CN117578050A - 低频滤波单元和多频滤波阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种低频滤波单元和多频滤波阵列天线，其中，低频滤波单元包括低频辐射单元、多个滤波结构、巴伦体、馈电结构以及加载片，低频辐射单元包括多个低频辐射单元臂且各低频辐射单元臂设于同一平面上，多频滤波阵列天线包括多个高频辐射单元和低频滤波单元，每一低频辐射单元臂远离巴伦体一端的辐射结构连接有一高频辐射单元，巴伦体安装于低频辐射单元的一侧，馈电结构安装于巴伦体上且与低频辐射单元电连接，加载片安装于低频辐射单元远离巴伦体的一侧且与馈电结构电连接，多个滤波结构对应设于各低频辐射单元臂上且与低频辐射单元臂一体化设置，滤波结构降低了电磁耦合，一体化设置简化了制造工艺，有效缩减多频滤波阵列天线的体积。

Description

低频滤波单元和多频滤波阵列天线

技术领域

本发明属于天线通信领域，尤其涉及一种低频滤波单元和多频滤波阵列天线。

背景技术

传统天线在无线通信系统中至关重要。然而随着通信技术的发展和应用需求的增加，传统天线的设计和性能已经不能完全满足现代无线通信系统的要求。

随着移动通信、无线局域网和卫星通信等领域的迅速发展，多频段通信已经成为无线通信系统中的常见需求。不同的通信标准和频段之间存在着频率分离，因此需要设计一种能够同时支持多个频段的天线。

相关技术中，多频滤波天线是一种能够解决多频段通信需求的新型天线技术。它结合了天线和滤波器的功能，能够在单个天线结构中实现对多个频段的选择性传输和接收。通过利用滤波器的频率选择性，多频滤波天线可以在不同的频段上实现高效的信号传输和接收。但相关技术中的多频滤波天线结构复杂，需要加装滤波器等多个器件，导致体积占比较大，难以适用于有限空间和小型设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种低频滤波单元和多频滤波阵列天线，旨在解决天线中滤波器结构复杂导致天线体积过大的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种低频滤波单元，包括：

低频辐射单元，包括多个低频辐射单元臂且各所述低频辐射单元臂设于同一平面上；

多个滤波结构，对应设于各所述低频辐射单元臂上且与所述低频辐射单元臂一体化设置；

巴伦体，安装于所述低频辐射单元的一侧；

馈电结构，安装于所述巴伦体上且与所述低频辐射单元电连接；

加载片，安装于所述低频辐射单元远离所述巴伦体的一侧且与所述馈电结构电连接。

在本发明的一些实施例中，每一所述低频辐射单元臂均包括至少两个依次连接的辐射结构。

在本发明的一些实施例中，所述滤波结构为设置在相邻两所述辐射结构连接处的扼流槽。

在本发明的一些实施例中，各所述扼流槽的槽口宽度小于各所述辐射结构的宽度。

在本发明的一些实施例中，各所述低频辐射单元臂绕设于所述巴伦体的端面周缘，各所述低频辐射单元臂沿所述巴伦体端面的直径延伸线对称排布。

在本发明的一些实施例中，所述加载片设于各所述低频辐射单元臂的对称中心。

在本发明的一些实施例中，所述馈电结构包括至少两馈电片，所述巴伦体远离所述辐射结构的一端设有与各所述馈电片对应电连接的PCB接地板和焊接电缆。

在本发明的一些实施例中，所述馈电结构包括第一馈电片和第二馈电片，所述第一馈电片和所述第二馈电片的延伸面垂直交叉设置。

在本发明的一些实施例中，所述PCB接地板同时与所述第一馈电片的延伸面和所述第二馈电片的延伸面保持垂直。

本发明还提出一种多频滤波阵列天线，包括多个高频辐射单元和如上所述的低频滤波单元，每一所述低频辐射单元臂远离所述巴伦体一端的所述辐射结构连接有一所述高频辐射单元。

本发明中的低频滤波单元和多频滤波阵列天线与现有技术相比，有益效果在于：

本发明提出一种低频滤波单元和多频滤波阵列天线，其中，低频滤波单元包括低频辐射单元、多个滤波结构、巴伦体、馈电结构以及加载片，低频辐射单元包括多个低频辐射单元臂且各低频辐射单元臂设于同一平面上，多频滤波阵列天线包括多个高频辐射单元和低频滤波单元，每一低频辐射单元臂远离巴伦体一端的辐射结构连接有一高频辐射单元，巴伦体安装于低频辐射单元的一侧，馈电结构安装于巴伦体上且与低频辐射单元电连接，加载片安装于低频辐射单元远离巴伦体的一侧且与馈电结构电连接，多个滤波结构对应设于各低频辐射单元臂上且与低频辐射单元臂一体化设置，滤波结构降低了低频辐射单元与高频辐射单元之间的耦合，确保了高频辐射单元正常工作的同时，又保证了自身低频辐射单元的辐射性能，一体化设置的形式简化了滤波结构的制造工艺，无需加装多余部件，有效缩减多频滤波阵列天线的体积。

附图说明

图1是本发明一实施例中低频辐射单元的整体结构示意图；

图2是图1中低频辐射单元的俯视示意图；

图3是本发明一实施例中多频滤波阵列天线的俯视示意图。

在附图中，各附图标记表示：

1000、多频滤波阵列天线；100、低频滤波单元；10、低频辐射单元；101、低频辐射单元臂；1011、辐射结构；11、扼流槽；12、巴伦体；13、馈电结构；131、馈电片；132、PCB接地板；133、焊接电缆；14、加载片；200、高频辐射单元。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”“轴向”、“周向”、“径向”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”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1至图3，本发明提出一种低频滤波单元100和多频滤波阵列天线1000，其中低频滤波单元100包括低频辐射单元10、多个滤波结构、巴伦体12、馈电结构13以及加载片14，低频辐射单元10包括多个低频辐射单元臂101且各低频辐射单元臂101设于同一平面上；多个滤波结构对应设于各低频辐射单元臂101上且与低频辐射单元臂101一体化设置；巴伦体12安装于低频辐射单元10的一侧；馈电结构13安装于巴伦体12上且与低频辐射单元10电连接；加载片14安装于低频辐射单元10远离巴伦体12的一侧且与馈电结构13电连接。多频滤波阵列天线1000包括多个高频辐射单元200和低频滤波单元100，每一低频辐射单元臂101远离巴伦体12一端的辐射结构1011连接有一高频辐射单元200。

低频辐射单元10由多个低频辐射单元臂101组成，低频辐射单元臂101延伸使得多频滤波阵列天线1000的接收范围更大，可调节的角度范围更大，提高了多频滤波阵列天线1000的功率和调节精度。同时，采用多个低频辐射单元臂101的方式有利于对低频辐射单元10的功能修改，多个低频辐射单元臂101集成辐射层，通过改变低频辐射单元臂101的长度或焊接金属层来增大辐射层来改变性能，以使得低频辐射单元10符合基站天线要求后，再进行大规模生产，提高了低频辐射单元10的设计制造效率和减少研发成本，无需因为需求改变而重新开模设计新的辐射单元。

多频滤波阵列天线1000中的高频辐射单元200和低频辐射单元10分别接收和传输不同高低频率的电磁波信号，但高频辐射单元200在其工作状态下会在低频辐射单元10中激发出感应电流，低频辐射单元10的感应电流因处于开放的电磁场边界中，会产生散射信号进而影响高频辐射单元200的性能。在低频辐射单元10上延伸至的低频辐射单元臂101可减小低频辐射单元10对高频辐射单元200的耦合影响，在低频辐射单元10设置低频辐射单元臂101可抑制高频辐射单元200的谐波，有利于提升多频滤波阵列天线1000的辐射性能。

因此，通过在多频滤波阵列天线1000上设置高频辐射单元200和低频辐射单元10实现多个频段的选择性传输和接收，多频滤波阵列天线1000能够同时支持不同频段的通信需求，低频在690-960Mhz范围内，高频在1690-2690Mhz范围内，从而提高了系统的灵活性和效率。高频辐射单元200和低频辐射单元10的电磁波频率所处的区间不同，两者装配于多频滤波阵列天线1000，使得多频滤波阵列天线1000的接收和处理电磁波频率范围更大，多频滤波阵列天线1000对外部不同频率的多种电磁波可进行分类归纳处理，便于对频率不同或处于不同频率范围内的电磁波进行快速区分，从而提取处于同一频率或处于一定频率范围内的电磁波。针对不同需求的多种频率的电磁波，多频滤波阵列天线1000无需手动更换频率，减少操作步骤，提高天线的使用效率和实用性。

在本实施例中，请参照图3，每一低频辐射单元臂101远离巴伦体12一端的辐射结构1011连接有一高频辐射单元200，依据低频辐射单元臂101的不同数量和排布方式，高频辐射单元200的数量和排布方式可做出相对应的改变。各高频辐射单元200上也可设置有对应的巴伦体12和馈电结构13，也可各高频辐射单元200与低频辐射单元10共用同一的馈电结构13，各高频辐射单元200与低频辐射单元10之间可设置巴伦体12。高频辐射单元200和低频辐射单元10的连接方式可为焊接、螺丝锁固、铆接、插接等形式，在此不做限定。

为消除低频辐射单元10和高频辐射单元200之间的耦合，故在低频辐射单元臂101上设置滤波结构。相关技术中的滤波结构可以使多个电磁波中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。利用滤波结构的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。在本实施例中，请参照图2，每一低频辐射单元臂101均包括至少两个依次连接的辐射结构1011，滤波结构为设置在相邻两辐射结构1011连接处的扼流槽11。在低频辐射单元10的低频辐射单元臂101上设置滤波结构，滤波结构可降低了低频辐射单元10与高频辐射单元200之间的耦合，确保了高频辐射单元200正常工作的同时，又保证了自身低频辐射单元10的辐射性能。

单个低频辐射单元臂101由多个依次连接的辐射结构1011压铸或焊接等固定方式制成，辐射结构1011可为闭合的金属材料，且可围合成不同的形状，例如菱形、矩形、圆形或其他多边形。相邻的两辐射结构1011之间的相接边上设有扼流槽11，扼流槽11的凹设方向可沿辐射结构1011的外侧或内侧，开设扼流槽11有效防止高频辐射单元200的谐波进入低频辐射单元10中，降低对低频辐射单元10的影响。相较于相关技术中加装体积较大的滤波器，设置扼流槽11的形式基于低频辐射单元10的固有结构而进行开设，无需加装设备，降低了装配步骤，缩减了多频滤波阵列天线1000的体积，多频滤波天线可以设计为紧凑的结构，具有较小的物理尺寸和重量，适用于各种应用场景和设备。

在本实施例中，辐射结构1011可闭合设置或开放设置，或其他能实现回路的结构设置。低频辐射单元臂101可自由组合辐射结构1011的数目和连接形式，低频辐射单元臂101可依据使用需求，而增加或减少辐射结构1011的数目以控制低频辐射单元臂101的长度，实现调节多频滤波阵列天线1000的辐射性能。多个辐射结构1011的连接方式可以为链式连接，即一辐射结构1011的一端与另一辐射结构1011的一端相接；或者为中心发散式连接，即一辐射结构1011的多个边可连接多个辐射结构1011，或者其他连接形式，多个辐射结构1011之间的相接方式可为焊接、螺丝锁固等。

进一步地，滤波结构为设置在相邻两辐射结构1011连接处的扼流槽11。扼流槽11是可以阻止特定频率微波电流传输的结构，它的结构形式为在相邻两个开一个具有宽度的开口槽，开口槽的内部为空气且开口方向朝向辐射结构1011的内侧，当通过辐射结构1011表面的波电流流经扼流槽11时，电流被阻止通过，提高辐射结构1011间的隔离度，降低低频辐射单元10与高频辐射单元200之间的耦合，确保了高频辐射单元200正常工作的同时，又保证了自身低频辐射单元10的辐射性能，从而实现提升多频滤波阵列天线1000的辐射性能。扼流槽11通过合理的设计其尺寸能够在槽的顶面产生高阻表面的效果来抑制表面波，而且扼流槽11属于平面结构，体积小，质量轻，如此，极大地简化了滤波结构的制造工艺步骤，减小了多频滤波阵列天线1000的体积，扩展了多频滤波阵列天线1000的使用场景，提高了多频滤波阵列天线1000的适用性。

具体地，各扼流槽11的槽口宽度小于各辐射结构1011的宽度。扼流槽11的槽口宽度与辐射结构1011宽度的比例可为1:2～1:6，例如可为1:2、1:3、1:4、1:5、1:6；扼流槽11的槽口深度与流经辐射结构1011的电磁波波长的1/4，槽口深度是基于四分之一波长阻抗变换原理设置的。四分之一波长阻抗变换原理是指通过合理设计电路元件的参数，使电路的输入阻抗和输出阻抗之间存在特定的关系，从而实现阻抗的变换。在电磁波传输中，波长是一个重要的物理量，它与频率和传输介质的性质有关，而四分之一波长阻抗变换原理则是基于电磁波在传输线上传播的特性来实现的。在四分之一波长阻抗变换原理中，传输线的长度被选择为输入信号的波长的四分之一。这样，当输入信号通过传输线传播到输出端时，电流和电压波形发生反向变换，使得输出端的阻抗匹配到输入端所需的阻抗。扼流槽11设计为滤波结构，四分之一波长阻抗变换原理可以用来实现阻抗匹配和频率选择。通过选择合适的传输线长度和特性阻抗，可以将输入信号的阻抗变换为滤波器所需的阻抗，实现滤波器的性能优化和频率选择。

在本实施例中，请参照图1，各低频辐射单元臂101绕设于巴伦体12的端面周缘，各低频辐射单元臂101沿巴伦体12端面的直径延伸线对称排布。巴伦体12在电路中的作用是把“与参考地相对平衡的电信号”和“与参考地相对不平衡的电信号”进行相互转换和匹配，也可作为阻抗转换使用。依据同轴电缆传输原理，高频电流应在电缆内部流动，外皮是屏蔽层，需要保持外皮的无电流状态，因此，就要在天线和电缆之间加入巴伦体12，把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉，也就是说把从振子流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。

各低频辐射单元臂101的排布方式可沿巴伦体12端面的周侧发散排布，为提高多频滤波阵列天线1000的辐射性能，各低频辐射单元臂101的对称排布，且馈电结构13设于巴伦体12上，位于低频辐射单元10的中心点，各低频辐射单元臂101的结构可看做是一段开路传输线张开而成，终端开路的平行传输线，其上电流呈驻波分布，如果两线末端张开，辐射将逐渐增强，当两线完全张开时，张开的两臂上电流方向相同，辐射明显增强，后面未张开的部分就作为多频滤波阵列天线1000的馈电传输线。馈电时，在对称设置的低频辐射单元臂101上产生高频电流，此电流将产生辐射场且以电磁波形式辐射出去，电磁波到达接收地点后，由多频滤波阵列天线1000接下来，并通过馈电结构13送到无线电接收机。对称设置的低频辐射单元臂101的排布方式具有架设和馈电方便的优点，且减少垂直极化波对多频滤波阵列天线1000接收效果的干扰，有利于短波通信。

在本实施例中，加载片14设于各低频辐射单元臂101的对称中心。加载片14可以改变多频滤波阵列天线1000上电流分布，使得多频滤波阵列天线1000的输入阻抗能按照规律分布，通过在多频滤波阵列天线1000的加载片14可以缩短多频滤波阵列天线1000的尺寸，改变多频滤波阵列天线1000的输入带宽，从而实现多频滤波阵列天线1000的小型化，缩减其体积。加载片14设置在各低频辐射单元臂101的对称中心，便于调控多频滤波阵列天线1000上的电流分布和阻抗分布，对称中心位置可改善多频滤波阵列天线1000的交叉极化，进而极大地展宽多频滤波阵列天线1000的带宽。

在本实施例中，请参照图1，馈电结构13包括至少两馈电片131，巴伦体12远离辐射结构1011的一端设有与各馈电片131对应电连接的PCB接地板132和焊接电缆133。馈电结构13即为供电结构，通过连接电源的焊接电缆133，将电能传输至多频滤波阵列天线1000上的低频辐射单元10和高频辐射单元200上，馈电结构13中包括PCB接地板132，可通过螺丝或铆钉锁固在巴伦体12的底面。巴伦体12设有用于连接馈电片131和PCB接地板132的连接导线，以便馈电结构13对多频滤波阵列天线1000上的各辐射单元馈电。

具体地，馈电结构13包括第一馈电片和第二馈电片，第一馈电片和第二馈电片的延伸面垂直交叉设置。第一馈电片和第二馈电片与巴伦体12的结构贴合安装设置，均为垂直交叉设置，可保证多频滤波阵列天线1000的稳固性。PCB接地板132同时与第一馈电片的延伸面和第二馈电片的延伸面保持垂直。PCB接地板132可作为底座，使得多频滤波阵列天线1000能稳定的安装在安装面上，或者PCB接地板132可安装在与其平行的底座上，起到同样的稳定作用，在此不做限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低频滤波单元，其特征在于，包括

低频辐射单元，包括多个低频辐射单元臂且各所述低频辐射单元臂设于同一平面上；

多个滤波结构，对应设于各所述低频辐射单元臂上且与所述低频辐射单元臂一体化设置；

巴伦体，安装于所述低频辐射单元的一侧；

馈电结构，安装于所述巴伦体上且与所述低频辐射单元电连接；

加载片，安装于所述低频辐射单元远离所述巴伦体的一侧且与所述馈电结构电连接。

2.根据权利要求1所述的低频滤波单元，其特征在于，每一所述低频辐射单元臂均包括至少两个依次连接的辐射结构。

3.根据权利要求2所述的低频滤波单元，其特征在于，所述滤波结构为设置在相邻两所述辐射结构连接处的扼流槽。

4.根据权利要求3所述的低频滤波单元，其特征在于，各所述扼流槽的槽口宽度小于各所述辐射结构的宽度。

5.根据权利要求1所述的低频滤波单元，其特征在于，各所述低频辐射单元臂绕设于所述巴伦体的端面周缘，各所述低频辐射单元臂沿所述巴伦体端面的直径延伸线对称排布。

6.根据权利要求5所述的低频滤波单元，其特征在于，所述加载片设于各所述低频辐射单元臂的对称中心。

7.根据权利要求1所述的低频滤波单元，其特征在于，所述馈电结构包括至少两馈电片，所述巴伦体远离所述辐射结构的一端设有与各所述馈电片对应电连接的PCB接地板和焊接电缆。

8.根据权利要求7所述的低频滤波单元，其特征在于，所述馈电结构包括第一馈电片和第二馈电片，所述第一馈电片和所述第二馈电片的延伸面垂直交叉设置。

9.根据权利要求8所述的低频滤波单元，其特征在于，所述PCB接地板同时与所述第一馈电片的延伸面和所述第二馈电片的延伸面保持垂直。

10.一种多频滤波阵列天线，其特征在于，包括多个高频辐射单元和如权利要求1-9任一项所述的低频滤波单元，每一所述低频辐射单元臂远离所述巴伦体一端的所述辐射结构连接有一所述高频辐射单元。