CN112821069B - 贴片辐射单元及基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线技术领域，公开了一种贴片辐射单元及基站天线，其中贴片辐射单元包括基板、设于基板上的辐射面板和连接在辐射面板和基板之间的馈电线路，辐射面板为双极化结构，馈电线路包括第一馈电线和第二馈电线，第一馈电线与辐射面板的一个极化相连，第二馈电线的两个输出端与辐射面板的另一个极化的两端一一对应相连。本发明提供的一种贴片辐射单元及基站天线，提出三点馈电连接结构，通过改变辐射单元一个极化的馈电方式，使馈电电流先经过一个简化的一出二功分器再对金属辐射面板进行馈电，使该贴片辐射单元的隔离度得到了较大的提高，且结构简单，成本低廉，适用于大批量生产制造，符合天线小型化的发展需求。

Description

贴片辐射单元及基站天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种贴片辐射单元及基站天线。

背景技术

随着电子技术的发展，无线电系统的应用日益广泛。各种功能无线电设备密集布置的场合愈来愈多，与无线电系统密集布置相伴的是严重的无线电干扰。无线电系统间电磁干扰主要传输途径是天线间的耦合。常用隔离度来定量表征这种耦合的强弱程度，它定义为一个天线发射功率与另一天线所接收功率之比。天线间隔离度越大，天线相互作用越小，系统间干扰越小。

由于工作频带在移动通信中已经是非常拥挤，因此，要求采用先进的技术有效地利用有限的频率资源，满足高速率、大容量的业务需求，同时克服高速数据在无线信道下的多径衰落，并且由于移动端天线受到体积、重量、成本等诸多限制，提高系统通信质量的技术和措施很多靠基站端天线来实现的。因此在无线通信系统的实现过程中，选择合适的天线对整个无线通信网络的性能至关重要，这是因为空间无线信号的发射和接收都是依靠天线来完成的。

天线阵的端口隔离度取决于每个单元的端口隔离度。然而常用的微带天线或振子天线单元组成的阵列存在相邻阵元间隔离度低的缺点。随着设备小型化，功能多样化的发展需求，天线阵越来越小，阵元间距越来越近，天线阵元间的互耦影响越来越大，严重影响了阵元尤其是相邻阵元间的隔离度。

发明内容

本发明提供一种贴片辐射单元及基站天线，用以解决现有天线阵列中隔离度较低，不满足天线小型化发展需求的问题。

本发明提供一种贴片辐射单元，包括基板、设于所述基板上的辐射面板和连接在所述辐射面板和所述基板之间的馈电线路，所述辐射面板为双极化结构，所述馈电线路包括第一馈电线和第二馈电线，所述第一馈电线与所述辐射面板的一个极化相连，所述第二馈电线的两个输出端与所述辐射面板的另一个极化的两端一一对应相连。

根据本发明提供的一种贴片辐射单元，所述第二馈电线的两个输出端的电流相位差为180°。

根据本发明提供的一种贴片辐射单元，所述第二馈电线上设有输入端，所述第二馈电线从所述输入端到两个输出端之间的长度不同。

根据本发明提供的一种贴片辐射单元，所述第二馈电线从所述输入端到两个输出端之间的长度差为二分之一个工作波长。

根据本发明提供的一种贴片辐射单元，所述第一馈电线和所述第二馈电线分别为微带线结构。

根据本发明提供的一种贴片辐射单元，所述辐射面板的上方设有引向片，所述引向片的中心与所述辐射面板的中心对应设置。

根据本发明提供的一种贴片辐射单元，所述引向片为金属结构，或者所述引向片为印刷电路板结构。

根据本发明提供的一种贴片辐射单元，所述引向片的边缘部位设有多个贯穿引向片侧边的第一缺口，多个所述第一缺口关于所述引向片的中心对称分布。

根据本发明提供的一种贴片辐射单元，所述辐射面板的边缘部位设有多个贯穿辐射面板侧边的第二缺口，多个所述第二缺口关于所述辐射面板的中心对称分布。

本发明还提供一种基站天线，包括上述贴片辐射单元。

本发明提供的一种贴片辐射单元及基站天线，提出三点馈电连接结构，通过改变辐射单元一个极化的馈电方式，使馈电电流先经过一个简化的一出二功分器再对金属辐射面板进行馈电，使该贴片辐射单元的隔离度得到了较大的提高，且结构简单，成本低廉，适用于大批量生产制造，符合天线小型化的发展需求。

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是本发明提供的贴片辐射单元的结构示意图；

图2是本发明提供的贴片辐射单元的立体示意图；

图3是本发明提供的贴片辐射单元设置引向片时的俯视示意图；

图4是本发明提供的引向片上第一缺口的设置示意图；

图5是本发明提供的贴片辐射单元的另一种馈电形式示意图；

图6是本发明提供的图2所示辐射单元和图5所示辐射单元的隔离度对比示意图。

附图标记：

1、基板；2、辐射面板；3、第一馈电线；4、第二馈电线；401和402、输出端；403、输入端；5、引向片；501、第一缺口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。

下面结合图1-图6描述本发明的贴片辐射单元及基站天线。

参考图1，本实施例提供一种贴片辐射单元，该贴片辐射单元包括基板1、设于基板1上的辐射面板2和连接在辐射面板2和基板1之间的馈电线路，辐射面板2为双极化结构。馈电线路包括第一馈电线3和第二馈电线4，第一馈电线3与辐射面板2的一个极化相连，第二馈电线4的两个输出端与辐射面板2的另一个极化的两端一一对应相连。

辐射面板2为金属结构。贴片辐射单元的金属辐射面板2通过印刷电路板工艺在PCB基板1上表面覆铜箔形成。该辐射面板2设为双极化结构，以适应当前频谱资源日益紧张的现代通信领域需求。双极化可使通信容量增加一倍。移动通信中通过采用双极化天线实现极化分集接收，减小了多径传播现象对系统性能的影响。双极化天线不仅能够提供极化多样化，可以减少接收信号的多径衰落，降低损耗、减小干扰，还能减少天线数量，节省基建投资。

相比于传统天线，微带贴片天线不仅体积小、重量轻、剖面低，而且易集成、成本低，适合批量生产，符合天线小型化发展需求。微带贴片常用的一般有直馈和耦合馈电两种馈电方式，耦合馈电能够提高极化纯度，但需要多层介质基板1，结构较复杂，成本较高。本实施例提供的贴片辐射单元采用直馈馈电，直馈方式结构较简单，成本低，适合批量生产。

本实施例既考虑到实现高端口隔离度指标，同时考虑到实现低交叉极化电平，提出一种新的馈电方式。具体馈电方式为三点馈电。辐射面板2的一个极化为单点馈电，即第一馈电线3与辐射面板2直接连接馈电；另一个极化为两点馈电，即第二馈电线4作为一个简化一出二功分器，其两个输出端401和402与辐射面板2分别连接进行馈电。通常对天线设计合理的馈网减轻了相邻馈线间的互耦，提高端口间隔离度和耦合效率，进而降低交叉极化电平。

本实施例提供的一种贴片辐射单元，提出三点馈电连接结构，通过改变辐射单元一个极化的馈电方式，使馈电电流先经过一个简化的一出二功分器再对金属辐射面板2进行馈电，使该贴片辐射单元的隔离度得到了较大的提高，且结构简单，成本低廉，适用于大批量生产制造，符合天线小型化的发展需求。

在上述实施例的基础上，进一步地，第二馈电线4的两个输出端401和402的电流相位差为180°。第二馈电线4的输出端401和输出端402关于辐射面板2的中心对称；且第二馈电线4的输出端401和输出端402以及辐射面板2的中心，三点优选位于同一直线上。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，第二馈电线4上设有输入端403，第二馈电线4从所述输入端403到两个输出端之间的长度不同。即第二馈电线4从输入端403到输出端401之间的长度与输入端403到输出端402之间的长度不同，以使得第二馈电线4的两个输出端输出的电流具有相位差。

在上述实施例的基础上，进一步地，第二馈电线4从所述输入端到两个输出端之间的长度差为二分之一个工作波长。以实现第二馈电线4的两个输出端401和402输出的电流具有180°相位差。

在上述实施例的基础上，进一步地，第一馈电线3和第二馈电线4分别为微带线结构。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2和图3，辐射面板2的上方设有引向片5，引向片5的中心与辐射面板2的中心对应设置。即引向片5的中心位于辐射面板2中心的上方。引向片5相对设于辐射面板2的上方，引向片5和辐射面板2之间具有间距。引向片5所在平面可与辐射面板2所在平面平行。引向片5中心和辐射面板2中心的连接线分别与引向片5所在平面和辐射面板2所在平面垂直。具体的，引向片5可通过支撑件固定在辐射面板2的上方。支撑件可为塑料件。引向片5可以比辐射面板2覆盖的面积大，也可比辐射面板2覆盖的面积小，优选的，引向片5的面积大于辐射面板2的面积。

在本发明实施例中，对电气特性产生主要影响的主要包括辐射面板2和引向片5，辐射面板2设置在基板1的上表面，引向片5设置在辐射面板2的正上方。该贴片辐射单元设置引向片5，在具有低剖面特性的基础上，改善了隔离度和交叉极化比，结构简单，设计灵活，适合大规模批量生产。

在上述实施例的基础上，进一步地，引向片5为金属结构，或者引向片5为印刷电路板结构。贴片辐射单元引向片5的材料可以选用具备一定结构强度不易弯折且重量较轻的金属。例如，引向片5的制备材料为铝合金，采用加工方式为钣金冲压；也可采用FR4上印刷电路板的方式，所取得的效果与钣金冲压的效果相同。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图4，引向片5的边缘部位设有多个贯穿引向片5侧边的第一缺口501，多个第一缺口501关于引向片5的中心对称分布。第一缺口501设于引向片5的边缘部位，且贯穿所在侧的侧边。

参考图4，本实施例中设置引向片5为矩形结构，引向片5的每个侧边中点处均开设一个矩形槽，即总共设有四个第一缺口501。第一缺口501的开设用于减小引向片5的重量，且可以使得电流的流动路径加长。

在上述实施例的基础上，进一步地，辐射面板2的边缘部位设有多个贯穿辐射面板2侧边的第二缺口，多个第二缺口关于辐射面板2的中心对称分布。第二缺口设于辐射面板2的边缘部位，且贯穿所在侧的侧边；与引向片5上第一缺口501的设置结构类似。

进一步地，参考图1、图2和图3，金属辐射面板2和引向片5可为圆形、椭圆形、环形以及方形或者其他形状。辐射面板2和引向片5的形状可相同或不同。辐射面板2和引向片5的形状分别优选为对称结构。金属辐射面板2和引向片5中心位置处开孔用以安装引向片5支撑件，该孔可为圆形、方形或者其他形状。参考图2和图3，引向片5位于辐射面板2的正上方，引向片5距金属辐射面板2的高度可随实际情况进行调节。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基站天线，该基站天线包括上述任一实施例所述的贴片辐射单元。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例基于目前移动通讯系统要求基站天线具有高端口隔离度与低交叉极化和稳定的宽带特性，包括增益、波束宽度和辐射方向图特性在相对带宽百分几至几十的频带内相对稳定，改善阵元间的隔离度，主要是改善相邻阵元间的隔离度。其中影响互耦较大的是相邻的同极化端口；其次，现在的基站系统都采用极化分集的方式来增加信道容量，要求天线阵具有双极化特性，对2个极化的输入端口隔离度和交叉极化电平都有一定的要求。首要任务是实现高端口隔离度指标，其次是实现低交叉极化电平。如何提高两个极化端口间的隔离度、抑制交叉极化是天线设计的重点和难点。而提高单个辐射单元的隔离度，无疑是改善天线阵元间隔离的最有效的方法之一。

本实施例提供一种贴片辐射单元，参考图1、图2和图4，该贴片辐射单元包括PCB基板1、金属辐射面板2、引向片5、以及连接金属辐射面板2和PCB基板1之间的馈电微带线；馈电微带线具体包括第一馈电线3和第二馈电线4。第一馈电线3和金属辐射面板2连成一体；第二馈电线4为一个简化一出二功分器，第二馈电线4的两个输出端401以及402和金属辐射面板2连成一体，且流出该简化一出二功分器的两个输出端401和402的电流相位差为180°。引向片5的位置位于金属辐射面板2的正上方。

基板1的上表面设有辐射面板2和馈电网络，馈电网络的馈电端是通过微带馈线直接对辐射面板2馈电；辐射面板2是通过印刷电路板工艺在介质基板1上表面覆铜箔形成；馈电网络包括第一馈电线3和第二馈电线4，第一馈电线3是通过印刷电路板工艺在基板1上表面覆铜箔形成，第二馈电线4是通过印刷电路板工艺在基板1上表面覆铜箔形成；基板1的下表面可设有接地面。

馈电方式为三点馈电。一个极化为单点馈电，即第一馈电线3与金属辐射面板2直接连接馈电；另外一个极化两点馈电，即第二馈电线4作为一个简化一出二功分器的两个输出端401和402与金属辐射面板2连接进行馈电，两个输出端401和402输出的电流具有180°相位差，且在位置上关于金属辐射面板2的中心点对称。馈电线路的宽度可用来调节该辐射单元的驻波。第二馈电线4的对应180°相位差的长度差由工作波长确定，为二分之一个工作波长。

进一步地，参考图4，引向片5的边缘处可根据实际情况开一部分缺口，缺口的深度和宽度可随实际情况进行调节，且各缺口的位置关于引向片5的中心位置中心对称。进一步地，金属辐射面板2的边缘处可根据实际情况开一部分缺口，缺口的深度和宽度可随实际情况进行调节，且各缺口的位置关于辐射面板2的中心位置中心对称。

进一步地，参考图5，本实施例提供贴片辐射单元的另一种馈电形式，具体为两点馈电形式。即设置第一馈电微带线6与辐射面板2相连，对一个极化进行馈电；设置第二馈电微带线7与辐射面板2相连，对另一个极化馈电。

参考图5所示贴片辐射单元的馈电方式为两微带线直接对该贴片辐射单元的两个极化进行馈电。参考图2所示为贴片辐射单元的馈电方式为三点馈电方式。图6所示为图2贴片辐射单元和图5贴片辐射单元的隔离度对比图，参考图6，可以得出，本发明提供的贴片辐射单元的三点馈电结构与图5所示的两微带线直接馈电的贴片辐射单元相比，明显具有较高的隔离度。

本实施例提供的一种贴片辐射单元，一种实例的最终尺寸为，金属辐射面板2为33×33mm；引向片5的尺寸为40×40mm，引向片5下表面距PCB基板1的高度为6.5mm。引向片5的厚度为1.5mm；且引向片5的周边开缺的深度为7mm，宽度为4mm；金属辐射面板2和引向片5中心所开孔位为圆形孔，该圆形孔的半径为2mm；第二馈电线4输入端403到输出端401和402的距离差为38.5mm。最终效果为：在2496-2690MHz的频段内电压驻波比小于1.5，隔离度小于-26dB，可覆盖5G频段中的2600MHz频段。该高隔离度贴片辐射单元设计方案中，仅通过改变该贴片辐射单元一个极化的馈电方式，使馈电电流先经过一个简化的一出二功分器再对金属辐射面板2进行馈电，使该贴片辐射单元的隔离度得到了较大的提高，且结构简单，易于加工，成本低廉，适用于大批量生产制造。

本实施例提供一种贴片辐射单元，可以使用现有的贴片辐射单元，通过使用简化二功分的方式进行三点馈电，可以有效改善该贴片辐射单元的隔离度。

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 (10)

1.一种贴片辐射单元，其特征在于，包括基板、设于所述基板上的辐射面板和连接在所述辐射面板和所述基板之间的馈电线路，所述辐射面板为双极化结构，所述馈电线路包括第一馈电线和第二馈电线，所述第一馈电线与所述辐射面板的一个极化相连，所述第二馈电线的两个输出端与所述辐射面板的另一个极化的两端一一对应相连。

2.根据权利要求1所述的贴片辐射单元，其特征在于，所述第二馈电线的两个输出端的电流相位差为180°。

3.根据权利要求2所述的贴片辐射单元，其特征在于，所述第二馈电线上设有输入端，所述第二馈电线从所述输入端到两个输出端之间的长度不同。

4.根据权利要求3所述的贴片辐射单元，其特征在于，所述第二馈电线从所述输入端到两个输出端之间的长度差为二分之一个工作波长。

5.根据权利要求1至4任一所述的贴片辐射单元，其特征在于，所述第一馈电线和所述第二馈电线分别为微带线结构。

6.根据权利要求1至4任一所述的贴片辐射单元，其特征在于，所述辐射面板的上方设有引向片，所述引向片的中心与所述辐射面板的中心对应设置。

7.根据权利要求6所述的贴片辐射单元，其特征在于，所述引向片为金属结构，或者所述引向片为印刷电路板结构。

8.根据权利要求6所述的贴片辐射单元，其特征在于，所述引向片的边缘部位设有多个贯穿引向片侧边的第一缺口，多个所述第一缺口关于所述引向片的中心对称分布。

9.根据权利要求6所述的贴片辐射单元，其特征在于，所述辐射面板的边缘部位设有多个贯穿辐射面板侧边的第二缺口，多个所述第二缺口关于所述辐射面板的中心对称分布。

10.一种基站天线，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一所述的贴片辐射单元。

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