CN112310661B - 一种多频天线阵列及基站系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线技术领域，公开了一种多频天线阵列及基站系统，其中多频天线阵列包括第一天线阵列和第二天线阵列，第一天线阵列包括低频辐射单元，第二天线阵列包括高频辐射单元，低频辐射单元的辐射面为框架线路结构，高频辐射单元设于低频辐射单元的辐射面下方。本发明提供的一种多频天线阵列及基站系统，将高频辐射单元设于低频辐射单元的下方，能够实现振子和阵列的深度融合，实现不同阵列共用辐射面，满足天线小型化要求；且设置低频辐射单元为框架线路结构，既使得低频辐射单元的辐射面在高频辐射单元上方对高频辐射单元遮挡较小，有利于克服传统频段间互耦产生的性能损失，且有利于降低重量，满足天线轻量化要求。

Description

一种多频天线阵列及基站系统
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种多频天线阵列及基站系统。
背景技术
随着第四代移动通信系统(4G)网络覆盖技术的深入发展和第五代移动通信系统(5G)时代的开启，在运营商网络规划网络覆盖实施中，需要一种既能对4G网络多制式兼容，又能满足5G网络制式覆盖的4G/5G融合天线产品。
为实现多频率多制式天线阵列设计在同一面天线内，需要一种全新多阵列组合方式，常规的横向和纵向堆叠不同制式天线阵列的方式仍无法很好的解决天线小型化、轻量化的要求，同时也意味着在相同天面口径下，融入不同制式的天线阵列数量十分有限。
现有天线多阵列组合方式存在不能满足天线小型化、轻量化要求的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种多频天线阵列及基站系统，用以解决或部分解决现有天线多阵列组合方式存在不能满足天线小型化、轻量化要求的问题。
本发明实施例提供一种多频天线阵列，包括第一天线阵列和第二天线阵列，所述第一天线阵列包括低频辐射单元，所述第二天线阵列包括高频辐射单元，所述低频辐射单元的辐射面为框架线路结构，所述高频辐射单元设于所述低频辐射单元的辐射面下方。
在上述方案的基础上，所述低频辐射单元的辐射面包括四个辐射臂，每个所述辐射臂均为方形框架线路结构，四个所述辐射臂形成田字框架线路结构。
在上述方案的基础上，所述低频辐射单元的辐射面为印刷电路形式。
在上述方案的基础上，所述低频辐射单元的辐射面的线路线宽小于等于1.5mm。
在上述方案的基础上，所述高频辐射单元为双极化半波折合振子结构，所述高频辐射单元对应设于所述低频辐射单元的外边界下方、所述低频辐射单元的内边界下方以及所述低频辐射单元的辐射臂内部下方中的至少一处。
在上述方案的基础上，所述高频辐射单元对应设于所述低频辐射单元的外边界下方时，所述低频辐射单元的外边界线路对应位于所述高频辐射单元中缝的正上方。
在上述方案的基础上，所述高频辐射单元对应设于所述低频辐射单元的内边界下方时，所述低频辐射单元和所述高频辐射单元的中缝上下对应。
在上述方案的基础上，所述低频辐射单元的中心频率波长大于等于所述高频辐射单元的中心频率波长的2倍。
在上述方案的基础上，一个所述低频辐射单元和与该低频辐射单元对应设置的高频辐射单元形成一个单元组，多频天线阵列包括多个所述单元组。
本发明实施例还提供一种基站系统，包括上述多频天线阵列，还包括反射底板以及天线罩，所述多频天线阵列设于由所述反射底板和所述天线罩形成的空间内。
本发明实施例提供的一种多频天线阵列及基站系统，将高频辐射单元设于低频辐射单元的下方，该高低频振子排布形式，能够实现振子和阵列的深度融合，实现不同阵列共用辐射面，满足天线小型化要求；且设置低频辐射单元为框架线路结构，既使得低频辐射单元的辐射面在高频辐射单元上方对高频辐射单元遮挡较小，二者投影几乎不重叠，有利于克服传统频段间互耦产生的性能损失，且有利于降低重量，满足天线轻量化要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的低频辐射单元的示意图；
图2是本发明实施例提供的高频辐射单元的示意图；
图3是本发明实施例提供的第一种阵列形式排布平面示意图；
图4是本发明实施例提供的第一种阵列形式排布侧面示意图；
图5是本发明实施例提供的第二种阵列形式排布平面示意图；
图6是本发明实施例提供的第二种阵列形式排布侧面示意图；
图7是本发明实施例提供的第三种阵列形式排布平面示意图；
图8是本发明实施例提供的第三种阵列形式排布侧面示意图；
图9是本发明实施例提供的第一种阵列形式通过复制单元组排布的阵列示意图。
附图标记：
1：低频辐射单元；2：高频辐射单元；3、反射底板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
本发明实施例提供一种多频天线阵列，该多频天线阵列包括第一天线阵列和第二天线阵列。第一天线阵列包括低频辐射单元1，第二天线阵列包括高频辐射单元2，低频辐射单元1的辐射面为框架线路结构，高频辐射单元2设于低频辐射单元1的辐射面下方。
即如图1所示，设置低频辐射单元1的辐射面为框架结构，辐射面只是包括条状的线路，线路形成框架结构；辐射面并不是面状结构。该多频天线阵列包括以低频辐射单元1构成的系统为第一天线阵列；以高频辐射单元2构成的系统为第二天线阵列；第一天线阵列、第二天线阵列共用辐射面空间，反射底板3和天线外罩，低频辐射单元1与高频辐射单元2以一定的排布形式实现完全重叠排布的融合形式。
本实施例提供的一种多频天线阵列，将高频辐射单元2设于低频辐射单元1的下方，该高低频振子排布形式，能够实现振子和阵列的深度融合，实现不同阵列共用辐射面，满足天线小型化要求；且设置低频辐射单元1为框架线路结构，既使得低频辐射单元1的辐射面在高频辐射单元2上方对高频辐射单元2遮挡较小，二者投影几乎不重叠，有利于克服传统频段间互耦产生的性能损失，且有利于降低重量，满足天线轻量化要求。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，低频辐射单元1的辐射面包括四个辐射臂，每个辐射臂均为方形框架线路结构，四个辐射臂形成田字框架线路结构。
在上述实施例的基础上，进一步地，低频辐射单元1的辐射面为印刷电路形式。
在上述实施例的基础上，进一步地，低频辐射单元1的辐射面的线路线宽小于等于1.5mm。
参考图1，低频辐射单元1可为由高频印刷版工艺制作成的半波折合振子，其形态呈“田”字形，每组对角的正方形为一个偶极子的辐射臂两级；其辐射面田字形线路使用高阻铜箔线(一般来讲线宽小于1.5mm)在高频板基材上印制而成，其他部分镂空或无金属层印刷。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，高频辐射单元2为双极化半波折合振子结构。第一天线阵列的低频辐射单元1和第二天线阵列的高频辐射单元2为±45°双极化半波折合振子。第二天线阵列的高频辐射单元2为压铸、钣金或者高频印刷版工艺制作成的半波折合振子。
高频辐射单元2对应设于低频辐射单元1的外边界下方、低频辐射单元1的内边界下方以及低频辐射单元1的辐射臂内部下方中的至少一处。低频辐射单元1的外边界即低频辐射单元1的辐射面线路中位于外圈边缘的线路；内边界即位于外边界以内的线路。
在上述实施例的基础上，进一步地，高频辐射单元2对应设于低频辐射单元1的外边界下方时，低频辐射单元1的外边界线路对应位于高频辐射单元2中缝的正上方。
在上述实施例的基础上，进一步地，高频辐射单元2对应设于低频辐射单元1的内边界下方时，低频辐射单元1和高频辐射单元2的中缝上下对应。
在上述实施例的基础上，进一步地，低频辐射单元1的中心频率波长大于等于高频辐射单元2的中心频率波长的2倍。
具体的，低频辐射单元1的中心频率波长为λ1，高频辐射单元2的中心频率波长为λ2，其关系满足λ1≥2λ2，所以低频辐射单元1的振子口径D1和高频辐射单元2的振子口径D2之间满足D1≥2D2。
图3和图4是本实施例提供的第一种阵列形式排布示意图；在低频辐射单元1的外边界下方对应设有多个高频辐射单元2。具体在高频阵列对齐排布的场景下，每4个高频辐射单元2分布于低频辐射单元1的四个边角，在阵列纵向方向高频辐射单元2间距与低频辐射单元1边长D1相等，且低频辐射单元1的高阻新印刷线路位于高频辐射单元2中缝的正上方。
图5和图6是本实施例提供的第二种阵列形式排布示意图；在低频辐射单元1的外边界下方以及内边界下方均对应设有高频辐射单元2；多个高频辐射单元2错位排布。在高频阵列错位排布的场景下，其中两个高频辐射单元2分布于低频辐射单元1的两个边角，在阵列纵向方向高频振子间距与低频阵子边长D1相等，且低频阵子的高阻新印刷线路位于高频阵子中缝的正上方；错位列的另一个高频振子位于低频阵子的另一边即内边界正下方，且高频振子和低频振子的中缝对齐。
图7和图8是本实施例提供的第三种阵列形式排布示意图；多个高频辐射单元2分别对应位于低频辐射单元1的框架内部下方。在高频阵列错位排布的场景下，其中两个高频振子错位分布于低频阵子的两个对角方框下方，由于其振子口径满足D1≥2D2，所以低频振子四个方框的每一组其边长D1/2都大于高频振子的边长D2，即低频振子的印刷线路投影与高频振子投影不重叠。此时，优选的，高频辐射单元2可对应位于低频辐射单元1每个辐射臂的中间部位；具体不做限定。
在高频辐射单元2对应位于低频辐射单元1的外边界下方时，只要满足低频辐射单元1的外边界线路对应位于高频辐射单元2的中缝正上方即可，如图3，对高频辐射单元2在横向上的具体位置不做限定，高频辐射单元2在横向上可与低频辐射单元1的外边界平齐，也可不平齐。
在高频辐射单元2对应位于低频辐射单元1的内边界下方时，只要满足低频辐射单元1的中缝对应位于高频辐射单元2的中缝正上方即可，如图5，对高频辐射单元2在横向上的具体位置不做限定，高频辐射单元2在横向上可与低频辐射单元1的外边界平齐，也可不平齐。
在上述实施例的基础上，进一步地，一个所述低频辐射单元1和与该低频辐射单元1对应设置的高频辐射单元2形成一个单元组，多频天线阵列包括多个所述单元组。
具体的，参考图9是第一种阵列形式下通过复制单元组排布的阵列示意图；即每一个低频阵子和其周围分布的高频振子为一组，构成该天线多频阵列组阵技术的一个单元组，阵列天线则是根据整机增益、长度需要复制该单元组，构成天线阵列。由此方法，第二种和第三种阵列形式的单元组也可通过复制构成相应的天线阵列。
在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基站系统，该基站系统包括上述任一实施例所述的多频天线阵列，还包括反射底板3以及天线罩，多频天线阵列设于由反射底板3和天线罩形成的空间内。
在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种兼容两不同制式天线阵列深度融合的天线多频阵列组阵技术。为了实现上述的产品形态，本实施例采取的技术方案是：以低频辐射单元1构成的系统为第一天线阵列；以高频辐射单元2构成的系统为第二天线阵列；低频辐射单元1是由高频印刷版工艺制作成的半波折合振子，其形态呈“田”字形，每组对角的正方形为一个偶极子的辐射臂两级，其辐射面田字形线路使用高阻铜箔线(一般来讲线宽小于1.5mm)在高频板基材上印制而成，其他部分镂空或无金属层印刷。
天线多频阵列组阵技术是使用上述高频、低频振子通过技术手段使用特殊的高低频振子排布形式，实现振子和阵列的深度融合，共用辐射面，且能够克服传统频段间互耦产生的性能损失。第一天线阵列、第二天线阵列共用辐射面空间，反射底板3和天线外罩。低频辐射单元1与高频辐射单元2以一定的排布形式实现完全重叠排布的融合形式，即第二天线阵列完全融入第一天线阵列之中，以实现天线辐射面的完全复用，通过特定技术实现的紧凑型的融合产品形态，并最大限度减小带间耦合，保证辐射性能的基础上，最大程度的减小了天线体积，节约天面资源，提升安装便利性，有效的降低网络规划和运营成本。
本实施例具体提供三种场景下的阵列排布形式，每一个低频阵子和其周围分布的高频振子为一组，构成该天线多频阵列组阵技术的一个单元组，阵列天线则是根据整机增益、长度需要复制该单元组，构成天线阵列。其中，每个低频辐射单元1对应设置的高频辐射单元2的具体数量以及多个高频辐射单元2的具体位置分布不限于上述三种场景，也可为其他组合形式，具体不做限定。
本实施例针对天面口径的高度融合技术，提出一种全新的阵列融合形态，可以有效实现不同制式天线阵列全部融合，且能够克服传统频段间互耦产生的性能损失，最大程度节约了天面空间，同时为天线集成更多制式阵列提供可能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种多频天线阵列，其特征在于，包括第一天线阵列和第二天线阵列，所述第一天线阵列包括低频辐射单元，所述第二天线阵列包括高频辐射单元，所述低频辐射单元的辐射面为框架线路结构，所述高频辐射单元设于所述低频辐射单元的辐射面下方；
所述低频辐射单元的辐射面包括四个辐射臂，每个所述辐射臂均为方形框架线路结构，四个所述辐射臂形成田字框架线路结构；
其中，所述高频辐射单元为双极化半波折合振子结构，所述高频辐射单元对应设于所述低频辐射单元的外边界下方、所述低频辐射单元的内边界下方以及所述低频辐射单元的辐射臂内部下方中的至少一处，所述高频辐射单元对应设于所述低频辐射单元的外边界下方时，所述低频辐射单元的外边界线路对应位于所述高频辐射单元中缝的正上方，所述高频辐射单元对应设于所述低频辐射单元的内边界下方时，所述低频辐射单元和所述高频辐射单元的中缝上下对应。
2.根据权利要求1所述的多频天线阵列，其特征在于，所述低频辐射单元的辐射面为印刷电路形式。
3.根据权利要求1所述的多频天线阵列，其特征在于，所述低频辐射单元的辐射面的线路线宽小于等于1.5mm。
4.根据权利要求1所述的多频天线阵列，其特征在于，所述低频辐射单元的中心频率波长大于等于所述高频辐射单元的中心频率波长的2倍。
5.根据权利要求1至4任一所述的多频天线阵列，其特征在于，一个所述低频辐射单元和与该低频辐射单元对应设置的高频辐射单元形成一个单元组，多频天线阵列包括多个所述单元组。
6.一种基站系统，其特征在于，包括上述权利要求1-5任一所述的多频天线阵列，还包括反射底板以及天线罩，所述多频天线阵列设于由所述反射底板和所述天线罩形成的空间内。
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