CN113437508A - 宽频滤波振子及天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种宽频滤波振子及天线系统，涉及移动通信的技术领域，宽频滤波振子包括：辐射片、馈电单元和底板；辐射片与馈电单元的一端电气连接；底板与馈电单元的另一端电气连接；辐射片包括介质板，以及设置在介质板上的至少一个金属辐射臂；金属辐射臂设置有滤波枝节，通过调整滤波枝节的位置和尺寸参数来优化宽频滤波振子的宽频空间滤波性能。本发明提供的宽频滤波振子及天线系统，通过调整滤波枝节的组合形式和结构尺寸参数来优化宽频滤波振子的宽频空间滤波性能，能够有效实现多频小型化密集阵列基站天线中高低频辐射单元之间的宽频空间解耦，使低频振子可能小的影响高频方向图，以提高天线系统的小型化和多频化特性。

Description

宽频滤波振子及天线系统

技术领域

本发明涉及移动通信的技术领域，尤其是涉及一种宽频滤波振子及天线系统。

背景技术

近年来，随着移动通信技术的快速发展，移动通信系统对与基站天线的要求也越来越高，要求基站天线的尺寸足够小，且能够支持更多的频率。为了实现基站天线的小型化和多频化特性，对密集天线阵中由于高低频辐射单元之间的空间互耦而导致的方向图畸变等问题的研究成了各大基站天线厂商竞相追逐的热点。

而在多频密集阵基站天线中，高频辐射单元和辐射单元密集组阵，往往会导致高频振子进入到低频振子下方空间，使得高频振子辐射的电磁波信号会被低频振子辐射臂接收和重新散射，导致高频振子方向图发生严重畸变，影响了通信的质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种宽频滤波振子及天线系统，以缓解上述技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种宽频滤波振子，包括：辐射片、馈电单元和底板；所述辐射片与所述馈电单元的一端电气连接；所述底板与所述馈电单元的另一端电气连接；所述辐射片包括介质板，以及设置在所述介质板上的至少一个金属辐射臂；所述金属辐射臂设置有滤波枝节，通过调整所述滤波枝节的位置和尺寸参数来优化所述宽频滤波振子的宽频空间滤波性能。

优选地，在一种可能的实施方式中，上述金属辐射臂的数量为四个，且，四个所述金属辐射臂在所述介质板上按照预设的排列方式设置；四个所述金属辐射臂之间相互耦合，且，相邻的所述金属辐射臂之间设置有可调节的耦合缝隙。

优选地，在一种可能的实施方式中，上述滤波枝节包括第一滤波枝节和第二滤波枝节；其中，所述第一滤波枝节和所述第二滤波枝节为形状不同的滤波枝节；所述第一滤波枝节和所述第二滤波枝节在所述金属辐射臂的边缘位置按照预设的方式排列。

优选地，在一种可能的实施方式中，上述第一滤波枝节为n形滤波枝节；所述第二滤波枝节为T形滤波枝节。

优选地，在一种可能的实施方式中，上述馈电单元设置有馈电片，所述馈电片的外表面上设置有金属带线；所述金属带线用于组成所述馈电片的电气单元；其中，所述馈电片的电气单元至少包括以下之一：用于馈电和阻抗匹配的微带线、金属地线和弯折线。

优选地，在一种可能的实施方式中，上述馈电片的一端设置有第一连接件，所述馈电片的另一端设置有第二连接件；所述馈电片通过所述第一连接件与所述辐射片电气连接，以及通过所述第二连接件与所述底板电气连接。

优选地，在一种可能的实施方式中，上述馈电片包括第一馈电片和第二馈电片，所述第一馈电片和所述第二馈电片呈预设角度组合；其中，所述第一馈电片设置有第一组合孔，所述第二馈电片设置有与所述第一组合孔匹配的第二组合孔；所述第一馈电片和所述第二馈电片通过所述第一组合孔和所述第二组合孔呈预设角度组合。

优选地，在一种可能的实施方式中，上述辐射片设置有与所述第一连接件匹配的第三连接件，所述底板设置有与所述第二连接件匹配的第四连接件；所述馈电片与所述辐射片通过所述第一连接件和所述第三连接件的配合实现电气连接；所述馈电片与所述底板通过所述第二连接件和所述第四连接件的配合实现电气连接。

优选地，在一种可能的实施方式中，上述底板设置有馈电连接件；所述馈电连接件包括用于与外部线缆进行馈电的第一馈电连接件，以及用于与所述馈电片电气连接的第二馈电连接件。

第二方面，本发明实施例还提供一种天线系统，所述天线系统设置有第一方面所述的宽频滤波振子。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的宽频滤波振子及天线系统，其宽频滤波振子包括辐射片、馈电单元和底板，并且，辐射片与馈电单元的一端电气连接；底板与馈电单元的另一端电气连接，辐射片还进一步包括介质板，以及设置在介质板上的至少一个金属辐射臂；而金属辐射臂设置有滤波枝节，通过调整滤波枝节的位置和尺寸参数可以用来优化宽频滤波振子的宽频空间滤波性能，以便于在宽频滤波振子应用于天线系统时，能够对天线系统的低频振子辐射臂添加宽频空间滤波功能，使其接收散射的高频信号非常少或者使其散射的高频信号尽可能小的影响高频方向图，以提高天线系统的小型化和多频化特性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，对于本领域技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种宽频滤波振子的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种宽频滤波振子的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种辐射片的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种滤波枝节的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种第一馈电片的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种第二馈电片的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种底板的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种天线系统的示意图；

图9为本发明实施例提供的一种仿真示意图；

图10为本发明实施例提供的另一种仿真示意图；

图11为本发明实施例提供的另一种仿真示意图；

图12为本发明实施例提供的另一种仿真示意图；

图13为本发明实施例提供的另一种仿真示意图；

图14为本发明实施例提供的一种仿真的增益示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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，本领域技术人员在没有做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。

目前，在多频密集阵基站天线中，高频辐射单元和辐射单元通常呈密集组阵，导致高频振子进入到低频振子下方空间，高频振子辐射的电磁波信号会被低频振子辐射臂接收和重新散射，导致高频振子方向图发生严重畸变。

对于该问题，基站天线厂商已经有很多研究成果，但是目前的研究大多仅限于对窄频的空间滤波。宽频段空间滤波技术的研究，对于基站天线的多频化和小型化，也具有重大意义，基于此，本发明实施例提供的一种宽频滤波振子及天线系统，以缓解基站天线高低频嵌套组阵时，由于低频振子遮挡而导致高频辐射单元方向图畸变问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种宽频滤波振子进行详细介绍。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供了一种宽频滤波振子，包括：辐射片、馈电单元和底板；具体地，图1示出了一种宽频滤波振子的结构框图，如图1所示，包括辐射片10、馈电单元20和底板30。

其中，辐射片10与馈电单元20的一端电气连接；底板30与馈电单元20的另一端电气连接。

进一步，辐射片10包括介质板101，以及设置在介质板101上的至少一个金属辐射臂102；该金属辐射臂设置有滤波枝节103，通过调整滤波枝节的位置和尺寸参数可以用来优化宽频滤波振子的宽频空间滤波性能。

本发明实施例提供的宽频滤波振子，其宽频滤波振子包括辐射片、馈电单元和底板，并且，辐射片与馈电单元的一端电气连接；底板与馈电单元的另一端电气连接，辐射片还进一步包括介质板，以及设置在介质板上的至少一个金属辐射臂；而金属辐射臂设置有滤波枝节，通过调整滤波枝节的位置和尺寸参数可以用来优化宽频滤波振子的宽频空间滤波性能，以便于在宽频滤波振子应用于天线系统时，能够对天线系统的低频振子辐射臂添加空间滤波功能，使其尽可能小的影响高频方向图，以提高天线系统的辐射性能和通信质量。

应当理解，图1所示的宽频滤波振子，是以一个金属辐射臂为例进行说明，在实际使用时，上述金属辐射臂可以是一个，还可以是多个，当金属辐射臂有多个时，多个金属辐射臂在介质板上按照预设的排列方式设置。并且，多个金属辐射臂之间相互耦合，相邻的金属辐射臂之间设置有可调节的耦合缝隙，通过调节该耦合缝隙的长度和宽度可以对整个宽频滤波振子进行阻抗匹配。

为例便于理解，在图1的基础上，图2示出了一种宽频滤波振子的结构示意图，其中，图2以宽频滤波振子包括四个金属辐射臂为例进行说明。具体地，图2中，金属辐射臂的数量为四个，且，四个金属辐射臂在介质板上按照预设的排列方式设置；四个金属辐射臂之间相互耦合，且，相邻的金属辐射臂之间设置有可调节的耦合缝隙。

如图2所示，图2中包括上述辐射片10、馈电单元20和底板30。

其中，辐射片10、馈电单元20和底板30均可以由PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)板构成，以便于容易实现辐射片与馈电单元，以及，馈电单元与底板之间的电气连接。

进一步，上述设置在辐射片介质板上的金属辐射臂，通常是由金属辐射臂带线构成，这些金属辐射臂带线可以按照实际使用需求以及一定的线路设计组成上述滤波枝节，实现空间滤波性能的优化。

具体地，上述滤波枝节包括第一滤波枝节和第二滤波枝节；其中，第一滤波枝节和第二滤波枝节为形状不同的滤波枝节；且，第一滤波枝节和第二滤波枝节在金属辐射臂的边缘位置按照预设的方式排列。

为了便于理解，图3示出了一种辐射片的结构示意图，如图3所示，包括介质板101和金属辐射臂带线，具体地，如图3所示，金属辐射臂带线组成的第一滤波枝节为n形滤波枝节，第二滤波枝节则为T形滤波枝节，即，图3中的n形滤波枝节104和T形滤波枝节105。在实际使用时，这两种滤波枝节交替组合使用，即图3所示的一种实施方式，因此，可以通过调节滤波枝节的位置和滤波枝节的尺寸参数来优化滤波振子的宽频空间滤波性能。

其中，图3中，同样以宽频滤波振子包括四个金属辐射臂为例进行说明，且，每个金属辐射臂的n形滤波枝节104和T形滤波枝节105的数量也为有限个，进一步，图3中n形滤波枝节104和T形滤波枝节105的排列方式也为本发明实施例中一种可能得实施方式，在其他实施例中，金属辐射臂的数量、n形滤波枝节和T形滤波枝节的数量，均可以根据实际使用情况进行设置，并且，图3中滤波枝节交替组合的方式仅仅是一种优选的方式，在其他实施例中，滤波枝节的交替组合方式还可以由其他的形式，具体以实际使用情况为准，本发明实施例对此不进行限制。

在实际使用时，上述辐射片可以设置成部分镂空的形式，具体地，如图3中的镂空部分106，以减轻辐射片的重量。而图3中，四个金属辐射臂之间相互耦合，通过调整耦合缝隙的宽度和长度来实现对宽频滤波振子进行阻抗匹配，其中，耦合缝隙108的长度可以通过图3中的耦合线107调整，该耦合线107同样也是上述金属辐射臂带线的一部分。

进一步，在图3的基础上，图4还示出了一种滤波枝节的结构示意图，其中，图4中包括n形滤波枝节104和T形滤波枝节105。具体地，如图4所示，通过调整T形滤波枝节105的尺寸参数L1、L2和D1，以及，n形滤波枝节104的尺寸参数D2、L3，可以实现优化整个宽频滤波振子的宽频空间滤波性能。

进一步，本发明实施例中，上述馈电单元设置有馈电片，馈电片的外表面上设置有金属带线；该金属带线用于组成馈电片的电气单元；其中，馈电片的电气单元至少包括以下之一：用于馈电和阻抗匹配的微带线、金属地线和弯折线。

具体地，上述馈电单元的馈电片的一端设置有第一连接件，馈电片的另一端设置有第二连接件；馈电片通过第一连接件与辐射片电气连接，以及通过第二连接件与底板电气连接。

具体实现时，上述馈电片包括第一馈电片和第二馈电片，该第一馈电片和第二馈电片呈预设角度组合；其中，第一馈电片设置有第一组合孔，第二馈电片设置有与第一组合孔匹配的第二组合孔；该第一馈电片和第二馈电片通过第一组合孔和第二组合孔呈预设角度组合。

在实际使用时，上述第一馈电片和第二馈电片通常呈90度组合，即，第一馈电片和第二馈电片通过第一组合孔和第二组合孔进行相互90度垂直组合，并实现与辐射片和底板的电气连接。

为了便于理解，图5示出了一种第一馈电片的结构示意图，以及图6示出了一种第二馈电片的结构示意图。其中，图5中示出了第一组合孔201，图6中示出了第二组合孔202，该第一组合孔201和第二组合孔202呈互补的缺口，以实现第一馈电片和第二馈电片呈预设角度组合，如90度垂直组合等等。

在实际使用时，第一馈电片和第二馈电片也可以通过PCB板实现。其中，图5中，示出的是第一馈电片的两个外表面的金属带线的设置情况，具体地，第一馈电片的其中一个外表面，如，正面，包括用于馈电和阻抗匹配的微带线203，另一个外表面，如，背面，则包括金属地线204，在两个外表面均可以设置弯折线205，用于收敛驻波，两个外表面，如正面和背面可以通过过孔电气连接。

进一步，图5还示出了第一连接件206和第二连接件207，其中，第一连接件206和第二连接件207均设置成凸出件的形式，即，第一馈电片上面凸出的部分(第一连接件206)插入到辐射片上，下面凸出的部分(第二连接件207)插入到底板上，进而实现与辐射片和底板进行电气连接。

进一步，图6同样也示出了第二馈电片的两个外表面的金属带线的设置情况，其中，图6中为了与图5所示的第一馈电片区分，其第二馈电片的微带线、金属地线和弯折线都加上“第二”前缀进行说明。具体地，第一馈电片的其中一个外表面，如，正面，包括用于馈电和阻抗匹配的第二微带线601，另一个外表面，如，背面，则包括第二金属地线602，图6中的两个外表面也设置了第二弯折线603用于收敛驻波，且，两个外表面，如正面和背面的弯折线通过过孔电气连接。

此外，图6中，也示出了第二馈电片的第一连接件206和第二连接件207，其中，第二馈电片的第一连接件206和第二连接件207，与第一馈电片的第一连接件206和第二连接件207通常设置成相同的结构，例如，均设置成凸出件的形式，以便于使第二馈电片的上面凸出的部分插入到辐射片上，下面凸出的部分插入到底板上，进而实现与辐射片和底板进行电气连接。

进一步，上述辐射片设置有与第一连接件匹配的第三连接件，底板则设置有与第二连接件匹配的第四连接件；具体地，图7还示出了一种底板的结构示意图，其中，图7所示的底板也包括两个外表面的设置情况。

具体地，如图3所示的辐射片中的第三连接件301和图7所示的底板中的第四连接件701，其中，本发明实施例中，第三连接件301和第四连接件701分别有四个，为了便于说明，图3和图7中仅仅示出了一个，馈电片与辐射片通过该第一连接件和第三连接件的配合实现电气连接；馈电片与底板则通过第二连接件和第四连接件的配合实现电气连接。由于上述第一连接件和第二连接件均设置成了凸出件的形式，因此，在图3和图7中，与第一连接件匹配的第三连接件，以及，与第二连接件匹配的第四连接件则设置成了过孔的形式。

进一步，本发明实施例中的底板还设置有馈电连接件；其中，该馈电连接件包括用于与外部线缆进行馈电的第一馈电连接件，以及用于与馈电片电气连接的第二馈电连接件。

具体地，以图7所示的底板为例，第一馈电连接件702用于外部线缆连接，例如，外部同轴线缆可以焊接在该第一馈电连接件702进行馈电，即，第一馈电连接件设置成焊盘的形式，并且，第二馈电连接件也可以设置成焊盘的形式，并且，对应的焊盘均通过微带线703连接，使得电磁波可以通过微带线703，再通过第二馈电连接件704，传输给馈电片。其中图7中第四连接件701为底板的通孔，方便馈电片的插入。

进一步，在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种天线系统，该天线系统设置有上述宽频滤波振子。

具体地，以上述图2所示的宽频滤波振子为例，图8示出了一种天线系统的示意图，具体地，图8所示的天线系统实际是上述宽频滤波振子的一种应用场景，包括多个宽频滤波振子800，以及多个辐射单元801，其中，该应用场景中的辐射单元包括高频辐射单元和低频辐射单元，其中。高频辐射单元的工作频段一般为1.4-2.7GHz频段，本发明实施例提供的宽频滤波振子可以设置其工作在690-960MHz频段，在图8所示的应用场景中，高频辐射单元和低频辐射单元嵌套组阵，高频辐射单元进入到宽频滤波振子底部，宽频滤波振子对高频辐射单元的方向图无影响。

进一步，图9～图13，分别示出了一种仿真示意图，具体地，图9、图10、图11、图12、图13为图8所示应用场景中的高频辐射单元和低频辐射单元阵列环境仿真的高频方向图对比，其中，图9～13中，1#状态为纯高频辐射单元时仿真的高频方向图，2#状态为高频辐射单元和低频辐射单元嵌套时仿真的高频方向图，具体地，图9～13分别列举了1.427GHz、1.518GHz、1.83GHz、2.3GHz、2.69GHz 5个频点的方向图对比，通过方向图对比可知，宽频滤波振子中加入低频辐射单元对高频辐射单元的阵列的方向图基本无影响。

进一步，图14为一种仿真的增益图，具体地，图14为图8所示天线系统的阵列方向图纯高频辐射单元仿真的增益，以及，高频辐射单元和低频辐射单元嵌套组阵仿真的增益对比曲线，可以看出，当设置有本发明实施例中的宽频滤波振子时，宽频滤波振子对高频辐射单元的增益影响小于0.5dB。

综上，本发明实施例提供的宽频滤波振子及天线系统，能够对天线系统的低频振子辐射臂添加空间滤波功能，使其接收散射的高频信号非常少或者使其散射的高频信号尽可能小的影响高频方向图，以提高天线系统的辐射性能和通信质量。

本发明实施例提供的天线系统，与上述实施例提供的宽频滤波振子具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的天线系统的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种宽频滤波振子，其特征在于，包括：辐射片、馈电单元和底板；

所述辐射片与所述馈电单元的一端电气连接；所述底板与所述馈电单元的另一端电气连接；

所述辐射片包括介质板，以及设置在所述介质板上的至少一个金属辐射臂；

所述金属辐射臂设置有滤波枝节，通过调整所述滤波枝节的位置和尺寸参数来优化所述宽频滤波振子的宽频空间滤波性能。

2.根据权利要求1所述的宽频滤波振子，其特征在于，所述金属辐射臂的数量为四个，且，四个所述金属辐射臂在所述介质板上按照预设的排列方式设置；

四个所述金属辐射臂之间相互耦合，且，相邻的所述金属辐射臂之间设置有可调节的耦合缝隙。

3.根据权利要求1所述的宽频滤波振子，其特征在于，所述滤波枝节包括第一滤波枝节和第二滤波枝节；其中，所述第一滤波枝节和所述第二滤波枝节为形状不同的滤波枝节；

所述第一滤波枝节和所述第二滤波枝节在所述金属辐射臂的边缘位置按照预设的方式排列。

4.根据权利要求3所述的宽频滤波振子，其特征在于，所述第一滤波枝节为n形滤波枝节；所述第二滤波枝节为T形滤波枝节。

5.根据权利要求1所述的宽频滤波振子，其特征在于，所述馈电单元设置有馈电片，所述馈电片的外表面上设置有金属带线；

所述金属带线用于组成所述馈电片的电气单元；

其中，所述馈电片的电气单元至少包括以下之一：用于馈电和阻抗匹配的微带线、金属地线和弯折线。

6.根据权利要求5所述的宽频滤波振子，其特征在于，所述馈电片的一端设置有第一连接件，所述馈电片的另一端设置有第二连接件；

所述馈电片通过所述第一连接件与所述辐射片电气连接，以及通过所述第二连接件与所述底板电气连接。

7.根据权利要求6所述的宽频滤波振子，其特征在于，所述馈电片包括第一馈电片和第二馈电片，所述第一馈电片和所述第二馈电片呈预设角度组合；

其中，所述第一馈电片设置有第一组合孔，所述第二馈电片设置有与所述第一组合孔匹配的第二组合孔；

所述第一馈电片和所述第二馈电片通过所述第一组合孔和所述第二组合孔呈预设角度组合。

8.根据权利要求6所述的宽频滤波振子，其特征在于，所述辐射片设置有与所述第一连接件匹配的第三连接件，所述底板设置有与所述第二连接件匹配的第四连接件；

所述馈电片与所述辐射片通过所述第一连接件和所述第三连接件的配合实现电气连接；

所述馈电片与所述底板通过所述第二连接件和所述第四连接件的配合实现电气连接。

9.根据权利要求1所述的宽频滤波振子，其特征在于，所述底板设置有馈电连接件；

所述馈电连接件包括用于与外部线缆进行馈电的第一馈电连接件，以及用于与所述馈电片电气连接的第二馈电连接件。

10.一种天线系统，其特征在于，所述天线系统设置有权利要求1～9任一项所述的宽频滤波振子。

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