CN114976613B - 辐射单元及天线设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种辐射单元及天线设备，涉及移动通信的技术领域，辐射单元配置有滤波装置；辐射单元包括至少一个辐射臂；辐射臂包括辐射外臂和传输线结构；滤波装置包括设置在辐射外臂的第一滤波结构和设置在传输线结构的第二滤波结构；第一滤波结构和第二滤波结构用于实现辐射单元的高频带内宽带滤波。本发明提供的辐射单元及天线设备，可以在辐射单元配置滤波装置，辐射单元的辐射臂包括辐射外臂和传输线结构；滤波装置则包括设置在辐射外臂的第一滤波结构和设置在传输线结构的第二滤波结构；第一滤波结构和第二滤波结构用于实现辐射单元的高频带内宽带滤波，以提升辐射单元的辐射效率，进而降低高低频段之间的互耦，并有助于提高通信质量。

Description

辐射单元及天线设备

技术领域

本发明涉及移动通信的技术领域，尤其是涉及一种辐射单元及天线设备。

背景技术

近年来，随着移动通信技术的快速发展，在无线通信技术不断发展革新，以及人们对高容量高速率通信需求的日益增长的双重刺激下，考虑到建设基站成本以及环境友好化，多频基站天线系统成为接入网的主流布站方案。

而为了实现基站天线的小型化和多频化特性，对密集天线阵中由于高低频辐射单元之间的空间互耦而导致的方向图畸变等问题却愈发严重，进而影响了通信的质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种辐射单元及天线设备，以有效缓解上述技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种辐射单元，所述辐射单元配置有滤波装置；其中，所述辐射单元包括至少一个辐射臂；所述辐射臂包括辐射外臂和传输线结构；所述滤波装置包括设置在所述辐射外臂的第一滤波结构和设置在所述传输线结构的第二滤波结构；所述第一滤波结构和所述第二滤波结构用于实现所述辐射单元的高频带内宽带滤波。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述辐射单元采用PCB板作为载体；

至少一个所述辐射臂在所述载体上构成平面全波阵方案。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述传输线结构构成所述辐射臂的全波振子；

所述第二滤波结构设置在所述全波振子的末端。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述第二滤波结构包括至少一个开路短截线。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述开路短截线为四分之一波长开路短截线。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述辐射单元还包括设置在所述传输线结构的馈电点；

至少一个所述开路短截线在所述馈电点对应的位置处对称排列。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述第一滤波结构包括至少一个扼流槽。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述辐射单元包括四个辐射臂，且，四个所述辐射臂在所述载体上对称设置，以构成平面全波二元阵方案。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述馈电点的数量为四个；

四个所述馈电点在所述辐射臂的所述传输线结构上对称设置，以构成所述辐射单元的正负45°双极化辐射。

第二方面，本发明实施例还提供一种天线设备，该天线设备包括上述第一方面所述的辐射单元。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的辐射单元及天线设备，可以在辐射单元配置滤波装置，其中，辐射单元包括至少一个辐射臂；辐射臂包括辐射外臂和传输线结构；滤波装置则包括设置在辐射外臂的第一滤波结构和设置在传输线结构的第二滤波结构；第一滤波结构和第二滤波结构用于实现辐射单元的高频带内宽带滤波，能够提升辐射单元的辐射效率，进而降低高低频段之间的互耦，并有助于提高通信质量。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种辐射单元的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种辐射单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种辐射单元的使用场景的示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种辐射单元的使用场景的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种辐射单元的仿真示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种辐射单元的仿真示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种辐射单元的仿真示意图；

图8为本发明实施例提供的一种辐射单元的辐射方向图。

图标：10-辐射单元；20-滤波装置；101-辐射臂；102-辐射外臂；103-传输线结构；201-第一滤波结构；202-第二滤波结构；200-载体；203-馈电点；201a-扼流槽；202a-开路短截线。

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，下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有的天线上的辐射单元由于小型化的设计，会在高低频段之间产生互耦，进而影响天线的通信质量，因此，为了有效降低高低频段之间的互耦，本发明实施例提供的一种辐射单元及天线设备，以缓解上述技术问题。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供了一种辐射单元，具体地，图1示出了一种辐射单元的结构框图，如图1所示，本发明实施例的辐射单元10配置有滤波装置20。

其中，辐射单元10包括至少一个辐射臂101；辐射臂101包括辐射外臂102和传输线结构103；

滤波装置20包括设置在辐射外臂102的第一滤波结构201和设置在传输线结构103的第二滤波结构202；第一滤波结构201和第二滤波结构202用于实现辐射单元的高频带内宽带滤波。

为了便于说明，图1中仅示出了一个辐射臂的框图，在实际使用时，辐射臂的数量可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

本发明实施例提供的辐射单元，可以在辐射单元配置滤波装置，其中，辐射单元包括至少一个辐射臂；辐射臂包括辐射外臂和传输线结构；滤波装置则包括设置在辐射外臂的第一滤波结构和设置在传输线结构的第二滤波结构；第一滤波结构和第二滤波结构用于实现辐射单元的高频带内宽带滤波，能够提升辐射单元的辐射效率，进而降低高低频段之间的互耦，并有助于提高通信质量。

在实际使用时，上述辐射单元通常采用PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)板作为载体；并且，在该载体上通常设置有辐射单元的线路层，而上述至少一个辐射臂在该载体上构成平面全波阵方案。

进一步，上述传输线结构构成辐射臂的全波振子；上述第二滤波结构则设置在全波振子的末端。

为了便于理解，在图1的基础上，图2示出了一种辐射单元的结构示意图，其中，图2中，以上述辐射单元包括四个辐射臂为了进行说明，且，四个辐射臂在载体上对称设置，以构成平面全波二元阵方案。

具体地，如图2所示，包括载体200，该载体200为PCB板，且设置有辐射单元所需的线路层。

进一步，图2中示出了辐射单元的四个辐射臂101，以及辐射臂101的辐射外臂102和传输线结构103，其中，四个辐射臂101在载体200上对称设置，且，相邻的辐射臂的传输线结构呈平行状态。

进一步，设置在传输线结构上述的第二滤波结构包括至少一个开路短截线，即，图2所示的开路短截线202a。通常，该开路短截线为四分之一波长开路短截线，也称为quarter-wave短截线。

进一步，本发明实施例提供的辐射单元还包括设置在传输线结构的馈电点；上述至少一个开路短截线在馈电点对应的位置处对称排列。

具体地，如图2所示，由于图2中仅示出了四个辐射臂，因此，相邻的辐射臂的传输线结构对应的位置也有四个，因此，图2中，也示出了四个馈电点203。并且，如图2所示，对于馈电点的数量为四个的实施方式，四个馈电点在辐射臂的传输线结构上对称设置，以构成辐射单元的正负45°双极化辐射。

进一步，图2中，对应于每个馈电点，均示出了开路短截线，且，四个开路短截线的指向方向均指向馈电点的位置，以在馈电点周围形成对称结构。

进一步，本发明实施例中的第一滤波结构包括至少一个扼流槽，如图2所示的扼流槽201a，该至少一个扼流槽在辐射外臂102上依次设置。具体实现时，上述扼流槽的数量以及每个扼流槽之间的距离和扼流槽的深度，均可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

在实际使用时，图2所示的第一滤波结构的扼流槽和第二滤波结构的开路短截线可以构成辐射单元的紧耦合下小口径滤波装置，使得辐射单元能够提升低频辐射功能的辐射口径，例如，使辐射口径达到(0.275λ*0.275λ)，并进一步提高辐射效率，进而降低高、低频段之间的互耦。

进一步，图2所示的辐射单元，其所包括的四个辐射臂的实施方式，实际构成的是平面全波二元阵辐射单元示意图，即，平面全波二元阵方案，该平面全波二元阵方案的馈电方式是由4个馈电点203实现的二元阵馈电方案，可以压缩辐射单元的波宽，并提升辐射单元的增益，基于图2所示的馈电方案，辐射单元所配置的滤波装置的滤波解耦方案是在辐射单元的辐射臂101的辐射外臂上加入若干个扼流槽201a，并在传输线结构103上加入若干开路短截线202a，来实现宽带滤波，进而解决高频信号在低频辐射单元上的响应，达到多频系统解耦目标。

并且，基于图2所示的辐射单元，可以实现配置有该辐射单元的天线设备工作在低频带，例如，实现低频带双极化天线，并使其工作频带为0.69-0.96GHz，同时传输线结构可以构成辐射臂的全波振子，而在全波振子末端加载本发明实施例中滤波装置的第二滤波结构，即，四分之一波长开路短截线(quarter-wave短截线)，可以实现正负45°双极化天线中，一极化传输线模式充当另一极化多模辐射来源，最终实现小口径下的高增益目标。

进一步，配置有该辐射单元的天线设备，还可以工作在高频带，例如，形成高频带双极化天线，其工作频带为1.7-2.7GHz，通过图2所示的扼流槽及开路短截线，可以实现高频带内的宽带滤波，有效解决了多频嵌套式共享口径在紧耦合场景下的电磁干扰问题，进而提高多频系统的工程性能。

为了便于理解，图3和图4分别示出了一种辐射单元的使用场景的示意图，具体地，图3和图4示出的是低频辐射单元在高频辐射单元正上方组阵的实施方式，其中，本发明实施例提供的辐射单元在图3和图4中作为高频辐射单元使用，并且，图3中是两个低频辐射单元与一个高频辐射单元组阵的实施方式，图4是四个低频辐射单元与一个高频辐射单元组阵的实施方式。

进一步，图5～图7分别示出了一种仿真示意图，具体地，图5～图7分别列举了1.7GHz、2.2GHz和2.7GHz3个频点的方向图对比，其中，图5～图7中，HF alone指的是高频辐射单元单独使用时的仿真示意图，HF filtering为加入上述滤波装置之后的仿真示意图。通过对比可知，在上述各个工作拼点下，加入滤波装置对高频辐射单元本身的阵列的方向图基本无影响。并且，还可以实现高频带内宽带滤波，有助于解决多频嵌套式共享口径在紧耦合场景下的电磁干扰问题，提高多频系统的工程性能。

进一步，图8还示出了一种辐射单元的辐射方向图，该辐射方向图描述了配置有该辐射单元的天线设备在任意方向上的辐射强度。由图8可以看出，配置有本发明实施例的辐射单元的天线设备，可以有效缓解辐射方向图畸变的问题，进而提高通信质量。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种天线设备，该天线设备包括上述实施例提供的辐射单元。

本发明实施例提供的天线设备，与上述实施例提供的辐射单元具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的天线设备的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种辐射单元，其特征在于，所述辐射单元配置有滤波装置；

其中，所述辐射单元包括至少一个辐射臂；所述辐射臂包括辐射外臂和传输线结构；

所述滤波装置包括设置在所述辐射外臂的第一滤波结构和设置在所述传输线结构的第二滤波结构；

所述第一滤波结构和所述第二滤波结构用于实现所述辐射单元的高频带内宽带滤波；

所述辐射单元采用PCB板作为载体；

至少一个所述辐射臂在所述载体上构成平面全波阵；

所述传输线结构构成所述辐射臂的全波振子；

所述第二滤波结构设置在所述全波振子的末端，且，所述第二滤波结构包括至少一个开路短截线；

所述第一滤波结构包括至少一个扼流槽。

2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述开路短截线为四分之一波长开路短截线。

3.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元还包括设置在所述传输线结构的馈电点；

至少一个所述开路短截线在所述馈电点对应的位置处对称排列。

4.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元包括四个辐射臂，且，四个所述辐射臂在所述载体上对称设置，以构成平面全波二元阵。

5.根据权利要求3所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电点的数量为四个；

四个所述馈电点在所述辐射臂的所述传输线结构上对称设置，以构成所述辐射单元的正负45°双极化辐射。

6.一种天线设备，其特征在于，所述天线设备包括权利要求1~5任一项所述的辐射单元。