CN113471666B - 一种多频透射基站天线及通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多频透射基站天线，包括一个低频天线单元和多个高频天线单元，所述多个高频天线单元嵌套分布设置于所述低频天线单元内，所述低频天线单元包括开有周期谐振缝隙的辐射体。与现有技术相比，本发明具有体积小、可实现多频段共址共存等优点。

Description

一种多频透射基站天线及通信系统

技术领域

本发明属于移动通信基站天线技术领域，尤其是涉及一种多频透射基站天线及通信系统。

背景技术

无线通信是以电磁波为载体在空间进行信息交换的通信方式。从20世纪70年代出现的第一代模拟蜂窝网移动通信系统(1G)，到使用了数字技术的第二代移动通信系统(2G)，再到使用了数字蜂窝移动通信技术的3G以及使用LET技术的4G移动通信系统，经过几十年的发展最终迎来了5G时代。第五代移动通信(5G)于2019年底正式商用，4G与5G移动融合通信正在成为主流的商用通信工具。

无线通信技术的跨越式发展也推动了基站天线的发展，尤其是随着用户数量的猛烈增长和站址资源的稀缺，移动通信系统对基站天线频谱利用率和空间利用率的要求逐渐提高，多系统共站、多系统共天线的问题相应地提了出来。如专利申请CN112542704A公开一种适用于2/3/4/5G通信的高度集成的双极化基站阵列天线，包括介质基板，介质基板的正面是反射面，在反射面上有n×n个低频阵子天线单元和N×N个高频阵子天线单元，具有宽频带，双频段，高度集成的特点，但还存在频段适用范围较窄、跨频带散射场处理不够的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多频透射基站天线及通信系统，能够解决有限空间内集成多个不同频段的基站天线时面临的跨频带散射问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多频透射基站天线，包括一个低频天线单元和多个高频天线单元，所述多个高频天线单元嵌套分布设置于所述低频天线单元内，所述低频天线单元包括开有周期谐振缝隙的辐射体，其中，所述高频天线单元的频率高于低频天线单元的频率。

进一步地，所述低频天线单元还包括第一介质基板、第二介质基板、金属反射板、馈电结构和馈电网络，所述辐射体印制在所述第一介质基板的上表面，所述馈电网络印制在所述第二介质基板的下表面，所述金属反射板设置于第二介质基板中，所述馈电结构分别连接辐射体和馈电网络，所述第一介质基板和第二介质基板间形成设置所述多个高频天线单元的空间。

进一步地，所述辐射体为环形辐射贴片。

进一步地，所述馈电结构为多个分布于所述辐射体边缘的T型垂直单极子馈电结构。

进一步地，所述第二介质基板设置两层，两层中间设置所述金属反射板。

进一步地，所述辐射体上加载有射频集总元件。

进一步地，所述射频集总元件设有多个，分布设置于辐射体上。

进一步地，所述高频天线单元为正交巴伦组馈电的交叉偶极子双极化天线。

进一步地，该天线还包括中频天线单元，嵌套设置于所述低频天线单元内，该中频天线单元的频率介于高频天线单元的频率和低频天线单元的频率之间。

本发明还提供一种多制式通信系统，包括所述的多频透射基站天线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的低频天线单元以外的其他频段天线单元固定于介质基板上，且嵌套于低频天线单元内部，可以有效解决宽频带、多频段共址共存、小型化以及低成本的问题。

2、高频天线单元工作时，会在低频天线单元的辐射体上产生高频感应电流，感应电流产生的不规则散射场将会与高频天线单元自身的辐射场叠加，造成高频方向图畸变，本发明低频天线单元的辐射体上开有周期缝隙结构，高频天线单元在其上的感应电流主要在缝隙周围呈反方向分布，产生的散射场可以相互抵消，从而保持高频天线单元自身辐射方向图稳定，有效解决有限空间内集成多个不同频段的基站天线时面临的跨频带散射问题。

3、本发明采用T型垂直单极子馈电结构，设置于辐射体边缘，边缘馈电方式可以为放置其他频段天线留出空间，以此达到小型化目的。

4、本发明采用环形辐射贴片，方便为放置其他频段天线留出空间。

5、本发明辐射体上面加载有射频集总元件，可以有效地改善在低剖面情况下低频天线单元的阻抗匹配。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多频透射基站天线结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多频透射基站天线顶面示意图；

图3为本发明实施例提供的多频透射基站天线的低频天线单元馈电网络意图；

图4为本发明实施例提供的多频透射基站天线的高频天线单元主视图；

图5为本发明专利实施例提供的多频透射基站天线的高频天线单元立体图；

图6为本发明实施例提供的多频透射基站天线的低频天线单元在高频处的增益曲线；

图7为本发明实施例提供的多频透射基站天线的高频+45°极化方向图，包括低频+高频共存和只有高频两种情况；

图8为本发明实施例提供的多频透射基站天线的高频-45°极化方向图，包括低频+高频共存和只有高频两种情况；

图9为本发明实施例提供的多频透射基站天线的高频二元阵方向图。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

参考图1所示，本实施例提供一种多频透射基站天线，包括一个低频天线单元1和四个高频天线单元2-1～2-4，四个高频天线单元2-1～2-4，四个高频天线单元2-1～2-4嵌套分布设置于所述低频天线单元1内，有效减小体积。其中，高频天线单元的频率高于低频天线单元的频率，四个高频天线单元可为不同频率的天线单元。本实施例中，低频天线单元的频率为690MHz～960MHz，高频天线单元为3.3GHz～3.6GHz。

参考图1-图3所示，低频天线单元包括辐射体1-1、第一介质基板4-3、第二介质基板、金属反射板3、馈电结构1-2和馈电网络5，本实施例中，第二介质基板包括上层基板4-1和下层基板4-2两层，辐射体1-1印制在第一介质基板4-3的上表面，馈电网络5印制在下层基板4-2的下表面，金属反射板3设置于上层基板4-1和下层基板4-2之间，馈电结构1-2分别连接辐射体1-1和馈电网络5，第一介质基板4-1和第二介质基板间形成设置高频天线单元的空间，上层基板4-1用于固定高频天线单元2-1～2-4。

辐射体1-1上面开有周期谐振缝隙6，周期谐振缝隙6可以在高频处产生谐振，使得所述低频天线单元的辐射体1-1上面的高频感应电流在所述周期谐振缝隙6的周围程反向分布，反向寄生电流的寄生辐射反相抵消，以此来减小对高频天线单元的散射(寄生辐射)。所述周期谐振缝隙6中，每个缝隙的总长度约为高频天线单元对应中心频率的二分之一个波长。

本实施例中，辐射体1-1为环形辐射贴片。馈电结构1-2为多个分布于辐射体边缘的T型垂直单极子馈电结构。环形辐射贴片通过所述用于边缘馈电的T型垂直单极子馈电结构进行电磁耦合馈电，边缘馈电方式和环形辐射贴片可以为放置其他频段天线留出空间，以此达到小型化目的。T型垂直单极子馈电结构包含三段不同半径值的圆柱体，通过调节圆柱体的半径可以调整所述低频天线单元1的回波损耗。

馈电网络5印制在介质基板4-2的下表面，通过圆形焊盘连接到所述T型馈电结构1-2上，对低频天线单元进行馈电。

在优选的实施方式中，辐射体1-1上加载有射频集总元件7。本实施例中，射频集总元件7设有四个，以对称位置还加载于环形辐射贴片上。加载射频集总元件7可以有效的改善在低剖面情况下(0.1λ@690MHz)低频天线单元的阻抗匹配(回波损耗)。

本实施例中，低频天线单元1的高度仅为0.1λ(λ为690MHz所对应的自由空间中波长)，环形辐射贴片以及边缘馈电结构将预留出一定的空间，用于在中间放置其他频段的天线(如1710MHz～2690MHz和3.3GHz～3.6GHz，但不限于此)，此外，在该高度下其他频段(如1710MHz～2690MHz，但不限于此)天线的辐射体可以和低频天线单元的环形辐射贴片印制在同一块介质板上，从而达到小型化和降低成本的目的。低频天线单元的环形辐射贴片上开有周期谐振缝隙结构，用于抑制高频(如3.3GHz～3.6GHz，但不限于此)的感应电流，从而减小跨频带散射对高频天线辐射方向图造成的畸变。

如图4和图5所示，所述高频天线单元2-1～2-4，采用的是正交巴伦组馈电的交叉偶极子双极化天线，包括辐射臂8和馈电巴伦9。

如图6所示，低频天线单元1在高频处的带内增益全在0dB以下，不能在高频处产生有效辐射。

如图7和图8所示，在低频天线单元1和高频单元2-1～2-4共存以及只有高频天线单元2-1～2-4两种情况下，高频天线单元的辐射方向图基本保持一致。

如图9所示，所提供的多频基站天线的高频二元阵方向图保持良好。

实施例2

本实施例提供一种多制式通信系统，包括如实施例1所述的多频透射基站天线。

需要说明的是，本实施列提供的只是许多多频透射基站天线实施例中的其中一种。该多频透射基站天线还可以在所述四个高频天线单元2-1～2-4中嵌入可以对高频天线单元2-1～2-4辐射电磁波实现透射的中频天线单元，来组成集成度更高的多频透射基站天线，且中频天线单元的辐射体可以与低频天线单元的辐射体印制在同一块介质基板4-3上面。此外，所述低频单元的辐射贴片采用的是环形辐射贴片，但不限于某一具体形状，例如方环、圆环、八边形环及各种多边形都属于本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种多频透射基站天线，其特征在于，包括一个低频天线单元和多个高频天线单元，所述多个高频天线单元嵌套分布设置于所述低频天线单元内，所述低频天线单元包括开有周期谐振缝隙的辐射体，该周期谐振缝隙在高频处产生谐振，使得所述低频天线单元的辐射体上的高频感应电流在所述周期谐振缝隙的周围程反向分布，反向寄生电流的寄生辐射反相抵消；

所述低频天线单元还包括第一介质基板、第二介质基板、金属反射板、馈电结构和馈电网络，所述辐射体印制在所述第一介质基板的上表面，所述馈电网络印制在所述第二介质基板的下表面，所述金属反射板设置于第二介质基板中，所述馈电结构分别连接辐射体和馈电网络，所述第一介质基板和第二介质基板间形成设置所述多个高频天线单元的空间，所述辐射体为环形辐射贴片。

2.根据权利要求1所述的多频透射基站天线，其特征在于，所述馈电结构为多个分布于所述辐射体边缘的T型垂直单极子馈电结构。

3.根据权利要求1所述的多频透射基站天线，其特征在于，所述第二介质基板设置两层，两层中间设置所述金属反射板。

4.根据权利要求1所述的多频透射基站天线，其特征在于，所述辐射体上加载有射频集总元件。

5.根据权利要求4所述的多频透射基站天线，其特征在于，所述射频集总元件设有多个，分布设置于辐射体上。

6.根据权利要求1所述的多频透射基站天线，其特征在于，所述高频天线单元为正交巴伦组馈电的交叉偶极子双极化天线。

7.根据权利要求1所述的多频透射基站天线，其特征在于，还包括中频天线单元，嵌套设置于所述低频天线单元内。

8.一种多制式通信系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一所述的多频透射基站天线。

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