CN113270719B - 天线隔离装置、阵列天线及基站天线 - Google Patents

天线隔离装置、阵列天线及基站天线 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种天线隔离装置、阵列天线和基站天线，上述的天线隔离装置，包括：介质基板、第一金属带状线、第二金属带状线和阻抗器件；两条金属带状线均首尾相连，第一金属带状线和第二金属带状线均设于介质基板的表面，以形成谐振环；介质基板上设有凹槽，凹槽的两相对端分别与第一金属带状线和第二金属带状线相抵接，阻抗器件设于凹槽，阻抗器件的两端分别与第一金属带状线和第二金属带状线电连接。本发明提供的天线隔离装置，通过两条金属带状线形成的谐振环在特定频率下的谐振特性，形成感应电流，再通过具有能量消耗作用的阻抗器件，衰减掉辐射单元向侧面传播的能量，使相邻辐射单元在不拉大间距的情况下，降低互耦，实现高隔离度效果。

Description

天线隔离装置、阵列天线及基站天线
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种天线隔离装置、阵列天线及基站天线。
背景技术
随着移动互联业务的迅猛发展，移动用户数据流量高速增长，这对移动通信的系统容量、传输速率等提出了更高的要求。基站天线作为移动通信系统前端的电磁波接发装置，是移动用户和基站设备之间连接的重要枢纽，其工作性能至关重要。
在实际应用中，通过开发多频多端口天线，增加天线通道数量，可以有效提升通信系统容量，提升信号覆盖效果。但受限于迎风面积这一指标，天线的尺寸上限通常是固定的。
对于多频多端口天线，为了实施天线的集成与小型化，通常相邻辐射单元之间的间距小于0.8λ，甚至在部分融合天线当中，相邻辐射单元间距达到0.5λ。这种紧凑的布局带来了天线隔离度的恶化。
发明内容
本发明提供一种天线隔离装置、阵列天线及基站天线，用以解决现有技术中不论是辐射单元的自隔离，还是通道之间的隔离度，或者是不同频段之间的隔离度均不太理想的问题。
本发明提供一种天线隔离装置，包括：介质基板、第一金属带状线、第二金属带状线以及阻抗器件；
所述第一金属带状线和所述第二金属带状线均首尾相连，所述第一金属带状线和所述第二金属带状线均设于所述介质基板的表面，以形成谐振环；
所述介质基板上设有凹槽，所述凹槽的两相对端分别与所述第一金属带状线和所述第二金属带状线相抵接，所述阻抗器件设于所述凹槽，所述阻抗器件的两端分别与所述第一金属带状线和所述第二金属带状线电连接。
本发明还提供一种阵列天线，包括：低频辐射单元和高频辐射单元中的至少一者、反射板以及上述的天线隔离装置；所述天线隔离装置包括具有不同尺寸的两种天线隔离装置；
在所述阵列天线包括低频辐射单元的情况下，所述天线隔离装置为第一种天线隔离装置，所述第一种天线隔离装置设于所述反射板的中轴线上；
在所述阵列天线包括高频辐射单元的情况下，所述天线隔离装置为第二种天线隔离装置，所述第二种天线隔离装置设于相邻的两个所述高频辐射单元之间。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述阵列天线包括N个高频辐射单元和M个低频辐射单元；
其中，M为大于等于2的自然数，N为大于等于4的自然数。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述阵列天线包括沿所述反射板的中轴线的垂向方向间隔布设的两个子阵列；
两个所述子阵列中的一个所述子阵列包括多个间隔布置的所述高频辐射单元，两个所述子阵列中的另一个所述子阵列包括多个间隔布置的所述低频辐射单元；
或者，所述子阵列包括多个所述低频辐射单元和共轴线间隔布设的多个所述高频辐射单元，且多个所述低频辐射单元与多个所述高频辐射单元一一对应同轴心布设。
根据本发明提供的一种阵列天线，相邻的两个所述低频辐射单元之间的间距为0.5λ～0.9λ；
其中，λ为所述低频辐射单元的中心频率波长。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述第一种天线隔离装置具体为：
所述介质基板的厚度小于等于λ/100，所述第一金属带状线和所述第二金属带状线的线宽小于等于λ/100，所述凹槽的宽度小于等于λ/100，所述第一金属带状线的长度和所述第二金属带状线的长度均为0.1λ～0.3λ；
其中，λ为所述低频辐射单元的中心频率波长。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述第二种天线隔离装置具体为：
所述介质基板的厚度小于等于λ/100，所述第一金属带状线和所述第二金属带状线的线宽小于等于λ/100，所述凹槽的宽度小于等于λ/100，所述第一金属带状线的长度和所述第二金属带状线的长度均为0.1λ～0.3λ；
其中，λ为所述高频辐射单元的中心频率波长。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述反射板为“U”型结构。
根据本发明提供的一种阵列天线，所述天线隔离装置通过非金属固定件固定在所述反射板的表面。
本发明还提供一种基站天线，包括：上述的阵列天线。
本发明提供的天线隔离装置、阵列天线及基站天线，通过两条金属带状线形成的谐振环在特定频率下的谐振特性，形成感应电流，再通过具有能量消耗作用的阻抗器件，衰减掉辐射单元向侧面传播的能量，使相邻辐射单元在不拉大间距的情况下，降低互耦，实现高隔离度效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的阵列天线的结构示意图；
图2是本发明提供的天线隔离装置的结构示意图之一；
图3是本发明提供的天线隔离装置的结构示意图之二；
图4是本发明提供的隔离度提升对比示意图；
附图标记：
1：低频辐射单元；        2：高频辐射单元；        3：反射板；
4：第一种天线隔离装置；  41：第一金属带状线；     42：第一电阻；
43：第一介质基板；       5：第二种天线隔离装置；  51：第三金属带状线；
52：第二电阻；           53：第二介质基板；       6：高频边界。
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2至图3描述本发明的天线隔离装置。
如图3所示，本发明实施例的第一种天线隔离装置4，包括：第一介质基板43、第一金属带状线41、第二金属带状线以及阻抗器件；其中，阻抗器件可以为第一电阻42。
第一金属带状线41和第二金属带状线均首尾相连，第一金属带状线41和第二金属带状线均设于第一介质基板43的表面，以形成谐振环；
第一介质基板43上设有凹槽，也就是说，第一介质基板43的表面设有凹槽，凹槽的两相对端分别与第一金属带状线41和第二金属带状线相抵接，第一电阻42设于凹槽，第一电阻42的两端分别与第一金属带状线41和第二金属带状线电连接。
在可选的实施例中，第一种天线隔离装置4具体为：
第一介质基板43的厚度小于等于λ/100，第一金属带状线41和第二金属带状线的线宽小于等于λ/100，凹槽的宽度小于等于λ/100，第一金属带状线41的长度和第二金属带状线的长度均为0.1λ～0.3λ；
第一金属带状线41和第二金属带状线总长度在0.5λ～1.2λ之间，谐振环可以为方环形状。
其中，λ为低频辐射单元的中心频率波长。
如图2所示，本发明实施例的第二种天线隔离装置5，包括：第二介质基板53、第三金属带状线51、第四金属带状线以及阻抗器件；其中，阻抗器件可以为第二电阻52。
第三金属带状线51和第四金属带状线均首尾相连，第三金属带状线51和第四金属带状线均设于第二介质基板53的表面，以形成谐振环；
第二介质基板53上设有凹槽，也就是说，第二介质基板53的表面设有凹槽，凹槽的两相对端分别与第三金属带状线51和第四金属带状线相抵接，第二电阻52设于凹槽，第二电阻52的两端分别与第三金属带状线51和第四金属带状线电连接。
在可选的实施例中，第二种天线隔离装置5具体为：
第二介质基板53的厚度小于等于λ/100，第三金属带状线51和第四金属带状线的线宽小于等于λ/100，凹槽的宽度小于等于λ/100，第三金属带状线51的长度和第四金属带状线的长度均为0.1λ～0.3λ；
第三金属带状线51和第四金属带状线总长度在0.5λ～1.2λ之间，谐振环可以为方环形状。
其中，λ为高频辐射单元的中心频率波长。
本发明实施例的天线隔离装置，利用两条金属带状线形成的谐振环在特定频率下的谐振特性，形成感应电流，再通过具有能量消耗作用的阻抗器件，衰减掉辐射单元向侧面传播的能量，使相邻辐射单元在不拉大间距的情况下，降低互耦，实现高隔离度效果。
在上述实施例的基础上，两个阻抗器件的电阻值小于等于200欧姆，也就是说，第一电阻42和第二电阻52的电阻值小于等于200欧姆。例如，第一电阻42和第二电阻52的电阻值均为50欧姆。
需要说明的是，在敷铜介质基板上蚀刻出具有特定频率特性的电路图，也就是说，电路图通过两条金属带状线形成。
如图1所示，本发明实施例的阵列天线，包括：低频辐射单元1和高频辐射单元2中的至少一者、反射板3以及上述实施例的天线隔离装置；天线隔离装置包括具有不同尺寸的两种天线隔离装置；
在阵列天线包括低频辐射单元1的情况下，天线隔离装置为第一种天线隔离装置4，第一种天线隔离装置4设于反射板3的中轴线上；
此时，根据反射板3的长度和第一介质基板43的长度，在反射板3的中轴线上沿反射板3的长度方向依次布设有多个第一种天线隔离装置4。
在阵列天线包括高频辐射单元2的情况下，天线隔离装置为第二种天线隔离装置5，第二种天线隔离装置5设于相邻的两个高频辐射单元2之间。
本发明实施例的阵列天线，在不拉大相邻辐射单列距的情况下，第一种天线隔离装置4可提高低频辐射单元的列间隔离度，同时使其辐射波形平滑，利于实现天线小型化；另外，第二种天线隔离装置5可以吸收高频辐射单元的侧向辐射能量，用来提升高频辐射单元之间的隔离度，同时也提高了异频隔离度。
在可选的实施例中，阵列天线包括N个高频辐射单元和M个低频辐射单元；
其中，M为大于等于2的自然数，N为大于等于4的自然数。
例如，阵列天线包括沿反射板3的中轴线的垂向方向间隔布设的两个子阵列，两个子阵列中的一个子阵列包括多个间隔布置的高频辐射单元2，两个子阵列中的另一个子阵列包括多个间隔布置的低频辐射单元1；
此时，阵列天线包括第一种天线隔离装置4和第二种天线隔离装置5，第一种天线隔离装置4设于反射板3的中轴线上，第二种天线隔离装置5设于相邻的两个高频辐射单元2之间，多个第二种天线隔离装置5沿中轴线方向布设，在高频辐射单元2的一侧或者两侧设有高频边界6，也就是说，高频边界6沿反射板3的中轴线的垂向方向布设，此时高频边界位于高频辐射单元2和第一种天线隔离装置4之间。高频边界6包括垂直相连的耦合边和支撑边，支撑边与反射板3相平行，支撑边与反射板3连接。
在可选的实施例中，子阵列包括多个低频辐射单元1和共轴线间隔布设的多个高频辐射单元2，且多个低频辐射单元1与多个高频辐射单元2一一对应同轴心布设。
此时，子阵列沿中轴线方向依次布设的三个高频辐射单元2，第一个高频辐射单元2同轴心布设有一个低频辐射单元1，第三个高频辐射单元2同轴心布设有另一个低频辐射单元1，第一种天线隔离装置4设于反射板3的中轴线上，也就是说，第一种天线隔离装置4位于两个子阵列之间，第二种天线隔离装置5设于相邻的两个高频辐射单元2之间，两个第二种天线隔离装置5沿中轴线方向布设，在三个高频辐射单元2中的至少一者的一侧或者两侧设有高频边界6。
需要说明的是，相邻的两个低频辐射单元1之间的间距为0.5λ～0.9λ；
其中，λ为低频辐射单元的中心频率波长。
本发明实施例中，任意相邻的嵌套列间距为0.6λ～0.9λ，λ是低频辐射单元的中心频率波长。通过对嵌套列间距的设计，可实现多频天线紧凑布局，满足小型化设计，低频频段为690～960MHz，高频频段为1710～2690MHz。
在上述实施例的基础上，反射板3为“U”型结构。
需要说明的是，反射板3可以为“U”型钣金结构。其中，天线隔离装置通过非金属固定件固定在反射板3的表面。
本发明实施例的阵列天线，第一种天线隔离装置4和第二种天线隔离装置5替代传统金属隔离条，显著降低了辐射单元之间的能量互耦，实现对隔离度的优化调试。
在可选的实施例中，第一种天线隔离装置4的第一介质基板43的厚度为2mm，底部第一金属带状线41距离反射板3的边缘的距离为5mm，凹槽的长度为3mm，第一电阻42的阻值为50Ω，凹槽的宽度为3mm。
在可选的实施例中，第二种天线隔离装置5的第二介质基板53的厚度为1mm，底部第四金属带状线距离反射板3的边缘的距离为3mm，凹槽的长度为2mm，第二电阻52的阻值为50Ω，凹槽的宽度为2mm。
另一方面，本发明实施例的基站天线，如图4所示，第一种天线隔离装置4和第二种天线隔离装置5的隔离度调试技术，解决了多频多端口天线小型化设计时，低频辐射单元互耦严重，隔离度较差的问题；同时，也解决了高频指标交叉影响的问题；广泛适用于不同辐射单元的阵列组合，达到改善电磁辐射的效果。
在基站天线不改变整体尺寸的情况下，第一种天线隔离装置4和第二种天线隔离装置5可用于同频段不同通道的辐射单元之间，实现列间隔离度的提升；也可用于不同频段的辐射单元之间，实现异频隔离度的提升；以及用在同一通道的辐射单元之间，提高天线的自隔离。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
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 (9)

1.一种阵列天线，其特征在于，包括：低频辐射单元和高频辐射单元中的至少一者、反射板以及天线隔离装置；所述天线隔离装置包括具有不同尺寸的两种天线隔离装置；
所述天线隔离装置包括：介质基板、第一金属带状线、第二金属带状线以及阻抗器件；
所述第一金属带状线和所述第二金属带状线均首尾相连，所述第一金属带状线和所述第二金属带状线均设于所述介质基板的表面，以形成谐振环；
所述介质基板上设有凹槽，所述凹槽的两相对端分别与所述第一金属带状线和所述第二金属带状线相抵接，所述阻抗器件设于所述凹槽，所述阻抗器件的两端分别与所述第一金属带状线和所述第二金属带状线电连接；
在所述阵列天线包括低频辐射单元的情况下，所述天线隔离装置为第一种天线隔离装置，所述第一种天线隔离装置设于所述反射板的中轴线上；
在所述阵列天线包括高频辐射单元的情况下，所述天线隔离装置为第二种天线隔离装置，所述第二种天线隔离装置设于相邻的两个所述高频辐射单元之间。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述阵列天线包括N个高频辐射单元和M个低频辐射单元；
其中，M为大于等于2的自然数，N为大于等于4的自然数。
3.根据权利要求2所述的阵列天线，其特征在于，所述阵列天线包括沿所述反射板的中轴线的垂向方向间隔布设的两个子阵列；
两个所述子阵列中的一个所述子阵列包括多个间隔布置的所述高频辐射单元，两个所述子阵列中的另一个所述子阵列包括多个间隔布置的所述低频辐射单元；
或者，所述子阵列包括多个所述低频辐射单元和共轴线间隔布设的多个所述高频辐射单元，且多个所述低频辐射单元与多个所述高频辐射单元一一对应同轴心布设。
4.根据权利要求3所述的阵列天线，其特征在于，相邻的两个所述低频辐射单元之间的间距为0.5λ～0.9λ；
其中，λ为所述低频辐射单元的中心频率波长。
5.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述第一种天线隔离装置具体为：
所述介质基板的厚度小于等于λ/100，所述第一金属带状线和所述第二金属带状线的线宽小于等于λ/100，所述凹槽的宽度小于等于λ/100，所述第一金属带状线的长度和所述第二金属带状线的长度均为0.1λ～0.3λ；
其中，λ为所述低频辐射单元的中心频率波长。
6.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述第二种天线隔离装置具体为：
所述介质基板的厚度小于等于λ/100，所述第一金属带状线和所述第二金属带状线的线宽小于等于λ/100，所述凹槽的宽度小于等于λ/100，所述第一金属带状线的长度和所述第二金属带状线的长度均为0.1λ～0.3λ；
其中，λ为所述高频辐射单元的中心频率波长。
7.根据权利要求1至6任一项所述的阵列天线，其特征在于，所述反射板为“U”型结构。
8.根据权利要求1至6任一项所述的阵列天线，其特征在于，所述天线隔离装置通过非金属固定件固定在所述反射板的表面。
9.一种基站天线，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的阵列天线。
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