CN117154382A - 辐射单元、基站天线及基站天馈系统 - Google Patents

辐射单元、基站天线及基站天馈系统 Download PDF

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CN117154382A CN202210562502.8A CN202210562502A CN117154382A CN 117154382 A CN117154382 A CN 117154382A CN 202210562502 A CN202210562502 A CN 202210562502A CN 117154382 A CN117154382 A CN 117154382A
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Abstract

本申请提供了一种辐射单元、基站天线及基站天馈系统，其中，该辐射单元包括介质体、馈电探针和振子，介质体在厚度方向的一侧表面设置有第一带线，介质体在厚度方向的另一侧表面设置有第二带线，介质体在厚度方向贯通设置有金属过孔，第一带线和第二带线通过金属过孔电连接；馈电探针与第一带线和第二带线电连接；振子设置于介质体，振子通过第二带线与馈电探针和金属过孔连接。当基站天线工作在恶劣的环境中时，即使出现其中一条带线与馈电探针连接失效时，两条带线仍然可以通过金属过孔实现电连接，并进一步与馈电探针电连接，从而仍然能够保证电路导通的有效性，保证基站天线正常工作，极大程度地降低了基站天线失效的概率。

Description

辐射单元、基站天线及基站天馈系统
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种辐射单元、基站天线及基站天馈系统。
背景技术
基站天线主要工作在室外环境中，并且分布在不同区域，可能的工作环境包含：高温气候，低温气候，雷雨天气，湿热场景，近海场景，沙漠场景，暴风台风类场景，冰雪覆盖等场景。当基站天线处于以上极端环境下时，常伴随不同程度的热胀冷缩等自然规律现象，这种细小变化达到一定程度后，可能导致相关部件局部形变，影响部件的性能，进而影响网络通信正常运行，天线的整体可靠性显得异常重要。
发明内容
本申请的目的是提供一种辐射单元、基站天线及基站天馈系统，以解决现有技术中基站天线因环境因素影响而导致可靠性低的问题。
本申请的第一方面提供了一种辐射单元，其中，包括：
介质体，所述介质体在厚度方向的一侧表面设置有第一带线，所述介质体在厚度方向的另一侧表面设置有第二带线，所述介质体在厚度方向贯通设置有金属过孔，所述第一带线和所述第二带线通过所述金属过孔电连接；
馈电探针，所述馈电探针与所述第一带线和所述第二带线电连接；
振子，所述振子设置于所述介质体，所述振子通过所述第二带线与所述馈电探针和所述金属过孔连接。
本申请提供的辐射单元，在介质体的相对的两侧设置有第一带线和第二带线，第一带线和第二带线一方面可以通过金属过孔电连接，另一方面还可以通过馈电探针电连接，当基站天线工作在恶劣的环境中时，即使出现其中一条带线与馈电探针连接失效时，两条带线仍然可以通过金属过孔实现电连接，并进一步与馈电探针电连接，从而仍然能够保证电路导通的有效性，保证基站天线正常工作，极大程度地降低了基站天线失效的概率。
在一种可能的实现方式中，所述介质体上设置有至少一条极化电路，每条所述极化电路均包括所述第一带线、所述第二带线、所述振子和至少一个所述馈电探针。也就是说，一个第一带线、一个第二带线、至少一个馈电探针和振子可以构成一条极化电路。当只有一条极化电路时，该基站天线为单极化天线。
在一种可能的实现方式中，所述辐射单元为双极化辐射单元，所述介质体上设置有两条极化电路。
在一种可能的实现方式中，所述极化电路包括两个所述馈电探针，两个所述馈电探针串联相连。
其中，在一个极化电路中，金属过孔与两个馈电探针三者串联相连，即使有一个馈电探针与第一带线或第二带线接触不良时，另一个馈电探针仍然可以正常工作，另外，如果一个馈电探针仅与一个带线接触不良，也能够通过金属过孔实现两个带线的电连接，并能够与该接触不良的馈电探针电连接，实现正常工作。因此，采用两个馈电探针串联的方式进一步保证了辐射单元工作的可靠性。
在一种可能的实现方式中，所述极化电路包括两个所述馈电探针，两个所述馈电探针并联相连，每个所述馈电探针均与所述金属过孔串联相连。
其中，在一个极化电路中，金属过孔分别与两个馈电探针串联相连，且两个馈电探针则并联相连，即使有一个馈电探针与第一带线或第二带线接触不良时，另一个馈电探针仍然可以正常工作，两个馈电探针互不影响。另外，如果一个馈电探针仅与一个带线接触不良，也能够通过金属过孔实现两个带线的电连接，并能够与该接触不良的馈电探针电连接，实现正常工作。因此，采用两个馈电探针并联的方式进一步保证了辐射单元工作的可靠性。
在一种可能的实现方式中，所述馈电探针与所述金属过孔之间的距离小于或等于所述辐射单元的中心工作频率波长的四分之一。
其中，馈电探针与金属过孔之间的距离具体指馈电探针的中心与金属过孔的中心之间的距离。由于第一带线会产生反射波，通过使馈电探针与金属过孔之间的距离小于或等于辐射单元的中心工作频率波长的四分之一，可以将反射波抵消优化辐射单元的性能。
在一种可能的实现方式中，所述馈电探针在所述介质体上通过电镀工艺成型。从而使馈电探针与介质体形成为一体结构，由此保证了馈电探针与第一带线和第二带线连接的可靠性。
在一种可能的实现方式中，所述馈电探针固定嵌设于所述介质体。从而可以便于馈电探针的安装固定
在一种可能的实现方式中，所述第二带线包括第一段和第二段，所述第一段的一端与所述馈电探针电连接，所述第一段的另一端与所述金属过孔电连接；所述第二段的一端与所述金属过孔电连接，所述第二段的另一端与所述振子电连接。
其中，第一段通过金属过孔与第二段电连接，第一段和第二段均可以为直线型，当然也可以为折线、曲线等形状，具体可以根据辐射单元所需求的性能而设计。
在一种可能的实现方式中，所述介质体的材质为塑料，所述第一带线和所述第二带线通过蚀刻工艺设置于所述介质体。从而保证了第一带线和第二带线在介质体上的可靠性，进而保证了第一带线和第二带线与金属过孔电性连接的可靠性，不会发生带线与金属过孔接触不良的问题。由此，即使馈电探针与任意一条带线连接不良时，仍然可以通过金属过孔保证第一带线和第二带线之间的电连接，进而保证了基站天线在恶劣环境中的正常工作。
在一种可能的实现方式中，所述介质体的厚度为1～1.5mm。在该数值范围内，可以保证介质体的结构稳定，避免在恶劣的环境中产生较大的热胀冷缩变形，保证了馈电探针及各个带线在介质体上的结构可靠性，同时，还有利于辐射单元的小型化和轻薄化。
本申请的第二方面还提供了一种基站天线，包括反射板，其中，所述基站天线还包括本申请第一方面提供的辐射单元，所述辐射单元通过所述介质体安装于所述反射板。
本申请的第三方面还提供了一种基站天馈系统，其中，所述基站系统包括本申请第二方面提供的基站天线。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请实施例提供的基站天馈系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的基站天线的结构示意图；
图3为本申请一种实施例提供的辐射单元的正面结构视图；
图4为本申请一种实施例提供的辐射单元的背面结构视图；
图5为本申请一种实施例提供的辐射单元的局部视图；
图6为本申请一种实施例提供的辐射单元的俯视图；
图7为图6中在A-A处的截面图；
图8为本申请一种实施例提供的辐射单元的仰视图；
图9为本申请另一种实施例提供的辐射单元的俯视图；
图10为图9中在B-B处的截面图；
图11为本申请另一种实施例提供的辐射单元的仰视图(两个馈电探针串联)；
图12为本申请又一种实施例提供的辐射单元的仰视图(两个馈电探针并联)。
附图标记：
100-基站天线；
101-辐射单元；
102-馈电网络；
103-移相器；
104-传动网络；
105-合路器；
106-天线接头；
107-天线罩；
200-天线调整支架；
300-固定杆；
400-接头密封件；
500-接地装置；
1-反射板；
2-振子；
3-介质体；
4-馈电探针；
5-第一带线；
6-第二带线；
61-第一段；
62-第二段；
7-金属过孔。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
基站天线主要工作在室外环境中，并且分布在不同区域，可能的工作环境包含：高温气候，低温气候，雷雨天气，湿热场景，近海场景，沙漠场景，暴风台风类场景，冰雪覆盖等场景。当基站天线处于以上极端环境下时，常伴随不同程度的热胀冷缩等自然规律现象，这种细小变化达到一定程度后，可能导致相关部件局部形变，影响部件的性能，进而影响网络通信正常运行，天线的整体可靠性显得异常重要。
本申请实施例提供了一种辐射单元、基站天线100及基站天馈系统，其中，如图2和图7所示，基站天线100包括反射板1，该反射板1为一种参考地，辐射单元整体安装于反射板1上。基站天线100可应用于基站天馈系统，具体地，如图1所示，基站天馈系统可以应用于雷达、广播和通信等领域。如图1所示，基站天馈系统由基站天线100、天线调整支架200、固定杆300、接头密封件400、接地装置500等组成，基站天馈系统是无线通信的接口设备，能够与所在区域内的通信终端进行交互信息的工作。
如图2所示，基站天线100可以包括辐射单元101、移相器103、传动网络104或校准网络、合路器105或者波动器以及天线罩107等。辐射单元101通过由移相器103、传动网络104和合路器105组成的馈电网络102接收或发射射频信号。馈电网络102能够将射频信号按照一定的幅度、相位馈送到辐射单元101，或者将辐射单元101接收到的无线信号按照一定的幅度、相位通过天线接头106发送到基站系统的信号处理单元。天线罩107可以保护内部组件免受外部环境中电磁干扰和外部异物损坏等风险。
具体地，本申请实施例提供的辐射单元包括介质体3，该介质体3整体呈现一种薄片状结构，可以整体通过螺钉等连接件安装在基站天线的反射板1上。该介质体3可以为钣金、印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)或超级蚀刻图形(Plus etched pattern，PEP)，本实施中，介质体3优选为塑料成型的PEP介质体3，相对于PCB、钣金等介质体3，PEP介质体3具有重量轻、三维成型灵活、装配简单等优点，可以在天线领域得到广泛应用，尤其适合应用于Massive MIMO天线。
具体地，如图3至图5所示，介质体3在厚度方向的一侧表面设置有第一带线5，介质体3在厚度方向的另一侧表面设置有第二带线6，介质体3在厚度方向贯通设置有金属过孔7，第一带线5和第二带线6通过金属过孔7电连接。其中，该金属过孔7在成型时，可以先在介质体3上沿厚度方向开设一通孔，再在通孔的内壁面及端部镀上金属层，从而形成金属过孔7，该金属过孔7通过金属层与第一带线5和第二带线6连接，以实现第一带线5、金属过孔7和第二带线6之间的电性连接。其中，第一带线5和第二带线6可以为空气带线、金属线等，具有良好的导电性。
如图6至图8所示，馈电探针4与第一带线5和第二带线6电连接，振子2设置于介质体3，振子2通过第二带线6与馈电探针4和金属过孔7连接。其中，馈电探针4一般为导电的金属材料，用于与移相器或滤波器等功能模块连接，实现对天线的馈电。本实施例中，馈电探针4可以通过第二带线6对振子2馈电，具体地，振子2的辐射面与第一带线5位于介质体3的同侧，振子2上用于与第二带线6连接的一端与第二带线6共同位于介质体3的另一侧，振子2可以通过辐射面对外辐射能量。该振子2可以至少设置有一个，也可以由多个振子2组成的一组或多组阵列。
需要说明的是，常规的馈电探针4一般为柱状结构，柱状结构的一端具有针尖，该针尖用于连接移相器或滤波器等功能模块，而考虑通过馈电探针4对天线的辐射体馈电方面，本领域技术人员一般会通过单一的带线连接馈电探针4和辐射体，也就是说，馈电探针4、带线和辐射体三者之间形成唯一的电路。其中，在考虑馈电探针4与带线连接时，一般会将馈电探针4与带线焊接，或者在辐射体所在的介质上开孔，馈电探针4通过嵌入在孔中的方式与带线接触导电。
但是，在基站天线100工作在温差变化大的恶劣的环境中时，馈电探针4与带线之间的焊点处，或者馈电探针4与介质上的孔的配合处会发生热胀冷缩的现象，导致焊点开裂，或者馈电探针4与孔接触不良，这都会导致馈电探针4不能可靠地与带线连接，进而导致电路断开，影响网络通信正常运行。
本申请实施例提供的辐射单元，在介质体3的相对的两侧设置有第一带线5和第二带线6，第一带线5和第二带线6一方面可以通过金属过孔7电连接，另一方面还可以通过馈电探针4电连接，当基站天线工作在恶劣的环境中时，即使出现其中一条带线与馈电探针4连接失效时，两条带线仍然可以通过金属过孔7实现电连接，并进一步与馈电探针4电连接，从而仍然能够保证电路导通的有效性，保证基站天线正常工作，极大程度地降低了基站天线失效的概率。
其中，需要强调的是，第一带线5和第二带线6均通过蚀刻工艺成型在介质体3的表面，从而保证了第一带线5和第二带线6在介质体3上的可靠性，进而保证了第一带线5和第二带线6与金属过孔7电性连接的可靠性，不会发生带线与金属过孔7接触不良的问题。由此，即使馈电探针4与任意一条带线连接不良时，仍然可以通过金属过孔7保证第一带线5和第二带线6之间的电连接，进而保证了基站天线在恶劣环境中的正常工作。
作为一种具体的实现方式，介质体3上设置有至少一条极化电路，每条极化电路均包括第一带线5、第二带线6、振子2和至少一个馈电探针4。也就是说，一个第一带线5、一个第二带线6、至少一个馈电探针4和振子2可以构成一条极化电路。当只有一条极化电路时，该基站天线为单极化天线。
当然，如图8所示，这种极化电路也可以设置有两个，使该基站天线构成双极化天线，例如+/-45极化，或垂直/水平极化。
其中，需要说明的是，基站天线的极化是指以地面作为水平面，基站天线垂直放置于地平面上，将电磁波传播方向作为视线方向，通过线极化单元与地面的夹角定义水平、垂直或+/-45极化。在本申请实施例中，双极化辐射单元与地面的夹角定义为+/-45极化。
作为一种具体的实现方式，如图9至图11所示，极化电路包括两个馈电探针4，两个馈电探针4串联相连。也就是说，在一个极化电路中，金属过孔(图9至图11中未示出)与两个馈电探针4三者串联相连，即使有一个馈电探针4与第一带线5或第二带线6接触不良时，另一个馈电探针4仍然可以正常工作，另外，如果一个馈电探针4仅与一个带线接触不良，也能够通过金属过孔实现两个带线的电连接，并能够与该接触不良的馈电探针4电连接，实现正常工作。因此，采用两个馈电探针4串联的方式进一步保证了辐射单元工作的可靠性。
当然，馈电探针4也可以串联更多个，但串联的数量越多，辐射单元的损耗越大，空间尺寸也越大，因此，本实施例中，优选采用两个馈电探针4串联。更优选的是，采用一个馈电探针4与金属过孔配合的设计形式。
需要说明的是，对于双极化辐射单元，极化电路有两条，两条极化电路的结构可以相同，即两条极化电路中均可以分别串联两个馈电探针4。
此外，也可以一条极化电路中串联两个馈电探针4，另一条极化电路中仅串联一个馈电探针4，具体可以根据所需要的天线的增益、隔离度、损耗等方面的要求而设计。
作为一种具体的实现方式，如图12所示，极化电路可以包括两个馈电探针4，两个馈电探针4并联相连，每个馈电探针4均与金属过孔(图12中未示出)串联相连。也就是说，在一个极化电路中，金属过孔分别与两个馈电探针4串联相连，且两个馈电探针4则并联相连，即使有一个馈电探针4与第一带线5或第二带线6接触不良时，另一个馈电探针4仍然可以正常工作，两个馈电探针4互不影响。另外，如果一个馈电探针4仅与一个带线接触不良，也能够通过金属过孔实现两个带线的电连接，并能够与该接触不良的馈电探针4电连接，实现正常工作。因此，采用两个馈电探针4并联的方式进一步保证了辐射单元工作的可靠性。
需要说明的是，馈电探针4与金属过孔7之间的距离小于或等于辐射单元的中心工作频率波长的四分之一。其中，馈电探针4与金属过孔7之间的距离具体指馈电探针4的中心与金属过孔7的中心之间的距离。由于第一带线5会产生反射波，通过使馈电探针4与金属过孔7之间的距离小于或等于辐射单元的中心工作频率波长的四分之一，可以将反射波抵消优化辐射单元的性能。
此外，为了便于馈电探针4的安装固定，馈电探针4可以嵌入到介质体3上。具体地，可以在介质体3上加工孔，馈电探针4可以嵌入在孔中，并能够与第一带线5和第二带线6接触实现电连接，馈电探针4的一端具有尖端，并能够凸出于介质体3的表面，以便于与外部移相器等器件连接。
但是，当基站天线工作在恶劣的环境中时，馈电探针4与孔的配合处会因热胀冷缩的现象而造成馈电探针4在孔中晃动，容易导致馈电探针4与第一带线5或第二带线6接触不良。为此，在另一种具体的实施例中，馈电探针4在介质体3上可以通过电镀工艺成型。具体地，介质体3可以为PEP塑料结构体，并具有一凸出部，在凸出部位置处可以通过电镀工艺成型出金属材料的馈电探针4，从而使馈电探针4与介质体3形成为一体结构，由此保证了馈电探针4与第一带线5和第二带线6连接的可靠性。
具体地，如图8所示，第二带线6包括第一段61和第二段62，第一段61的一端与馈电探针4电连接，第一段61的另一端与金属过孔7电连接；第二段62的一端与金属过孔7电连接，第二段62的另一端与振子2电连接。
其中，第一段61通过金属过孔7与第二段62电连接，第一段61和第二段62均可以为直线型，当然也可以为折线、曲线等形状，具体可以根据辐射单元所需求的性能而设计。
具体地，介质体3的厚度为1～1.5mm。在该数值范围内，可以保证介质体3的结构稳定，避免在恶劣的环境中产生较大的热胀冷缩变形，保证了馈电探针4及各个带线在介质体3上的结构可靠性，同时，还有利于辐射单元的小型化和轻薄化。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种辐射单元，其特征在于，包括：
介质体，所述介质体在厚度方向的一侧表面设置有第一带线，所述介质体在厚度方向的另一侧表面设置有第二带线，所述介质体在厚度方向贯通设置有金属过孔，所述第一带线和所述第二带线通过所述金属过孔电连接；
馈电探针，所述馈电探针与所述第一带线和所述第二带线电连接；
振子，所述振子设置于所述介质体，所述振子通过所述第二带线与所述馈电探针和所述金属过孔连接。
2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述介质体上设置有至少一条极化电路，每条所述极化电路均包括所述第一带线、所述第二带线、所述振子和至少一个所述馈电探针。
3.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元为双极化辐射单元，所述介质体上设置有两条极化电路。
4.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，所述极化电路包括两个所述馈电探针，两个所述馈电探针串联相连。
5.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，所述极化电路包括两个所述馈电探针，两个所述馈电探针并联相连，每个所述馈电探针均与所述金属过孔串联相连。
6.根据权利要求1-5任一项所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电探针与所述金属过孔之间的距离小于或等于所述辐射单元的中心工作频率波长的四分之一。
7.根据权利要求1-5任一项所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电探针在所述介质体上通过电镀工艺成型。
8.根据权利要求1-5任一项所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电探针固定嵌设于所述介质体。
9.根据权利要求1-5任一项所述的辐射单元，其特征在于，所述第二带线包括第一段和第二段，所述第一段的一端与所述馈电探针电连接，所述第一段的另一端与所述金属过孔电连接；
所述第二段的一端与所述金属过孔电连接，所述第二段的另一端与所述振子电连接。
10.根据权利要求1-5任一项所述的辐射单元，其特征在于，所述介质体的材质为塑料，所述第一带线和所述第二带线通过蚀刻工艺设置于所述介质体。
11.根据权利要求1-5任一项所述的辐射单元，其特征在于，所述介质体的厚度为1～1.5mm。
12.一种基站天线，包括反射板，其特征在于，所述基站天线还包括权利要求1-11任一项所述的辐射单元，所述辐射单元通过所述介质体安装于所述反射板。
13.一种基站天馈系统，其特征在于，所述基站系统包括权利要求12所述的基站天线。
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