CN113839182A - 一种天线及基站 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种天线及基站，其中，所述天线包括：辐射贴片101、接地寄生单元102、金属地103、接地贴片104、馈电金属片105和馈电线106；所述接地寄生单元102具有贯穿所述接地寄生单元102的中空结构，所述辐射贴片101固定于所述中空结构内，且所述辐射贴片101与所述接地寄生单元102之间形成环状间隙；所述接地寄生单元102通过接地贴片104与所述金属地103连接；所述辐射贴片101通过馈电金属片105与馈电线106连接。本申请可以通过不同宽度的环状间隙的电容耦合性实现天线的带宽调整，有助于降低天线的高度。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种天线及基站。
背景技术
在移动通信技术领域中，为了实现更广、更深的网络覆盖，除了可以采用传统的宏基站外，还可以采用一体化的小型基站，例如，微基站和皮基站。其中，皮基站主要用于室内，从而要求皮基站的尺寸较小。
现有技术中，皮基站的天线主要包括两种：MA(Monopole Antenna，单极子天线)和PIFA(Planar Inverted-F Antenna，平面倒F天线)。其中，MA较高、带宽比较小，PIFA可以通过增大天线的高度增大天线的带宽，导致带宽较大的天线较高。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请以便提供解决上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种天线及基站。
依据本申请的第一方面，提供了一种天线，包括：
辐射贴片、接地寄生单元、金属地、接地贴片、馈电金属片和馈电线，所述辐射贴片和所述接地寄生单元为金属材质；
所述接地寄生单元具有贯穿所述接地寄生单元的中空结构，所述辐射贴片固定于所述中空结构内，且所述辐射贴片与所述接地寄生单元之间形成环状间隙；
所述接地寄生单元通过所述接地贴片与所述金属地连接；
所述辐射贴片通过所述馈电金属片与馈电线连接。
可选地，所述接地贴片包括在所述接地寄生单元上的连接位置相对设置的至少两对所述接地贴片，且每个接地贴片均匀分布在所述接地寄生单元的四周的中间位置。
可选地，所述接地寄生单元和所述辐射贴片均为片状结构，所述接地寄生单元和所述辐射贴片位于同一平面。
可选地，所述片状结构辐射贴片和所述接地寄生单元为相同形状的片状结构，所述辐射贴片的中心和所述接地寄生单元的中心重合。
可选地，所述片状结构以所述中心对称。
可选地，所述辐射贴片和所述接地寄生单元的厚度一致。
可选地，所述辐射贴片通过固定装置固定于所述中空结构内，所述固定装置采用电绝缘材料制成。
可选地，所述固定装置为板状结构。
可选地，所述固定装置为FR4材质。
依据本申请的第二方面，提供了一种基站，包括前述的天线。
本申请实施例具有如下优点：
根据本申请的一种天线及基站，所述天线包括：辐射贴片、接地寄生单元、金属地、接地贴片、馈电金属片和馈电线，所述辐射贴片和所述接地寄生单元为金属材质；所述接地寄生单元具有贯穿所述接地寄生单元的中空结构，所述辐射贴片固定于所述中空结构内，且所述辐射贴片与所述接地寄生单元之间形成环状间隙；所述接地寄生单元通过所述接地贴片与所述金属地连接；所述辐射贴片通过所述馈电金属片与馈电线连接。本申请可以通过不同宽度的环状间隙的电容耦合性实现天线的带宽调整，有助于降低天线的高度。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本申请的天线的结构主视图；
图2示出了本申请的天线的结构俯视图；
图3示出了本申请的天线在俯视图中的尺寸；
图4示出了本申请的天线在主视图中的尺寸；
图5示出了本申请的天线的反射系数S11与频率之间的关系曲线图；
图6示出了本申请的天线在XOZ面上的二维辐射方向图；
图7示出了本申请的天线在YOZ面上的二维辐射方向图；
图8示出了本申请的天线在XOY面上的二维辐射方向图；
图9示出了本申请的天线在1.8GHz频率下的二维方向图增益分布图；
图10示出了本申请的天线在2.12GHz频率下的二维方向图增益分布图；
图11示出了本申请的天线在2.35GHz频率下的二维方向图增益分布图；
图12示出了本申请的天线在2.6GHz频率下的二维方向图增益分布图；
图13示出了本申请的基站的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图1，示出了本申请的天线的结构主视图，包括：
辐射贴片101、接地寄生单元102、金属地103、接地贴片104、馈电金属片105和馈电线106；所述接地寄生单元102具有贯穿所述接地寄生单元102的中空结构，所述辐射贴片101固定于所述中空结构内，且所述辐射贴片101与所述接地寄生单元102之间形成环状间隙；所述接地寄生单元102通过接地贴片104与所述金属地103连接；所述辐射贴片101通过馈电金属片105与馈电线106连接。
其中，馈电线106的一端连接馈电金属片105，另一端连接设备，以实现天线和设备的连接，设备可以通过天线接收无线信号或发送无线信号。常用的馈电线106的电阻为50欧姆，馈电金属片105的尺寸可以为长37毫米、宽37毫米、厚度10毫米。
本申请的辐射贴片101和接地寄生单元102构成环状间隙，从而可以通过不同宽度的环状间隙的电容耦合性实现天线带宽的调整。具体地，在将环状间隙的宽度调大时，天线带宽增大；在将环状间隙的宽度调小时，天线带宽减小。其中，天线带宽是天线的频带的宽度，天线的频带由若干连续的频率构成。
可以理解的是，可以通过调整辐射贴片101的尺寸和/或接地寄生单元102的尺寸，实现上述环状间隙的宽度的调整，这里的尺寸包括长度和/或宽度。
在实际应用中，在调整辐射贴片101的尺寸和/或接地寄生单元102的尺寸之后，不仅带宽可能会发生变化，天线的频带中包含的频率也可能随之变化。具体地，在辐射贴片101的尺寸和/或接地寄生单元102的尺寸增大时，天线的频带中包含的频率会减小，可以理解为天线的频带向低频率方向移动；在辐射贴片101的尺寸和/或接地寄生单元102的尺寸减小时，天线的频带中包含的频率会增大，可以理解为天线的频带向高频率方向移动。
本申请对皮基站常用的传统MA进行改进得到天线，传统的MA高度较大，在天线高度一定的情况下，MA的带宽一定。本申请的天线通过调整辐射贴片101的尺寸和/或接地寄生单元102的尺寸实现天线的带宽调整，不会噪声天线高度的增加，从而比传统的MA高度更小，且在相同剖面结构下，带宽比传统MA的带宽大。
此外，对于皮基站常用的另一种天线PIFA，PIFA的尺寸较小，但若要增加PIFA的带宽，则需要增加PIFA的高度，但皮基站通常用于室内覆盖，从而其对天线高度有严格的限制，导致无法通过增大高度实现带宽的增加，并且PIFA对周围环境比较敏感，在环境的干扰较大时，辐射特性和全向性容易受到影响。而本申请是基于传统的MA进行改进得到的，属于MA天线，从而其并不存在对周围环境敏感的问题，且本申请通过调整辐射贴片101和接地寄生单元102的尺寸调整天线的带宽，而并不会引起天线高度的增大。
本本申请的天线可以称为小型化低剖面宽频PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)耦合天线，工作频段为1710～2675MHz，相对带宽可达44％，剖面高度仅为10mm，约0.05倍波长(以1500MHz为参考频点)。
最后，由于本申请通过环状间隙调整带宽，其只需要形成一个环状间隙即可，从而本申请的天线结构也较简单。
可选地，所述接地贴片104包括在所述接地寄生单元102上的连接位置相对设置的至少两对所述接地贴片104，且每个接地贴片104均匀分布在所述接地寄生单元102的四周的中间位置。
可以理解，接地贴片104存在至少两对，表示接地贴片104存在至少四个，每个接地贴片104的一端与接地寄生单元102连接，另一端与金属地103连接，从而至少四个接地贴片104可以在接地寄生单元102上对应有至少四个连接位置，这至少四个连接位置可以均匀分布在不同方向上，例如，接地寄生单元的四周的中间位置，以使得覆盖的方向较全，可以保证天线的全向性较好。
可选地，所述接地寄生单元102和所述辐射贴片101均为片状结构，所述接地寄生单元102和所述辐射贴片101位于同一平面。
其中，片状结构是指厚度小于预设厚度阈值的结构，可以理解，片状结构是较薄的结构，片状结构可以为任意形状，包括：矩形、菱形、圆形等。接地寄生单元102的形状和辐射贴片101的形状可以对应同一形状，以使得各个辐射贴片101和接地寄生单元102之间的距离在不同位置是均匀的，例如，若接地寄生单元102为带有中空结构的矩形(可称为第一矩形)，则辐射贴片101可以为位于中空结构内的矩形(可称为第二矩形)，第一矩形的尺寸大于第二矩形的尺寸。
本申请可以将接地寄生单元102和辐射贴片101设置于同一平面，以使接地寄生单元102的尺寸和辐射贴片101的尺寸对天线的带宽影响较大，如此可以实现通过接地寄生单元102的尺寸和辐射贴片101的尺寸尽可能的调整天线的带宽。可以理解，如果接地寄生单元102的尺寸和辐射贴片101的尺寸对天线的带宽影响不大，那么调整接地寄生单元102的尺寸和辐射贴片101的尺寸，使得带宽的变化较小，甚至带宽不变化，如此无法实现对带宽的调整。
可选地，所述辐射贴片101和所述接地寄生单元102为相同形状的片状结构，所述辐射贴片101的中心和所述接地寄生单元102的中心重合。
可以理解的是，当辐射贴片101和接地寄生单元102为相同形状的片状结构，且辐射贴片101的中心和所述接地寄生单元102的中心重合时，环状间隙的宽度是均匀的，环状间隙在各个方向的宽度是一致的，从而可以使得天线在各个方向上的带宽是一致的。
在实际应用中，如下尺寸会影响天线的性能：接地寄生单元102和辐射贴片101之间的距离、接地寄生单元102的外侧长度、辐射贴片101的外侧长度、接地寄生单元102和金属地103之间的距离、馈电金属片105的长度。
其中，接地寄生单元102和辐射贴片101之间的距离可以是环状间隙的宽度，如图3所示的W1。由于接地寄生单元102具有贯穿接地寄生单元102的中空结构，从而接地寄生单元102具有内侧长度和外侧长度，内侧长度可以是中空结构的长度，如图3所示的W4，接地寄生单元102的外侧长度是接地寄生单元102最外侧的长度，如图3所示的W3。由于辐射贴片101不具有中空结构，从而辐射贴片101的外侧长度也就是辐射贴片101的长度，如图3所示的W2。
实验证明，接地寄生单元102和辐射贴片101之间的距离为4毫米、接地寄生单元102的外侧长度为37毫米、辐射贴片101的外侧长度为5毫米、接地寄生单元102和金属地103之间的距离为10毫米、馈电金属片105的长度为8毫米时，天线的性能较好。
在实际应用中，由于工艺的精度性问题，接地寄生单元102和辐射贴片101之间的距离可能在4毫米左右浮动；接地寄生单元102的外侧长度可能在37毫米左右浮动；辐射贴片101的外侧长度可能在5毫米左右浮动；接地寄生单元102和金属地103之间的距离可能在10毫米左右浮动；馈电金属片105的长度可能在8毫米左右浮动。
可选地，所述片状结构以所述中心对称。
其中，中心对称具有如下特征：以该结构的一个位置为中心进行旋转180°，旋转后的结构与旋转前的结构重合，该位置称为中心对称位置。例如，片状结构可以为正方形、圆形、椭圆形等。
本申请可以通过中心对称结构实现相反方向上的相同辐射，避免不同方向上的辐射差距较大。
可选地，所述辐射贴片101的厚度和所述接地寄生单元102的厚度一致。
具体地，辐射贴片101和接地寄生单元102的厚度相同或接近相同的情况下，又由于辐射贴片101和接地寄生单元102位于同一平面，从而辐射贴片101和接地寄生单元102可以准确的形成环状间隙，避免辐射贴片101的部分结构不存在对应的接地寄生单元102，或，接地寄生单元102的部分结构不存在对应的辐射贴片101，从而不会存在无法形成环状间隙的部分结构，可以实现完整的环状间隙，提高了对天线带宽的调整准确度。
可选地，所述辐射贴片101通过固定装置固定于所述中空结构内，所述固定装置采用电绝缘材质制成。
其中，固定装置可以采用电绝缘的材质，从而可以防止固定装置对天线的辐射造成影响，有助于提高天线的性能。
可选地，所述固定装置为板状结构。
其中，板状结构可以称为介质板，从而可以将辐射贴片和接地寄生单元均固定于介质板上，并且辐射贴片位于接地寄生单元的中空结构内，如此既能方便固定辐射贴片和接地寄生单元，又可以减小固定装置的重量，进而减小天线的重量。
板状结构的厚度也可以影响天线的性能，根据实验证明，板状结构的厚度为1.6毫米时天线的性能较好。在实际应用中，板状结构的厚度可以在1.6毫米左右浮动。
如图3所示的本申请的天线在俯视图中的尺寸，接地寄生单元102的外侧长度为W3，接地寄生单元102和辐射贴片101之间的距离为W1(可称为环状间隙的宽度)，辐射贴片101的长度为W2，如图4所示的本申请的天线在主视图中的尺寸，固定装置107的厚度为H1，接地寄生单元102与金属地103之间的距离为H3，馈电金属片105的长度为H2，本申请在W3＝37毫米，W1＝4毫米，W2＝5毫米，H3＝10毫米，H1＝1.6毫米，H2＝8毫米的情况下对天线的性能进行了仿真实验，如图5所示的天线的反射系数S11与频率之间的关系曲线图，反射系数越小代表天线的性能越好，可以看出，在1710MHz至2675MHz的频率范围内，S11＜-10dB，天线的性能较好。
如图6所示的本申请的天线在XOZ面上的二维辐射方向图，可以看出，在XOZ面上，天线在0至360°各个方向上的增益相当，从而天线在XOZ面上具有全向性。如图7所示的YOZ面的二维辐射方向图，可以看出，在YOZ面上，天线在0至360°各个方向上的增益相当，从而天线在YOZ面上具有全向性。如图8所示的XOY面的二维辐射方向图，可以看出，在XOY面上，天线在0至360°各个方向上的增益相当，从而天线在XOY面上具有全向性。
如图9至12分别所示的本申请的天线在2.6GHz频率、2.12GHz频率、2.35GHz频率和2.6GHz频率下的二维方向图增益分布图，可以看出，天线在0至360°的增益基本相当。
可选地，所述固定装置为FR4材质。
可以理解，除固定装置为FR4材质之外，其余结构的材质均为金属。由于FR4材质和金属的成本均较低廉，从而可以有效降低天线的成本。
本申请提供了一种天线，包括：辐射贴片101、接地寄生单元102、金属地103、接地贴片104、馈电金属片105和馈电线106，所述辐射贴片101和所述接地寄生单元102为金属材质；所述接地寄生单元102具有贯穿所述接地寄生单元102的中空结构，所述辐射贴片101固定于所述中空结构内，且所述辐射贴片101与所述接地寄生单元102之间形成环状间隙；所述接地寄生单元102通过所述接地贴片104与所述金属地103连接；所述辐射贴片101通过所述馈电金属片105与馈电线106连接。本申请可以通过不同宽度的环状间隙的电容耦合性实现天线的带宽调整，有助于降低天线的高度。
本申请实施例还提供了一种包括前述天线的基站，具体地，基站可以包括一个或多个天线，如图13所示，基站中包括4个天线201，4个天线201固定于反射板205上，反射板205位于基站的屏蔽腔中，基站的外罩202与基站的金属外壳203相扣，以将天线201封装在基站中，此外，基站的金属外壳203上还设置有散射尺204，以提高基站的散射性能。
可以理解的是，基站中包含的天线数目可以根据实际应用场景设定，本申请实施例对其不加以限制。具体地，在用户数量比较多的区域，可以采用较多数量的天线；在用户数量比较少的区域，可以采用较少数量的天线。
此外，天线201可以根据数目均匀分布于反射板205上，本申请对天线201的位置并不进行限制。如图13所示，4个天线201可以均匀分布于反射板205的四个位置上。
当然，基站出上述可看到的结构之外，基站还存在逻辑单元，例如，射频模块、基带模块，基带模块主要完成基带的调制与解调、无线资源的分配、呼叫处理、功率控制与软切换等功能，射频模块主要完成空中射频信道和基带数字信道之间的转换、以及射频信道的放大、收发等功能。
本申请可以通过不同宽度的环状间隙的电容耦合性实现天线的带宽调整，降低了天线的高度，进而降低了基站的高度。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以基于此示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本申请实施例的基站测试设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者基站程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干基站的单元权利要求中，这些基站中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (10)
1.一种天线，其特征在于，包括：
辐射贴片、接地寄生单元、金属地、接地贴片、馈电金属片和馈电线，所述辐射贴片和所述接地寄生单元为金属材质；
所述接地寄生单元具有贯穿所述接地寄生单元的中空结构，所述辐射贴片固定于所述中空结构内，且所述辐射贴片与所述接地寄生单元之间形成环状间隙；
所述接地寄生单元通过所述接地贴片与所述金属地连接；
所述辐射贴片通过所述馈电金属片与馈电线连接。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述接地贴片包括在所述接地寄生单元上的连接位置相对设置的至少两对所述接地贴片，且每个接地贴片均匀分布在所述接地寄生单元的四周的中间位置。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述接地寄生单元和所述辐射贴片均为片状结构，所述接地寄生单元和所述辐射贴片位于同一平面。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述辐射贴片和所述接地寄生单元为相同形状的片状结构，所述辐射贴片的中心和所述接地寄生单元的中心重合。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述片状结构以所述中心对称。
6.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述辐射贴片的厚度和所述接地寄生单元的厚度一致。
7.根据权利要求1至6任一项所述的天线，其特征在于，所述辐射贴片通过固定装置固定于所述中空结构内，所述固定装置采用电绝缘材质制成。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述固定装置为板状结构。
9.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述固定装置为FR4材质。
10.一种基站，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的天线。
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