CN207069045U - 宽频带缝隙天线单元及缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽频带缝隙天线单元，其包括贴片层，贴片层开设有第一辐射缝隙和第二辐射缝隙，第一辐射缝隙和第二辐射缝隙的形状为多边形，第一辐射缝隙、第二辐射缝隙连接有馈电端。天线单元采用平面贴片结构，结构简单、易于生产制作、成本低廉，馈电传输距离长，具有超宽带的优良特性。还提供了一种缝隙天线，该天线包括由合理分布的所述宽频带缝隙天线单元组成的天线单元阵列，天线单元之间的间距决定了天线水平面的波束宽度，该天线增益高、隔离效果好、成本低廉，可用于小区美化射灯天线或其它基站天线。

Description

宽频带缝隙天线单元及缝隙天线

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，涉及一种移动通信系统基站天线，具体地说涉及一种宽频带缝隙天线单元及缝隙天线。

背景技术

天线是任何无线电系统不可缺少的组件，其功能是辐射或者接收无线电波，它把被导电磁波转变为自由空间的无线电波(在发射系统中)，或者做相反的变换(在接收系统中)，从而实现一定空间范围内的一对一或多对多之间的无线通信，其在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛应用。

近年来，随着3G通信技术的普及和4G通信技术的兴起，现有的频谱资源日益紧张，寻找宽频谱和高效频谱利用率的天线已经迫在眉睫。超宽带技术具有传输速率高、容量大、成本低、功耗小、保密功能好、抗干扰能力强等优点，这使得超宽带技术成为最具竞争力和发展前景的技术之一，它不仅能够提供高速文本、声音、图片、甚至视频快传服务，还能满足目前无线智能产品提出的更高通信要求，而天线作为无线电通信系统中不可缺少的重要部件，其本身的质量直接影响着无线通信系统的整体性能，所以应运而生的新型超宽带天线无疑具有广泛的应用空间，目前已应用于卫星通信、目标识别、雷达探测、GPS全球定位等方面。

针对天线的应用需求，尤其是对于基站通信用天线，其多极化特性显得尤为重要，这是由于基站本身搭建成本很高，高成本下的天线如果效率不理想，则实用性会大打折扣。而多极化天线不但能够辐射或接收多对具有特定极化方向上的电磁波，还能实现收发同工。考虑到正交极化能够实现高隔离度和高交叉极化电平的优质天线，现阶段广泛应用的基本上都采用正交双极化天线。正交双极化天线不仅能有效地进行极化分集通信，还能增强抗多径衰落能力，极大程度上降低频率的互扰。

随着长期演进项目(LTE)正式商用，LTE用户数量急剧增加，数据业务呈现爆发式增长，随着移动网络的建设升级，城市中的宏站覆盖基本完成。而网络的深度覆盖是后期网络建设的重点，关系到绝大多数用户的体验感受。伴随的城市化进程的加剧，楼层建设越来越高，小区住户越来越密集，车站码头等热点区域用户密度越来越高。这些都为网络深度覆盖带来全新挑战。同时，移动通信基站天线经过了十多年的发展，技术越来越成熟，产品逐渐向高端发展。

在当前移动通信基站天线的设计中，天线单元设计是产品的关键环节，其要求单元具备宽频带、良好的方向图收敛性。在这些要求中，以十字型半波偶极子或菱形单元为大多数设计的首选方案，因为半波偶极子单元具备良好宽带特性，结构紧凑，便于实现双极化设计，馈电巴伦方便结构固定，这类型的阵子加工采用压铸成型或钣金冲压方式，表面采用电镀铜、镀锡处理，方便馈电接地焊接，阵子采用紧固件与反射板连接，但其存在生产成本较高、结构复杂且天线频带宽度、增益强度不足的问题，垂直面角度有限。

实用新型内容

为此，本实用新型正是要解决上述技术问题，从而提出一种低成本、宽频带、垂直面张角大、增益高的缝隙天线单元和缝隙天线。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

本实用新型提供一种宽频带缝隙天线单元，其包括贴片层，所述贴片层上开设有第一辐射缝隙和第二辐射缝隙，所述第一辐射缝隙和第二辐射缝隙的形状为多边形，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙连接有馈电端。

作为优选，所述贴片层的形状为矩形或轴对称的六边形，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙沿所述矩形或六边形的对称轴对称设置。

作为优选，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙的形状为轴对称的三角形、四边形、五边形或三角形与矩形的组合图形。

所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙的形状为等腰三角形，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙的顶角相对设置，且所述顶角为30-40°，所述馈电端设置于所述等腰三角形的顶角，所述馈电端为铜铆钉。

本实用新型还提供一种缝隙天线，其包括反射板，所述反射板表面设置有由所述的天线单元组成的天线单元阵列，所述天线单元通过支撑柱固定于所述反射板。

作为优选，所述反射板上还设置有低频单元，所述低频单元与所述天线单元阵列由隔离条分隔；所述天线单元表面与所述反射板表面的距离为波长的四分之一，所述反射板四周的板边比板面高。

作为优选，所述低频单元包括介质层、开设于所述介质层的第三辐射缝隙和第四辐射缝隙，所述第三辐射缝隙和第四辐射缝隙为顶角相对设置的等腰三角形，所述等腰三角形顶角处设置有铜质馈电端。

作为优选，所述低频单元为双环贴片单元、微带贴片单元或半波偶极子单元。

作为优选，沿所述低频单元的长度方向，两组所述天线单元阵列分别设置于所述低频单元两侧，每组所述天线单元阵列中天线单元之间相互平行，且一组天线单元阵列与水平方向呈45°倾斜设置，另一组天线单元阵列与水平方向呈135°倾斜设置。

或者作为优选，所述天线单元阵列之间设置有双极化十字交叉偶极子天线，每个所述天线单元阵列由四个天线单元呈正方形围合而成，所述双极化十字交叉偶极子天线单元设置于所述正方形的四角。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本实用新型所述的宽频带缝隙天线单元，其包括贴片层，所述贴片层开设有第一辐射缝隙和第二辐射缝隙，所述第一辐射缝隙和第二辐射缝隙的形状为多边形，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙连接有馈电端。所述天线单元采用平面贴片结构，结构简单、易于生产制作，天线单元的平面贴片层开设有多边形第一辐射缝隙和第二辐射缝隙，缝隙贴片馈电时，缝隙长边尺寸远大于波长的1/2，延长了馈电传输距离，类似于渐变性巴伦的结构，使得天线单元具有超宽带的优良特性，形成的巴伦结构与贴片层在同一个平面上，使得结构简单化，天线单元成本低廉。

(2)本实用新型所述的宽频带缝隙天线单元，所述贴片层的形状为矩形或轴对称的六边形，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙沿所述矩形或所述六边形的对称轴对称设置。进一步地，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙的形状为轴对称的三角形、四边形、五边形或三角形与矩形的组合图形，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙的两个角相对设置。轴对称矩形或六边形的外形设置、所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙的多边形外形使得天线单元结构简单，贴片层和辐射缝隙的形状可根据天线单元所需的阻抗带宽及反射参数的，多边形的长度和宽度取决于带宽低频的频率及馈电端的形状。

(3)本实用新型所述的宽频带缝隙天线单元，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙的形状为等腰三角形，其顶角为30-40°，所述馈电端设置于所述等腰三角形的顶角，且其为铜铆钉，采用等腰三角形可显著简化天线单元的结构，并能实现线极化、单极化辐射，等腰三角形的顶角为30-40°，使得其高大于底边的长度，当电场方向垂直于等腰三角形的高时，辐射特性水平面波束压榨，天线单元的增益可高2db以上，水平面波束宽度小25-30°，采用压接的铜铆钉作为馈电端，同轴焊接，免去表面电镀工序，降低了生产成本，同时还具有连好的互调效果。

(4)本实用新型所述的缝隙天线，包括反射板，所述反射板表面设置有由所述的天线单元组成的天线单元阵列，所述天线单元通过支撑柱固定于所述反射板。该天线包括合理分布的缝隙天线单元阵列，单元之间的间距决定了天线水平面的波束宽度，增益高、隔离效果好、成本低廉，可用于小区美化射灯天线或其它基站天线。

(5)本实用新型所述的缝隙天线，所述反射板上还设置有低频单元，所述低频单元可以为与缝隙天线单元相同的结构，也可以为常规的双环贴片单元、微带贴片单元或半波偶极子单元，所述低频单元与缝隙天线单元之间由隔离条分隔，所述天线单元阵列中天线单元之间相互平行，且一组天线单元阵列与水平方向呈45°倾斜设置，另一组天线单元阵列与水平方向呈135°倾斜设置。这种设置方式使得中间的低频单元呈垂直极化，两侧的缝隙天线单元以分别平行排布为阵列，形成高频单元，呈±45°极化，具有垂直面张角大的特性。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型实施例1所述的缝隙天线单元的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2所述的缝隙天线单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例3所述的缝隙天线单元的结构示意图；

图4是本实用新型实施例4所述的缝隙天线单元的结构示意图；

图5是本实用新型实施例4所述的另一种缝隙天线单元结构示意图；

图6是本实用新型实施例5所述的缝隙天线单元的结构示意图；

图7是本实用新型实施例6所述的缝隙天线结构示意图；

图8是本实用新型实施例7所述的缝隙天线结构示意图；

图9是本实用新型实施例8所述的缝隙天线结构示意图；

图中附图标记表示为：1-贴片层；2-第一辐射缝隙；3-第二辐射缝隙； 4-馈电端；5-反射板；6-支撑柱；7-低频单元；8-隔离条；9-第三辐射缝隙； 10-第四辐射缝隙；11-双极化十字交叉偶极子天线单元。

本实用新型可以以多种不同的形式实施，不应该理解为限于在此阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开是彻底和完整的，并将本实用新型的构思充分传达给本领域技术人员，本实用新型将由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大各装置的尺寸和相对尺寸。本实用新型说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种宽频带缝隙天线单元，如图1所示，其为平面贴片结构，包括贴片层1，所述贴片层1为铝板，本实施例中，所述铝板型号为 5052-H32，所述贴片层1的外形可以为矩形或轴对称的六边形，本实施例中如图所示为矩形，沿所述矩形长边、短边的中线对称开设有第一辐射缝隙2 和第二辐射缝隙3，所述第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3可以为轴对称的三角形或其它多边形，本实施例中为等腰三角形，其结构简单，且两个等腰三角形的顶角相对设置，顶角的角度为30-40°，以实现宽频阻抗特性，沿等腰三角形高的方向，形成渐变性巴伦，巴伦与贴片在同一平面上，实现了结构的简单化，本实施例中，所述贴片层1的长度为0.75λ，宽度为0.33λ，所述等腰三角形的高为0.32λ，所述等腰三角形的底边为0.2λ，λ为天线的发射波长。所述第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3还连接有馈电端4，所述馈电端4为铜铆钉，压接于等腰三角形的顶角处。

实施例2

本实施例提供一种宽频带缝隙天线单元，其包括贴片层1，如图2所示，本实施例中，所述贴片层1的外形为轴对称的六边形，如图所示，六边形的对称轴分别为水平对称轴和竖直对称轴，六边形贴片层1上沿两条对称轴对称设置有第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3，所述第一辐射缝隙2、第三辐射缝隙3均为等腰三角形，两个等腰三角形的顶角相对设置，顶角的角度为 30-40°，所述第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3的顶角处还压接有铜铆钉馈电端4。

实施例3

本实施例提供一种宽频带缝隙天线单元，如图3所示，其结构与实施例1所述的天线单元基本相同，不同之处在于，第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3的形状不同，如图所示，本实施例中，所述第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3的形状为轴对称的、两组临边分别等长的四边形，两个四边形沿贴片层1的对称轴对称设置，且两个四边形相对的两个角连通设置，该相对的两个角角度为30-40°，且相对的两个角处设置有铜铆钉馈电端(图中未示出)。

实施例4

本实施例提供一种宽频带缝隙天线单元，如图4所示，其结构与实施例 1所述的天线单元基本相同，不同之处在于，第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3的形状不同，如图所示，本实施例中，所述第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3的形状为轴对称的五边形，以图中所示的视角，所述五边形的对称轴为水平对称轴，其一组临边相交且形成30-40°的夹角，一组对边与底边呈 90度，两个五边形的两个30-40°的夹角相对设置且连通，且顶角处设置有铜铆钉馈电端(图中未示出)。

或者作为可变换的实施方式，所述第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3还可以为如图5所示的结构，第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3一组临边为半径相同的弧线、其余三条边为直线，且一组对边与底边呈90°设置，组成了具有水平对称轴的五边形。

实施例5

本实施例提供一种本实施例提供一种宽频带缝隙天线单元，如图6所示，其结构与实施例1所述的天线单元基本相同，不同之处在于，第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3的形状不同，如图所示，本实施例中，所述第一辐射缝隙2、第二辐射缝隙3的形状为轴对称的三角形与矩形的组合形状，以图中所示的视角，所述三角形与矩形的组合图形的对称轴为水平对称轴，每个组合图形包括一个等腰三角形、与该等腰三角形底部连通组合的竖直方向的矩形、与竖直方向矩形的顶部和底部连通的两个水平方向的矩形，且两个等腰三角形顶角相对设置，相对的两个顶角角度为30-40°。

实施例6

本实施例提供一种缝隙天线，如图7所示，其包括反射板5，所述反射板5为铝板，所述反射板5一面设置有由实施例1所述的天线单元组成的天线单元阵列，所述天线单元的顶面与反射板5表面的距离为天线波长的1/4，反射板5另一面设置有给天线单元馈电的功分网络，所述天线单元通过支撑柱6固定于所述反射板5，所述反射板5上还设置有低频单元7，所述低频单元与所述天线单元阵列通过隔离条8分隔。

所述天线单元阵列由实施例1所述的天线单元排列组合而成，两组天线单元阵列分别设置于低频单元7的上下两侧，每组阵列中的天线单元之间相互平行设置，且位于低频单元7上方的一组天线单元阵列与水平方向呈135°倾斜设置，位于低频单元7下方的另一组天线单元阵列与水平方向呈45°倾斜设置，两组天线单元阵列通过两条隔离条8与低频单元7隔离，可以通过两条隔离条8的距离调整优化天线单元阵列垂直面的波束宽度。同一组天线单元阵列中，相邻两个天线单元之间的间距小于天线高频发射的波长，本实施例中为高频波长的0.9倍，天线单元之间的间距决定了天线水平面的波束宽度。

本实施例中，如图所示，所述低频单元7的结构与实施例1中所述的天线单元结构几乎相同，包括介质层、开设于所述介质层的第三辐射缝隙9和第四辐射缝隙10，所述第三辐射缝隙9和第四辐射缝隙10为顶角相对设置的等腰三角形，所述等腰三角形顶角处设置有铜质馈电端4，所述馈电端4 与反射板5压接连接。组成了低频单元和天线单元阵列组成了垂直极化及±45°极化天线，该天线频带可为806-960MHz、1710-2700MHz，满足增益11.5db、13.5db，且满足垂直面大张角特性。

为提高天线的前后比指标，反射板四周的板边高度比板面高。

作为可变换的实施方式，所述天线单元阵列中的天线单元也可以采用实施例2-4任一所述的天线单元。

实施例7

本实施例提供了一种缝隙天线，其结构与实施例6基本相同，不同之处在于，低频单元7为双环贴片单元，天线单元阵列由实施例5所述的天线单元排列组合而成，位于双环贴片单元上方的天线单元阵列呈与水平方向45°角倾斜设置，位于双环贴片单元下方的天线单元阵列呈与水平方向135°角倾斜设置，如图8所示；所述双环贴片单元其包括介质层，设置于介质层表面且位于两端的两个方形环，两个方形环中间连接。

实施例8

本实施例提供一种缝隙天线，如图9所示，所述天线包括反射板5，所述反射板5表面设置有由实施例2所述的天线单元组成的天线单元阵列，所述天线单元通过支撑柱6固定于所述反射板5。

所述天线单元阵列中间设置有双极化十字交叉偶极子天线单元11，具体地，本实施例中，每个天线单元阵列由4个天线单元围绕组合而成，且4 个天线单元围成一个正方形，所述双极化十字交叉偶极子天线单元11设置于4个天线单元围成的正方形的四角及中央。

实验例

测试实施例6所述的缝隙天线的基本参数，结果如表1所示。

表1

从上表的测试数据可以看出，所述天线具有良好的电路、辐射参数，可以满足高楼900/1800-D双频3口垂直面大张角天线电气指标的要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种宽频带缝隙天线单元，其特征在于，包括贴片层，所述贴片层开设有第一辐射缝隙和第二辐射缝隙，所述第一辐射缝隙和第二辐射缝隙的形状为多边形，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙连接有馈电端。

2.根据权利要求1所述的宽频带缝隙天线单元，其特征在于，所述贴片层的形状为矩形或轴对称的六边形，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙沿所述矩形或六边形的对称轴对称设置。

3.根据权利要求2所述的宽频带缝隙天线单元，其特征在于，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙的形状为轴对称的三角形、四边形、五边形或三角形与矩形的组合图形。

4.根据权利要求3所述的宽频带缝隙天线单元，其特征在于，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙的形状为等腰三角形，所述第一辐射缝隙、第二辐射缝隙的顶角相对设置，且所述顶角为30-40°，所述馈电端设置于所述等腰三角形的顶角，所述馈电端为铜铆钉。

5.一种缝隙天线，其特征在于，包括反射板，所述反射板表面设置有由权利要求1-4任一项所述的天线单元组成的天线单元阵列，所述天线单元通过支撑柱固定于所述反射板。

6.根据权利要求5所述的缝隙天线，其特征在于，所述反射板上还设置有低频单元，所述低频单元与所述天线单元阵列由隔离条分隔；所述天线单元表面与所述反射板表面的距离为波长的四分之一，所述反射板四周的板边比板面高。

7.根据权利要求6所述的缝隙天线，其特征在于，所述低频单元包括介质层、开设于所述介质层的第三辐射缝隙和第四辐射缝隙，所述第三辐射缝隙和第四辐射缝隙为顶角相对设置的等腰三角形，所述等腰三角形顶角处设置有铜质馈电端。

8.根据权利要求6所述的缝隙天线，其特征在于，所述低频单元为双环贴片单元、微带贴片单元或半波偶极子单元。

9.根据权利要求7或8所述的缝隙天线，其特征在于，沿所述低频单元长度方向，两组所述天线单元阵列分别设置于所述低频单元两侧，所述天线单元阵列中天线单元之间相互平行，且一组天线单元阵列与水平方向呈45°倾斜设置，另一组天线单元阵列与水平方向呈135°倾斜设置。

10.根据权利要求6所述的缝隙天线，其特征在于，所述天线单元阵列之间设置有双极化十字交叉偶极子天线单元，每个所述天线单元阵列由四个天线单元呈正方形围合而成，所述双极化十字交叉偶极子天线单元设置于所述正方形的四角。