CN115832683A - 一种辐射单元及基站天线 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及天线技术领域，特别涉及一种辐射单元及基站天线。其中，辐射单元包括多个辐射臂和慢波电路结构，慢波电路结构设置在至少一个辐射臂上；慢波电路结构包括相互间隔设置的多个导体段，多个导体段的第一端均与辐射臂连接，且各导体段与辐射臂的接触面具有一定夹角。本公开的技术方案，有利于实现辐射单元小型化设计的同时，可弱化低频辐射单元对高频辐射单元性能的影响，从而改善了阵列式基站天线中高频辐射单元辐射方向图的稳定性，有利于提高用户的使用体验。

Description

一种辐射单元及基站天线
技术领域
本公开涉及天线技术领域，特别涉及一种辐射单元及基站天线。
背景技术
在移动通信基站天线领域，基站天线在提供更加多样化服务的同时，可以有效地提高天线的空间利用率，降低天线设备场地租赁的成本。因此，基站天线成为新一代无线通信领域的一个重要的研究方向。
基站天线通常是由工作在不同频带的辐射单元组成，包括至少一个低频辐射单元和至少一个高频辐射单元。多频带天线中的各个辐射单元被放置在一个有限的空间内，传统辐射单元尺寸比较大，布局困难，且不同辐射单元之间会存在强烈的交叉频带散射干扰。传统辐射单元将严重地恶化多频带天线的性能，例如低频辐射单元对高频辐射单元性能造成影响，具体表现为不同频带辐射单元之间的端口隔离度恶化以及高频辐射单元的辐射方向图畸变等，从而影响用户的使用体验。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种辐射单元及基站天线，有利于实现辐射单元小型化设计的同时，可弱化低频辐射单元对高频辐射单元性能的影响，从而改善了阵列式基站天线中高频辐射单元辐射方向图的稳定性。
第一方面，本公开实施例提供了一种辐射单元，包括：
多个辐射臂和慢波电路结构，所述慢波电路结构设置在至少一个所述辐射臂上；
所述慢波电路结构包括相互间隔设置的多个导体段，所述多个导体段的第一端均与所述辐射臂连接，且各所述导体段与所述辐射臂的接触面具有一定夹角。
在一些实施例中，所述多个导体段的第二端相互绝缘，或者，所述多个导体段的第二端相互电连接。
在一些实施例中，所述辐射单元工作于低频频段，任意相邻两个所述导体段的第一端的间隙小于0.05λ，其中，所述λ为高频辐射单元工作频段的波长。
在一些实施例中，所述导体段的长度为0.05λ～0.25λ。
在一些实施例中，所述辐射臂设置为环形辐射臂。
在一些实施例中，所述慢波电路结构设置在所述环形辐射臂的内臂上。
在一些实施例中，所述辐射单元还包括：
独立导体结构，所述独立导体结构对应下方的高频辐射单元设置在所述环形辐射臂的内侧。
在一些实施例中，所述独立导体结构在所处辐射臂所在平面上的垂直投影的轮廓的总长度为0.4λ～1λ，其中，所述λ为高频辐射单元工作频段的波长。
第二方面，本公开实施例还提供了一种基站天线，包括：
低频辐射单元和高频辐射单元，所述低频辐射单元是如第一方面任一项所述的辐射单元。
在一些实施例中，多个所述高频辐射单元组成高频阵列，所述低频辐射单元插设于所述高频阵列的阵列间隙中，或者所述低频辐射单元与所述高频辐射单元嵌套设置。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本公开实施例提供的辐射单元包括多个辐射臂和慢波电路结构，慢波电路结构设置在至少一个辐射臂上；慢波电路结构包括相互间隔设置的多个导体段，多个导体段的第一端均与辐射臂连接，且各导体段与辐射臂的接触面具有一定夹角。由此，本公开实施例提供的辐射单元工作于低频频段时，通过在辐射臂加载慢波电路结构，可缩小低频辐射单元的口径，一方面可减小阵列式低频辐射单元中相邻辐射单元之间的耦合效应，有利于改善阵列式低频辐射单元辐射方向图的稳定性；另一方面可减小低频辐射单元对高频辐射单元的遮挡效应，进而减小了低频辐射单元与高频辐射单元之间的耦合效应，从而有利于改善阵列式基站天线中高频辐射单元辐射方向图的稳定性。由此，设置的慢波电路结构简单，且设计灵活，有利于实现低频辐射单元小型化设计的同时，可弱化低频辐射单元对高频辐射单元性能的影响，从而改善了阵列式基站天线中高频辐射单元辐射方向图的稳定性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例提供的一种辐射单元的俯视结构示意图；
图2为本公开实施例提供的一种辐射单元与传统辐射单元的口径对比示意图；
图3为本公开实施例提供的一种辐射单元与传统辐射单元的雷达散射截面积随频率变化仿真结果对比图；
图4为本公开实施例提供的一种辐射单元的俯视结构局部放大示意图；
图5为本公开实施例提供的另一种辐射单元的俯视结构示意图；
图6为本公开实施例提供的又一种辐射单元的俯视结构示意图；
图7为本公开实施例提供的一种慢波电路结构在高频频段的阻抗仿真示意图；
图8为本公开实施例提供的又一种辐射单元的俯视结构示意图；
图9为本公开实施例提供的又一种辐射单元的俯视结构示意图；
图10为本公开实施例提供的一种辐射单元的仿真驻波图；
图11为本公开实施例提供的一种基站天线的侧视结构示意图；
图12为本公开实施例提供的一种基站天线在高频工作频段的仿真波动示意图；
图13为相关技术中提供的一种基站天线在高频工作频段的仿真波动示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本公开实施例提供的辐射单元设置的慢波电路结构简单，且设计灵活，有利于实现低频辐射单元小型化设计的同时，可弱化低频辐射单元对高频辐射单元性能的影响，从而改善了阵列式基站天线中高频辐射单元辐射方向图的稳定性。
下面结合附图对本公开实施例提供的辐射单元及基站天线进行示例性说明。
图1为本公开实施例提供的一种辐射单元的俯视结构示意图。如图1所示，辐射单元010包括多个辐射臂11和慢波电路结构12，慢波电路结构12设置在至少一个辐射臂11上，图1示例性地示出了四个辐射臂11，以及在辐射臂11上均设置有慢波电路结构12；慢波电路结构12包括相互间隔设置的多个导体段，多个导体段的第一端均与辐射臂11连接，且各导体段与辐射臂11的接触面具有一定夹角。
具体地，辐射单元010工作于低频频段，即辐射单元010为低频辐射单元。辐射单元010包括辐射臂11和慢波电路结构12，其能有效地辐射或接收无线电波。
其中，辐射臂11的具体数量以及慢波电路结构12的具体数量可根据实际需求进行设置，本公开实施例对此不作具体限定。
辐射臂11上设置的慢波电路结构12作为电流延伸路径，具有电延时作用，能够有效提升天线辐射单元的电长度。与传统辐射单元相比，本公开实施例提供的辐射单元010通过在辐射臂11上设置慢波电路结构12，由于慢波电路结构12作为电流延伸路径，具有电延时作用，能够有效提升辐射单元的电长度，在电长度不变的情况下可缩小辐射单元的口径，进可实现辐射单元010的小型化设计。
示例性地，图2为本公开实施例提供的一种辐射单元与传统辐射单元的口径对比示意图。如图2所示，在实现相同的低频工作频段例如但不限于工作频段为698-960MHz时，左边的附图为传统辐射单元，传统辐射单元的口径为127*127毫米；右边的附图为本公开实施例提供的辐射单元，辐射单元的口径为113*113毫米；由此，在实现相同的工作频段时，本公开实施例提供的辐射单元的口径小于传统辐射单元的口径，可实现辐射单元的小型化设计，进而有利于实现天线的小型化设计。
示例性地，图3为本公开实施例提供的一种辐射单元与传统辐射单元的雷达散射截面积随频率变化仿真结果对比图。如图3所示，横坐标代表频率，单位为GHz，纵坐标代表雷达散射截面积，单位为dB。由图3可得，本公开实施例提供的低频辐射单元在高频段的雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS)明显低于传统的低频辐射单元。
具体地，慢波电路结构12包括多个导体段，将导体段与辐射臂11连接的一端作为导体段的第一端，将导体段的另一端作为导体段的第二端。图1示例性地示出了每个慢波电路结构12均包括两个导体段，分别为第一导体段121和第二导体段122，第一导体段121和第二导体段122的第一端连接在辐射臂11上，第一导体段121和第二导体段122的第二端远离辐射臂11，由此各导体段与辐射臂11的接触面可形成一定夹角。
示例性地，图4为本公开实施例提供的一种辐射单元的俯视结构局部放大示意图。如图4所示，慢波电路结构12与辐射臂11的连接处形成夹角A。
其中，导体段可设置为金属导体段，也可设置为非金属导体段，满足本公开实施例提供的辐射单元的工作需求即可，在此不作具体限定。在其它实施方式中，还可设置慢波电路结构包括三个导体段或四个导体段或者更多个导体段，在此不作具体限定。
示例性地，图5为本公开实施例提供的另一种辐射单元的俯视结构示意图。如图5所示，慢波电路结构12包括第一导体段121、第二导体段122和第三导体段123，由此设置每个慢波电路结构均包括三个导体段。
参照图1或图2所示，本公开实施例提供的辐射单元还包括介质基板13，辐射臂11设置在介质基板例如但不限于印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)上。其中，PCB的厚度可为30mil以及介电常数可为3.0，或者根据具体实际需求设置，在此不作具体限定。
本公开实施例提供的辐射单元包括多个辐射臂和慢波电路结构，慢波电路结构设置在至少一个辐射臂上；慢波电路结构包括相互间隔设置的多个导体段，多个导体段的第一端均与辐射臂连接，且各导体段与辐射臂的接触面具有一定夹角。由此，本公开实施例提供的辐射单元工作于低频频段时，即低频辐射单元，通过在辐射臂加载慢波电路结构，可缩小低频辐射单元的口径，一方面可减小阵列式低频辐射单元中相邻辐射单元之间的耦合效应，有利于改善阵列式低频辐射单元辐射方向图的稳定性；另一方面可减小低频辐射单元对高频辐射单元的遮挡效应，进而减小了低频辐射单元与高频辐射单元之间的耦合效应，从而有利于改善阵列式基站天线中高频辐射单元辐射方向图的稳定性。由此，设置的慢波电路结构简单，且设计灵活，有利于实现低频辐射单元小型化的同时，可弱化低频辐射单元对高频辐射单元性能的影响，从而改善了阵列式基站天线中高频辐射单元辐射方向图的稳定性，有利于提高用户使用体验。
在一些实施例中，参照图1或图5，多个导体段的第二端相互绝缘。具体地，如图1所示，第一导体段121和第二导体段122的第二端之间未连接；或者，如图5所示，第一导体段121、第二导体段122和第三导体段123第二端之间未连接。
在一些实施例中，图6为本公开实施例提供的又一种辐射单元的俯视结构示意图。如图6所示，多个导体段的第二端相互电连接。具体地，构成慢波电路结构12的第一导体段121和第二导体段122的第二端之间电连接。
需要说明的是，本公开实施例的优先实施方式为设置多个导体段的第二端相互绝缘，即多个导体段的第二端之间未电连接，有利于提高辐射单元的辐射效果。
在一些实施例中，结合图1和图4，任意相邻两个导体段的第二端间隙小于0.05λ，其中，λ为高频辐射单元工作频段的波长。
具体地，慢波电路结构12包括多个导体段，在任意相邻的两个导体段之间设置耦合间隙。通过仿真测试结果，将耦合间隙设置为高频辐射单元工作频段对应波长的0.05倍，以及将导体段的长度设置为高频辐射单元工作频段对应波长的0.05～0.25倍，可实现慢波电路结构12对高频频段的阻抗特性，有利于阻断工作于低频频段的辐射单元辐射臂上高频感应电流的传导，进而可有效抑制辐射单元辐射臂上高频信号的散射，有利于改善多频阵列式天线中高频辐射单元辐射方向图的稳定性。
示例性地，图7为本公开实施例提供的一种慢波电路结构在高频频段的阻抗仿真示意图。如图7所示，横坐标代表频率，单位为GHz，坐标代表阻抗，单位为Ω，从图7中可得到本公开实施例提供的慢波电路结构在高频频段(3400～3800MHz)具有阻抗特性。
需要说明的是，上述实施例中示出的构成慢波电路结构的导体段均设置为规则的直线型导体，本公开实施例还可将构成慢波电路结构的导体段设置为波浪线型导体，本公开实施例对此不作具体限定。
在一些实施例中，图8为本公开实施例提供的又一种辐射单元的俯视结构示意图。如图8所示，构成慢波电路结构12的第一导体段121和第二导体段122均设置为波浪线型导体，在阻断辐射单元辐射臂11上高频感应电流传导的同时，可缩短导体段从第二端到第一端的物理长度，进而有利于优化导体段的空间布局。
在一些实施例中，图9为本公开实施例提供的又一种辐射单元的俯视结构示意图。如图9所示，辐射臂11设置为环形辐射臂。
具体地，辐射臂11上开设有通孔14，以形成镂空辐射臂，即将辐射臂11设置为环形辐射臂，可减少低频辐射单元与高频辐射单元之间的耦合面积，进而有利于减少低频辐射单元对高频辐射单元耦合的高频感应电流，从而有利于改善阵列式基站天线中高频辐射单元辐射方向图的稳定性。
在一些实施例中，继续参照图9，慢波电路结构12设置在环形辐射臂的内臂上。
具体地，辐射臂11上开设有通孔14，以形成环形辐射臂，可将慢波电路结构12设置在环形辐射臂的内臂上，或者将慢波电路结构12设置在环形辐射臂的外臂上，本公开实施例对此不作具体限定。本公开实施例的优选实施方式将慢波电路结构12设置在环形辐射臂的内臂上，有利于缩小辐射单元的口径，进而有利于实现天线的小型化设计。
在一些实施例中，继续参照图9，辐射单元还包括独立导体结构15，独立导体结构15对应下方的高频辐射单元设置在环形辐射臂的内侧。
具体地，辐射臂11上开设有通孔14，以形成环形辐射臂，在通孔14即镂空结构的投影区域内设置独立导体结构15，即将独立导体结构15设置在环形辐射臂的内侧，且独立导体结构15与环形辐射臂绝缘，独立导体结构15的下方对应设置有高频辐射单元。
其中，独立导体结构15在辐射臂11所在平面上的垂直投影的外尺寸总长度为高频辐射单元工作频段波长的0.4λ～1倍。通过仿真测试得到，设置上述尺寸的独立导体结构15，对高频信号具有引向作用，可改善高频辐射单元的辐射效果。
为了验证设置的独立导体结构15对辐射臂11工作的低频频段是否造成影响，对本公开实施例的提供辐射单元进行驻波仿真测试。示例性地，图10为本公开实施例提供的一种辐射单元的仿真驻波图。如图10所示，横坐标代表频率，单位为MHz，纵坐标代表驻波比的数值，由图10可得本公开实施例提供的辐射单元的第一极化端口和第二极化端口的驻波比均小于1.5，可认为辐射单元工作的低频频段受到的影响可以忽略。
其中，驻波比全称为电压驻波比，电压驻波比为传输线波腹电压与波谷电压幅度之比，又称为驻波系数，为本领域技术人员的公知常识，在此不再详细赘述。
在上述实施方式的基础上，本公开实施例还提供了一种基站天线。图11为本公开实施例提供的一种基站天线的侧视结构示意图。结合图1和图11，基站天线20包括低频辐射单元21和高频辐射单元22，图11示例性地示出了一个低频辐射单元21与多个高频辐射单元22，低频辐射单元21是如上述各实施例所述的辐射单元010，因此具有相同或相似的有益效果，在此不再一一赘述。
在一些实施例中，继续参照图11，多个高频辐射单元22组成高频阵列，低频辐射单元21插设于高频阵列的阵列间隙中。
在其它实施方式中，还可将低频辐射单元21与高频辐射单元22嵌套设置，本公开实施例对此不作具体限定。
本公开实施例提供的基站天线中的低频辐射单元21采用图1中所述的辐射单元010，有利于实现基站天线的小型化设计。
示例性地，图12为本公开实施例提供的一种基站天线在高频工作频段的仿真波动示意图。作为参照，图13为相关技术提供的一种基站天线在高频工作频段的仿真波动示意图。图12和图13的横坐标代表方位角，单位为deg，纵坐标代表辐射方向图的电平，单位为dB。结合图12和图13可得，相关技术中提供的基站天线在高频工作频段的波动较大，而本公开实施例提供的基站天线在高频工作频段的波动较小。由此，本公开实施例提供的基站天线有利于改善其在高频工作频段波动的问题。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种辐射单元，其特征在于，包括：
多个辐射臂和慢波电路结构，所述慢波电路结构设置在至少一个所述辐射臂上；
所述慢波电路结构包括相互间隔设置的多个导体段，所述多个导体段的第一端均与所述辐射臂连接，且各所述导体段与所述辐射臂的接触面具有一定夹角。
2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述多个导体段的第二端相互绝缘，或者，所述多个导体段的第二端相互电连接。
3.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元工作于低频频段，任意相邻两个所述导体段的第一端的间隙小于0.05λ，其中，所述λ为高频辐射单元工作频段的波长。
4.根据权利要求3所述的辐射单元，其特征在于，所述导体段的长度为0.05λ～0.25λ。
5.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射臂设置为环形辐射臂。
6.根据权利要求5所述的辐射单元，其特征在于，所述慢波电路结构设置在所述环形辐射臂的内臂上。
7.根据权利要求5所述的辐射单元，其特征在于，还包括：
独立导体结构，所述独立导体结构对应下方的高频辐射单元设置在所述环形辐射臂的内侧。
8.根据权利要求7所述的辐射单元，其特征在于，所述独立导体结构在所处辐射臂所在平面上的垂直投影的轮廓的总长度为0.4λ～1λ，其中，所述λ为高频辐射单元工作频段的波长。
9.一种基站天线，其特征在于，包括：
低频辐射单元和高频辐射单元，所述低频辐射单元是如权利要求1-8任一项所述的辐射单元。
10.根据权利要求9所述的基站天线，其特征在于，多个所述高频辐射单元组成高频阵列，所述低频辐射单元插设于所述高频阵列的阵列间隙中，或者所述低频辐射单元与所述高频辐射单元嵌套设置。
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