CN115313065A - 一种共口径基站天线阵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种共口径基站天线阵，属于通信技术领域，它包括低频双极化天线、高频双极化天线和天线阵金属板，所述低频双极化天线通过尼龙柱固定在天线阵金属板上；所述高频双极化天线设置在低频双极化天线两侧，并通过尼龙柱固定在天线阵金属板上，且有一半面积的高频双极化天线位于低频双极化天线的正下方位置。本发明通过天线中的螺旋扼流圈能够抑制高频天线激励起的感应电流，减少对高频天线辐射的电磁波的影响，实现高频电磁透明特性；低频天线的馈电PCB正面两条馈电微带线的宽度和PCB背面金属地的缺口可以灵活调节，使天线获得良好的阻抗匹配。

Description

一种共口径基站天线阵

技术领域

本发明通信技术领域，尤其涉及一种共口径基站天线阵。

背景技术

随着移动通信技术快速发展，近几年逐渐形成了2G/3G/4G/5G多种通信系统共存的情况；基站是移动通信的重要组成部分，为同时覆盖两个或者多个通信制式，需要增加基站天线的种类和数量；基站天线通常是架设在天线塔上，为保证其正常工作需要考虑其重量和风阻等特性，此外，成本也是限制基站天线数量的重要因素，综合以上因素运营商通常选择将两个或者多个工作于不同频段的天线集成到一副天线罩中。

但是，如果将双频段天线垂直放置在一起，那么低频天线会对高频天线造成遮挡，导致高频天线方向图偏转、波束宽度减小、交叉极化比恶化；虽然目前有采用肩并肩的方式将高频和低频天线进行组阵，可以实现将高频和低频天线在空间上拉开距离，减少低频天线对高频天线的遮挡，但是，这种方式低频天线仅位于高频天线的一侧，会造成高频天线方向图向一侧倾斜，不利于实际应用，而且低频和高频天线肩并肩排布占用的面积较大，整个基站天线的风阻较大，然而一个基站天线塔上能架设基站天线的数量与面积是有限的，因此，这种采用肩并肩排布的方式导致基站天线较大的面积，会限制其应用的范围。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种共口径基站天线阵，解决了现有基站天线阵存在的问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种共口径基站天线阵，它包括低频双极化天线、高频双极化天线和天线阵金属板，所述低频双极化天线通过尼龙柱固定在天线阵金属板上；所述天线阵金属板包括低频双极化天线金属地板和天线阵金属板；

所述低频双极化天线包括通过尼龙柱固定在低频双极化天线金属地板上的低频双极化天线辐射结构介质基板，在低频双极化天线辐射结构介质基板上设置有四个相同结构的金属环，且四个金属环呈田字型排布，在低频双极化天线辐射结构介质基板的正中间设置有馈电PCB；所述金属环为正方形结构，在正方形结构的任意两条相邻边上设置有第一平面螺旋扼流圈，且这两条相邻边远离低频双极化天线辐射结构介质基板的中心；在正方形结构剩下的两条相邻边上设置有第二平面螺旋扼流圈和耦合金属条带，且耦合金属条带设置在正方形结构剩下的两条相邻边形成的直角位置处，所述馈电PCB的一端与所述金属环馈电连接，另一端与低频双极化天线金属地板馈电连接。

所述金属环设置在所述低频双极化天线辐射结构介质基板的底面，耦合金属条带设置在低频双极化天线辐射结构介质基板的正面，且金属环与耦合金属条带不直接接触，四个金属环分别与馈电PCB上的馈电金属接触，将馈电PCB上的电磁能量耦合到金属环上。

所述第一平面螺旋扼流圈包括螺旋扼流圈正面金属条带、螺旋扼流圈反面金属条带和贯穿低频双极化天线辐射结构介质基板的金属通孔；所述螺旋扼流圈正面金属条带设置在低频双极化天线辐射结构介质基板的正面，螺旋扼流圈反面金属条带设置在低频双极化天线辐射结构介质基板的底面；螺旋扼流圈正面金属条带的一端与所述耦合金属条带连接，另一端通过金属通孔与螺旋扼流圈反面金属条带的一端连接，螺旋扼流圈反面金属条带的另一端与金属环连接。

所述馈电PCB的正面设置有两路长宽不同的金属微带线，背面设置有一中间开槽的馈电PCB金属地板，通过改变中间开槽的形状调节低频双极化天线的阻抗匹配和两个极化之间的隔离度。

所述高频双极化天线设置在低频双极化天线两侧，并通过尼龙柱固定在天线阵金属板上，且有一半面积的高频双极化天线位于低频双极化天线的正下方位置。

所述高频双极化天线包括高频双极化天线辐射结构介质基板和位于高频双极化天线辐射结构介质基板正面的四个高频双极化天线金属环，且四个高频双极化天线金属环呈田字型排布，高频双极化天线辐射结构介质基板通过尼龙柱固定在天线阵金属板上。

在高频双极化天线辐射结构介质基板中心位置的正下方设置有两个正交放置的第一高频双极化天线馈电PCB和第二高频双极化天线馈电PCB，第一高频双极化天线馈电PCB和第二高频双极化天线馈电PCB的底端两侧突出部插入到天线阵金属板内。

本发明具有以下优点：一种共口径基站天线阵，通过天线中的螺旋扼流圈能够抑制高频天线激励起的感应电流，减少对高频天线辐射的电磁波的影响，实现高频电磁透明特性；可覆盖两个频段，高频天线阵位于低频天线正下方，增强了低频天线对高频天线电磁透明性；将低频天线两个极化的馈电电路在同一块PCB上，降低了成本；低频天线的馈电PCB正面两条馈电微带线的宽度和PCB背面金属地的缺口可以灵活调节，使天线获得良好的阻抗匹配；低频天线通过四个耦合金属条带将PCB馈电线上的电磁波耦合到环状振子上，耦合金属条带提供了容性阻抗分量，使低频天线便于匹配；天线都可用同轴线馈电，激励方式简单。

附图说明

图1 为本发明的三维结构示意图；

图2 为高频双极化天线的结构示意图；

图3 为本发明的俯视结构示意图；

图4 为低频双极化天线的结构示意图；

图5 为低频双极化天线的俯视结构示意图；

图6 为馈电PCB的结构示意图；

图6（a）为馈电PCB的正面结构示意图；

图6（b）为馈电PCB的背面结构示意图；

图7 为低频天线为普通环形振子天线的双频双极化基站天线阵俯视图；

图8 为没有低频天线时单个高频天线在天线阵的3D辐射方向图；

图9 为低频天线为普通环形振子天线时单个高频天线在天线阵的3D辐射方向图；

图10为低频天线为平面螺旋choke加载天线时单个高频天线在天线阵的3D辐射方向图；

图中：1-低频双极化天线，2-高频双极化天线，21-高频双极化天线辐射结构介质基板，22-高频双极化天线金属环，231-第一高频双极化天线馈电PCB，232-第二高频双极化天线馈电PCB，3-天线阵金属板，4-尼龙柱，5-普通环形振子天线，10-低频双极化天线辐射结构介质基板，11-金属环，121-第一平面螺旋扼流圈，1211-螺旋扼流圈正面金属条带，1212-螺旋扼流圈反面金属条带，1213-金属通孔，122-第二平面螺旋扼流圈，13-耦合金属条带，14-馈电PCB，141-金属微带线，142-馈电PCB金属地板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示，本发明具体涉及一种共口径基站天线阵，它包括低频双极化天线1、高频双极化天线2和天线阵金属板3，所述低频双极化天线1通过尼龙柱4固定在天线阵金属板3上；其中，天线阵金属板3中开设有低频馈电PCB板的槽和开设有高频馈电PCB板的槽。

进一步地，低频双极化天线1包括通过尼龙柱4固定在天线阵金属板3上的低频双极化天线辐射结构介质基板10，在低频双极化天线辐射结构介质基板10上设置有四个相同结构的金属环11，且四个金属环11呈田字型排布，在低频双极化天线辐射结构介质基板10的正中间设置有馈电PCB 14；所述金属环11为正方形结构，在正方形结构的任意两条相邻边上设置有第一平面螺旋扼流圈（choke）121，且这两条相邻边远离低频双极化天线辐射结构介质基板10的中心；在正方形结构剩下的两条相邻边上设置有第二平面螺旋扼流圈122和耦合金属条带13，且耦合金属条带13设置在正方形结构剩下的两条相邻边形成的直角位置处，所述馈电PCB 14的一端与所述金属环11馈电连接，另一端经过天线阵金属板3中开设的低频馈电PCB板的槽后与内部同轴线连接，进行馈电。

如图2和图3所示，高频双极化天线2设置在低频双极化天线1两侧，并通过尼龙柱4固定在天线阵金属板3上，且有一半面积的高频双极化天线2位于低频双极化天线1的正下方位置，即高频双极化天线2约有一半的面积被低频双极化天线1遮挡。

进一步地，高频双极化天线2包括高频双极化天线辐射结构介质基板21和位于高频双极化天线辐射结构介质基板21正面的四个高频双极化天线金属环22，且四个高频双极化天线金属环22呈田字型排布，高频双极化天线辐射结构介质基板21通过尼龙柱4固定在天线阵金属板3上。

在高频双极化天线辐射结构介质基板21中心位置的正下方设置有两个正交放置的第一高频双极化天线馈电PCB 231和第二高频双极化天线馈电PCB 232，通过第一高频双极化天线馈电PCB 231和第二高频双极化天线馈电PCB 232来激励两个极化；第一高频双极化天线馈电PCB 231和第二高频双极化天线馈电PCB 232的底端两侧突出部插入到天线阵金属板3内开设有高频馈电PCB板的槽上，与内部同轴线相连进行馈电。

进一步地，如图4所示，金属环11设置在所述低频双极化天线辐射结构介质基板10的底面，耦合金属条带13设置在低频双极化天线辐射结构介质基板10的正面，且金属环11与耦合金属条带13不直接接触，四个金属环11分别与馈电PCB 14上的馈电金属接触，将馈电PCB 14上的电磁能量耦合到金属环11上，为天线提供了容性阻抗分量，以便于匹配。

进一步地，如图5所示，第一平面螺旋扼流圈121包括螺旋扼流圈正面金属条带1211、螺旋扼流圈反面金属条带1212和贯穿低频双极化天线辐射结构介质基板10的金属通孔1213；所述螺旋扼流圈正面金属条带1211设置在低频双极化天线辐射结构介质基板10的正面，螺旋扼流圈反面金属条带1212设置在低频双极化天线辐射结构介质基板10的底面；螺旋扼流圈正面金属条带1211的一端与所述耦合金属条带13连接，另一端通过金属通孔1213与螺旋扼流圈反面金属条带1212的一端连接，螺旋扼流圈反面金属条带1212的另一端与金属环11连接。

其中，螺旋choke（扼流圈）能够抑制高频电磁波在低频双极化天线1上激励起的感应电流，从而改善低频双极化天线1对高频天辐射电磁波的影响。螺旋choke加载低频双极化天线1对高频双极化天线2具有电磁透明特性。两种尺寸不同的螺旋choke能够抑制的高频感应电流对应不同的频率，保证相对宽带的电磁透明特性。

进一步地，如图6所示，馈电PCB 14的正面设置有两路长宽不同的金属微带线141，背面设置有一中间开槽的馈电PCB金属地板142，通过改变中间开槽的形状调节低频双极化天线1的阻抗匹配和两个极化之间的隔离度。

本发明通过在低频双极化天线1中加载设置平面螺旋choke，使得低频双极化天线1对高频双极化天线2辐射的电磁波的电磁透明特性更强，图7展示了一种低频天线为传统环形振子双极化天线的天线阵。图8-图10分别展示了在没有低频天线、低频天线为普通环形振子天线5、低频天线为本发明中的平面螺旋choke加载天线情况下，只激励位于上方的高频天线的一个极化对应的辐射方向图。普通环形振子天线5对高频天线辐射的电磁波影响较大，方向图畸变严重；平面螺旋choke加载天线对高频天线辐射的电磁波影响较小，该情况下的方向图与没有低频天线情况的方向图差别较小，对高频天线具有电磁透明特性。

本发明的高频双极化天线2工作于1.71-1.83GHz，低频双极化天线1工作于700-960MHz，但是高频、低频天线的工作频率可以根据实际需要设置，只需对本发明中天线的尺寸进行调整即可。

尽管本发明中的高频双极化天线2采用了环形振子，应当理解：高频天线可以换成其他类型的天线（如：微带天线、半波振子天线等），高频天线种类的变化不影响平面螺旋choke加载天线对高频天线的电磁透明特性。

尽管本发明中低频双极化天线1中只加载了两种尺寸不同的平面螺旋choke，即第一平面螺旋扼流圈121和第二平面螺旋扼流圈122，应当理解：可以在低频天线中只加载一种或多种尺寸的平面螺旋choke，适当缩窄或拓宽天线的电磁透明带宽。

尽管本发明中低频天线中是在环形天线的金属环上加载了平面螺旋choke12，应当理解：也可以在其他类型的天线（如：微带天线、半波振子天线等）中只加载螺旋choke，实现高频电磁透明特性。

尽管本发明中天线阵为一个低频双极化天线1和两个高频双极化天线2，且高频双极化天线2设置在低频双极化天线1两侧的组合，应当理解：也可以部署为一个低频双极化天线1和四或多个高频双极化天线2，高频双极化天线2也可以设置在低频双极化天线1四周；也可以部署为多个低频双极化天线1和多个高频双极化天线2组成的天线阵。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种共口径基站天线阵，其特征在于：它包括低频双极化天线（1）、高频双极化天线（2）和天线阵金属板（3），所述低频双极化天线（1）通过尼龙柱（4）固定在天线阵金属板（3）上；

所述低频双极化天线（1）包括通过尼龙柱（4）固定在天线阵金属板（3）上的低频双极化天线辐射结构介质基板（10），在低频双极化天线辐射结构介质基板（10）上设置有四个相同结构的金属环（11），且四个金属环（11）呈田字型排布，在低频双极化天线辐射结构介质基板（10）的正中间设置有馈电PCB（14）；所述金属环（11）为正方形结构，在正方形结构的任意两条相邻边上设置有第一平面螺旋扼流圈（121），且这两条相邻边远离低频双极化天线辐射结构介质基板（10）的中心；在正方形结构剩下的两条相邻边上设置有第二平面螺旋扼流圈（122）和耦合金属条带（13），且耦合金属条带（13）设置在正方形结构剩下的两条相邻边形成的直角位置处，所述馈电PCB（14）的一端与所述金属环（11）馈电连接，另一端与天线阵金属板（3）馈电连接。

2.根据权利要求1所述的一种共口径基站天线阵，其特征在于：所述金属环（11）设置在所述低频双极化天线辐射结构介质基板（10）的底面，耦合金属条带（13）设置在低频双极化天线辐射结构介质基板（10）的正面，且金属环（11）与耦合金属条带（13）不直接接触，四个金属环（11）分别与馈电PCB（14）上的馈电金属接触，将馈电PCB（14）上的电磁能量耦合到金属环（11）上。

3.根据权利要求2所述的一种共口径基站天线阵，其特征在于：所述第一平面螺旋扼流圈（121）包括螺旋扼流圈正面金属条带（1211）、螺旋扼流圈反面金属条带（1212）和贯穿低频双极化天线辐射结构介质基板（10）的金属通孔（1213）；所述螺旋扼流圈正面金属条带（1211）设置在低频双极化天线辐射结构介质基板（10）的正面，螺旋扼流圈反面金属条带（1212）设置在低频双极化天线辐射结构介质基板（10）的底面；螺旋扼流圈正面金属条带（1211）的一端与所述耦合金属条带（13）连接，另一端通过金属通孔（1213）与螺旋扼流圈反面金属条带（1212）的一端连接，螺旋扼流圈反面金属条带（1212）的另一端与金属环（11）连接。

4.根据权利要求1所述的一种共口径基站天线阵，其特征在于：所述馈电PCB（14）的正面设置有两路长宽不同的金属微带线（141），背面设置有一中间开槽的馈电PCB金属地板（142），通过改变中间开槽的形状调节低频双极化天线（1）的阻抗匹配和两个极化之间的隔离度。

5.根据权利要求1所述的一种共口径基站天线阵，其特征在于：所述高频双极化天线（2）设置在低频双极化天线（1）两侧，并通过尼龙柱（4）固定在天线阵金属板（3）上，且有一半面积的高频双极化天线（2）位于低频双极化天线（1）的正下方位置。

6.根据权利要求5所述的一种共口径基站天线阵，其特征在于：所述高频双极化天线（2）包括高频双极化天线辐射结构介质基板（21）和位于高频双极化天线辐射结构介质基板（21）正面的四个高频双极化天线金属环（22），且四个高频双极化天线金属环（22）呈田字型排布，高频双极化天线辐射结构介质基板（21）通过尼龙柱（4）固定在天线阵金属板（3）上。

7.根据权利要求6所述的一种共口径基站天线阵，其特征在于：在高频双极化天线辐射结构介质基板（21）中心位置的正下方设置有两个正交放置的第一高频双极化天线馈电PCB（231）和第二高频双极化天线馈电PCB（232），第一高频双极化天线馈电PCB（231）和第二高频双极化天线馈电PCB（232）的底端两侧突出部插入到天线阵金属板（3）内。

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