CN112615150B - 一种水平极化的全向辐射单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水平极化的全向辐射单元，包括基板(1)、PCB振子(2)、馈电网络(3)、内层调谐贴片(4)、外层调谐贴片(5)，其中PCB振子(2)、馈电网络(3)、内层调谐贴片(4)、外层调谐贴片(5)均在基板(1)上。通过利用PCB振子的呈指数型曲线渐变的边缘延长电流路径，达到小尺寸辐射单元即可实现目标频段辐射的技术效果。在基板的正面设置具有三个馈电段的馈电网络，其中每个馈电段同时给不同PCB振子的两侧直接馈电，不需经过振子主体内部，提升了馈电效率。PCB振子和馈电网络均采用旋转对称结构，使得辐射单元的圆度指标良好且稳定。三对内、外层调谐贴片可以实现调节3300‑3700MHz频带范围内的总体阻抗，使得驻波指标获得有效下降，可同时实现低驻波、圆度好、小尺寸的需求。

Description

一种水平极化的全向辐射单元

技术领域

本发明涉及无线通信天线技术领域，尤其涉及一种水平极化的全向辐射单元。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高和网络通信技术的发展，高清视频、高速上网、智能家居的需求越来越多，使得无线网络传输的数据流量越来越大，对传输速度的要求也更高。为了配合快速的流量传输，站点的配置密度也快速增大。特别是在写字楼、地下室等传统街道站无法覆盖到的场景，室内分布系统的应用越来越广泛。

天线是一种用来发送或者接收电磁波的器件，发射天线的作用是将发射机的高频电流或波导系统中的导行波的能量有效地转换成空间的电磁能量，而接收天线的作用则恰恰相反，因此天线实际上是一个换能器，天线振子是天线上的元器件，具有导向和放大电磁波的作用，使天线接收到的电磁信号更强。采用PCB振子的天线是一种内嵌式天线，通常安装于用于产品或应用环境内部。

在室内分布系统中，一般采用垂直/水平双极化的全向天线用于做全向覆盖。水平极化全向天线是无线电工程中的一种重要的天线类型，应用需求非常广泛，可以与垂直极化全向天线组成H/V正交双极化全向MIMO天线，以满足低成本和高容量需求。但是，由于水平极化全向天线呈板状，其尺寸较大，所占据的空间也较大，并且在高频段会受到板材基质介电常数等影响。

目前，市面上常见的包含水平极化的室内全向天线，其内部的水平极化辐射单元在3300-3700MHz频段，通常具有多个缺点，比如驻波指标难以降下来(一般做到1.7左右)，圆度比较差(3.5dB甚至更高)，或者尺寸较大。并且各个指标之间存在矛盾，导致在改进某一指标时会引起另一指标变差的问题，难以实现兼具改进的效果。所以，水平极化全向天线还有较大的改进空间。

因此，需要提供一种驻波指标低、圆度优良、尺寸小巧的包含水平极化方式的天线上的辐射单元。

发明内容

为了解决上述室内全向天线的水平极化辐射单元存在的各指标间矛盾问题，本发明提供一种水平极化的全向辐射单元，具有圆度优良、尺寸小巧的特点。通过在基板的正面设置具有三个馈电段的馈电网络以及三对内、外层调谐贴片，PCB振子位于基板的背面，其中每个馈电段同时给两个PCB振子的相邻主体边缘侧馈电，不需经过振子主体内部的非辐射区，提升了辐射效率。同时，PCB振子和馈电段的形状和位置关系保证了辐射单元具有优良的圆度。另外，三对内、外层调谐贴片可以实现调节3300-3700MHz频带范围内的总体阻抗，使得该辐射单元的驻波指标能够有效下降的技术效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种水平极化的全向辐射单元，包括基板(1)、PCB振子(2)、馈电网络(3)、内层调谐贴片(4)、外层调谐贴片(5)，其中PCB振子(2)、馈电网络(3)、内层调谐贴片(4)、外层调谐贴片(5)均在基板(1)上。

可选地，所述基板(1)的整体形状优选为圆形。

可选地，所述PCB振子(2)的数量为三个，三个所述PCB振子沿基板(1)的中轴线成中心旋转对称，所述PCB振子的主体两侧边缘向基板的边缘方向呈指数曲线渐变。

可选地，所述PCB振子(2)在靠近基板的边缘处向左右两侧分别延伸有一臂。

可选地，所述PCB振子(2)的所述臂末端向内弯折延伸有枝节。

可选地，所述馈电网络(3)位于所述PCB振子所在平面的背面基板上，所述馈电网络(3)包括从基板中轴线处延伸的多个馈电段，各馈电段之间沿基板(1)中轴线成中心旋转对称。

可选地，所述馈电网络(3)具有三个馈电段，其中每个馈电段均同时给两个PCB振子馈电，且给每两个PCB振子的相邻主体边缘侧馈电。

可选地，所述馈电段具有至少三处弯折，且馈电段的末端具有扇形匹配枝节。

可选地，所述内层调谐贴片(4)和外层调谐贴片(5)位于PCB振子(2)所在平面的背面基板上，且对应于PCB振子所延伸的臂附近位置；其中，外层调谐贴片比内层调谐贴片距离基板边缘更近。

可选地，所述内层调谐贴片(4)和外层调谐贴片(5)的数量均为六个，其中对应于同一PCB振子处的两个所述内层调谐贴片组成一对，且沿其对应PCB振子的中心线成轴对称，每对内层调谐贴片沿基板(1)中轴线成中心旋转对称；以及对应于同一PCB振子处的两个所述外层调谐贴片组成一对，且沿其对应PCB振子的中心线成轴对称，每对外层调谐贴片沿基板(1)中轴线成中心旋转对称。

相比现有的水平极化的全向辐射单元，本发明提供了一种水平极化的全向辐射单元，其优点和有益效果在于：

1.既可作为单独的电信、联通5G频段的水平极化天线使用，又可作为多频段多极化天线的组成部分。

2.通过利用PCB振子的呈指数型曲线渐变的边缘延长电流路径，达到小尺寸辐射单元即可实现目标频段辐射的技术效果。

3.在基板的正面设置具有三个馈电段的馈电网络，其中每个馈电段同时给不同PCB振子的两侧直接馈电，不需经过振子主体内部的非辐射区，提升了馈电效率。

4.PCB振子和馈电网络均采用旋转对称结构，使得辐射单元的圆度指标良好且稳定。

5.三对内、外层调谐贴片可以实现调节3300-3700MHz频带范围内的总体阻抗，使得该辐射单元的驻波指标获得有效下降的技术效果。

6.馈电网络与辐射单元等其他部分均做在一块双面PCB板上，也大大节省了生产成本。

总之，该水平极化辐射单元可同时实现低驻波、圆度好、小尺寸的需求。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例的部分介绍，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示意性示出了一实施例中一种水平极化的全向辐射单元的结构示意图；

图2示意性示出了图1中的水平极化的全向辐射单元的正面结构示意图；

图3示意性示出了图1中的水平极化的全向辐射单元的背面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在一实施例中，如图1-3，本发明提供了一种水平极化的全向辐射单元，包括基板1、PCB振子2、馈电网络3、内层调谐贴片4、外层调谐贴片5，其中PCB振子2、馈电网络3、内层调谐贴片4、外层调谐贴片5均在基板1上。在该实施例中，所述基板1的整体形状优选为圆形。

在该实施例中，如图3所示，PCB振子2设置在基板1的背面，多个PCB振子在靠近基板中心处汇聚并连接。基板1的中心开设有一与同轴外导体半径相同的圆面，同轴外导体焊接在该圆面处。基板1的中心过孔，孔径为同轴内导体外径。基板正面分布有馈电网络3、以及阻抗调谐贴片4和5，同轴内导体穿过基板过孔后，焊接在馈电网络中心处。

在一实施例中，PCB振子2的数量为三个，三个PCB振子沿基板1的中轴线成中心旋转对称，PCB振子的主体两侧边缘向基板的边缘方向呈指数曲线渐变。通过此设置，相比传统的直线型振子边缘，可在相同大小的空间范围内提升电流路径，使得尺寸较小的辐射单元电也可以实现较多地辐射能量，实现水平极化辐射单元的小尺寸效果。

在一实施例中，PCB振子2在靠近基板的边缘处向左右两侧分别延伸有一臂，能够增大阻抗带宽。

在一实施例中，PCB振子2的臂末端向内弯折延伸有枝节，作为阻抗调节臂。通过在PCB振子臂末端所加的该两个阻抗调节臂，可以进一步展宽阻抗带宽。

在一实施例中，如图2所示，馈电网络3位于PCB振子所在平面的背面基板上，馈电网络3包括从基板中轴线处延伸的多个馈电段，各馈电段之间沿基板1中轴线成中心旋转对称。由于PCB振子和馈电段均是旋转对称的，因此不仅各PCB振子的形状和相对位置是一样的，每个PCB振子相同时针方向的一侧其馈电的相位及幅度也是相同的，这样就保证了整个辐射单元达到比较出色的圆度。

在一实施例中，馈电网络3具有三个馈电段，其中每个馈电段均同时给两个PCB振子馈电，且给每两个PCB振子的相邻主体边缘侧馈电。从图2中可以看出，馈电网络3由中心处引出三根支线分别形成馈电段，每根支线经过多个阻抗匹配阶梯及末端的扇形匹配枝节后，对相邻两个PCB振子的各一侧边缘进行耦合馈电。相比于每根支线单独承担每个对应振子的全部馈电，采用本实施例的这种馈电方式的好处是馈电支线不需经过PCB振子主体内部的非辐射区，提升了辐射效率。

在一实施例中，每个馈电段具有至少三处弯折，以形成四个阻抗匹配阶梯，且馈电段的末端具有扇形匹配枝节。基于这种独特形状的馈电网络，馈电处及电流路径均在PCB振子的主体边缘上，振子体内部不参与工作，因此振子体内部所在区域包括覆盖的基板部分，可以任意地挖槽、开孔、穿线，而不影响天线的辐射与驻波，从而大大增加了该辐射单元在天线总体布局中的适应性和便捷性。

在一实施例中，如图2所示，内层调谐贴片4和外层调谐贴片5位于PCB振子2所在平面的背面基板上，且对应于PCB振子所延伸的臂附近位置；其中，外层调谐贴片比内层调谐贴片距离基板边缘更近。

优选地，内层调谐贴片4和外层调谐贴片5的数量均为六个，其中对应于同一PCB振子处的两个内层调谐贴片组成一对，且沿其对应PCB振子的中心线成轴对称，每对内层调谐贴片沿基板1中轴线成中心旋转对称；以及对应于同一PCB振子处的两个外层调谐贴片组成一对，且沿其对应PCB振子的中心线成轴对称，每对外层调谐贴片沿基板1中轴线成中心旋转对称。

通过在基板正面与振子臂对应处放置的内外两层、每层三对的阻抗调谐贴片4和5。该内、外层调谐贴片能够调节3300-3700MHz频带范围内的总体阻抗，实现该辐射单元的VSWR(Voltage Standing Wave Ratio，电压驻波比，即驻波指标)在3300-3700MHz频带范围内低于1.5。

虽然已经参考上述具体实施方式描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

另外，上述情况的各个方面和功能可以单独实施、组合实施或相互替代。所公开的功能和方面可以进行各种组合和子组合，并且仍然限定在本公开的范围内。本公开中在分开实施的上下文中所述的特定功能也可以在单个情况中组合实施。反过来，在单个情况的上下文中所述的各种功能也可以在多个情况中分开实施或以任何合适的子组合形式实施。虽然上述功能可以以特定组合实施，但在某些情况下，可以从组合中去除声明组合中的一个或多个功能，该组合可作为子组合或任何子组合的变体。

Claims (7)

1.一种水平极化的全向辐射单元，其特征在于，包括基板(1)、PCB振子(2)、馈电网络(3)、内层调谐贴片(4)、外层调谐贴片(5)，其中PCB振子(2)、馈电网络(3)、内层调谐贴片(4)、外层调谐贴片(5)均在基板(1)上，PCB振子(2)设置在基板(1)的一面，多个PCB振子(2)在靠近基板(1)的中心处汇聚并连接，基板(1)的中心开设有一与同轴外导体半径相同的圆面，所述同轴外导体焊接在该圆面处，基板(1)的中心过孔，孔径为同轴内导体外径，基板(1)的另一面分布有馈电网络(3)、内层调谐贴片(4)和外层调谐贴片(5)，所述同轴内导体穿过基板(1)的中心后，焊接在馈电网络(3)中心处；所述馈电网络(3)位于所述PCB振子(2)所在平面的背面基板上，所述馈电网络(3)包括从基板中轴线处延伸的多个馈电段，各馈电段之间沿基板(1)中轴线成中心旋转对称，所述馈电段具有至少三处弯折，且馈电段的末端具有扇形匹配枝节,所述馈电网络(3)具有三个馈电段，其中每个馈电段均同时给两个PCB振子馈电，且给每两个PCB振子的相邻主体边缘侧馈电。

2.根据权利要求1所述的全向辐射单元，其特征在于，所述基板(1)的整体形状为圆形。

3.根据权利要求1所述的全向辐射单元，其特征在于，所述PCB振子(2)的数量为三个，三个所述PCB振子沿基板(1)的中轴线成中心旋转对称，所述PCB振子的主体两侧边缘向基板的边缘方向呈指数曲线渐变。

4.根据权利要求3所述的全向辐射单元，其特征在于，所述PCB振子(2)在靠近基板的边缘处向左右两侧分别延伸有一臂。

5.根据权利要求4所述的全向辐射单元，其特征在于，所述PCB振子(2)的所述臂末端向内弯折延伸有枝节。

6.根据权利要求1所述的全向辐射单元，其特征在于，所述内层调谐贴片(4)和外层调谐贴片(5)位于PCB振子(2)所在平面的背面基板上，且对应于PCB振子所延伸的臂附近位置；其中，外层调谐贴片比内层调谐贴片距离基板边缘更近。

7.根据权利要求6所述的全向辐射单元，其特征在于，所述内层调谐贴片(4)和外层调谐贴片(5)的数量均为六个，其中对应于同一PCB振子处的两个所述内层调谐贴片组成一对，且沿其对应PCB振子的中心线成轴对称，每对内层调谐贴片沿基板(1)中轴线成中心旋转对称；以及对应于同一PCB振子处的两个所述外层调谐贴片组成一对，且沿其对应PCB振子的中心线成轴对称，每对外层调谐贴片沿基板(1)中轴线成中心旋转对称。

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