CN112467364B - 一种双频融合天线阵列、共模抑制方法及通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双频融合天线阵列、共模抑制方法及通信设备,包括低频天线及高频天线,所述低频天线及高频天线均垂直设置在反射板上,高频天线对称设置在低频天线的周围,所述高频天线包括两个十字交叉的高频介质基板,每个高频介质基板的一侧设置高频辐射振子,另一侧设置高频馈线结构,两个高频辐射振子均包括高频地板矩形槽,其中一个高频辐射振子还包括高频地板延长结构。该天线阵列解决了不同天线之间的互耦问题,具有带宽大,结构新颖,辐射方向图稳定的优点。

Description

一种双频融合天线阵列、共模抑制方法及通信设备
技术领域
本发明涉及移动通信领域,具体涉及一种双频融合天线阵列、共模抑制方法及通信设备。
背景技术
随着移动通信技术的飞速发展,新频段的开发利用尤其重要,基站天线作为移动通信系统的重要组成部分,是手机等移动终端与基站直接通信的门户,也是无线通信系统实现频率复用、分集接收等技术的重要载体。现阶段在中国就有GSM、2G、3G、LTE(4G)系统,GSM900系统使用的是890-960MHz,CDMA800系统使用的是825-880MHz,2G系统使用1710-1550MHz,3G系统使用频段1550-2170MHz,LTE(4G)系统使用2300-2640MHz,中国的无线通信系统目前已覆盖825–960MHz和1710-2640MHz频段。随着移动通信技术的发展,不同移动系统的使用占用不同的频段,在一个天线上难以实现从890-2640MHz的带宽,基站天线的部署工作将成为一个难点,若两种不同频段的基站天线在相距较近的情况下,仍然能够正常工作不受彼此的影响,将会增大空间利用,增加经济收益,存在更大的价值。但在直立振子双频融合天线阵列中,高频振子上面会有低频的共模电流,导致低频天线的增益降低,波束宽度变宽。因此,新设计安装的阵列天线提出了一种共模抑制技术,使得直立振子天线阵列可以很好的覆盖频段690-960MHz和1710-2640MHz。
目前,宽带基站天线一般可以覆盖2G、3G、LTE(4G)系统的带宽,并不具备覆盖GSM系统的带宽,若一副天线可以工作于多个通信系统,从而可以减少天线的数目,实现通信设备的小型化,也为基站天线的部署带来了便利。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明的第一个目的是提供一种双频融合天线阵列,本发明是一种由两种不同的天线阵子构成的阵列,其辐射增益高,且方向图稳定的基站天线阵列。
本发明的第二个目的提供一种共模抑制方法,该宽带基站天线阵列能使工作在不同频段的基站天线共用一个天线辐射口径,减少了低频振子工作时,高频振子上面共模电流的产生,实现了工作频段在690-960MHz和1700-2700MHz两种基站天线的融合。
本发明的第三个目的是提供一种通信设备。
本发明第一个目的采用如下技术方案:
一种双频融合天线阵列,包括低频天线及高频天线,所述低频天线及高频天线均垂直设置在反射板上,高频天线对称设置在低频天线的周围,所述高频天线包括两个十字交叉的高频介质基板,每个高频介质基板的一侧设置高频辐射振子,另一侧设置高频馈线结构,两个高频辐射振子均包括高频地板矩形槽,其中一个高频辐射振子还包括高频地板延长结构。
进一步,所述低频天线包括两个呈十字交叉的低频介质基板,每个低频介质基板的一侧印制低频辐射振子,另一侧印制低频馈线结构及扼流环,两个低频馈线结构相互垂直,垂直的交点位于两个低频介质基板的中心轴线上。
进一步,低频辐射振子设置两组金属圆孔,每组为两个,金属圆孔在低频介质基板另一侧的相应位置设置扼流环。
进一步,高频天线垂直设置在低频天线的下方。
进一步,所述高频地板延长结构为矩形贴片,所述矩形贴片由高频介质基板的底部,沿着反射板的水平方向延伸。
进一步,高频地板矩形槽设置在高频馈线结构的下方。
进一步,还包括垂直设置在反射板上的金属筒,低频天线及高频天线设在内。
进一步,所述低频天线为一个,高频天线为四个。
本发明第二个目的采用如下技术方案:
一种共模抑制方法,在低频天线正常工作的过程中,高频天线会有感应电流,高频天线进一步会产生辐射,高频地板矩形槽及高频地板延长结构延长高频天线的电长度,使得高频天线尺寸是辐射频点的四分之一波长时,其辐射相当于一个单极子,会对低频辐射产生抵消,降低目标频点的共模干扰影响。
本发明第三个目的采用如下技术方案:
一种通信设备,包括所述的双频融合天线阵列。
本发明的有益效果:
本发明在低频天线单元上设置扼流环,具有滤波功能,使得低频振子上的高频耦合电流大大减小;
本发明采用一个低频天线单元及四个高频天线单元,其带宽完全覆盖690-960MHz和1700-2700MHz,不仅适用于2G/3G/LTE(4G)系统还适用于GSM系统;
本发明的共模抑制方法,解决了天线阵列之间的共模电流问题。
本发明由两种不同的天线阵子构成的阵列,其辐射体结构新颖、方向图稳定及增益高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明的低频天线示意图;
图3是本发明的高频天线示意图;
图4(a)及图4(b)是本发明实施例天线阵列的低频S参数及高频S参数;
图5(a)及图5(b)是本发明实施例天线阵列的低频+45度和-45度极化方向的共模抑制前后的增益对比图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示,一种双频融合天线阵列,为对称结构,包括一个工作频段在690-960MHz的低频天线1、四个工作频段在1700-2700MHz的高频天线2、金属筒3及反射板4,所述低频天线1和高频天线2均垂直立于反射板3上方,所述低频天线1由四个高频天线2包围,且高频天线立于低频天线的下方,所述四个高频天线2关于低频天线1的中心轴线对称,所述低频天线1距离每个高频天线2单元的纵向距离均为57.5mm,横向距离为62.5mm,所述金属筒直立在反射板的上方,高频天线及低频天线均设置在金属筒内,且关于低频天线对称。
如图2所示,所述低频天线设置在反射板的中心位置,包括两个呈十字交叉的低频介质基板,分别为第一低频介质基板及第二低频介质基板,所述第一低频介质基板6A的一侧印制第一低频辐射振子5A,其另一侧印制第一低频馈线结构7A;所述第二低频介质基板6B的一侧印制第二低频辐射振子5B,另一侧印制第二低频馈线结构7B;扼流环8A印制在第一低频介质基板6A上,与第一低频馈线结构7A同侧;扼流环8B印制在第二低频介质基板6B,即和第二低频馈线结构7B的同侧。每个低频辐射振子上设置两组金属圆孔,间隔一定距离截断辐射振子,在截断位置的正后方印制扼流环,由此可知每一个低频辐射振子上对称设置四个扼流环。扼流环具有滤波作用。
第一低频辐射振子为+45度极化,由第一低频馈线结构馈电,所述第二低频辐射振子为-45度极化,由第二低频馈线结构馈电。
所述第一低频辐射振子及第二低频辐射振子结构及尺寸均完全相同,第一及第二低频馈线结构均为微带巴伦馈线结构两个低频馈线结构相互垂直,交于低频介质基板的中心轴线。
所述低频天线为直立结构,可实现双极化带宽690-960MHz,回波损耗大于14dB。
如图3所示,所述高频天线,设置在低频天线四个臂的正下方,包括两个呈十字交叉的高频介质基板,具体为第一高频介质基板及第二高频介质基板,所述第一高频介质基板10A的一侧印制第一高频馈线结构11A,另一侧印制第一高频辐射振子9A;所述第二高频介质基板10B的一侧印制第二高频馈线结构11B,另一侧印制第二高频辐射振子9B;所述第一高频辐射振子9A包括第一高频地板矩形槽12A;所述第二高频辐射振子9B包括高频第二振子地板矩形槽12B以及高频地板延长结构13;所述高频地板延长结构为矩形贴片结构。
所述第一高频辐射振子为+45度极化,由第一高频馈线结构馈电,所述第二高频辐射振子为-45度极化,由第二高频馈线馈电
高频地板矩形槽,不破坏高频振子之间的缝隙辐射结构,并且在馈线结构相应位置的下方。
本实施例中的高频地板延长结构由第二高频介质基板的底部开始,沿着反射板的水平方向延伸,与第一高频介质基板平行。
高频地板矩形槽的尺寸是可调的,本发明的尺寸为是12mm;具体作用:开槽之后,相当于一个电感的作用,将高频振子的整体电长度拉长,以此来控制移动共模谐振点。
高频地板延长结构就是高频振子反向接地,这个长度是可以调整的,本实例中长度是10mm,具体作用也是拉长高频振子的电长度,移动共模谐振点,实现抑制高频共模电流的特性。
所述高频天线为直立结构,可实现双极化带宽1700-2700MHz,回波损耗大于14dB。
所述金属筒的直径最大为250mm,高度为25mm。
所述反射板与低频天线顶端的距离为0.1l L -0.5l L ,其中l L 为该宽带基站天线中心频率0.83GHz在自由空间中所对应波长。
所述反射板与高频天线顶端的距离为0.1l L -0.5l L ,其中l L 为该宽带基站天线中心频率2.20GHz在自由空间中所对应波长。
所述低频天线的介质基板采用高频板材R04350B,厚度1.52mm,相对介电常数3.48。
所述高频天线的介质基板采用高频板材R04350B,厚度0.76mm,相对介电常数3.48。
本直立阵子宽带双频融合的基站天线阵列具有结构新颖,带宽大,隔离度高,辐射方向图稳定,增益高等特点。
本实施例的相关性能参数图4(a)是低频S参数,图4(b)是高频S参数,覆盖了690-960MHz和1700-2700MHz;图5(a)及图5(b)分别是低频+45度和-45度极化方向的共模抑制前后的增益对比图,从图中可以看出本实施例采取的方法很好的抑制了共模干扰。
实施例2
一种共模抑制方法,在低频天线馈电的过程中,高频天线会有感应电流,高频天线进一步会产生辐射,当高频天线尺寸是辐射频点的四分之一波长时,其辐射相当于一个单极子,会对低频辐射产生抵消。
实施例3
一种通信设备,包括如实施例1所述的双频融合天线阵列。该双频融合天线阵列使得高低频天线共用一个天线辐射口径极大地提高了空间利用率,带宽很好的覆盖了690-960MHz和1700-2700MHz,满足了GSM和2G、3G、4G系统对基站天线带宽的要求,该天线阵列很好的解决了直立振子双频融合时高低频之间的共模干扰问题和低频天线对高频信号的散射问题。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双频融合天线阵列,其特征在于,包括低频天线及高频天线,所述低频天线及高频天线均垂直设置在反射板上,高频天线对称设置在低频天线的周围,所述高频天线包括两个十字交叉的高频介质基板,每个高频介质基板的一侧设置高频辐射振子,另一侧设置高频馈线结构,两个高频辐射振子均包括高频地板矩形槽,其中一个高频辐射振子还包括高频地板延长结构;
在低频天线正常工作的过程中,高频天线会有感应电流,高频天线进一步会产生辐射,高频地板矩形槽及高频地板延长结构延长高频天线的电长度,使得高频天线尺寸是辐射频点的四分之一波长时,其辐射相当于一个单极子,会对低频辐射产生抵消,降低目标频点的共模干扰影响。
2.根据权利要求1所述的双频融合天线阵列,其特征在于,所述低频天线包括两个呈十字交叉的低频介质基板,每个低频介质基板的一侧印制低频辐射振子,另一侧印制低频馈线结构及扼流环,两个低频馈线结构相互垂直,垂直的交点位于两个低频介质基板的中心轴线上。
3.根据权利要求2所述的双频融合天线阵列,其特征在于,低频辐射振子设置两组金属圆孔,每组为两个,金属圆孔在低频介质基板另一侧的相应位置设置扼流环。
4.根据权利要求1所述的双频融合天线阵列,其特征在于,高频天线垂直设置在低频天线的下方。
5.根据权利要求1-4任一项所述的双频融合天线阵列,其特征在于,所述高频地板延长结构为矩形贴片,所述矩形贴片由高频介质基板的底部,沿着反射板的水平方向延伸。
6.根据权利要求1-4任一项所述的双频融合天线阵列,其特征在于,高频地板矩形槽设置在高频馈线结构的下方。
7.根据权利要求6所述的双频融合天线阵列,其特征在于,还包括垂直设置在反射板上的金属筒,低频天线及高频天线设在所述金属筒内。
8.根据权利要求6所述的双频融合天线阵列,其特征在于,所述低频天线为一个,高频天线为四个。
9.一种通信设备,其特征在于,包括权利要求1-8任一项所述的双频融合天线阵列。
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