CN113471667A - 一种用于移动通信5g小基站人造介质透镜天线和制造方法 - Google Patents

一种用于移动通信5g小基站人造介质透镜天线和制造方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于5G小基站人造介质透镜天线和制造方法，所述天线，包括5G小基站设备、底板、辐射单元、人造介质透镜和外罩；将双辐射单元和底板固定在5G小基站设备的模块上面，再在辐射单元上面固定一个人造介质透镜，再外面加盖一层外罩即可，通过人造介质透镜把宽波束低增益的天线变成一个窄波束高增益的介质透镜天线，可把原有的天线增益提高3‑5dBi。本发明用于5G小基站人造介质透镜天线增益较高，覆盖距离较远，天线可实现小型化，同时且有良好的电气性能，天线安装方便，节约了天线整体的空间，降低了成本。

Description

一种用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线和制造方法
技术领域
本申请涉及无线电天线领域，尤其涉及一种用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线及制造方法。
背景技术
移动通信5G将给用户带来全新的体验，它拥有比4G快十倍的传输速率。天线是通信系统的信号收发装置，5G时代对天线系统提出了新的要求。对于基站而言，天线设计的一大原则就是高增益小型化。
目前应用的基站天线主要采用偶极子振子天线技术为主，它有固有的缺点，偶极子振子天线的尺寸与工作波长成正比，因此天线整体笨重、高度高、体积较大、占用空间大、制造成本高、制作复杂。另外，偶极子振子天线增益通常较低。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种小型化5G小基站天线。由于5G小基站体积小，重量轻，安装天线的区域比较小，常规天线增益太低，覆盖距离很小，这在一定程度上限定了5G信号的发射范围，而为了解决发射范围小的问题则必须额外增加基站数量，这种方式造成基站天线高成本。本申请旨在解决这个问题。
发明内容
为实现上述目的，本申请实施例提供一种用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线和制造方法。
本发明的思路就是把5G小基站和人造介质透镜天线进行一体化设计，从结构上采取了一种分离式装配的方式，把5G小基站设备和人造介质透镜天线组装成一个整体，用一个整体的设备来使用。其整体设备包括5G小基站设备包括5G小基站设备、底板、双极化阵子单元、人造介质圆柱形或球形透镜和外罩。其主要特征就是通过一个人造介质圆柱形、椭圆柱形或球形介质透镜把宽波束低增益的天线变成一个窄波束高增益的介质透镜天线。
本申请还提出制造用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线的方法，将双极化阵子单元和底板固定在5G小基站设备的模块上面，再在双极化阵子单元上面固定一个人造介质圆柱形、椭圆柱形或球形介质透镜，再外面加盖一层外罩即可。
所述人造介质透镜的制成方法，是在单面胶泡棉基材上，黏连高介电常数颗粒材料，然后卷或压制成圆柱体、椭圆柱体或球体。各层的等效介电常数相同、不同或渐变。当渐变时，制成的人造介质透镜的等效介电常数从中心到表面按减小分布。等效介电常数在1.0<ε<2.0。
在设计和制造本申请的天线时，将初制的圆柱体、椭圆柱体或球体透镜与辐射单元结合，在测量天线性能的微波暗室检验，测试天线的增益、方向图、各项电指标和重量，并与预定值比较。调整人造介质透镜中各层的介电常数值或透镜尺寸，直至天线性能指标符合设计要求。
本申请具有如下优点：
本申请的目的载于克服现有技术中的不足，提供一种高增益、结构简单、稳定性和一致性好的5G小基站人造介质透镜天线，将小基站和人造介质透镜天线结合，提高原有天线的增益，可以把站间距扩大，很大的解决安装工程量和安装难度，同时也让人容易接受少量天线对周边环境的改变。
本申请是对5G小基站和人造介质透镜天线进行一体化设计，天线增益提高3-5dBi，覆盖距离较远，天线可实现小型化，同时且有良好的电气指标性能。
本申请由于通过一体化设计思路，结构紧凑简单美观，整体设备安装方便，降低了成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请5G小基站人造介质透镜天线的整体结构示意图；
图2是本申请天线的天线罩剖面图；
图3是在f＝2675MHz的实测V、H面方向图；
图4是在f＝3350MHz的实测V、H面方向图；
图5是在f＝4900MHz的实测V、H面方向图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
参照图1和图2，本申请公开了一种用于5G小基站的人造介质透镜天线，包括5G小基站设备1、底板2、辐射单元3、人造介质透镜4和外罩5；是将双极化阵子单元和底板固定在5G小基站设备的模块上面，再在双极化阵子单元上面固定一个人造介质透镜，再在外面加盖一层外罩即可，其主要特征就是通过一个人造介质透镜把宽波束低增益的天线变成一个窄波束高增益的介质透镜天线。可以把原有的天线增益提高3-5dBi。
5G小基站设备射频部分包含基带处理单元(BBU)和射频处理单元(RRU)。
优选地，所述辐射单元使用双极化振子单元；底板，固定所述辐射单元，例如就是固定双极化阵子单元的底板，优选地，所述底板构成一金属反射体。
双极化阵子单元是通过天线频率波长设计的可以发射电磁波信号的阵子单元。
外罩是一个近似圆形的一个不规则体将5G小基站用的人造介质透镜天线保护起来。5G小基站设备与外罩可以是通过螺丝连接。
所述人造介质透镜是根据天线工作频段设计的一种人造介质圆柱形、椭圆柱形或球形透镜，其截面径向尺寸是所述天线的工作波长的0.8-2倍之间。
在移动通信系统中，天线是将射频信号转换成无线电磁波信号的转换器，之前常规天线要想提高增益，就需要组成天线阵列。通过增加辐射单元方式组成天线阵列，辐射单元数增加一倍，天线增益才可以提高3dB，这样天线体积就比较大。因此，常规的小基站天线增益很低，只有2-8dBi。天线增益低，基站设备覆盖距离就缩小。
本申请就是把5G小基站和人造介质透镜天线结合起来，通过人造介质透镜来提高天线增益，通过一个人造介质圆柱形、椭圆柱形或球形透镜把宽波束低增益的天线变成一个窄波束高增益的介质透镜天线，使将原来的天线增益提高到12dBi，有效地增加原有的覆盖距离。
制造所述用于5G小基站的人造介质透镜天线所用方法就是将双极化阵子单元和底板固定在5G小基站设备的模块上面，再在辐射单元上面固定一个人造介质透镜，所述辐射单元离人造介质透镜之间的距离为5-50mm，是通过双极化阵子单元和人造介质透镜的焦距来确定的，再在外面加盖一层外罩即可，其主要特征就是通过一个人造介质圆柱形、椭圆柱形或球形介质透镜把宽波束低增益的天线变成一个窄波束高增益的介质透镜天线。
所述人造介质透镜的制成方法，例如，在宽度为10-10000mm,厚度为0<t<10mm的低介电常数(1.0<ε<2.0)单面胶泡棉基材上，黏连高介电常数(1.0<ε≤3.0)颗粒材料，然后卷或压制成直径为D的n层圆柱体、椭圆柱体或球体。各层的等效介电常数相同、不同或渐变。当渐变时，制成的人造介质透镜的等效介电常数从中心到表面按减小分布。这样制成的人工介质透镜重量轻、适用频率宽。以上介电常数均指相对介电常数。
其中，所使用的基材为轻型发泡介质材料，例如为聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚氨酯或聚氯乙烯中的一种或几种，所述轻型发泡介质材料密度为0.01-0.1g/cm3。
其中，所使用的高介电常数颗粒材料，例如可以是金属粉、陶瓷粉、印刷导电线或绝缘扁金属线中的一种或几种。
在设计和制造本申请的天线时，将初制的圆柱体、椭圆柱体或球体透镜与辐射单元结合，在测量天线性能的微波暗室检验，测试天线的增益、方向图、各项电指标和重量，并与预定值比较。调整人造介质透镜中各层的介电常数值或透镜尺寸，直至符合设计要求。
优选地，还可以调整所述人造介质透镜和所述辐射单元之间的距离，和/或，调整所述辐射单元和所述底板之间的距离，使测试的增益、方向图趋向预定值。
本申请的效果可通过以下实测图像进一步说明：
图3、图4和图5是对本发明由不同频率的5G小基站人造介质透镜天线在1710-2690MHz、3300-3600MHz和4800-5000MHz频段内，电压驻波比VSWR≤1.5的条件下测试的方向图。
从图3可见，在f＝2675MHz的实测V、H面方向图，这个频率点本发明在垂直面和水平面方向图。
从图4可见，在f＝3350MHz的实测V、H面方向图，这个频率点本发明在垂直面和水平面方向图。
从图5可见，在f＝4900MHz的实测V、H面方向图，这个频率点本发明在垂直面和水平面方向图。
综上，本发明的天线电气指标都优于目前所使用的普通天线指标。该天线能够在水平和垂直100°范围内实现覆盖，可用于频率范围是1710-2690MHz、3300-3600MHz和4800-5000MHz的移动通信网络频率系统。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线，其特征在于，包括5G小基站设备、底板、辐射单元、人造介质透镜和外罩；将双极化阵子单元和底板固定在5G小基站设备的模块上面，再在双极化阵子单元上面固定一个人造介质透镜，外面加盖一层外罩。
2.如权利要求1所述用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线，其特征在于，所述辐射单元使用双极化振子单元。
3.如权利要求1所述用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线，其特征在于，所述底板构成一金属反射体。
4.如权利要求1所述用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线，其特征在于，所述人造介质透镜是圆柱形、椭圆柱形或球形透镜。
5.如权利要求1所述用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线，其特征在于，所述人造介质透镜截面径向尺寸是所述天线的工作波长的0.8-2倍之间。
6.如权利要求1所述用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线，其特征在于，所述辐射单元离人造介质圆柱形、椭圆柱形或球形介质透镜之间的距离为5-50mm。
7.一种用于移动通信5G小基站人造介质透镜天线的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：将辐射单元和底板固定在5G小基站设备的模块上面；再在双极化阵子单元上面固定一个人造介质透镜；再在外面加盖一层外罩。
8.如权利要求7所述方法，其特征在于，还包含以下步骤：
所述人造介质透镜的制成方法，是在单面胶泡棉基材上，黏连高介电常数颗粒材料，然后卷或压制成圆柱体、椭圆柱体或球体；各层的等效介电常数相同、不同或渐变；当渐变时，制成的人造介质透镜的等效介电常数从中心到表面按减小分布。
9.如权利要求7所述方法，其特征在于，还包含以下步骤：
将初制的圆柱体、椭圆柱体或球体透镜与辐射单元结合，在测量天线性能的微波暗室检验，测试天线的增益、方向图、各项电指标和重量，并与预定值比较；调整人造介质透镜中各层的介电常数值或透镜尺寸，直至符合设计要求。
10.如权利要求7所述方法，其特征在于，还包含以下步骤：
调整所述人造介质透镜和辐射单元之间的距离，使测试的增益、方向图趋向预定值。
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