CN111916888A - 用于基站天线的辐射器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于基站天线的辐射器组件，所述辐射器组件具有中心轴线(10)和两个交叉布置的偶极子，每个偶极子包括两个偶极子臂，并且每个偶极子臂具有辐射面(12)，所述辐射面具有外轮廓。所述辐射器组件包括导电的环形元件(3)，所述环形元件(3)安装在各辐射面(12)上方。所述环形元件(3)构造成环绕封闭的并且具有内轮廓(14)，所述环形元件的内轮廓服从全部四个辐射面的组合体的外轮廓线。该辐射器组件结构紧凑并且是宽频的。

Description

用于基站天线的辐射器组件
技术领域
本发明涉及基站天线领域，更具体地，涉及一种用于基站天线的辐射器组件。
背景技术
在移动通信网络中包括大量的基站，各基站包括基站天线，所述基站天线用于接收和发送通信信号。基站天线可以包括许多辐射器组件，它们也可以称为辐射元件或者天线元件。单个辐射器组件的成本对于整个基站天线的成本具有重要影响。辐射器组件的尺寸小型化和成本最小化是值得期望的。
在2G/3G/4G/LTE系统中已经开发了大量的双极化的辐射器组件，它们设计成用于在2GHz频带中运行，所述2GHz频带例如可以覆盖1.71～2.69GHz的频率范围。另外，在国际移动通信(IMT)服务中，1.4/1.5GHz频带是有价值的。1.4/1.5GHz频带例如可以覆盖1427～1518MHz的频率范围。目前，在日本已经使用1427～1518MHz的频带用于IMT服务。许多欧洲国家支持1452～1492MHz的频率范围，并且一些欧洲国家也支持1427～1518MHz的频率范围。此外，美国支持1695～1700MHz的频率范围用于5G通信。因此，在基站天线的设计中，拓宽辐射器组件的工作频带范围，是值得期望的。将辐射器组件的工作频带范围拓宽至不仅覆盖1.4/1.5GHz频带而且覆盖1.695～2.69GHz频带，尤其是值得期望的。
发明内容
本发明的目的是，提出一种用于基站天线的辐射器组件，该辐射器组件是结构紧凑的并且是宽频的。
所述目的通过一种用于基站天线的辐射器组件达到，所述辐射器组件具有中心轴线和两个交叉布置的偶极子，每个偶极子包括两个偶极子臂，每个偶极子臂具有辐射面，所述辐射面具有外轮廓，其中，所述辐射器组件包括导电的环形元件，所述环形元件安装在各辐射面上方，所述环形元件构造成环绕封闭的并且具有内轮廓，所述环形元件的内轮廓服从全部四个辐射面的组合体的外轮廓线，其中，所述服从被定义为：
在沿着所述中心轴线在一个与所述中心轴线垂直的投影平面上的投影中，
-所述环形元件的内轮廓具有投影的内轮廓线，该投影的内轮廓线包围第一面积；并且
-各辐射面的外轮廓分别具有投影的外轮廓线，每两个相邻的投影的外轮廓线通过假想的连接线连接，每条假想的连接线是相应的假想的圆弧线的弦，每条圆弧线与所述中心轴线同心并且所述圆弧线的半径为所述辐射面的投影的外轮廓线的最大半径的1/2，各投影的外轮廓线和各连接线共同定义一个环绕封闭的最大外轮廓线，所述环绕封闭的最大外轮廓线包围第二面积；
其中，所述第一面积和第二面积重叠至少90％，换言之，所述第一面积和第二面积的重叠面积为第一面积和第二面积之中的较大面积的90％以上。
在此，各辐射面可以按照较高的中心频率设计。通过环形元件的谐振，使得频带向低频端拓展。由于在本发明的意义上限定“所述环形元件的内轮廓服从全部四个辐射面的组合体的外轮廓线”，有利地实现频带向低频端拓展以及紧凑的尺寸。与没有环形元件的辐射器组件相比，按本发明的具有环形元件的辐射器组件可以具有减小的平面尺寸。
在本发明的意义中，在描述辐射器组件的部件的方位时，术语“上方”和“下方”应理解为相对的方位。例如，表述“部件A安装在部件B上方”意味着，部件A与部件B相比从反射板朝外更远地安装，或者说，部件A设置在部件B的与反射板背离或者与辐射器组件的底部背离的一侧上。
在一些实施方式中，所述辐射器组件构造成，不仅覆盖1.4/1.5GHz频带而且覆盖2GHz频带。
在一些实施方式中，所述第一面积和第二面积可以重叠至少95％，例如至少98％。换言之，所述重叠面积可以为所述较大面积的95％以上，例如可以为所述较大面积的98％以上。
在一些实施方式中，各辐射面可以形成在一个共同的印制电路板上。在另外一些实施方式中，各偶极子臂可以分别形成为一个单独的部件，例如金属部件，并且可以安装在支座中。
在一些实施方式中，每个辐射面可以具有偏离于矩形的外轮廓。
在一些实施方式中，参考所述中心轴线，从径向内部到径向外部，所述辐射面的投影的外轮廓线可以具有首先渐增并且然后渐减的宽度。例如所述辐射面可以构造成树叶状的、椭圆形的或者纺锤形的。在辐射面中可以设有穿孔。辐射面也可以构造成全面的。
在一些实施方式中，所述印制电路板可以安装在反射板上方，并且所述辐射器组件可以包括多个间距器，所述环形元件通过所述间距器以预定的间距安装在所述印制电路板上方。
在一些实施方式中，沿着所述中心轴线观察，在每两个相邻的辐射面之间可以具有间隙，所述环形元件可以具有伸入到各所述间隙中的区域。
在一些实施方式中，沿着所述中心轴线观察，所述环形元件在所述区域中与在其余区域相比可以具有较大的宽度。
在一些实施方式中，所述环形元件可以由金属板制成。在另外一些实施方式中，所述环形元件可以包括在印制电路板上的导电层。
在一些实施方式中，所述辐射器组件可以具有引向器，所述引向器可以安装在所述环形元件上方。
在一些实施方式中，各辐射面可以形成在一个共同的印制电路板上，所述引向器可以通过支座支撑在所述印制电路板上，所述支座可以在所述印制电路板上具有围绕所述中心轴线分布的多个支撑点。
在一些实施方式中，所述引向器可以构造成棱形的金属板，所述棱形的金属板可以定向成，沿着所述中心轴线观察，所述金属板的各个角部处于相邻的辐射面之间的间隙的区域中。
在一些实施方式中，所述金属板的其中一对角部可以被倒角。
在一些实施方式中，在沿着所述中心轴线在所述投影平面上的投影中，所述引向器的外轮廓具有投影的外轮廓线，所述引向器的投影的外轮廓线包围第三面积，所述第三面积在各角部的区域中可以与所述环形元件的投影重叠，并且所述第三面积的至少90％可以处于所述环形元件的投影的内轮廓线以内。
在此需要指出的是，前面提及的技术特征以及后面将要提及的技术特征可以任意地相互组合，只要它们不是相互矛盾的。所有在技术上可行的特征组合都是在本申请中明确地记载的技术内容。
附图说明
下面借助具体实施方式参照附图更详细地说明本发明。示意性的附图简要说明如下：
图1是按本发明的一种实施方式的用于基站天线的辐射器组件的透视图；
图2是按图1的辐射器组件的侧视图；
图3是按图1的辐射器组件的俯视图；
图4是按图1的辐射器组件的一些部件的透视图；
图5是描述图1的辐射器组件的各辐射面沿着中心轴线在一个垂直于中心轴线的投影平面中的投影的简化示意图；
图6是按本发明的另一种实施方式的环形元件的俯视图；并且
图7是按本发明的另一种实施方式的用于基站天线的辐射器组件的透视图。
具体实施方式
图1是按本发明的一种实施方式的用于基站天线的辐射器组件的透视图，图2是按图1的辐射器组件的侧视图，并且图3是按图1的辐射器组件的俯视图。
在图1～3中描述了反射板1的一小部分。在反射板1上可以安装辐射器组件的阵列，其中一个辐射器组件显示于图1～3中。在图1～3中，反射板1水平地设置，辐射器组件从反射板向上延伸。容易想到，在实际使用中，反射板典型地基本上在竖直方向上延伸，并且各辐射器组件从反射板1朝前延伸。因此，下面的论述按在图1～3中显示的定向来介绍辐射器组件，然而容易想到，当包括各辐射器组件的基站天线被安装使用时，各辐射器组件和反射板1将会转动大约90°。
所示的辐射器组件包括两个交叉布置的偶极子，每个偶极子包括两个偶极子臂，每个偶极子臂具有相应的辐射面12，这些辐射面可以被馈送射频信号。在一些实施方式中，各辐射面12形成在一个共同的印制电路板2上，然而其他实施方式也是可能的，例如包括金属板辐射面或者模制的金属的辐射面。各辐射面12可以具有偏离于矩形的外轮廓，并且围绕辐射器组件的一条中心轴线10。在每两个相邻的辐射面12之间可以具有间隙。所述间隙是电学的间隙，因此在印制电路板2上的物理的间隙，例如在印制电路板2中切割的缝槽，可以不是强制需要的。在所示的实施方式中，一对所谓的“馈电杆”印制电路板用于在反射板1前面支撑印制电路板2。
在印制电路板2的上方可以通过多个分布设置的间距器11以预定的间距安装一个环形元件3。在一些未示出的实施方式中，也可以安装一个或多个(例如1个、2个、3个或更多个)附加的环形元件，它们可以被安装在印制电路板2的上方或下方。所述环形元件3构造成环绕封闭的并且具有内轮廓14。所述环形元件3可以由金属板制成。在另外一些实施方式中，所述环形元件3可以包括印制电路板，所述印制电路板可以具有环绕封闭的导电层。环形元件3可以是二维或三维的构件。通过环形元件3的谐振作用，可以使得工作频带向低频端拓展。与此同时，辐射元件的平面尺寸可以相应地减小。
在环形元件3的上方可以安装引向器4。引向器4可以通过支座13支撑在印制电路板2上。所述支座13在所述印制电路板2上可以具有围绕中心轴线10分布的多个支撑点。所述引向器4可以构造成棱形的金属板。所述金属板可以定向成，沿着所述中心轴线10观察，所述金属板的各个角部处于相邻的辐射面12之间的间隙的区域中。所述金属板的其中一对角部可以被倒角。在沿着所述中心轴线10在所述投影平面上的投影中，所述引向器4的外轮廓具有投影的外轮廓线，所述引向器的投影的外轮廓线包围第三面积。所述第三面积在各角部的区域中可以与所述环形元件3的投影重叠，并且所述第三面积的至少90％可以处于所述环形元件3的投影的内轮廓线以内。引向器4可以便于在辐射器组件中实现较好的阻抗匹配，并且可以有助于控制由辐射器组件发射的射频辐射的辐射方向和/或可以有助于压窄所发射的射频辐射的波束宽度。
如上面已经提及的，在图1～3中，反射板1在水平状态中描述，辐射器组件处于反射板1的上方。在基站天线的安装状态中，反射板1可以具有不同的定向，例如反射板1可以相对于水平面倾斜地朝向天空地定向，或者可以与水平面垂直地定向，或者可以相对于水平面倾斜地朝向地面地定向。在此，虽然辐射器组件的绝对的方位发生变化，但是辐射器组件与反射板1的相对的方位保持不变。因此，在此，术语“上方”和“下方”应理解为相对的方位。例如，表述“环形元件3安装在印制电路板2上方”意味着，如果反射板安装成沿着竖直轴线延伸，那么环形元件3与印制电路板2相比从反射板1朝外更远地安装。
图4是按图1的辐射器组件的一些部件的透视图，其中，引向器4、支座13和环形元件3被省略，以便可以更清楚地描述印制电路板2的细节。在图4中，各辐射面12的外轮廓用虚线示意性地描述。
图5是描述各辐射面12沿着中心轴线10在垂直于中心轴线的投影平面中的投影的示意图。各辐射面12具有投影的外轮廓线21、22、23、24，它们彼此之间具有间隙。为了对于全部四个辐射面12的组合体构成一条环绕封闭的外轮廓线，在图5中规定假想的连接线a、c、e、g，作为相邻的外轮廓线21、22、23、24之间的连接线。所述连接线a、c、e、g是假想的圆弧线的弦，所述圆弧线与所述中心轴线10同心并且所述圆弧线的半径为外轮廓线21、22、23、24的最大半径R的1/2。外轮廓线21、22、23、24和连接线a、c、e、g可以共同定义一条环绕封闭的最大外轮廓线，其包括连接线a、外轮廓线22的外部的处于连接线a、c之间的线段b、连接线c、外轮廓线23的外部的处于连接线c、e之间的线段d、连接线e、外轮廓线24的外部的处于连接线e、g之间的线段f、连接线g、外轮廓线21的外部的处于连接线g、a之间的线段h。
所述环形元件3的内轮廓14可以“服从”全部四个辐射面12的组合体的外轮廓线。在此，如果满足以下条件，则环形元件3的内轮廓14被认为“服从”全部四个辐射面12的组合体的外轮廓线：
在沿着所述中心轴线10在一个与所述中心轴线垂直的投影平面上的投影中，
-所述环形元件3的内轮廓14具有投影的内轮廓线，该投影的内轮廓线包围第一面积；并且
-各辐射面12的外轮廓分别具有投影的外轮廓线21、22、23、24(见图5)，每两个相邻的投影的外轮廓线21、22、23、24(即21、22；22、23；23、24；24、21)通过假想的连接线a、c、e、g连接，每条假想的连接线a、c、e、g是相应的假想的圆弧线的弦，每条圆弧线与所述中心轴线10同心并且所述圆弧线的半径为所述辐射面12的投影的外轮廓线21、22、23、24的最大半径R的1/2，各投影的外轮廓线21、22、23、24和各连接线a、c、e、g共同定义一条环绕封闭的最大外轮廓线，所述环绕封闭的最大外轮廓线包围第二面积；并且
-所述第一面积和第二面积重叠至少90％。
在一些实施方式中，第一面积和第二面积可以重叠至少95％。在另外一些实施方式中，第一面积和第二面积的重叠面积可以在92～98％之间的范围内。
图6是按本发明的另一种实施方式的环形元件3的俯视图。与按图3中的实施方式不同，在按图6的实施方式中，在沿着中心轴线10观察时，环形元件3可以具有大致不变的宽度。在沿着中心轴线10观察时，环形元件3可以具有伸入到各所述间隙中的区域r1、r2、r3、r4。
图7是按本发明的另一种实施方式的用于基站天线的辐射器组件的透视图。与按图1的实施方式的区别主要在于，按图7的辐射器组件包括两个环形元件3，它们安装在印制电路板2上方，至少一个所述环形元件3的内轮廓可以服从全部四个辐射面12的组合体的外轮廓线。在其他方面，可以参考对按图1的实施方式的说明。
需要注意的是，在此使用的术语是仅用于说明具体方面的目的，而不用于限制公开内容。如在此使用的单数形式“一个”和“所述一个”应包括复数形式，除非上下文明确地另有表述。可以理解到，术语“包括”和“包含”以及其他类似术语，在申请文件中使用时，具体说明所陈述的操作、元件和/或部件的存在，而不排除一个或多个其他操作、元件、部件和/或它们的组合的存在或添加。如在此使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列举的项目的所有的任意的组合。在对附图的说明中，类似的附图标记总是表示类似的元件。
在附图中的元件的厚度可以为了清楚性起见而被夸张。另外可以理解到，如果一个元件被称为在另一个元件上、与另一个元件耦合或者与另一个元件连接，那么所述一个元件可以直接地在所述另一个元件上形成、与之耦合或者与之连接，或者在它们之间可以有一个或多个介于中间的元件。相反，如果在此使用表述“直接在……上”、“直接与……耦合”和“直接与……连接”，那么表示没有介于中间的元件。用来说明元件之间的关系的其他词语应该被类似地解释，例如“在……之间”和“直接在……之间”、“附着”和“直接附着”、“相邻”和“直接相邻”等等。
在此术语例如“顶”、“底”、“上方”、“下方”、“上面”、“下面”等等用来描述如在附图中所示的一个元件、层或区域相对于另一个元件、层或区域的关系。可以理解到，除了在附图中描述的取向之外，这些术语应该也包含装置的其他取向。
可以理解到，尽管术语“第一”、“第二”等等可以在此用来说明不同的元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅仅用来将一个元件与另一个元件区分开。因此，第一元件可以被称为第二元件，而不背离本发明构思的教导。
也可以考虑到，在此公开的所有示例性的实施方式可以任意地相互组合。
最后要指出的是，上述实施例仅仅用于理解本发明，而不对本发明的保护范围构成限制。对于本领域技术人员来说，在上述实施例的基础上可以做出修改，这些修改都不脱离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于基站天线的辐射器组件，所述辐射器组件具有中心轴线(10)和两个交叉布置的偶极子，每个偶极子包括两个偶极子臂，每个偶极子臂具有辐射面(12)，所述辐射面具有外轮廓，其特征在于，所述辐射器组件包括导电的环形元件(3)，所述环形元件(3)安装在各辐射面(12)上方，所述环形元件(3)构造成环绕封闭的并且具有内轮廓(14)，所述环形元件的内轮廓服从全部四个辐射面的组合体的外轮廓线，其中，所述服从被定义为：
在沿着所述中心轴线(10)在一个与所述中心轴线垂直的投影平面上的投影中，
-所述环形元件(3)的内轮廓(14)具有投影的内轮廓线，该投影的内轮廓线包围第一面积；并且
-各辐射面(12)的外轮廓分别具有投影的外轮廓线(21、22、23、24)，每两个相邻的投影的外轮廓线通过假想的连接线(a、c、e、g)连接，每条假想的连接线是相应的假想的圆弧线的弦，每条圆弧线与所述中心轴线同心并且所述圆弧线的半径为所述辐射面的投影的外轮廓线(21、22、23、24)的最大半径(R)的1/2，各投影的外轮廓线(21、22、23、24)和各连接线(a、c、e、g)共同定义一条环绕封闭的最大外轮廓线，所述环绕封闭的最大外轮廓线包围第二面积；
其中，所述第一面积和第二面积重叠至少90％，例如至少95％或者至少98％。
2.根据权利要求1所述的用于基站天线的辐射器组件，其特征在于，各辐射面(12)形成在一个共同的印制电路板(2)上。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的用于基站天线的辐射器组件，其特征在于，每个辐射面(12)具有偏离于矩形的外轮廓；
优选地，参考所述中心轴线(10)，从径向内部到径向外部，所述辐射面(12)的投影的外轮廓线(21、22、23、24)具有首先渐增并且然后渐减的宽度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于基站天线的辐射器组件，其特征在于，所述印制电路板(2)安装在反射板(1)上方，并且所述辐射器组件包括多个间距器(11)，所述环形元件(3)通过所述间距器(11)以预定的间距安装在所述印制电路板(2)上方。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于基站天线的辐射器组件，其特征在于，沿着所述中心轴线(10)观察，在每两个相邻的辐射面(12)之间具有间隙，所述环形元件(3)具有伸入到各所述间隙中的区域(r1、r2、r3、r4)；
优选地，沿着所述中心轴线(10)观察，所述环形元件在所述区域(r1、r2、r3、r4)中与在其余区域相比具有较大的宽度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于基站天线的辐射器组件，其特征在于，所述环形元件(3)由金属板制成，或者所述环形元件(3)包括在印制电路板上的导电层；和/或
所述辐射器组件具有引向器(4)，所述引向器(4)安装在所述环形元件(3)上方。
7.根据权利要求6所述的用于基站天线的辐射器组件，其特征在于，各辐射面(12)形成在一个共同的印制电路板(2)上，所述引向器(4)通过支座(13)支撑在所述印制电路板(2)上，所述支座(13)在所述印制电路板(2)上具有围绕所述中心轴线(10)分布的多个支撑点。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于基站天线的辐射器组件，其特征在于，所述引向器(4)构造成棱形的金属板，所述金属板定向成，沿着所述中心轴线(10)观察，所述金属板的各个角部处于相邻的辐射面(12)之间的间隙的区域中。
9.根据权利要求8所述的用于基站天线的辐射器组件，其特征在于，所述金属板的其中一对角部被倒角。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于基站天线的辐射器组件，其特征在于，在沿着所述中心轴线(10)在所述投影平面上的投影中，所述引向器的外轮廓具有投影的外轮廓线，所述引向器的投影的外轮廓线包围第三面积，所述第三面积在各角部的区域中与所述环形元件(3)的投影重叠，并且所述第三面积的至少90％处于所述环形元件(3)的投影的内轮廓线以内。
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