CN112599974A - 低频辐射单元及可分离的多频基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低频辐射单元，包括介质基板、辐射体、馈电巴伦和频率选择表面地结构；辐射体设于介质基板上，介质基板设于馈电巴伦上，馈电巴伦设于频率选择表面地结构上，馈电巴伦的上端与辐射体电性连接，下端与频率选择表面地结构电性连接；频率选择表面地结构对高频信号构成开路，对低频信号构成地结构。借此，所述低频辐射单元可有效地降低对高频辐射的影响，同时提高了使用灵活性；本发明还提供一种可分离的多频基站天线，其反射板上设有多个高频辐射单元和多个所述低频辐射单元；所述低频辐射单元的频率选择表面地结构可拆卸式连接于反射板上且位于高频辐射单元的上方，使得低频辐射单元、高频辐射单元可分别独立地工作。

Description

低频辐射单元及可分离的多频基站天线

技术领域

本发明涉及无线通信的基站天线技术领域，尤其涉及一种低频辐射单元及可分离的多频基站天线。

背景技术

随着移动通信技术的快速发展，5G基站的数量在快速地增多，站点资源紧张的问题日益显现。为了快速部署，5G站点主要在原有4G站点资源上增加5G天线及设备，因此多频基站天线成为主流。其中，4G和5G融合的A+P基站天线（即有源和无源一体化天线）在空间尺寸、风载、管理上更有优势，有着很好的发展前景，是未来的一个趋势。

A+P基站天线为4G、5G融合一体化天线，包括A（Active，有源）天线单元和P（Passive，无源）天线单元，所述A天线单元为5G的高频天线加设备，一般为2600MHz或3500MHz频段；所述P天线单元为4G的低频天线加设备，一般为690-960MHz频段。现有的A+P基站天线，一般为上下拼凑结构，上面为A天线单元，下面为P天线单元，此种形式往往天线尺寸过长，导致风载过大；另一种实现方式为，将P天线单元安装在A天线单元的反射板，这样虽然可降低天线长度，但是A+P基站天线只能一体工作，无法分离。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种低频辐射单元及可分离的多频基站天线，所述低频辐射单元可有效地降低对高频辐射的影响，同时不需要与高频辐射单元共用地，提高了使用的灵活性；并且，所述多频基站天线可分别独立地工作。

为了实现上述目的，本发明提供一种低频辐射单元，包括介质基板、辐射体、馈电巴伦和频率选择表面地结构；所述辐射体设于所述介质基板上，所述介质基板设于所述馈电巴伦上，所述馈电巴伦设于所述频率选择表面地结构上，所述馈电巴伦的上端与所述辐射体电性连接，所述馈电巴伦的下端与所述频率选择表面地结构电性连接；所述频率选择表面地结构对高频信号构成开路，对低频信号构成地结构。

根据本发明所述的低频辐射单元，包括第一线路板、第二线路板；

所述第一线路板包括横向的第一介质基板，所述第一介质基板的中间处向下垂直延伸设有第一竖板；

所述第二线路板包括横向的第二介质基板，所述第二介质基板的中间处向下垂直延伸设有第二竖板；

所述第一线路板的所述第一竖板和所述第二线路板的所述第二竖板相互交叉嵌合呈十字型结构，并且所述第一竖板和所述第二竖板的下端固定于所述频率选择表面地结构上；

所述第一介质基板和所述第二介质基板上均设有左右对称的两个辐射臂以形成所述辐射体，所述辐射臂中间设有多段弯折线路来实现高频滤波枝节；

所述第一竖板和所述第二竖板上均设有所述馈电巴伦，所述馈电巴伦的下端与所述频率选择表面地结构电性连接，所述馈电巴伦的上端与所述辐射臂电性连接。

根据本发明所述的低频辐射单元，所述弯折线路包括三条纵向线段和两条横向线段，其中两条纵向线段的下端分别与所述横向线段连接，所述两条纵向线段的上端分别与所述辐射臂连接，另外一条纵向线段分别与所述两条横向线段连接；所述弯折线路等效为LC并联谐振电路，所述弯折线路本身等效为电感结构，所述弯折线路的两条所述纵向线段之间的缝隙等效为电容结构，所述弯折线路对高频信号形成开路，对低频信号形成通路。

根据本发明所述的低频辐射单元，所述弯折线路的宽度小于所述辐射臂的宽度。

根据本发明所述的低频辐射单元，所述第一介质基板和所述第二介质基板上的所述辐射体的长度相等，且长度均为0.1~0.4个波长。

根据本发明所述的低频辐射单元，所述频率选择表面地结构为网状结构。

根据本发明所述的低频辐射单元，所述频率选择表面地结构等效为LC并联谐振电路，所述频率选择表面地结构对于高频信号呈现谐振并构成开路，对低频信号构成地结构。

本发明还提供一种可分离的多频基站天线，包括有反射板，所述反射板上设有多个高频辐射单元和多个任一项所述的低频辐射单元；所述低频辐射单元的所述频率选择表面地结构可拆卸式连接于所述反射板上且位于所述高频辐射单元的上方。

根据本发明所述的可分离的多频基站天线，所述低频辐射单元通过支撑件可拆卸式连接于所述反射板上。

根据本发明所述的可分离的多频基站天线，多个所述低频辐射单元组成至少一列低频线阵，所述低频线阵分布于所述频率选择表面地结构上；

所述多个高频辐射单元组成至少一列高频线阵，所述高频线阵分布于所述反射板上。

根据本发明所述的可分离的多频基站天线，相邻两个所述高频辐射单元之间的间距为0.3~0.7个波长；和/或

相邻两个所述低频辐射单元之间的间距为0.3~0.8个波长。

根据本发明所述的可分离的多频基站天线，所述多频基站天线为有源和无源一体化天线，所述高频线阵构成有源天线单元，所述低频线阵构成无源天线单元。

本发明低频辐射单元包括介质基板、辐射体、馈电巴伦和频率选择表面地结构；所述辐射体设于介质基板上，所述介质基板设于馈电巴伦上，所述馈电巴伦设于频率选择表面地结构上。所述频率选择表面地结构对高频呈透波特性，对高频信号构成开路，对低频信号构成地结构，可有效地降低对高频辐射的影响，并降低加入低频辐射单元后高频的增益损失，同时使得低频辐射单元不需要依赖于跟高频辐射单元共用地，从而提高了使用的灵活性。另外，本发明还提供一种可分离的多频基站天线，其反射板上设有多个高频辐射单元和多个低频辐射单元，低频辐射单元的频率选择表面地结构可拆卸式连接于反射板上且位于高频辐射单元的上方，因此可将低频辐射单元与反射板分离后独立使用。借此，本发明多频基站天线在不改变天线尺寸的前提下，成功将高频天线和低频天线集成，保证天线小型化的同时，既可以集成工作，又可以分离工作，从而提高了使用的灵活性。优选的，所述可分离的多频基站天线为有源和无源一体化天线。

附图说明

图1是本发明优选低频辐射单元的立体结构示意图；

图2是本发明优选低频辐射单元的正面结构示意图；

图3为本发明优选低频辐射单元的辐射体的正面结构示意图；

图4为本发明优选辐射体的局部线路的结构示意图；

图5为本发明优选辐射体的第一高频滤波枝节的等效电路图；

图6为本发明优选低频辐射单元的频率选择表面地结构的正面结构示意图；

图7为本发明可分离的多频基站天线的立体结构示意图；

图8为本发明可分离的多频基站天线的正面结构示意图；

图9为本发明可分离的多频基站天线的高频、低频独立工作的示意图。

附图标记

低频辐射单元100； 介质基板10； 辐射体20；

馈电巴伦30； 频率选择表面地结构40；

第一线路板50； 第二线路板60； 第一介质基板11；

第一竖板12； 第二介质基板13； 第二竖板14；

辐射臂21； 弯折线路22； 反射板300；

高频辐射单元400； 可分离的多频基站天线200。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的，本说明书中针对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包含这些特定特征、结构或特性。此外，这样的表述并非指的是同一个实施例。 进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。

此外，在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可以用不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此系包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。

图1~图6示出了本发明低频辐射单元的结构，所述低频辐射单元（也称低频振子）100包括介质基板10、辐射体20、馈电巴伦30和FFS地结构（Frequency Selective Surface，频率选择表面）40。所述辐射体20设于介质基板10上，可选的，辐射体20的线路印刷在介质基板10上。所述介质基板10设于馈电巴伦30上，所述馈电巴伦30设于FFS地结构40上，馈电巴伦30的上端与辐射体20电性连接，馈电巴伦30的下端与FFS地结构40电性连接。FSS结构是一种二维周期阵列结构，本质是一个空间滤波器，与电磁波相互作用表现出明显的带通或带阻的滤波特性。本发明选择周期性的FFS地结构40作为低频辐射单元100的地，FFS地结构40对于高频辐射单元而言几乎是透波的，对高频的辐射影响较小；即对高频信号构成开路，对低频信号构成地结构。

本发明FFS地结构40对高频呈透波特性，对高频信号构成开路，对低频信号构成地结构，可有效地降低对高频辐射的影响，并降低加入低频辐射单元100后高频的增益损失；同时，使得低频辐射单元100不需要依赖于跟高频辐射单元共用地，从而提高了使用的灵活性。

优选的是，所述辐射体20包含两组正交分布的偶极子，每组偶极子由两条等长的辐射臂和馈电巴伦30构成。可选的，每条辐射臂长约为中心频点0.1波长。两组偶极子分别在介质基板10的±45°方向上分布放置，两条线路连接成直角，构成双极化辐射单元。即本发明低频辐射单元100采用巴伦馈电的方式。

如图1~图4所示，所述低频辐射单元100包括第一线路板50、第二线路板60，所述第一线路板50和第二线路板60优选为PCB板。第一线路板50和第二线路板60分别为两个不同的极化方向的线天线。可选的，第一线路板50和第二线路板60中部互补开槽并相互交叉嵌合呈十字型结构，且所述第一线路板50的第二线路板60的下端固定于FFS地结构40上。第一线路板50和第二线路板60组合成双极化辐射单元。

所述第一线路板50包括横向的第一介质基板11，所述第一介质基板11的中间处向下垂直延伸设有第一竖板12。优选所述第一介质基板11和第一竖板12为一体成型，当然也可以由独立的第一介质基板11和第一竖板12组接成第一线路板50。

所述第二线路板60包括横向的第二介质基板13，所述第二介质基板13的中间处向下垂直延伸设有第二竖板14。优选所述第二介质基板13和第二竖板14为一体成型，当然也可以由独立的第二介质基板13和第二竖板14组接成第二线路板60。

如图1所示，所述第一线路板50的第一竖板12和第二线路板60的第二竖板14相互交叉嵌合呈十字型结构，并且第一竖板12和第二竖板14的下端固定于FFS地结构40上。

如图1~图3所示，所述第一介质基板11和第二介质基板13上均设有左右对称的两个辐射臂21以形成双极化的辐射体20，辐射臂21中间设有多段弯折线路22来实现高频滤波枝节。所述多段弯折线路22可实现对高频感应电流的抑制作用，能有效降低对高频辐射单元的辐射性能的影响。优选的是，所述弯折线路22的宽度小于辐射臂21的宽度。即辐射臂21的线路中间通过增加多段较细的弯折线路22，耦合的弯折线路22对高频电磁波具有很强的抑制作用，高频电流无法通过，同时辐射臂21由于分段之后的长度远小于高频谐振所需要的电长度，因此无法高频谐振，感性的电流非常弱，于是可实现滤波特性。本实施例中，所述辐射体20的辐射臂21中间分别设有二段弯折线路22。需指出的是，所述弯折线路22的个数并不受限制，而是可根据实际需要设定。

如图1、图3和图4所示，所述弯折线路22优选包括三条纵向线段和两条横向线段，其中两条纵向线段的下端分别与横向线段连接，两条纵向线段的上端分别与辐射臂21连接；另外一条纵向线段分别与所述两条横向线段连接。图5为本发明优选辐射体的高频滤波枝节的等效电路图，所述弯折线路22等效为LC并联谐振电路，弯折线路22本身相对于高频信号可等效为电感结构，弯折线路22的两条纵向线段之间的缝隙可等效为电容结构，所述LC并联谐振电路对高频呈现谐振，即弯折线路22对高频信号形成开路特性，对低频信号形成通路特性。本发明辐射体20对高频做了滤波处理，从而有效地抑制高频电流，降低对高频辐射性能的影响，并降低加入低频辐射单元100后高频的增益损失。优选的是，本发明还可对弯折线路22的长度和缝隙进行调节，以优化滤波性能。并且，弯折线路22的长度和形状相同或不同，以实现不同宽频滤波特性。

所述第一竖板12和第二竖板14上均设有馈电巴伦30，所述馈电巴伦30的下端与FFS地结构40电性连接，馈电巴伦30的上端与辐射臂21电性连接，馈电巴伦30用于对辐射臂21进行馈电。

如图1所示，优选第一线路板50和第二线路板60组合之后，第一介质基板11和第二介质基板13的中间上部圆圈所示的四个交界线处相互通过焊接等方式连接固定。于是两个极化方向辐射臂21上的金属铜箔组成一体，组成一体利于结构稳定，同时该结构可拓宽低频辐射单元100的工作带宽。

优选的是，所述第一介质基板11和第二介质基板13上的辐射体20的长度相等，且长度均为0.1~0.4个波长。

优选的是，如图6所示，所述FFS地结构40为网状结构。所述FFS地结构40等效为LC并联谐振电路，FFS地结构40对于高频信号呈现谐振并构成开路，对低频信号构成地结构，从而有效地抑制高频电流，降低对高频辐射性能的影响。

图6~图9示出了本发明可分离的多频基站天线的结构，所述可分离的多频基站天线200包括有反射板300，所述反射板300上设有多个高频辐射单元400（也称高频振子）和如图1~图5所示的多个低频辐射单元100。所述高频辐射单元400可拆卸式连接或不可拆卸式连接于反射板300上。所述低频辐射单元100的FFS地结构40可拆卸式连接于反射板300上且位于高频辐射单元400的上方，具体低频辐射单元100可通过卡接、螺接或者铆接等可拆卸式连接在反射板300上。可分离的多频基站天线200在这种连接方式下，低频辐射单元100和高频辐射单元400可集成在一起工作。

图9为本发明可分离的多频基站天线的高频、低频独立工作的示意图，由于低频辐射单元100可拆卸式连接在反射板300上，因此低频辐射单元100可以从反射板300上拆卸脱离。在低频辐射单元100脱离反射板300后，FFS地结构40作为低频辐射单元100的地，低频辐射单元100不再需要依赖于跟高频辐射单元400共用地，使得低频辐射单元100和高频辐射单元400均可独立使用。

本发明FFS结构40具备频率选择的特性，对于高频天线而言，它几乎是透波的，对高频辐射单元400的辐射的影响很小；对于低频天线而言，它起到地的作用。这样，即使脱离高频天线，低频天线仍然可正常工作，使得高、低频天线可分离工作。借此，本发明多频基站天线200在不改变天线尺寸的前提下，保证天线小型化的同时，既可以集成工作，又可以分离工作，从而提高了使用的灵活性。

优选的是，所述低频辐射单元100通过支撑件可拆卸式连接于反射板300上。所述支撑件可采用塑胶材料制成。

需提醒的是，本发明多频基站天线200的低频辐射单元100和高频辐射单元400的排列和个数不限，可以根据实际需要任意设定。

如图7~图8所示的所述可分离的多频基站天线200中，所述多个低频辐射单元100组成至少一列低频线阵，所述低频线阵分布于FFS地结构40上。多个高频辐射单元400组成至少一列高频线阵，所述高频线阵分布于反射板300上。所述可分离的多频基站天线200可包含M列低频线阵，N列高频线阵，M和N为大于1的整数。在本实施例中，所述可分离的多频基站天线200包括2列低频线阵和8列高频线阵。需提醒的是，本发明多频基站天线200的高频线阵和低频线阵的列数不限，可以根据实际需要任意设定。

优选的是，所述低频线阵中相邻两个低频辐射单元100之间的间距为0.3~0.7个波长。可选的，相邻两个低频辐射单元100之间的间距为0.53~0.73个波长。和/或，所述高频线阵中相邻两个高频辐射单元400之间的间距为0.3~0.8个波长。可选的，相邻两个高频辐射单元400之间的间距为0.5个波长。

优选的是，所述多频基站天线200为有源和无源一体化天线（即A+P基站天线），所述高频线阵构成有源天线单元，所述低频线阵构成无源天线单元。

综上所述，本发明低频辐射单元包括介质基板、辐射体、馈电巴伦和频率选择表面地结构；所述辐射体设于介质基板上，所述介质基板设于馈电巴伦上，所述馈电巴伦设于频率选择表面地结构上。所述频率选择表面地结构对高频呈透波特性，对高频信号构成开路，对低频信号构成地结构，可有效地降低对高频辐射的影响，并降低加入低频辐射单元后高频的增益损失，同时使得低频辐射单元不需要依赖于跟高频辐射单元共用地，从而提高了使用的灵活性。另外，本发明还提供一种可分离的多频基站天线，其反射板上设有多个高频辐射单元和多个低频辐射单元，低频辐射单元的频率选择表面地结构可拆卸式连接于反射板上且位于高频辐射单元的上方，因此可将低频辐射单元与反射板分离后独立使用。借此，本发明多频基站天线在不改变天线尺寸的前提下，成功将高频天线和低频天线集成，保证天线小型化的同时，既可以集成工作，又可以分离工作，从而提高了使用的灵活性。优选的，所述可分离的多频基站天线为有源和无源一体化天线。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种低频辐射单元，其特征在于，包括介质基板、辐射体、馈电巴伦和频率选择表面地结构；所述辐射体设于所述介质基板上，所述介质基板设于所述馈电巴伦上，所述馈电巴伦设于所述频率选择表面地结构上，所述馈电巴伦的上端与所述辐射体电性连接，所述馈电巴伦的下端与所述频率选择表面地结构电性连接；所述频率选择表面地结构对高频信号构成开路，对低频信号构成地结构。

2.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，包括第一线路板、第二线路板；

所述第一线路板包括横向的第一介质基板，所述第一介质基板的中间处向下垂直延伸设有第一竖板；

所述第二线路板包括横向的第二介质基板，所述第二介质基板的中间处向下垂直延伸设有第二竖板；

所述第一线路板的所述第一竖板和所述第二线路板的所述第二竖板相互交叉嵌合呈十字型结构，并且所述第一竖板和所述第二竖板的下端固定于所述频率选择表面地结构上；

所述第一介质基板和所述第二介质基板上均设有左右对称的两个辐射臂以形成所述辐射体，所述辐射臂中间设有多段弯折线路来实现高频滤波枝节；

所述第一竖板和所述第二竖板上均设有所述馈电巴伦，所述馈电巴伦的下端与所述频率选择表面地结构电性连接，所述馈电巴伦的上端与所述辐射臂电性连接。

3.根据权利要求2所述的低频辐射单元，其特征在于，所述弯折线路包括三条纵向线段和两条横向线段，其中两条纵向线段的下端分别与所述横向线段连接，所述两条纵向线段的上端分别与所述辐射臂连接，另外一条纵向线段分别与所述两条横向线段连接；所述弯折线路等效为LC并联谐振电路，所述弯折线路本身等效为电感结构，所述弯折线路的两条所述纵向线段之间的缝隙等效为电容结构，所述弯折线路对高频信号形成开路，对低频信号形成通路。

4.根据权利要求2所述的低频辐射单元，其特征在于，所述弯折线路的宽度小于所述辐射臂的宽度。

5.根据权利要求2所述的低频辐射单元，其特征在于，所述第一介质基板和所述第二介质基板上的所述辐射体的长度相等，且长度均为0.1~0.4个波长。

6.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述频率选择表面地结构为网状结构。

7.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述频率选择表面地结构等效为LC并联谐振电路，所述频率选择表面地结构对于高频信号呈现谐振并构成开路，对低频信号构成地结构。

8.一种可分离的多频基站天线，其特征在于，包括有反射板，所述反射板上设有多个高频辐射单元和多个如权利要求1~6任一项所述的低频辐射单元；所述低频辐射单元的所述频率选择表面地结构可拆卸式连接于所述反射板上且位于所述高频辐射单元的上方。

9.根据权利要求8所述的可分离的多频基站天线，其特征在于，所述低频辐射单元通过支撑件可拆卸式连接于所述反射板上。

10.根据权利要求8所述的可分离的多频基站天线，其特征在于，多个所述低频辐射单元组成至少一列低频线阵，所述低频线阵分布于所述频率选择表面地结构上；

所述多个高频辐射单元组成至少一列高频线阵，所述高频线阵分布于所述反射板上。

11.根据权利要求10所述的可分离的多频基站天线，其特征在于，相邻两个所述高频辐射单元之间的间距为0.3~0.7个波长；和/或

相邻两个所述低频辐射单元之间的间距为0.3~0.8个波长。

12.根据权利要求10所述的可分离的多频基站天线，其特征在于，所述多频基站天线为有源和无源一体化天线，所述高频线阵构成有源天线单元，所述低频线阵构成无源天线单元。

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