CN112909501B - 一种多频多制式融合多端口基站天线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于4G、5G融合天线技术领域，具体涉及一种多频多制式融合多端口基站天线，包括底板和设置在底板两侧的反射板，底板上设有两个高频天线阵列和一个低频天线阵列，底板包括一体成型的左底板和右底板，两个高频天线阵列分别为高频天线阵列一和高频天线阵列二，高频天线阵列一包括若干个高频振子一，若干个高频振子一分四列设置在左底板上；高频天线阵列二包括若干个高频振子二，若干个高频振子二分两列设置在右底板上；低频天线阵列包括若干个低频振子，若干个低频振子分两列设置在底板上，部分嵌入高频天线阵列一中，部分嵌入高频天线阵列二中。本发明将700MHz频段纳入传统4488天线，提高了天线的频谱范围，为5G基站建设提供了更多的天线选择方案。
Description
技术领域
本发明属于4G、5G融合天线技术领域，具体涉及一种多频多制式融合多端口基站天线。
背景技术
随着5G天线大规模的商业使用及4G网络的深度覆盖，天线站点租金成本高且资源紧张，为更有效利用站点资源，实现多种制式天线的共站、共天馈，国内外运营商提出将多种制式需求的天线融合组阵到一个天线内成为一种多频多制式多端口天线。譬如，中国移动提出了将700MHz、900MHz、1800MHz电调天线、FA频段电调天线等多种不同制式天线融合组阵为一面天线，形成700/900/1800/FA 4448独立电调天线。
传统基站天线和4488独立电调天线，由于其频率特性的限制导致频谱资源相当有限，覆盖范围有限，响应国家高速发展需要，中国移动和广电集团联合推出700MHz的5G网络建设，弥补了国内低频5G黄金频段的空白，同时也提高了天线的传输效率、天线覆盖范围，节省了站点资源，降低了基站的建设费用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种多频多制式融合多端口基站天线，该基站天线将700MHz的频段纳入了传统4488天线的使用范围，在不改变原有天线尺寸的前提下将低频的使用频率从原有的885MHz～960MHz提升到703MHz～960MHz，提高了天线的频谱范围，为5G基站建设提供了更多的天线选择方案。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多频多制式融合多端口基站天线，包括底板和设置在底板两侧的反射板，所述底板上设有两个高频天线阵列和一个低频天线阵列，所述底板包括一体成型的左底板和右底板，两个所述高频天线阵列分别为高频天线阵列一和高频天线阵列二，所述高频天线阵列一包括若干个高频振子一，若干个所述高频振子一分四列设置在左底板上；所述高频天线阵列二包括若干个高频振子二，若干个所述高频振子二分两列设置在右底板上；所述低频天线阵列包括若干个低频振子，若干个所述低频振子分两列设置在底板上，部分嵌入高频天线阵列一中，部分嵌入高频天线阵列二中。
作为优选，上述低频振子包括若干十字型低频振子和若干碗状低频振子，所述十字型低频振子嵌入高频振子一之间，所述碗状低频振子嵌入高频天线阵列二中，使所述高频振子二每隔一个嵌套设置于低频振子中；
所述高频振子一为PCB振子，所述高频振子二为压铸振子；
相邻两列所述高频振子一错位设置。
作为优选，上述高频天线阵列一支持水平面波束赋形、水平面广播合成波束赋形和水平面业务合成波束赋形；
所述高频天线阵列二支持水平面波束赋形；
所述低频天线阵列支持水平面波束赋形，可以同时独立支持低频700MHz与900MHz波束赋形。
作为优选，上述碗状低频振子的巴伦高度低于十字型低频振子的巴伦高度，使所述碗状低频振子与十字型低频振子的辐射面在同一平面。
作为优选，最右端的上述碗状低频振子与最右端的所述高频振子二嵌套设置。
作为优选，上述反射板与高频天线阵列一对应的部分高度、与高频振子二对应的部分的高度以及与碗状低频振子对应的部分的高度各不相同，分别为h1、h2和h3；
所述左底板与右底板共面。
作为优选，与上述碗状低频振子嵌套设置的高频振子二的两侧均设有挡板一，所述挡板一的长度为L1，每个高频振子二两侧的挡板一的间距为D1；
两列所述碗状低频振子之间设有挡板二。
作为优选，同一列的相邻上述高频振子一中，除需避让十字型低频振子的情况之外，间距均为d1；相邻两列高频振子一，除需避让十字型低频振子的情况之外，间距均为d2；
同一列中相邻所述高频振子二的间距均相等，为d3；
同一列的相邻所述碗状低频振子的间距均为d4；两列低频振子的间距为d5；
同一列的相邻所述十字型低频振子的间距均不大于d4；
所述d4＝2.3d1，所述d4＝2d3。
作为优选，上述高频天线阵列一的中心频率为f1，所述高频天线阵列二的中心频率为f2，所述低频天线阵列的中心频率为f3；所述d1为f1的0.7-0.85倍波长；所述d2为f1的0.5-0.8倍波长；所述d3为f2的0.7-0.9倍波长；所述d4为f3的0.7-0.9倍波长；所述d5为f3的0.6倍波长；
所述h1为f1的0.13-0.19倍波长；所述h2为f2的0.13-0.2倍波长；所述h3为f3的0.08-0.13倍波长；
所述L1为f2的0.6-0.75倍波长；所述D1为f2的0.6-0.8倍波长；所述挡板一的高度为f2的0.12-0.18倍波长；所述挡板二的高度为f3的0.11-0.19倍波长。
作为优选，每一列上述高频振子一中靠近十字型低频振子的高频振子一均可沿该列的中心线上下浮动一定距离，上下浮动的距离不超过f1的0.06倍波长；
所述十字型低频振子的高度为f3的0.25-0.35倍波长。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的多频多制式融合多端口基站天线，将700MHz的频段纳入了传统4488天线的使用范围，在不改变原有天线尺寸的前提下将低频的使用频率从原有的885MHz-960MHz提升到703MHz-960MHz，提高了天线的频谱范围，为5G基站建设提供了更多的天线选择方案；
(2)本发明的融合天线内的低频天线阵列中的部分低频振子嵌入高频天线阵列一中，且全部低频振子接上低频700MHz、900MHz的合路器，使得低频700MHz、900MHz分别独立可调且互不干扰；
(3)本发明的高频振子一采用PCB振子，高频振子二采用压铸振子，其中，PCB振子重量轻，一致性高，美观度高，可显著减小天线的重量，且利于同时支持水平面波束赋形、水平面广播合成波束赋形和水平面业务合成波束赋形，压铸振子适用范围广，成本低，可靠性强，寿命更长，但重量较大，两者搭配使用利于在保证天线性能的前提下，显著降低天线长度、迎风面尺寸、天线重量等；
(4)本发明中与碗状低频振子对应的部分的反射板更高，有利于低频天线阵列的水平方向图的波宽收敛。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的融合天线的正面示意图；
图2是本发明的融合天线的侧面示意图；
图3是本发明融合天线700MHz频段水平面方向图；
图4为本发明融合天线900MHz频段水平面方向图；
图5为本发明融合天线1800MHz频段水平面方向图；
图6为本发明融合天线F频段水平面方向图；
图7为本发明融合天线A频段水平面方向图；
图中：11.左底板；12.右底板；2.反射板；31.高频振子一；32.高频振子二；4.低频振子；41.十字型低频振子；42.碗状低频振子；51.挡板一；52.挡板二。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实际使用过程中，天线是沿阵列方向上下放置，为便于说明，图中以横向为列。
一种多频多制式融合多端口基站天线，如图1-2所示，包括底板和设置在底板两侧的反射板2，其特征在于：底板上设有两个高频天线阵列和一个低频天线阵列，底板包括一体成型的左底板11和右底板12，两个高频天线阵列分别为高频天线阵列一和高频天线阵列二，高频天线阵列一包括若干个高频振子一31，若干个高频振子一31分四列设置在左底板11上；高频天线阵列二包括若干个高频振子二32，若干个高频振子二32分两列设置在右底板12上；低频天线阵列包括若干个低频振子4，若干个低频振子4分两列设置在底板上，部分嵌入高频天线阵列一中，部分嵌入高频天线阵列二中。
低频天线阵列中的部分低频振子4嵌入高频天线阵列一中，且全部低频振子4接上低频700MHz、900MHz的合路器，使得低频700MHz、900MHz分别独立可调且互不干扰。将700MHz的频段纳入了传统4488天线的使用范围，在不改变原有天线尺寸的前提下将低频的使用频率从原有的885MHz-960MHz提升到703MHz-960MHz，提高了天线的频谱范围，为5G基站建设提供了更多的天线选择方案。
在一种具体的实施方式中，如图1所示，低频振子4包括若干十字型低频振子41和若干碗状低频振子42，十字型低频振子41嵌入高频振子一31之间，碗状低频振子42嵌入高频天线阵列二中，使高频振子二32每隔一个嵌套设置于低频振子4中；高频振子一31为PCB振子，高频振子二32为压铸振子；相邻两列高频振子一31错位设置。
由于控制辐射方向图指标，十字型低频振子41的投影和高频振子一31不能重合，需要穿插在高频振子一31之间，如图1所示。在具体实施例中，根据其增益的要求，放置在右底板12上的高频振子二32可以部分放置在左底板11上，且与放置于左底板11上的十字型低频振子41的投影不重合。
高频振子一31采用PCB振子，高频振子二32采用压铸振子，其中，PCB振子重量轻，一致性高，美观度高，可显著减小天线的重量，且利于同时支持水平面波束赋形、水平面广播合成波束赋形和水平面业务合成波束赋形，压铸振子适用范围广，成本低，可靠性强，寿命更长，但重量较大，两者搭配使用利于在保证天线性能的前提下，显著降低天线长度、迎风面尺寸、天线重量等。
以中移动700/900/1800/FA 4448独立电调融合天线(增益档13/14/17/13.5/14.5dBi)为例，其低频频段为703～798MHz/885～960MHz，高频天线阵列一频段为1885～1920/2010～2025MHz，高频天线阵列二频段为1710～1830MHz，采用7个高频振子一，8-9个高频振子二，4个碗状低频振子，按照本发明的技术方案实现，该天线的长度可以控制在2m以内，宽度可以根据低频振子的尺寸来定，最宽可以控制在400mm以内。
在一种具体的实施方式中，高频天线阵列一支持水平面波束赋形、水平面广播合成波束赋形和水平面业务合成波束赋形；高频天线阵列二支持水平面波束赋形；低频天线阵列支持水平面波束赋形，可以同时独立支持低频700MHz与900MHz波束赋形。
在一种具体的实施方式中，如图2所示，碗状低频振子42的巴伦高度低于十字型低频振子41的巴伦高度，使碗状低频振子42与十字型低频振子41的辐射面在同一平面。
在一种具体的实施方式中，如图1所示，最右端的碗状低频振子42与最右端的高频振子二32嵌套设置。
在一种具体的实施方式中，反射板2与高频天线阵列一对应的部分高度、与高频振子二32对应的部分的高度以及与碗状低频振子42对应的部分的高度各不相同，分别为h1、h2和h3；左底板11与右底板12共面。与碗状低频振子42对应的部分的反射板2的高度更高，有利于低频天线阵列的水平方向图的波宽收敛。
在一种具体的实施方式中，与碗状低频振子42嵌套设置的高频振子二32的两侧均设有挡板一51，挡板一51的长度为L1，每个高频振子二32两侧的挡板一51的间距为D1；两列碗状低频振子42之间设有挡板二52。
挡板一51可以充当高频振子二32嵌套低频振子外的第一层辐射边界，反射板2是整个天线最外层辐射边界，双层的边界使得高频振子二32的性能更优，能提高高频振子二32的辐射性能指标，其中包括提高辐射前后比，使波宽更加收敛等。
挡板二52的设置有利于减小上下两列(如图1所示)碗状低频振子42之间的相互干扰，能够优化调节低频波宽、前后比、增益、低频的同极化和异极化隔离度。
在一种具体的实施方式中，如图1所示，同一列的相邻高频振子一31中，除需避让十字型低频振子41的情况之外，间距均为d1；相邻两列高频振子一31，除需避让十字型低频振子41的情况之外，间距均为d2；同一列中相邻高频振子二32的间距均相等，为d3；同一列的相邻碗状低频振子42的间距均为d4；两列低频振子4的间距为d5；同一列的相邻十字型低频振子41的间距均不大于d4；d4＝2.3d1，d4＝2d3。
在具体实施例中，由于天线内部的空间有限，而除了振子之外，还需要安装许多结构件，可能使得无法完全按照设计情况布置各种高频振子和低频振子，此时，为了满足天线的性能要求，并避免相邻振子之间发生干扰，需要在原本的设计基础上稍微改变振子的位置。由于十字型低频振子41是嵌入高频振子一31之间的，二者彼此之间可能存在位置冲突，当十字型低频振子41无法按照设计情况摆放时，可适当调整每一列中十字型低频振子41的间距或每一列中十字型低频振子41偏离该列中心线的距离，如图1所示。同时，由于在高频振子一31之间嵌入了十字型低频振子41，使得高频振子一31的摆放位置也会受到一定的影响，如图1中从上到下第二列所示，从左到右第四个高频振子一31与第三个高频振子一31之间的距离稍大。
在一种具体的实施方式中，高频天线阵列一的中心频率为f1，高频天线阵列二的中心频率为f2，低频天线阵列的中心频率为f3；d1为f1的0.7-0.85倍波长；d2为f1的0.5-0.8倍波长；d3为f2的0.7-0.9倍波长；d4为f3的0.7-0.9倍波长；d5为f3的0.6倍波长；h1为f1的0.13-0.19倍波长；h2为f2的0.13-0.2倍波长；h3为f3的0.08-0.13倍波长；L1为f2的0.6-0.75倍波长；D1为f2的0.6-0.8倍波长；挡板一51的高度为f2的0.12-0.18倍波长；挡板二52的高度为f3的0.11-0.19倍波长。
在一种具体的实施方式中，如图1所示，每一列高频振子一31中靠近十字型低频振子41的高频振子一31均可沿该列的中心线上下浮动一定距离，上下浮动的距离不超过f1的0.06倍波长；十字型低频振子41的高度为f3的0.25-0.35倍波长。
在具体实施例中，由于天线内部的空间有限，而除了振子之外，还需要安装许多结构件，可能使得无法完全按照设计情况布置各种高频振子和低频振子，此时，为了满足天线的性能要求，并避免相邻振子之间发生干扰，需要在原本的设计基础上稍微改变振子的位置。如图1所示，最上面一列高频振子一31由于需要避让十字型低频振子41，右侧三个高频振子一31均不同程度地偏离该列的中心线。
图3-图7分别为低频700MHz频段703MHz频点、低频900MHz频段960MHz频点、1800MHz频段1710MHz频点、F频段1900MHz频点、A频段2018MHz频点的水平面方向图，各制式频段典型频点的方向图指标符合基站天线的设计要求。
图3为0.703GHz频点的辐射方向图，图内分别标识了主极化及交叉极化方向图的半功率角宽。
图4为0.96GHz频点的辐射方向图，图内分别标识了主极化及交叉极化方向图的半功率角宽。
图5为1.71GHz频点的辐射方向图，图内分别标识了主极化及交叉极化方向图的半功率角宽。
图6为1.9GHz频点的辐射方向图，图内分别标识了主极化及交叉极化方向图的半功率角宽。
图7为2.018GHz频点的辐射方向图，图内分别标识了主极化及交叉极化方向图的半功率角宽。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种多频多制式融合多端口基站天线，包括底板和设置在底板两侧的反射板（2），其特征在于：所述底板上设有两个高频天线阵列和一个低频天线阵列，所述底板包括一体成型的左底板（11）和右底板（12），两个所述高频天线阵列分别为高频天线阵列一和高频天线阵列二，所述高频天线阵列一包括若干个高频振子一（31），若干个所述高频振子一（31）分四列设置在左底板（11）上；所述高频天线阵列二包括若干个高频振子二（32），若干个所述高频振子二（32）分两列设置在右底板（12）上；所述低频天线阵列包括若干个低频振子（4），若干个所述低频振子（4）分两列设置在底板上，部分嵌入高频天线阵列一中，部分嵌入高频天线阵列二中；
所述高频天线阵列一支持水平面波束赋形、水平面广播合成波束赋形和水平面业务合成波束赋形；
所述高频天线阵列二支持水平面波束赋形；
所述低频天线阵列支持水平面波束赋形，可以同时独立支持低频700MHz与900MHz波束赋形；
所述反射板（2）与高频天线阵列一对应的部分高度、与高频振子二（32）对应的部分的高度以及与碗状低频振子（42）对应的部分的高度各不相同，分别为h1、h2和h3；所述左底板（11）与右底板（12）共面；
与所述碗状低频振子（42）嵌套设置的高频振子二（32）的两侧均设有挡板一（51），所述挡板一（51）的长度为L1，每个高频振子二（32）两侧的挡板一（51）的间距为D1；两列所述碗状低频振子（42）之间设有挡板二（52）；
同一列的相邻所述高频振子一（31）中，除需避让十字型低频振子（41）的情况之外，间距均为d1；相邻两列高频振子一（31），除需避让十字型低频振子（41）的情况之外，间距均为d2；同一列中相邻所述高频振子二（32）的间距均相等，为d3；同一列的相邻所述碗状低频振子（42）的间距均为d4；两列低频振子（4）的间距为d5；同一列的相邻所述十字型低频振子（41）的间距均不大于d4；
所述高频天线阵列一的中心频率为f1，所述高频天线阵列二的中心频率为f2，所述低频天线阵列的中心频率为f3；所述d1为f1的0.7-0.85倍波长；所述d2为f1的0.5-0.8倍波长；所述d3为f2的0.7-0.9倍波长；所述d4为f3的0.7-0.9倍波长；所述d5为f3的0.6倍波长；所述h1为f1的0.13-0.19倍波长；所述h2为f2的0.13-0.2倍波长；所述h3为f3的0.08-0.13倍波长；
所述L1为f2的0.6-0.75倍波长；所述D1为f2的0.6-0.8倍波长；所述挡板一（51）的高度为f2的0.12-0.18倍波长；所述挡板二（52）的高度为f3的0.11-0.19倍波长。
2.如权利要求1所述的多频多制式融合多端口基站天线，其特征在于：所述低频振子（4）包括若干十字型低频振子（41）和若干碗状低频振子（42），所述十字型低频振子（41）嵌入高频振子一（31）之间，所述碗状低频振子（42）嵌入高频天线阵列二中，使所述高频振子二（32）每隔一个嵌套设置于低频振子（4）中；
所述高频振子一（31）为PCB振子，所述高频振子二（32）为压铸振子；
相邻两列所述高频振子一（31）错位设置。
3.如权利要求2所述的多频多制式融合多端口基站天线，其特征在于：所述碗状低频振子（42）的巴伦高度低于十字型低频振子（41）的巴伦高度，使所述碗状低频振子（42）与十字型低频振子（41）的辐射面在同一平面。
4.如权利要求2所述的多频多制式融合多端口基站天线，其特征在于：最右端的所述碗状低频振子（42）与最右端的所述高频振子二（32）嵌套设置。
5.如权利要求1所述的多频多制式融合多端口基站天线，其特征在于：每一列所述高频振子一（31）中靠近十字型低频振子（41）的高频振子一（31）均可沿该列的中心线上下浮动一定距离，上下浮动的距离不超过f1的0.06倍波长；
所述十字型低频振子（41）的高度为f3的0.25-0.35倍波长。
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