CN113964498A - 基站天线 - Google Patents

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CN113964498A CN202111280615.0A CN202111280615A CN113964498A CN 113964498 A CN113964498 A CN 113964498A CN 202111280615 A CN202111280615 A CN 202111280615A CN 113964498 A CN113964498 A CN 113964498A
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许文恺
徐澄宇
吕康宁
李振华
张万强
周正国
周刚
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Abstract

本申请公开了一种基站天线。所述基站天线包括基板和天线子阵列，天线子阵列包括馈电板、多个辐射单元和两个金属挡板。馈电板设置于基板；多个辐射单元沿第一方向设置于馈电板且电性连接馈电板；两个金属挡板分别设置于馈电板沿垂直第一方向的第二方向的两侧边缘，且每一个金属挡板沿第一方向延伸。每一个金属挡板设置有开口缝隙，开口缝隙沿第一方向的长度对应于基站天线的中心频点的波长。因此，所述基站天线可以达到收敛水平面波束宽度和优化交叉极化比的技术功效。

Description

基站天线
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种基站天线。
背景技术
基站天线是移动通信设备中的重要连接桥梁，其中，基站天线的质量影响到移动设备的通信质量。目前，采用多个辐射单元进行信号发送和接收的多输入/多输出(Multi-input Multi-output，MIMO)技术因能够通过不同的维度(例如：空域、时域、频域或极化域)提升频谱和能量的利用效率，及实现更大的无线数据流量和连接可靠性，而备受相关业者的关注。
在现有的基站天线中，辐射单元的振子一般采用金属压铸振子或钣金振子。然而，采用金属压铸振子的辐射单元存在因波束宽度不够收敛，而造成基站天线的性能较差的问题；采用钣金振子的辐射单元存在因水平面波束宽度不够收敛及交叉极化比较差，而造成基站天线的性能不够优异的问题。
因此，如何提高基站天线的水平面波束宽度的收敛性及交叉极化比，是有待解决的一个技术问题。
发明内容
本申请实施例提供一种基站天线，可解决现有技术中，基站天线的水平面波束宽度不够收敛和交叉极化比较差的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
本申请提供了一种基站天线，其包括：基板和天线子阵列，天线子阵列包括馈电板、多个辐射单元和两个金属挡板。馈电板设置于基板；多个辐射单元沿第一方向设置于馈电板且电性连接馈电板；两个金属挡板分别设置于馈电板沿垂直第一方向的第二方向的两侧边缘，且每一个金属挡板沿第一方向延伸。每一个金属挡板设置有开口缝隙，开口缝隙沿第一方向的长度对应于基站天线的中心频点的波长。
在本申请实施例中，基站天线通过在设置有多个辐射单元的馈电板沿第一方向的两侧边缘分别设置具有开口缝隙的金属挡板，及开口缝隙沿第一方向的长度对应于基站天线的中心频点的波长，使得基站天线可以达到收敛水平面波束宽度和优化交叉极化比的技术功效。
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为依据本申请的基站天线的一实施例立体示意图；
图2为图1的基站天线的俯视图；
图3为图1的基站天线的侧视图；
图4为图1的基站天线的区域A的放大示意图；
图5为图4的基站天线沿着线段BB的截面图；
图6为图1的辐射单元的立体示意图；
图7为图1的基站天线的电压驻波比仿真图；
图8为图1的基站天线的隔离度仿真图；
图9为图1的基站天线的水平面波束宽度仿真图；以及
图10为图1的基站天线的极化比仿真图。
具体实施方式
以下将配合相关附图来说明本发明的实施例。在这些附图中，相同的标号表示相同或类似的组件或方法流程。
必须了解的是，使用在本说明书中的“包含”、“包括”等词，是用于表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件和/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件、组件，或以上的任意组合。
必须了解的是，当组件描述为“连接”或“耦接”至另一组件时，可以是直接连结、或耦接至其他组件，可能出现中间组件。相反地，当组件描述为“直接连接”或“直接耦接”至另一组件时，其中不存在任何中间组件。
请参阅图1至图3，图1为依据本申请的基站天线的一实施例立体示意图，图2为图1的基站天线的俯视图，图3为图1的基站天线的侧视图。如图1至图3所示，基站天线100包括：基板110和天线子阵列120，天线子阵列120包括馈电板122、多个辐射单元124和两个金属挡板126。馈电板122设置于基板110；多个辐射单元124沿第一方向R设置于馈电板122且电性连接馈电板122；两个金属挡板126分别设置于馈电板122沿垂直第一方向R的第二方向S的两侧边缘，且每一个金属挡板126沿第一方向R延伸。每一个金属挡板126设置有开口缝隙50，开口缝隙50沿第一方向R的长度L对应于基站天线100的中心频点的波长。其中，第一方向R为基板110和馈电板122的延伸方向；馈电板122向电性连接的辐射单元124提供用于发送的射频信号，并从电性连接的辐射单元124接收射频信号。在本实施例中，天线子阵列120所包括的辐射单元124的数量可为但不限于五个，实际天线子阵列120所包括的辐射单元124的数量可依据实际需求进行调整。
在一示例中，基板110为用于反射辐射的反射板。在一示例中，基板110为基站天线100的外壳的一部分。
在一实施例中，由于电磁波的传播速率(v)为电磁波的频率(f)和电磁波的波长(λ)的乘积，而电磁波在空气中的波速近似3×108m/s，当基站天线100的中心频点可为4.15吉赫(Giga Hertz,GHz)，则开口缝隙50沿第一方向R的长度L约可为55毫米(millimeter,mm)。因此，开口缝隙50沿第一方向R的长度L可为基站天线100的中心频点的0.8倍波长(一倍波长为72mm)。
在一实施例中，金属挡板126的高度H可大于辐射单元124的高度(如图2所示，金属挡板126完全遮蔽辐射单元124)，以提高基站天线100的隔离度。
在一实施例中，当金属挡板126仅设置有单一个开口缝隙50时，开口缝隙50位于金属挡板126沿第一方向R的居中位置。
在一实施例中，金属挡板126可设置有多个开口缝隙50，且在金属挡板126的有限长度内设置的开口缝隙50的数量越多时，水平面波束宽度的收敛性越好。在一示例中，金属挡板126设置的开口缝隙50的数量可为但不限于两个(如图3所示)，实际金属挡板126设置的开口缝隙50的数量可依据实际需求进行调整。另外，两个金属挡板126设置的开口缝隙50的数量可以相同，也可以不同，可依据实际需求进行调整。
在一实施例中，当金属挡板126设置有多个开口缝隙50时，多个开口缝隙50相对金属挡板126沿第一方向R的居中位置呈对称排布。
在一示例中，当金属挡板126设置的开口缝隙50的数量为2N+1个时，第N+1个开口缝隙50沿第一方向R的中间位置位于金属挡板126沿第一方向R的居中位置，其中，N为正整数。
在另一示例中，当金属挡板126设置的开口缝隙50的数量为2N个时，2N个开口缝隙50以金属挡板126沿第一方向R的居中位置为对称点呈对称排布，其中，N为正整数。
在一实施例中，当每一个金属挡板126沿第一方向R设置有多个开口缝隙50时，相邻的两个开口缝隙50之间的距离D可为基站天线100的中心频点的0.25倍波长。
在一实施例中，馈电板122具有述第一方向R延伸且位于第二方向S的两侧间的居中位置的中心轴C，多个辐射单元124沿中心轴C排列，中心轴C与任一个金属挡板126之间于第二方向S上的距离E可为基站天线100的中心频点的0.5倍波长。当中心轴C与任一个金属挡板126之间于第二方向S上的距离E大于或小于基站天线100的中心频点的0.5倍波长时，基站天线100的水平面波束宽度的收敛性变差。
在一实施例中，请参阅图1和图4，图4为图1的基站天线的区域A的放大示意图。如图1和图4所示，基站天线100还可包括隔离件128，隔离件128对应设置于天线子阵列120，隔离件128配置于相邻的两个辐射单元124之间及两个金属挡板126之间，以达到调试、优化基站天线100的隔离度的功效。其中，隔离件128的形状无特殊限制；需注意的是，隔离件128不接触馈电板122和辐射单元124。
在一实施例中，请参阅图1和图4，基站天线100还可包括两个隔离柱129，配置于相邻的两个辐射单元124之间及两个金属挡板126之间；隔离件128连接两个隔离柱129。其中，隔离柱129的高度可小于、等于或大于辐射单元124的高度。当隔离柱129的高度大于辐射单元124的高度时，可以提高基站天线100的隔离效果。
在一实施例中，请参阅图4和图5，图5为图4的基站天线沿着线段BB的截面图。如图4和图5所示，金属挡板126包括折边80，金属挡板126通过折边80连接基板110，每一个隔离柱129的底端连接折边80，每一个隔离柱129的顶端连接隔离件128，隔离件128不接触馈电板122(即隔离柱129可架高隔离件128，使得隔离件128不接触馈电板122)。更详细地说，基板110还可包括其往上一体延伸形成的凸柱90，凸柱90可穿过金属挡板126的折边80并插设于一个隔离柱129，固设件92可穿过隔离件128并插设于隔离柱129，以使隔离柱129的顶端固定连接隔离件128。其中，凸柱90和固设件92的数量可对应于隔离柱129的数量。
在一示例中，隔离柱129可设置具有内螺纹的贯穿孔85，固设件92可为但不限于具有与所述内螺纹相配合的外螺纹的螺丝，凸柱90的表面设置有与所述内螺纹相配合的外螺纹，也就是说，通过所述内螺纹和所述外螺纹的配合，隔离柱129和金属挡板126可固设于基板110上，固设件92和隔离件128可固设于隔离柱129上。
在一实施例中，请参阅图1和图6，图6为图1的辐射单元的立体示意图。如图1和图6所示，辐射单元124包括巴伦支撑部70和天线振子部72，天线振子部72设置于巴伦支撑部70上且电性连接巴伦支撑部70，巴伦支撑部70设置于馈电板122上，天线振子部72和巴伦支撑部70均为印刷电路板构成。因此，通过天线振子部72和巴伦支撑部70均为印刷电路板构成，使得辐射单元124可广泛使用于各种天线(例如：MIMO天线、笔记本计算机天线以及基站天线等)，且可极大地降低成本和产品重量，同时又可有效地提高互调性能。
在一实施例中，请参阅图6，巴伦支撑部70可设置有弯曲的巴伦走线71，以降低辐射单元124的高度。具体地说，辐射单元124通过多次弯折的巴伦走线71设置于巴伦支撑部70上，使巴伦走线71的线路设置位置集中，如此可降低巴伦支撑部70的高度，以符合辐射单元124的低剖面需求，使得基站天线100的体积可以更小、重量更轻。
在一实施例中，请参阅图6，天线振子部72可包括至少一对振子臂73，振子臂73的边长为基站天线100的中心频点的0.25倍波长。其中，每个振子臂73可为但不限于菱形，天线振子部72所包括的振子臂73可绕着一点作环状排列。
在一示例中，辐射单元124为单极化天线单元，天线振子部72可包括一对振子臂73(即两个振子臂73)，两个振子臂73可构成水平极化振子臂或垂直极化振子臂。
在另一示例中，辐射单元124为双极化天线单元，天线振子部72可包括两对振子臂73，其中一对振子臂73分别为第一振子臂731与第二振子臂732，另一对振子臂73分别为第三振子臂733与第四振子臂734，第一振子臂731与第三振子臂733属于同一极化振子臂，第二振子臂732与第四振子臂734属于同一极化振子臂，第一振子臂731、第二振子臂732、第三振子臂733与第四振子臂734绕着一点依次间隔设置，且第一振子臂731与第二振子臂732相对设置，第三振子臂733与第四振子臂734相对设置。其中，第一振子臂731与第三振子臂733为+45°极化振子臂，第二振子臂732与第四振子臂734为-45°极化振子臂；或者第一振子臂731与第三振子臂733为-45°极化振子臂，第二振子臂732与第四振子臂734为+45°极化振子臂；或者第一振子臂731与第三振子臂733为水平极化振子臂，第二振子臂732与第四振子臂734为垂直极化振子臂；或者第一振子臂731与第三振子臂733为垂直极化振子臂，第二振子臂732与第四振子臂734为水平极化振子臂。
在一实施例中，相邻的两个辐射单元124的天线振子部72之间的距离(即相邻的两个辐射单元124的天线振子部72的振子臂73所环绕的点之间的距离)为基站天线100的中心频点的0.8倍波长。因此，可有效地降低相邻的两个辐射单元124的天线振子部72之间的互耦，提高隔离度和上旁瓣抑制。
在一实施例中，基站天线100所包括的天线子阵列120的数量为多个时，相邻的两个天线子阵列120之间的距离(即相邻的两个天线子阵列120的中心轴之间的距离)为基站天线100的中心频点的1.5倍波长。因此，可有效地降低天线子阵列120之间的互耦。在一实施例中，多个天线子阵列120沿第二方向S间隔排列，相邻的两个天线子阵列120之间在第二方向S上的距离为基站天线100的中心频点的1.5倍波长。
在一实施例中，请参阅图1，基站天线100所包括的天线子阵列120的数量为多个时，多个天线子阵列120并行排列。
在一实施例中，请参阅图1，基站天线100还可包括同轴连接器130和同轴电缆140，同轴连接器130通过同轴电缆140与馈电板122连接。因此，基站天线100可通过同轴连接器130和同轴电缆140向天线子阵列120的多个辐射单元124进行馈电，结构稳定，在互调上具有一定优势。
在一实施例中，请参阅图1和图6，辐射单元124为双极化天线单元时，同轴连接器130可包括第一同轴连接器130a和第二同轴连接器130b；第一同轴连接器130a通过第一同轴电缆140a连接馈电板122、第一振子臂731与第二振子臂732；第二同轴连接器130b通过第二同轴电缆140b连接馈电板122、第三振子臂733与第四振子臂734。
在一实施例中，每一个金属挡板126还包括两个内折片62，两个内折片62连接金属挡板126在第一方向R上的相对两端部，两个内折片62分别自所述两端部朝向对应的辐射单元124偏折，有利于进一步提高基站天线100的水平面波束宽度的收敛性。
在一实际例中，基站天线100还可包括天线罩(未绘制)，用于与基板110组装，以保护天线子阵列120。其中，所述天线罩的材料可包括但不限于聚碳酸酯(Polycarbonate)和聚丙烯腈(ABS)。在一示例中，所述天线罩与基板110可通过扣合方式进行组装，以利于后续基站天线100的维修；在另一示例中，所述天线罩与基板110可通过黏合方式进行组装，以避免水气进入基站天线100的内部空间；实际外壳与基板110的组装方式可依据实际需求进行调整。
请参阅图1、图7至图10，图7为图1的基站天线的电压驻波比仿真图，图8为图1的基站天线的隔离度仿真图，图9为图1的基站天线的水平面波束宽度仿真图，图10为图1的基站天线的极化比仿真图，其中，基站天线100的工作频带范围为3.3GHz至5GHz。
在图7中，横轴为频率，单位为GHz；纵轴为电压驻波比；实线和虚线分别为不同输入端口的电压驻波比曲线。从图5可知，在3.3GHz至5GHz频率范围内，基站天线100的电压驻波小于1.4，因此，基站天线100具有良好的电压驻波比特性，具有良好的辐射特性。
在图8中，横轴为频率，单位为GHz；纵轴为隔离度，单位为dB。从图6可知，在3.3GHz至5GHz频率范围内，基站天线100的隔离度在-25.00dB以下，而具有良好的隔离度。
在图9和图10中，横轴为水平角度(phi)，单位为度(degree)；纵轴为电平值，单位为dB；图9和图10中的曲线分别为基站天线100在3.3GHz、3.5125GHz、3.725GHz、3.9375GHz、4.15GHz、4.3625GHz、4.575GHz、4.7875GHz和5GHz九个频点的水平面波束宽度和极化比的仿真曲线；需注意的是，由于所述九条仿真曲线呈现的结果相接近，因此，不加以标示区隔与描述。从图9和图10可知，在3.3GHz至5GHz频率范围内，水平面波束宽度可以收敛在62°-64°内，轴向交叉极化比均小于-18db，±60°交叉极化比均小于-10db。因此，基站天线100可实现收敛水平面的波束宽度，提高交叉极化比，提升整体辐射性能的技术功效。
综上所述，本申请实施例中，基站天线通过在设置有多个辐射单元的馈电板沿第一方向的两侧边缘分别设置具有开口缝隙的金属挡板，及开口缝隙沿第一方向的长度对应于基站天线的中心频点的波长，使得基站天线可以达到收敛水平面波束宽度和优化交叉极化比的技术功效。另外，通过辐射单元由印刷电路板构成，能广泛使用于各种天线，实现降低成本及有效地提高互调性。此外，通过弯曲的巴伦走线的设计，有效地降低基站天线的剖面高度。再者，通过隔离件和/或隔离柱的设置，优化基站天线的隔离度。因此，基站天线可适用于目前市场对于5G的低剖面基站天线的需求。
虽然在本申请的图式中包含了以上描述的组件，但不排除在不违反发明的精神下，使用更多其他的附加组件，已达成更佳的技术效果。
虽然本发明使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非用于限缩本发明。相反地，此发明涵盖了所属技术领域中的技术人员显而易见的修改与相似设置。所以，权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。

Claims (15)

1.一种基站天线，其特征在于，包括：
基板；以及
天线子阵列，包括：
馈电板，设置于所述基板；
多个辐射单元，沿第一方向设置于所述馈电板，且电性连接所述馈电板；以及
两个金属挡板，分别设置于所述馈电板沿垂直所述第一方向的第二方向的两侧边缘且每一个所述金属挡板沿所述第一方向延伸，每一个所述金属挡板设置有开口缝隙，所述开口缝隙沿所述第一方向的长度对应于所述基站天线的中心频点的波长。
2.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述开口缝隙沿所述第一方向的长度为所述基站天线的中心频点的0.8倍波长。
3.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，每一个所述金属挡板沿所述第一方向设置有多个所述开口缝隙，相邻的两个所述开口缝隙之间的距离为所述基站天线的中心频点的0.25倍波长。
4.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述开口缝隙位于所述金属挡板沿所述第一方向的居中位置。
5.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，每一个所述金属挡板设置有多个所述开口缝隙，多个所述开口缝隙相对所述金属挡板沿所述第一方向的居中位置呈对称排布。
6.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述馈电板具有沿所述第一方向延伸且位于所述第二方向的两侧间的居中位置的中心轴，所述多个辐射单元沿所述中心轴排列，所述中心轴与任一个所述金属挡板之间于所述第二方向上的距离为所述基站天线的中心频点的0.5倍波长。
7.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，还包括：隔离件，所述隔离件对应设置于所述天线子阵列，所述隔离件配置于相邻的两个所述辐射单元之间及两个所述金属挡板之间。
8.根据权利要求7所述的基站天线，其特征在于，还包括：两个隔离柱，配置于相邻的两个所述辐射单元之间及两个所述金属挡板之间，所述隔离件连接所述两个隔离柱。
9.根据权利要求8所述的基站天线，其特征在于，所述金属挡板包括折边，所述金属挡板通过所述折边连接所述基板，所述隔离柱的底端连接所述折边，所述隔离柱的顶端连接所述隔离件，所述隔离件不接触所述馈电板。
10.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述辐射单元包括巴伦支撑部和天线振子部，所述天线振子部设置于所述巴伦支撑部上且电性连接所述巴伦支撑部，所述巴伦支撑部设置于所述馈电板上，所述天线振子部和所述巴伦支撑部均为印刷电路板构成。
11.根据权利要求10所述的基站天线，其特征在于，所述巴伦支撑部设置有弯曲的巴伦走线，以降低所述辐射单元的高度。
12.根据权利要求10所述的基站天线，其特征在于，相邻的两个所述辐射单元的所述天线振子部之间的距离为所述基站天线的中心频点的0.8倍波长。
13.根据权利要求10所述的基站天线，其特征在于，所述天线振子部包括至少一对振子臂，所述振子臂的边长为所述基站天线的中心频点的0.25倍波长。
14.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述天线子阵列的数量为多个，相邻的两个所述天线子阵列之间的距离为所述基站天线的中心频点的1.5倍波长。
15.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，还包括：同轴连接器和同轴电缆，所述同轴连接器通过所述同轴电缆与所述馈电板连接。
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