CN114122717B - 一种小型化低频振子单元及天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化低频振子单元及天线阵列，其中低频振子单元包括：基座板，基座板上印刷有第一电路；两个正交的振子片，振子片上印刷有第二电路，振子片的一端固定在基座板上，第二电路与第一电路电连接；辐射片，辐射片固定在振子片的另一端，辐射片包括四个相互对称的振子臂，各所述振子臂包括两段第一辐射臂和两段第二辐射臂，所述第一辐射臂由粗铜箔和细铜箔间隔相连制成，所述第二辐射臂由细铜箔制成，所述第二电路与所述振子臂电性连接；不相邻的振子臂组成两个正交的偶极子。本发明振子臂之间通过第一辐射臂相互耦合可实现振子小型化，可广泛应用于天线技术领域。

Description

一种小型化低频振子单元及天线阵列

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种小型化低频振子单元及天线阵列。

背景技术

随着无线通信的快速发展，基站天线朝着多频多端口、多制式发展。从2G时代的基站天线两端口天线到4G时代的使用MIMO功能的6端口以上天线，到如今5G时代的大规模天线阵列。频段增加，同时站点资源紧张，运营商需要在尽可能少的站点布局更多的基站系统，对天线提出了更高的要求，集成全频段的天线成为主流需求。集成后的多频段天线高低频系统相互影响大，且尺寸主要由低频系统的尺寸决定，因此天线低频振子的小型化和去高频耦化成为达成其目标的必要手段。

近几年，低频振子单元使用类似正十字以及X型的振子单元较多，此类振子单元可以灵活组阵，对相邻高频振子单元的遮挡少，但是这类低频振子单元口径一般较大，有两低频系统存在时，两列低频系统之间影响较大，不利于天线的小型化。因此，如何提供一种高低频去耦的口径小的低频振子单元成为亟需解决的一大问题。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，本发明的目的是提供一种可实现振子小型化的低频振子单元及天线阵列。

本发明所采用的技术方案是：

一种小型化低频振子单元，包括：

基座板，所述基座板上印刷有第一电路；

振子片，所述振子片上印刷有第二电路，所述振子片的一端固定在所述基座板上，所述第二电路与所述第一电路电连接；

辐射片，所述辐射片固定在所述振子片的另一端，所述辐射片包括四个相互对称的振子臂，各所述振子臂包括两段第一辐射臂和两段第二辐射臂，所述第一辐射臂由粗铜箔和细铜箔间隔相连制成，所述第二辐射臂由细铜箔制成，所述第二电路与所述振子臂电性连接；不相邻的振子臂组成两个正交的偶极子。

进一步，所述两段第一辐射臂和所述两段第二辐射臂围成一个方框，且所述两段第一辐射臂相连，所述两段第二辐射臂相连。

进一步，所述第一辐射臂上的细铜箔呈弯曲状。

进一步，所述第二辐射臂包括串联短截线、并联短截线以及连接线，所述连接线设置在所述第二辐射臂的两端，用于与所述第一辐射臂或其他的所述第二辐射臂连接。

进一步，所述并联短截线的线长为高频中心频率的十六分之一至四分之一波长之间。

进一步，所述第二电路包括地层和信号层，所述地层印刷在所述振子片的第一表面上，所述地层由相互平行的平面双导线组成，所述信号层印刷在所述振子片的第二表面上，所述第一表面与第二表面相互平行，所述信号层通过跨越所述地层的两导线而形成回路，为同一所述偶极子内的两个所述振子臂馈电。

进一步，所述振子臂与所述振子片的地层相连接，以完成对所述振子臂馈电。

本发明所采用的一种技术方案是：

一种天线阵列，包括

反射板；

高频两波束天线阵列，安装在所述反射板上；

低频基站天线阵列，安装在所述反射板上，所述低频基站天线阵列采用如上所述的一种小型化低频振子单元组成。

进一步，所述高频两波束天线阵列包括两个以上高频辐射单元子阵列，相邻两个所述高频辐射单元子阵列水平方向错开排列，垂直方向等间距排列，所述高频辐射单元子阵列包括8个高频振子单元，所述8个高频振子单元排列成两行，所述低频基站天线阵列包括两列并排排列的所述低频振子单元，每列所述低频振子单元等间距直线排列在所述反射板上；

所述每行所述低频振子单元安装在所述高频辐射单元子阵列内两行高频振子单元之间，相邻两行高频振子单元之间的距离是相邻两行低频振子单元之间的距离的0.2至0.6倍。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种天线阵列，包括

反射板；

高频基站天线阵列，安装在所述反射板的两侧；

高频智能天线阵列，安装在所述反射板的中心；

低频基站天线阵列，安装在所述高频基站天线阵列和高频智能天线阵列之间，所述低频基站天线阵列采用如上所述的低频振子单元组成；

所述高频基站天线阵列由两列等间距直线排列的高频振子单元组成；

所述高频智能天线阵列由四列等间距直线排列的高频振子单元组成，相邻列垂直方向错位排列，错位距离为所述高频振子单元垂直间距的一半；

所述低频基站天线阵列由两列等间距直线排列的低频振子单元组成。

本发明的有益效果是：本发明振子臂之间通过第一辐射臂相互耦合可实现振子小型化，另外，第一辐射臂上的粗细铜箔及第二辐射臂上的细铜箔都形成谐振电路，阻止高频电流在振子臂上流动，从而减少由于低频振子的存在对高频方向图的影响，提高高低频之间的隔离度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本方明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1是本发明实施例中一种小型化低频振子单元的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中一种小型化低频振子单元的爆炸结构示意图；

图3是本发明实施例中一种小型化低频振子单元的整体结构透视图；

图4是本发明实施例1的天线阵列的振子排列示意图；

图5是本发明实施例2的天线阵列的阵子排列示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

实施例1：

参见图1-图3，本实施例提供一种小型化的低频振子单元，包括两块正交插接的振子片11、以及分别与振子片11两端连接的基座板13和辐射片12。辐射片12由四个振子臂121组成，且四个振子臂121两两呈正交对称分布，以形成两对极化方向相互正交的偶极子。

振子臂121由两段第一辐射臂1211和两段第二辐射臂1212围成一个方框组成；第一辐射臂1211与相邻偶极子的第一辐射臂1211相互耦合，能有效缩小低频振子单元的口径，且第一辐射臂1211由间隔相连的粗铜箔1213和弯曲的细铜箔1214组成。弯曲的细铜箔1214能增大第一辐射臂1211之间的耦合量，进一步减小低频辐射单元的口径。粗铜箔1213能有效地减小低频振子单元阻抗，有利于振子匹配。弯曲的细铜箔1214和粗铜箔1213分别等效于高频时的电感和电容，通过调节细铜箔1214和粗铜箔1213的线宽和线长，使其形成的LC谐振电路的谐振频率在高频范围内，从而减少低频振子对高频振子方向图的影响。第二辐射臂1212由都是细铜箔的串联短截线1215，并联短截线1216以及连接线1217组成；因细铜箔能有效地降低对高频的遮挡，减少对高频方向图的影响。连接线1217的一端与串联短截线1215和并联短截线1216相连，另一端与第一辐射臂1211或者另一段第二辐射臂1212的连接线1217相连。并联短截线1216分布在第一辐射臂1211和第二辐射臂1212围成的方框内，其等效于电容；串联短截线1215等效于电感，因此形成两阶低通滤波器，阻止高频电流在第二辐射臂1212上流动，减少由于低频振子的存在对高频方向图的影响。并联短截线1216的线长为高频中心频率的八分之一波长，串联短截线1215的线长是高频中心频率的四分之一波长的0.2-1倍。

同一振子臂121的两段第一辐射臂1211以及两段第二辐射臂1212各自关于自己的极化方向对称。不相邻的两振子臂121(即对角线上的两个振子臂)形成一个偶极子为一个极化；四个振子臂121处于介质支撑板122的同一个面上。

振子片11由印刷电路板制成，包括地层111和信号层112，地层111和信号层112分布在印刷介质板的两个不同的面(即第一表面和第二表面)上，地层111是由平面平行双导线组成，其上端穿过辐射片12的孔位与振子臂121相连。信号层112通过跨越地层的平面双导线而形成回路，对其中一对振子臂121馈电；其中的一块振子片11上端开槽，另一块振子片11下端开槽，两块振子片11正交插接具体见图2。

基座板13由单面印刷电路板制成，印刷电路板的下层为地层131覆有铜箔，铜箔下层覆盖一层绿油，以实现基座板与反射板电耦合连接。绿油用来隔离反射板和基座板13，避免其直接接触，以改善整个系统的互调。振子片的地层111向下穿过基座板的孔位与基座板的地层131相连接。

综上所述，本实施例的低频振子单元与现有技术相比，具体如下有益效果：

(1)、各振子臂之间通过第一辐射臂相互耦合，实现振子小型化。

(2)、第一辐射臂上引入了弯折线，等效地增大了振子臂之间的耦合量更有利于进一步实现振子小型化。

(3)、第一辐射臂上的粗细铜箔设置及第二辐射臂上的串、并联短截线设置，形成了谐振电路，阻止高频电流在振子臂上流动，从而减少由于低频振子的存在对高频方向图的影响，有利于提高高低频之间的隔离度。

参见图4，本实施例还提供了一种天线阵列，包括反射板2，以及均安装于反射板2上的低频基站天线阵列和高频两波束天线阵列。其中低频基站天线阵列、高频两波束天线阵列分别组成常规的基站单波束天线和两波束天线，从而实现了工作于不同频段的不同系统的天线共用反射板及天线罩，实现了多系统共体设计，有利于天线小型化，节省安装空间。

其中，低频基站天线阵列和高频两波束天线阵列相互嵌套，低频基站天线阵列由两列上述的低频振子单元1并排组成，每列低频振子单元1等间距直线排列，本实施例中，每列有5个低频振子单元；最后(即最后一行)两个低频振子单元14通过加耦合器与前面的两列低频振子单元1形成两个低频系统。高频两波束天线阵列由5个高频辐射单元子阵列31组成，且相邻高频辐射单元子阵列31水平方向错开排列；每个高频辐射单元子阵列31由八个高频振子单元3线性等间距排列成两行组成，每行高频振子单元3的垂直方向采用等间距排列。相邻高频辐射单元子阵列31水平方向错开的距离是高频振子单元3水平间距的一半。低频振子单元1分布在高频辐射单元子阵列31的两行高频振子单元3之间，低频振子单元1垂直间距为高频振子单元3垂直间距的两倍。具体排布见图4。

本实施例中的一种天线阵列，可以同时支持两种频段(690-960MHz/1695-2690MHz)，低频形成两个常规的单波束用于覆盖，高频形成一个双波束用于扩容，因此该天线不仅使多个不同频段的系统同时存在，兼容多种通信制式，同时也在不增加天线站址和天面资源的条件下实现相邻小区的频率复用，提高网络容量，节约站址资源，减少天线数目。另外，本实施例的一种天线阵列与上述的一种小型化低频振子单元具有一一对应关系，具备低频振子单元相应的功能和有益效果。

实施例2

图5示出了另一种天线阵列，包括反射板2，以及均安装于反射板2上的低频基站天线阵列、高频基站天线阵列32和高频智能天线阵列33。高频基站天线阵列32排列在反射板2的两侧，高频智能天线阵列33排列在反射板2的中间处，低频基站天线阵列与高频基站天线阵列32及高频智能天线阵列33相互嵌套。它们组成TDD+FDD混合天线阵列，从而实现了工作于不同频段的不同系统的天线共用反射板及天线罩，实现了多系统共体设计，有利于天线小型化，节省安装空间。

其中，低频基站天线阵列由两列实施例1所述的低频振子单元1直线排列而成，每列低频振子单元1等间距直线排列，本实施例中，每列有5个低频振子单元；最后(即最后一行)两个低频振子单元15通过加耦合器与前面的两列低频振子单元1形成两个低频系统。高频基站天线阵列32由两列等间距的10个高频振子单元3直线排列而成。高频智能天线阵列33由4列高频振子单元3组成，每列由等间距的10个高频振子单元3直线排列而成，且相邻列垂直方向错位排列，错位距离为高频振子单元3垂直间距的一半。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，除了用本例中的印刷电路板可实现外，还可以用塑料电镀，压铸或钣金实现；对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种小型化低频振子单元，其特征在于，包括：

基座板，所述基座板上印刷有第一电路；

两个正交的振子片，所述振子片上印刷有第二电路，所述振子片的一端固定在所述基座板上，所述第二电路与所述第一电路电连接；

辐射片，所述辐射片固定在所述振子片的另一端，所述辐射片包括四个相互对称的振子臂，各所述振子臂包括两段第一辐射臂和两段第二辐射臂，所述第一辐射臂由粗铜箔和细铜箔间隔相连制成，所述第二辐射臂由细铜箔制成，所述第二电路与所述振子臂电性连接；不相邻的振子臂组成两个正交的偶极子；

所述两段第一辐射臂和所述两段第二辐射臂围成一个方框，且所述两段第一辐射臂相连，所述两段第二辐射臂相连。

2.根据权利要求1所述的一种小型化低频振子单元，其特征在于，所述第一辐射臂上的细铜箔呈弯曲状。

3.根据权利要求1所述的一种小型化低频振子单元，其特征在于，所述第二辐射臂包括串联短截线、并联短截线以及连接线，所述连接线设置在所述第二辐射臂的两端，用于与所述第一辐射臂或其他的所述第二辐射臂连接。

4.根据权利要求3所述的一种小型化低频振子单元，其特征在于，所述并联短截线的线长为高频中心频率的十六分之一至四分之一波长之间。

5.根据权利要求1所述的一种小型化低频振子单元，其特征在于，所述第二电路包括地层和信号层，所述地层印刷在所述振子片的第一表面上，所述地层由相互平行的平面双导线组成，所述信号层印刷在所述振子片的第二表面上，所述第一表面与第二表面相互平行，所述信号层通过跨越所述地层的两导线而形成回路，为同一所述偶极子内的两个所述振子臂馈电。

6.根据权利要求5所述的一种小型化低频振子单元，其特征在于，所述振子臂与所述振子片的地层相连接，以完成对所述振子臂馈电。

7.一种天线阵列，其特征在于，包括：

反射板；

高频两波束天线阵列，安装在所述反射板上；

低频基站天线阵列，安装在所述反射板上，所述低频基站天线阵列采用如权利要求1-6所述的一种小型化低频振子单元组成。

8.根据权利要求7所述的一种天线阵列，其特征在于，所述高频两波束天线阵列包括两个以上高频辐射单元子阵列，相邻两个所述高频辐射单元子阵列水平方向错开排列，垂直方向等间距排列，所述高频辐射单元子阵列包括8个高频振子单元，所述8个高频振子单元排列成两行，所述低频基站天线阵列包括两列并排排列的所述低频振子单元，每列所述低频振子单元等间距直线排列在所述反射板上；

每行所述低频振子单元安装在所述高频辐射单元子阵列内两行高频振子单元之间，相邻两行高频振子单元之间的距离是相邻两行低频振子单元之间的距离的0.2至0.6倍。

9.一种天线阵列，其特征在于，包括：

反射板；

高频基站天线阵列，安装在所述反射板的两侧；

高频智能天线阵列，安装在所述反射板的中心；

低频基站天线阵列，安装在所述高频基站天线阵列和高频智能天线阵列之间，所述低频基站天线阵列采用如权利要求1-6所述的低频振子单元组成；

所述高频基站天线阵列由两列等间距直线排列的高频振子单元组成；

所述高频智能天线阵列由四列等间距直线排列的高频振子单元组成，相邻列垂直方向错位排列，错位距离为所述高频振子单元垂直间距的一半；

所述低频基站天线阵列由两列等间距直线排列的低频振子单元组成。

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