CN206282963U - 一种小型化基站天线辐射单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种小型化基站天线辐射单元，其中包括辐射臂、馈电片、巴伦支撑柱、振子介质卡扣和振子角护套。两组辐射臂是沿着正交极化的馈电片旋转对称，辐射单元中心是由正反两组馈电片进行激励馈电，振子介质卡扣装于辐射臂上，辐射臂和馈电片位于巴伦的上方，振子角护套安装于巴伦支撑柱底部。本实用新型的小型化基站天线辐射单元的巴伦高度低，辐射单元尺寸小，辐射性能优良。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信基站天线领域，主要涉及一种小型化基站天线辐射单元。
背景技术
随着移动通信技术的快速发展，移动通信的制式越来越多，基站铁塔上安装的天线也越来越多，基站铁塔上已经没有足够的空间提供给基站天线安装。一种很有效的解决方案是采用小型化的基站天线，这样既可以大幅度节约天面空间，减小安装施工的难度，又可以降低采购成本和运输成本。而小型化基站天线实现的难点是要实现辐射单元的小型化。
因此，在不影响实际覆盖效果的情况下，小型化的辐射单元的研究就成为基站天线小型化的关键技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在提供一种具有优良性能的小型化基站天线辐射单元，工作频段是1710-2200MHz，具体就是一种双极化的小型化基站天线辐射单元。
本实用新型采用如下技术方案实现：
一种小型化基站天线辐射单元，包括辐射臂（1）、馈电片（2）、巴伦支撑柱（3）、振子介质卡扣（4）、振子角护套（5）及同轴馈电线缆（6），包括四个辐射臂，四个辐射臂分成两组，每组呈对角放置，两组辐射臂相互交叉呈十字形分布，且每组中的两个辐射臂相对于辐射单元中心旋转对称，位于对角线上的两个辐射臂通过一个馈电片进行连接；所述馈电片有两个，尺寸相同，两个馈电片正交垂直放置；同轴馈电线缆（6）穿过巴伦支撑柱（3）后将馈电片（2）与辐射臂（1）焊接在一起，两两一组，构成两组线极化的双极化辐射单元；所述辐射单元工作在1700-2200MHz，其巴伦支撑柱到辐射面的尺寸高度为30mm。
所述巴伦支撑柱（3）关于该辐射单元轴对称，巴伦支撑柱（3）用于支撑四个辐射臂（1）和安装振子介质卡扣（4）；巴伦支撑柱（3）包括巴伦下平台（3.1）、巴伦下平台支撑（3.2）、巴伦侧支撑柱（3.3）、巴伦下焊接圆柱段（3.4）、巴伦固定平台（3.5）、巴伦安装螺钉平台（3.6）、振子角（3.7）；由八个巴伦侧支撑柱（3.3）和四个巴伦下焊接圆柱段（3.4）构成整个巴伦的骨架；巴伦下平台（3.1）和巴伦下平台支撑（3.2）位于四个辐射臂下方，垂直于四个辐射臂，巴伦下平台（3.1）在结构上加强支撑属性；与相邻的巴伦下平台支撑（3.2）之间相互耦合，巴伦固定平台（3.5）是用于该小型化基站天线辐射单元安装到反射板（7）上的固定平面，巴伦安装螺钉平台（3.6）采用内螺纹的螺纹孔、螺钉固定到反射板（7）上；其中的两个巴伦支撑柱（3.3）的底部有两个振子角（3.7）。
所述的馈电片（2）有两个，两个馈电片呈十字交叉布置，且其中一个馈电片的水平金属片在另一个馈电片的水平金属片上方；位于上方的水平金属片记为上馈电片（2.1），中间的桥形凸起朝上；位于下方的水平金属片记为下馈电片（2.2），桥形凸起朝下。
所述四个辐射臂分别是辐射臂一（1.1），辐射臂二（1.2），辐射臂三（1.3），辐射臂四（1.4），一组是辐射臂一（1.1）和辐射臂二（1.2），另外一组是辐射臂三（1.3）和辐射臂四（1.4）；一个对角线上的辐射臂一（1.1）和辐射臂二（1.2）通过下馈电片（2.2）及同轴馈电线缆（6）构成一个极化的半波辐射振子，辐射臂三（1.3）和辐射臂四（1.4）通过上馈电片（2.1）及同轴馈电线缆（6）构成另外一个极化的半波辐射振子；一组半波辐射振子是正极化，另外一组半波辐射振子是负极化。
所述振子介质卡扣（4）包含振子介质卡主体（4.1）以及设置在主体上数量相同的振子介质卡扣方孔（4.2）、缝隙介质（4.3）和振子介质卡扣弯扣（4.4）；所述缝隙介质（4.3）为长方体形状的介质凸起，且尺寸相同，以保证四个辐射臂两两之间的缝隙间距相同，振子介质卡扣弯扣（4.4）用于限制振子介质卡扣（4）和辐射臂（1）的相对位置，保证辐射单元性能稳定可靠。
多个小型化基站天线辐射单元沿直线排列在反射板上，每个小型化基站天线辐射单元由振子角护套进行限位，然后由固定螺钉固定在反射板上。
下面对本实用新型的技术方案作重点说明：
为了解决小型化的技术问题，本实用新型包括辐射臂、馈电片、巴伦支撑柱、振子介质卡扣、振子角护套和同轴馈电线缆。四个辐射臂组成两组，两组对称辐射臂相互交叉呈十字形分布，且两组对称辐射臂相对于辐射单元中心旋转对称，每组对称辐射臂中一臂通过馈电片与另外一辐射臂进行连接。两两辐射臂之间存在缝隙，此缝隙由振子介质卡扣进行保形限位，振子介质卡扣位于辐射臂上方。巴伦支撑柱位于于辐射臂下方，支撑四个辐射臂。振子角护套位于巴伦支撑柱底部，两个对称的振子角护套，用于限制辐射单元的安装位置。
辐射臂共四个，组成两组，两组辐射臂分别通过上下馈电片进行连接，实际应用时，其中一组是正极化，则另外一组是负极化。 两组辐射臂相互正交，每组内辐射臂旋转180°可以得到组内的另一个辐射臂。四个辐射臂位于同一平面上，辐射臂的内部采用人字形的镂空形式。
两个馈电片呈十字正交布置，分别用于激励不同的正负极化，实现通信的分集收发的功能，上下馈电片是同一尺寸，仅仅安装方式不同，正极化的馈电片，桥形凹槽朝上；而负极化的馈电片，桥形凹槽朝下，两个馈电片旋转正交放置。
巴伦支撑柱是主体为圆柱体，分别切割成四等分，四等分间距相同，然后每等分再减去一个同轴的圆柱，即构成巴伦支撑柱。巴伦支撑柱的高度相当于中心频率为2.50GHz的高度，而实际工作频段的中心频率为1.94GH，该巴伦支撑柱高度比工作在同样频段的同样带宽的辐射单元的巴伦支撑度高度低，高度尺寸上小大约22%。
振子介质卡扣位于四个辐射臂上方，振子介质卡扣的限位卡扣位于没两个辐射臂之间的缝隙中，保持缝隙尺寸的尺寸精度。
振子角护套位于巴伦支撑柱底部的振子角上，用于控制辐射单元在天线阵列的位置精度。起到限位作用。
与现有技术相比，本实用新型提供了一种具有较低巴伦支撑柱的小型化基站天线辐射单元。通过正交放置的馈电片的安装，该辐射单元在两个极化方向上具有辐射性能一致性。较低的巴伦支撑即可以实现辐射单元的阻抗匹配，又可以实现单个辐射单元的高度尺寸，进而实现天线阵列的高度尺寸的小型化。
附图说明
图1为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的立体结构顶部示意图；
图2为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的立体结构底部示意图；
图3为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的立体结构的正视图；
图4为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的立体结构的侧视图；
图5为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的立体结构的底视图；
图6为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的各组成部分的装配关系示意图；
图7为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的馈电片装配的顶部视图；
图8为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的辐射臂和巴伦支撑柱的顶部视图；
图9为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的辐射臂和巴伦支撑柱的靠近振子角护套一侧的底部视图；
图10为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的辐射臂和巴伦支撑柱的靠近50欧姆同轴馈电线缆一侧的底部视图；
图11为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的上馈电片的顶部视图；
图12为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的下馈电片的顶部视图；
图13为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的振子介质卡扣的顶部视图；
图14为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的振子介质卡扣的底部视图；
图15为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的振子角护套的正视图和侧视图；
图16为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的装配到反射板的装配视图；
图中主要包含七个部分：1-辐射臂；2-馈电片；3-巴伦支撑柱；4-振子介质卡扣；5-振子角护套；6-50欧姆同轴馈电线缆，7-反射板。
辐射臂1包含：辐射臂一1.1，辐射臂二1.2，辐射臂三1.3,辐射臂四1.4，辐射臂圆环1.5，辐射臂支撑1.6，辐射臂缺口1.7，辐射臂缝隙1.8；
馈电片2包含：上馈电片2.1，下馈电片2.2，馈电片长段2.3，馈电片长段焊接孔2.4，馈电片桥形连接段2.5，馈电片短段2.6，馈电片短段焊接孔2.7；
巴伦支撑柱3包含：巴伦下平台3.1，巴伦下平台支撑3.2，巴伦侧支撑柱3.3，巴伦下焊接圆柱段3.4，巴伦固定平台3.5，巴伦安装螺钉平台3.6，振子角3.7，巴伦上焊接圆柱段3.8，巴伦馈电平台一3.9，同轴馈电线孔3.10，巴伦馈电平台二3.11，馈电片焊接柱3.12；辐射单元安装螺钉孔3.13。
振子介质卡扣4包含：振子介质卡主体4.1，振子介质卡扣方孔4.2，缝隙介质4.3，振子介质卡扣弯扣4.4；
振子角护套5包含：护套圆柱5.1，护套孔5.2；
同轴馈电线缆6包含：同轴线芯线6.1，同轴线介质6.2，同轴线外导体6.3。
具体实施方式
结合附图和实施，以下提供本实用新型技术方案具体描述。
参见图1和图2，本实用新型的小型化基站天线辐射单元包括辐射臂1，馈电片2，巴伦支撑柱3，振子介质卡扣4，振子角护套5和同轴馈电线缆6这六个组件构成。图1的顶部示意图可以看到四个辐射臂1、一个振子介质卡扣4和两个馈电片2。图2的底部示意图可以看到巴伦支撑柱3、两个振子角护套5和两根同轴馈电线缆6。这些组合到一起构成此小型化基站天线辐射单元。
图3视图中，辐射臂1共有四个，分别是辐射臂一1.1，辐射臂二1.2，辐射臂三1.3,辐射臂四1.4，共构成两组，一组是辐射臂一1.1和辐射臂二1.2，另外一组是辐射臂三1.3和辐射臂四1.4。若一个对角线上的辐射臂一1.1和辐射臂二1.2通过下馈电片2.2及馈电同轴线缆6构成一个极化的半波辐射振子，则辐射臂三1.3和辐射臂四1.4通过上馈电片2.1及馈电同轴线缆6构成另外一个极化的半波辐射振子。若其中一组半波辐射振子是正极化，则另外一组即为负极化。辐射臂一1.1、辐射臂二1.2一组与辐射臂三1.3、辐射臂四1.4这一组相互交叉呈十字形垂直分布，构成双极化辐射体。其中一个对角线上的辐射臂一1.1和辐射臂二1.2相对于辐射单元的中心旋转对称，另外一对对角线上的辐射臂三1.3和辐射臂四1.4也相对于辐射单元的中心旋转对称，因而对正负线极化方向而言，辐射单元是相同的，这种方式可以保证不同极化的一致性。
图4和图5视图中，巴伦支撑柱3是关于辐射单元轴对称，巴伦支撑柱3用于支撑四个辐射臂和安装振子介质卡扣4，原理上是起到平衡极化馈电和阻抗变换的作用。图4 所示的巴伦下平台3.1和巴伦下平台支撑3.2位于四个辐射臂下方，垂直于四个辐射臂，巴伦下平台3.1结构上加强支撑属性；而相邻的巴伦下平台支撑3.2之间相互耦合，起到调节耦合作用。巴伦固定平台3.5是用于该小型化基站天线辐射单元安装到反射板7上的固定平面，巴伦安装螺钉平台3.6是采用内螺纹的螺纹孔，采用螺钉固定到反射板7上，以此构成图16的基站天线阵列。图5视图是该辐射单元的底视图，可以看到巴伦主要由八个巴伦侧支撑柱3.3和四个巴伦下焊接圆柱段3.4构成整个巴伦的骨架。而其中两个巴伦支撑柱3.3的底部有两个振子角3.7，起到限制作用。当辐射单元安装到反射板7上时，可以起到防止辐射单元转动的作用。
图6视图所示，该小型化基站天线辐射单元的六大组成部分的装配层次示意图。从上向下，振子介质卡扣位于最上方，而上馈电片2.1和下馈电片2.2依次位于辐射单元的中心，然后是辐射臂1，辐射臂1的下方装配的同轴馈电线缆6，而支撑辐射臂1的是巴伦支撑柱3，巴伦支撑柱底部的两个凸起上安装的是振子角护套5。其中同轴馈电线缆6是通用的50欧姆的同轴线缆，其组成部分从内向外依次是同轴线芯线6.1，同轴线介质6.2和同轴线外导体6.3。
图7所示，该辐射单元去掉振子介质卡扣4后的顶部视图。四个辐射臂1的形状基本相同，主要由辐射臂圆环1.5，辐射臂支撑1.6，辐射臂缺口1.7和辐射臂缝隙1.8四部分组成。辐射臂圆环1.5和辐射臂支撑1.6是用于支撑辐射臂，改变感应电流流动方向，微调节辐射单元的驻波比和隔离度。辐射臂缺口1.7和辐射臂缝隙1.8用于改变相邻辐射臂之间的耦合强弱，以达到各个极化指标的一致性和整体指标的优化作用。
图8、图9和图10是巴伦支撑柱3的不同角度的视图。其中图8所示，该辐射单元的辐射臂1和巴伦支撑柱3的顶部视图。四个辐射臂1的中间是巴伦支撑柱3的顶部，主要由四个巴伦上焊接圆柱段3.8组成，用于焊接馈电片。四个巴伦上焊接圆柱段3.8的底部是四个馈电平台，其中两个巴伦馈电平台一3.9和两个巴伦馈电平台二3.11。巴伦馈电平台一3.9上有同轴馈电线孔3.10，用于穿过同轴线芯线6.1和同轴线介质6.2。而巴伦馈电平台二3.11上有一个馈电片焊接柱3.12，用于焊接馈电片2。图9为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的辐射臂和巴伦支撑柱的靠近振子角护套一侧的底部视图。巴伦下焊接圆柱段3.4是圆弧柱状结构，用于焊接同轴线外导体6.3，保证同轴馈电线缆6接地和结构稳定。而图10为本实用新型实施的小型化基站天线辐射单元的辐射臂和巴伦支撑柱的靠近同轴馈电线缆6一侧的底部视图。辐射单元安装螺钉孔3.13是用于安装辐射单元的螺纹孔洞，安装螺钉通过巴伦固定平台3.5，经由辐射单元安装螺钉孔3.13，到达巴伦安装螺钉平台3.6。
图11和图12是馈电片2的顶部视图和底部视图，由于上馈电片2.1和下馈电片2.2是完全相同的，仅仅是空间位置不同。如图所示上馈电片2.1和下馈电片2.2均由馈电片长段焊接孔2.4、馈电片桥形连接段2.5、馈电片短段2.6和馈电片短段焊接孔2.7四部分组成。参考图8，馈电片短段焊接孔2.7通过馈电片焊接柱3.12进行焊接在巴伦馈电平台二3.11上，馈电片长段焊接孔2.4通过同轴线芯线6.1焊接在巴伦馈电平台一3.9上。另外一组馈电片采用垂直于此馈电片2的方式，使得上馈电片2.1的馈电片桥形连接段2.5朝上，下馈电片2.2的馈电片桥形连接段2.5朝下，参照图3所示的安装方式。此馈电片2影响该辐射单元匹配和隔离指标。
图13和图14是振子介质卡扣4的顶部和底部视图。振子介质卡扣4包含振子介质卡主体4.1、振子介质卡扣方孔4.2、缝隙介质4.3和振子介质卡扣弯扣4.4四个部分。缝隙介质4.3呈长方体结构，用于保证图7中的辐射臂缝隙1.8尺寸，对于辐射单元的匹配和稳定起到重要作用。振子介质卡扣弯扣4.4参照图5，是用于固定于振子介质卡扣4于辐射臂1上的关键结构，用于限制振子介质卡扣4和辐射臂的相对位置，保证辐射单元性能稳定可靠。
图15是振子角护套5的两种视图。分别表示护套圆柱5.1和护套孔5.2。如图2所示，振子角护套5的护套孔5.2穿过振子角3.7，用于保证辐射单元安装到反射板7上后，既可以保证指标稳定和绝缘作用。
图16是本实用新型提供的天线阵列的第二实施。采用此辐射单元单独或组成类似的阵列形式，都可以实现良好的辐射性能。
本实用新型提供的小型化基站天线辐射单元可以通过辐射臂1、馈电片2、巴伦支撑柱3和振子介质卡扣4的综合优化和调节，可以将阻抗带宽和辐射带宽优化到满足基站天线应用。在保证整体电性能和辐射性能的情况下，可以将巴伦支撑柱3降低很多，大约比同样频率工作频段该巴伦支撑柱高度尺寸小22%，进而可以将应用此小型化基站天线辐射单元的基站天线阵列的高度尺寸缩小，从而实现基站天线的小型化的难点。
以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种小型化基站天线辐射单元，包括辐射臂（1）、馈电片（2）、巴伦支撑柱（3）、振子介质卡扣（4）、振子角护套（5）及同轴馈电线缆（6），其特征在于：包括四个辐射臂，四个辐射臂分成两组，每组呈对角放置，两组辐射臂相互交叉呈十字形分布，且每组中的两个辐射臂相对于辐射单元中心旋转对称，位于对角线上的两个辐射臂通过一个馈电片进行连接；所述馈电片有两个，尺寸相同，两个馈电片正交垂直放置；同轴馈电线缆（6）穿过巴伦支撑柱（3）后将馈电片（2）与辐射臂（1）焊接在一起，两两一组，构成两组线极化的双极化辐射单元；所述辐射单元工作在1700-2200MHz，其巴伦支撑柱到辐射面的尺寸高度为30mm。
2.根据权利要求1所述的一种小型化基站天线辐射单元，其特征在于：所述巴伦支撑柱（3）关于该辐射单元轴对称，巴伦支撑柱（3）用于支撑四个辐射臂（1）和安装振子介质卡扣（4）；
巴伦支撑柱（3）包括巴伦下平台（3.1）、巴伦下平台支撑（3.2）、巴伦侧支撑柱（3.3）、巴伦下焊接圆柱段（3.4）、巴伦固定平台（3.5）、巴伦安装螺钉平台（3.6）、振子角（3.7）；由八个巴伦侧支撑柱（3.3）和四个巴伦下焊接圆柱段（3.4）构成整个巴伦的骨架；巴伦下平台（3.1）和巴伦下平台支撑（3.2）位于四个辐射臂下方，垂直于四个辐射臂，巴伦下平台（3.1）在结构上加强支撑属性；与相邻的巴伦下平台支撑（3.2）之间相互耦合，巴伦固定平台（3.5）是用于该小型化基站天线辐射单元安装到反射板（7）上的固定平面，巴伦安装螺钉平台（3.6）采用内螺纹的螺纹孔、螺钉固定到反射板（7）上；其中的两个巴伦支撑柱（3.3）的底部有两个振子角（3.7）。
3.根据权利要求2所述的一种小型化基站天线辐射单元，其特征在于：所述的馈电片（2）有两个，两个馈电片呈十字交叉布置，且其中一个馈电片的水平金属片在另一个馈电片的水平金属片上方；位于上方的水平金属片记为上馈电片（2.1），中间的桥形凸起朝上；位于下方的水平金属片记为下馈电片（2.2），桥形凸起朝下。
4.根据权利要求3所述的一种小型化基站天线辐射单元，其特征在于：所述四个辐射臂分别是辐射臂一（1.1），辐射臂二（1.2），辐射臂三（1.3），辐射臂四（1.4），一组是辐射臂一（1.1）和辐射臂二（1.2），另外一组是辐射臂三（1.3）和辐射臂四（1.4）；一个对角线上的辐射臂一（1.1）和辐射臂二（1.2）通过下馈电片（2.2）及同轴馈电线缆（6）构成一个极化的半波辐射振子，辐射臂三（1.3）和辐射臂四（1.4）通过上馈电片（2.1）及同轴馈电线缆（6）构成另外一个极化的半波辐射振子；一组半波辐射振子是正极化，另外一组半波辐射振子是负极化。
5.根据权利要求4所述的一种小型化基站天线辐射单元，其特征在于：所述振子介质卡扣（4）包含振子介质卡主体（4.1）以及设置在主体上数量相同的振子介质卡扣方孔（4.2）、缝隙介质（4.3）和振子介质卡扣弯扣（4.4）；所述缝隙介质（4.3）为长方体形状的介质凸起，且尺寸相同，以保证四个辐射臂两两之间的缝隙间距相同，振子介质卡扣弯扣（4.4）用于限制振子介质卡扣（4）和辐射臂（1）的相对位置，保证辐射单元性能稳定可靠。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的小型化基站天线辐射单元实现的天线阵列，其特征在于：多个小型化基站天线辐射单元沿直线排列在反射板上，每个小型化基站天线辐射单元由振子角护套进行限位，然后由固定螺钉固定在反射板上。
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