面的天线阵列结构，其特征在于，所述金属片为覆铜板的片状结构。
7.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的天线阵列结构，其特征在于，所述高频振子的工作频率范围为1427MHz-2690MHz、3300MHz-4200MHz或5100MHz-6000MHz。
8.根据权利要求7所述的基于频率选择表面的天线阵列结构，其特征在于，若干个所述高频振子分为两组或以上，每组中的所述高频振子的工作频率范围相同，相邻两组所述高频振子之间设置有隔离带。
9.根据权利要求7所述的基于频率选择表面的天线阵列结构，其特征在于，所述低频振子的工作频率范围为617MHz-960MHz。
10.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的天线阵列结构，其特征在于，若干个所述金属片分别设置在所述低频振子臂在所述高频振子臂所在平面上的投影与所述高频振子臂重叠的地方。
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