CN112821045B - 辐射单元及基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辐射单元及基站天线，辐射单元包括相嵌套的第一辐射体与第二辐射体以及馈电巴伦。由于包含有能够工作于不同频率的第一辐射体及第二辐射体，故可覆盖更宽的频段。而且，第一辐射体与第二辐射体相嵌套，两者所占空间存在部分重叠，故辐射单元体积可显著减小。此外，分别为第一辐射体及第二辐射体馈电的第一馈电线结构及第二馈电线结构集成于馈电介质板，可进一步简化辐射单元的结构。因此，上述辐射单元能够显著提升基站天线的小型化程度，从而降低基站天线的选址难度。

Description

辐射单元及基站天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种辐射单元及基站天线。

背景技术

随着第五代通信系统的全面到来，2G、3G、4G和5G这几个通信制式将长期共存，这就需要能够支撑更多频段的基站天线为通信系统提供服务。但是，目前的多频段基站天线普遍存在体积较大、重量较重的缺陷。同时，随着人们对环境美化的日益关注，以及人们对辐射的担忧和原有基站位置的冲突，使得基站天线的选址越来越难。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够提升基站天线小型化程度的辐射单元。

一种辐射单元，包括第一辐射体、第二辐射体及馈电巴伦，所述第一辐射体为中部形成有通孔的环状结构，且所述第二辐射体位于所述通孔的范围内，所述馈电巴伦包括馈电介质板及形成于所述馈电介质板的第一馈电线结构及第二馈电线结构，所述第一辐射体及所述第二辐射体均设于所述馈电介质板，所述第一馈电线结构及所述第二馈电线结构分别为所述第一辐射体及所述第二辐射体馈电。

在其中一个实施例中，所述第一辐射体包括多个环形排列的第一偶极子，每个所述第一偶极子包括两个相耦合的第一辐射臂，且多个所述第一偶极子分别由对应的多个所述第一馈电线结构馈电。

在其中一个实施例中，所述第一辐射体还包括第一介质板，且所述第一介质板相对的两个表面均覆设有金属辐射片，以形成所述第一辐射臂。

在其中一个实施例中，相邻两个所述第一偶极子之间设有耦合片，且所述耦合片与相邻两个所述第一偶极子的其中一个所述第一辐射臂均耦合。

在其中一个实施例中，每个所述第一馈电线结构包括第一馈电条带、第一接地条带一及第一接地条带二，所述第一馈电条带与所述第一接地条带一位于所述馈电介质板的同一层，并与对应的所述第一偶极子的其中一个所述第一辐射臂电连接，所述第一接地条带二位于所述馈电介质板的另一层，并与对应的所述第一偶极子的另一个所述第一辐射臂电连接。

在其中一个实施例中，所述第一接地条带一及所述第一接地条带二的长度等于所述第一辐射体的四分之一工作波长。

在其中一个实施例中，所述馈电巴伦还包括形成于所述馈电介质板表面的滤波条带，所述滤波条带的一端与第一馈电条带电连接，另一端开路。

在其中一个实施例中，所述滤波条带的长度等于所述第二辐射体的四分之一工作波长。

在其中一个实施例中，所述第二辐射体包括多个第二偶极子，每个所述第二偶极子包括两个相耦合的第二辐射臂，且多个所述第二偶极子分别由对应的多个所述第二馈电线结构馈电。

在其中一个实施例中，所述第二辐射体包括第二介质板，所述第二介质板的表面覆设有金属辐射片，以构成所述第二辐射臂。

在其中一个实施例中，所述馈电介质板上的表面覆设有辐射金属片，以构成所述第二辐射臂。

在其中一个实施例中，每个所述第二馈电线结构包括第二馈电条带、第二接地条带一及第二接地条带二，所述第二馈电条带与对应的所述第二偶极子的所述第二辐射臂相耦合，所述第二接地条带一及第二接地条带二分别与对应的第二偶极子的两个所述第二辐射臂电连接。

在其中一个实施例中，还包括接地板，所述接地板具有金属接地层，所述馈电巴伦设于所述接地板并与所述金属接地层电连接。

此外，本发明还提供一种基站天线，包括如上述优选实施例中任一项所述的辐射单元。

上述辐射单元，由于包含有能够工作于不同频率的第一辐射体及第二辐射体，故可覆盖更宽的频段。而且，第一辐射体与第二辐射体相嵌套，两者所占空间存在部分重叠，故辐射单元体积可显著减小。此外，分别为第一辐射体及第二辐射体馈电的第一馈电线结构及第二馈电线结构集成于馈电介质板，可进一步简化辐射单元的结构。因此，上述辐射单元能够显著提升基站天线的小型化程度，从而降低基站天线的选址难度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本发明较佳实施例中辐射单元的结构示意图；

图2为图1所示辐射单元的轴测图；

图3为图1所示辐射单元的俯视图及仰视图；

图4为图1所示辐射单元的侧视图；

图5为图1所示辐射单元中接地板的俯视图；

图6为图5所示接地板的仰视图；

图7为本发明另一个实施例中辐射单元的的轴测图；

图8为图7所示辐射单元的侧视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1及图2，本发明提供了一种基站天线及辐射单元10。其中，辐射单元10包括第一辐射体100、第二辐射体200及馈电巴伦300。

第一辐射体100及第二辐射体200均可用于电磁波信号的辐射及接收，且第一辐射体100及第二辐射体200可工作于不同的频段。因此，辐射单元10可覆盖更宽的频段。本实施例中，第一辐射体100工作于低频段，而第二辐射体200工作于高频段。第一辐射体100为中部形成有通孔(图未标)的环状结构，第二辐射体200位于通孔的范围内。也就是说，第一辐射体100与第二辐射体200相嵌套，故两者所占空间存在部分重叠，从而可使辐射单元100的体积可显著减小。

馈电巴伦300包括馈电介质板330及形成于馈电介质板330的第一馈电线结构310及第二馈电线结构320。馈电介质板330可以由树脂、塑料等绝缘材料成型，而第一馈电线结构310及第二馈电线结构320可由附着于馈电介质板330上的铜箔片形成。第一辐射体100及第二辐射体200均设于馈电介质板330，第一馈电线结构310及第二馈电线结构320分别为第一辐射体100及第二辐射体200馈电。

第一馈电线结构310及第二馈电线结构320均集成于馈电介质板330，即第一辐射体100及第二辐射体200可共用一个馈电巴伦300。因此，辐射单元10的结构得以进一步简化，并能够简化后续的装配工艺。可见，上述辐射单元10能够显著提升基站天线的小型化程度，从而降低基站天线的选址难度。

请一并参阅图5及图6，在本实施例中，辐射单元10还包括接地板400，接地板400具有金属接地层410，馈电巴伦300设于接地板400并与金属接地层410电连接。

具体的，接地板400还包括接地介质板420、第一微带铜薄片430、第二微带铜薄片440、第三微带铜薄片450、第四微带铜薄片460及金属接地层410。金属接地层410也可是铜薄片。第一微带铜薄片430和第二微带铜薄片440分别与金属接地层410组成两个一分二功分器。

为了减小接地板400尺寸，第一微带铜薄片430的一部分采用过孔技术从接地介质板420下面穿过，金属接地层410则在相应位置开槽。第三微带铜薄片450和第四微带铜薄片460由粗细不同的两段线组成，以实现阻抗匹配。而且，为实现工艺上的组装方便，接地板400上所有的焊接点都采用过孔技术转移到接地介质板420的下表面。

显然，在其他实施例中，辐射单元10中的接地板400可省略，基站天线在装配时需要另外布置接地板，并可将组成基站天线的多个辐射单元10安装于同一个接地板上。

第一辐射体100可以是一体成型的结构，也可由多个部分拼接而成。

请一并参阅图3，在本实施例中，第一辐射体100包括多个第一偶极子110，每个第一偶极子110包括两个相耦合的第一辐射臂111。其中，多个第一偶极子110环形排列，且多个第一偶极子110分别由对应的多个第一馈电线结构310馈电。

不同的第一偶极子110可以具有不同的极化方向。因此，多个不同极化方向的第一偶极子110相配合，可使第一辐射体100获得想要的辐射方向图。

如图1及图3所示，第一辐射体100包括四个第一偶极子110，且四个第一偶极子110两两相对围设成矩形。其中，一个对角线上的两个第一偶极子110实现+45度极化，另一个对角线上的两个第一偶极子110实现-45度极化。即，同一对角线上的两个第一偶极子110可实现等幅同相馈电，故四个第一偶极子110可合成实现两个正交极化。

进一步的，第一辐射体100可以是金属压铸结构、PCB结构或塑料金属化板状结构。

在本实施例中，第一辐射体100还包括第一介质板120，且第一介质板120相对的两个表面均覆设有金属辐射片，以形成第一辐射臂111。

第一介质板120可与馈电介质板330的材质相同，起支撑作用，并可通过卡接的方式与馈电介质板330进行组装；而覆设于第一介质板120表面的金属辐射片则可起到辐射及接收电磁波信号的作用。形成第一辐射臂111可以呈直线型或曲线形。也就是说，第一辐射体100为PCB结构或塑料金属化板状结构。因此，第一辐射体100的阻抗匹配更易实现，可降低基站天线的设计难度。

具体如图3所示，每个第一偶极子110包括四个金属辐射片，分别为110a、110b、110c及110d。其中，110a及110b覆设于第一介质板120的上表面，110c及110d则覆设于第一介质板120的下表面与110a及110b相对应的位置。而且，110a与110c通过金属化过孔连接，构成第一偶极子110的其中一个第一辐射臂111，110b与110d通过金属化过孔连接，构成第一偶极子110的另一个第一辐射臂111。

进一步的，在本实施例中，相邻两个第一偶极子110之间设有耦合片130，且耦合片130与相邻两个第一偶极子110的其中一个第一辐射臂111均耦合。

耦合片130可以是铜箔片，与相邻两个第一偶极子110的第一辐射臂111均不接触。其中一个第一偶极子110的一个第一辐射臂111与耦合片130耦合，相邻的第一偶极子110的一个第一辐射臂111也与耦合片130耦合。电流在第一辐射体100上传导时，将依次流经其中一个第一偶极子110、耦合片130及相邻第一偶极子110。可见，耦合片130的设置能够延第一辐射臂111的有效电长度。因此，在同等辐射强度的要求下，第一辐射臂111的实际物理长度可变短，从而能够整体减小辐射单元10的尺寸，从而实现进一步的小型化。

同样的，第二辐射体200可以是一体成型的结构，也可由多个部分拼接而成。

请再次参阅图3，在本实施例中，第二辐射体200包括多个第二偶极子210，每个第二偶极子210包括两个相耦合的第二辐射臂211。而且，多个第二偶极子210分别由对应的多个第二馈电线结构320馈电。

不同的第二偶极子210可以具有不同的极化方向。因此，多个不同极化方向的第二偶极子210相配合，可使第二辐射体200获得想要的辐射方向图。

如图1及图3所示，第二辐射体200包括两个第二偶极子210，且两个第二辐射体200正交设置。其中，一个第二偶极子210实现+45度极化，另一个第二偶极子210实现-45度极化，故可使第二辐射体200实现两个正交极化。

进一步的，第二辐射体200也可以是金属压铸结构、PCB结构或塑料金属化板状结构。

在一个实施例中，第二辐射体200包括第二介质板220，第二介质板220的表面覆设有金属辐射片，以构成第二辐射臂211。

第二介质板220可与第一介质板120的材质相同，并可通过卡接的方式与馈电介质板330进行组装。可见，第二辐射体200为PCB结构或塑料金属化板状结构。因此，第二辐射体200的阻抗匹配更易实现，可降低基站天线的设计难度。

具体如图3所示，每个第二偶极子210中包括两个金属辐射片，分别为210a及210b。210a与210b相耦合，且分别构成第二偶极子210的两个第二辐射臂211。构成第二辐射臂211的金属辐射片可以呈片状，并局部镂空。

如图7及图8所示，在另一个实施例中，馈电介质板330上的表面覆设有辐射金属片，以构成所述第二辐射臂211。

也就是说，馈电介质板330将起到支撑第二辐射体200的作用，故无需额外设置起支撑作用的第二介质板220。因此，辐射单元100的结构可以得到进一步的简化，体积可进一步缩小。

馈电巴伦300可以是PCB板，也可是塑料金属化的板状结构。馈电巴伦300通过对第一馈电线结构310及第二馈电线机构320进行集成，可同时对第一辐射体100及第二辐射体200馈电。

请一并参阅图4，在本实施例中，每个第一馈电线结构310包括第一馈电条带311、第一接地条带一312及第一接地条带二313，第一馈电条带311与第一接地条带一312位于馈电介质板330的同一层，并与对应的第一偶极子110的其中一个第一辐射臂111电连接，第一接地条带二313位于馈电介质板330的另一层，并与对应的第一偶极子110的另一个第一辐射臂111电连接。

由于第一偶极子110为多个，故需设置多个第一馈电线结构310分别为多个第一偶极子110进行馈电，本实施例中的第一馈电线结构310为四个。

第一馈电条带311、第一接地条带一312及第一接地条带二313均可为线状结构的铜箔片，该线状结构可以采用直线或者斜线结构。馈电巴伦300可以是双层PCB板，且在其中一层电路层内形成第一馈电条带311与第一接地条带一312，在另一层电路层内形成第一接地条带二313。具体在本实施例中，铜箔片形成于馈电介质板330相对的两个表面，从而分别形成第一馈电条带311、第一接地条带一312及第一接地条带二313，馈电巴伦300为塑料金属化的板状结构。

同一层内的第一馈电条带311及第一接地条带一312构成一条微带馈电线，可对第一偶极子110直接馈电；而位于不同层的第一接地条带一312及第一接地条带二313分别与两个第一辐射臂111电连接。更具体的，第一接地条带一312及第一接地条带二313远离第一辐射臂的的另一端与金属接地层410电连接。因此，实现平衡功能的接地线处于馈电巴伦300的不同层，而微带馈电线与其中一条接地线处于同一层，从而可实现对第一偶极子110的直接平衡馈电。

具体在本实施例中，第一接地条带一312及第一接地条带二313的长度等于第一辐射体100的四分之一工作波长。

进一步的，请再次参阅图8，在一个实施例中，馈电巴伦300还包括形成于馈电介质板330表面的滤波条带340，滤波条带340的一端与第一馈电条带311电连接，另一端开路。

滤波条带340也可是铜箔片，其形状及结构可与第一馈电条带311相同。其中，滤波条带340与第一馈电条带311位于馈电巴伦300的同一层。当高频信号经过滤波条带340时，会等效于短路接地，从而将高频信号过滤。如此，可减弱高、低频辐射体(第一辐射体100与第二辐射体200)间的互耦影响。

可见，虽然第一辐射体100与第二辐射体200因相互嵌套而间距极小，但由于滤波条带340能够起到高、低频隔离的作用，故也能显著减弱两者之间的互耦作用，使得辐射单元10能够正常工作。

具体在本实施例中，滤波条带340的长度等于第二辐射体200的四分之一工作波长。此时，滤波条带340对高频信号短接效果更好。

请再次参阅图4，在本实施例中，每个第二馈电线结构320包括第二馈电条带321、第二接地条带一322及第二接地条带二323，第二馈电条带321与对应的第二偶极子210的第二辐射臂211相耦合，第二接地条带一322及第二接地条带二323分别与对应的第二偶极子210的两个第二辐射臂211电连接。

由于第二偶极子210为多个，故需设置多个第二馈电线结构320分别为多个第二偶极子210进行馈电，本实施例中的第二馈电线结构320为两个。

第二馈电条带321、第二接地条带一322及第二接地条带二323可为线状结构的铜箔片，该线状结构可以采用直线或者斜线结构。第二馈电条带321大致呈L形，且不与第二偶极子210接触，从而通过耦合馈电的方式实现馈电。第二接地条带一322及第二接地条带二323分别与对应的第二偶极子210的两个第二辐射臂211电连接。更具体的，第二接地条带一322及第二接地条带二323远离第二辐射臂211的另一端与金属接地层410电连接。

为避免干扰，第二馈电条带321位于馈电巴伦330的一层，而第二接地条带一322及第二接地条带二323则位于馈电巴伦330的另一层。

请再次参阅图1至图4，在本实施例中，馈电介质板330包括相互垂直的第一馈电介质板331及第二馈电介质板332。而且，第一馈电介质板331上形成有两个第一馈电线结构310及一个第二馈电线结构320，两个第一馈电线结构310分别用于对位于同一对角线上的两个第一偶极子110进行馈电。同样的，第二馈电介质板332上也形成有两个第一馈电线结构310及一个第二馈电线结构320。

上述辐射单元10，由于包含有能够工作于不同频率的第一辐射体100及第二辐射体200，故可覆盖更宽的频段。而且，第一辐射体100与第二辐射体200相嵌套，两者所占空间存在部分重叠，故辐射单元体积可显著减小。此外，分别为第一辐射体100及第二辐射体200馈电的第一馈电线结构310及第二馈电线结构320集成于馈电介质板330，可进一步简化辐射单元的结构。因此，上述辐射单元能够显著提升基站天线的小型化程度，从而降低基站天线的选址难度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种辐射单元，其特征在于，包括第一辐射体、第二辐射体及馈电巴伦，所述第一辐射体为中部形成有通孔的环状结构，且所述第二辐射体位于所述通孔的范围内，所述馈电巴伦包括馈电介质板及形成于所述馈电介质板的第一馈电线结构及第二馈电线结构，所述第一辐射体及所述第二辐射体均设于所述馈电介质板，使所述第一辐射体及所述第二辐射体共用一个所述馈电巴伦；所述第一馈电线结构及所述第二馈电线结构分别为所述第一辐射体及所述第二辐射体馈电；

其中，所述第一辐射体包括多个环形排列的第一偶极子，每个所述第一偶极子包括两个相耦合的第一辐射臂，每个所述第一馈电线结构包括第一馈电条带、第一接地条带一及第一接地条带二，所述第一馈电条带与所述第一接地条带一位于所述馈电介质板的同一层，并与对应的所述第一偶极子的其中一个所述第一辐射臂电连接，所述第一馈电条带与所述第一接地条带一配合构成一条微带馈电线以对所述第一偶极子直接平衡馈电，所述第一接地条带二位于所述馈电介质板的另一层，并与对应的所述第一偶极子的另一个所述第一辐射臂电连接。

2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，且多个所述第一偶极子分别由对应的多个所述第一馈电线结构馈电。

3.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，所述第一辐射体还包括第一介质板，且所述第一介质板相对的两个表面均覆设有金属辐射片，以形成所述第一辐射臂。

4.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，相邻两个所述第一偶极子之间设有耦合片，且所述耦合片与相邻两个所述第一偶极子的其中一个所述第一辐射臂均耦合。

5.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述第一接地条带一及所述第一接地条带二的长度等于所述第一辐射体的四分之一工作波长。

6.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电巴伦还包括形成于所述馈电介质板表面的滤波条带，所述滤波条带的一端与第一馈电条带电连接，另一端开路。

7.根据权利要求6所述的辐射单元，其特征在于，所述滤波条带的长度等于所述第二辐射体的四分之一工作波长。

8.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述第二辐射体包括多个第二偶极子，每个所述第二偶极子包括两个相耦合的第二辐射臂，且多个所述第二偶极子分别由对应的多个所述第二馈电线结构馈电。

9.根据权利要求8所述的辐射单元，其特征在于，所述第二辐射体包括第二介质板，所述第二介质板的表面覆设有金属辐射片，以构成所述第二辐射臂。

10.根据权利要求8所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电介质板上的表面覆设有辐射金属片，以构成所述第二辐射臂。

11.根据权利要求7所述的辐射单元，其特征在于，每个所述第二馈电线结构包括第二馈电条带、第二接地条带一及第二接地条带二，所述第二馈电条带与对应的所述第二偶极子的所述第二辐射臂相耦合，所述第二接地条带一及第二接地条带二分别与对应的第二偶极子的两个所述第二辐射臂电连接。

12.根据权利要求1至11任一项所述的辐射单元，其特征在于，还包括接地板，所述接地板具有金属接地层，所述馈电巴伦设于所述接地板并与所述金属接地层电连接。

13.一种基站天线，其特征在于，包括如上述权利要求1至12任一项所述的辐射单元。

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