CN208014904U - 电磁超材料引向器及应用该引向器的基站天线 - Google Patents

Abstract

电磁超材料引向器，应用于基站天线，包括呈单层或叠层设置在振子上方的介质板，介质板远离振子的一面上设置有金属覆层，金属覆层中心旋转对称，金属覆层包括中心贴片和环绕中心贴片的若干个金属带，每个金属带均通过一个金属条与中心贴片相连接，金属覆层形成一谐振电路。引向器能够实现会聚波束和改善基站天线水平半功率角一致性的效果。基站天线，包括反射板、固定设置在反射板上的振子、固定设置在反射板上并且围绕在振子周侧的若干个隔离片，振子的上方间隔设置引向单元，引向单元包括至少一个如前的电磁超材料引向器，任意两个相邻的电磁超材料引向器间隔设置。基站天线的方向性和半功率角一致性好。

Description

电磁超材料引向器及应用该引向器的基站天线

技术领域

本实用新型涉及基站天线技术领域，具体的说是电磁超材料引向器及应用该引向器的基站天线。

背景技术

无线传输速率的持续进步加快推进了宽带、多频、多波束基站天线的全面部署。根据香农定律，通信信道的容量同时正比于频谱宽度和信噪比，而蜂窝基站的重复覆盖已成为无线通信主要的噪声来源之一，由此，基站天线在保证信号全面覆盖的同时，应确保不同频率电磁波的覆盖范围趋于一致，从而减少辐射扇区重叠，使基站之间的互调噪声降至最低。基于上述原因，辐射波束的一致性已经成为基站天线重要的性能指标，而引向器作为调节波束宽度的关键器件在提高波束一致性，特别是水平半功率角一致性方面发挥重要作用。

受限于天线内部空间，同时也为了节省成本，目前大部分引向器通过将三维聚波结构，如：喇叭、角锥、碟形反射面等复杂的三维结构平面化-将其水平面投影加工到印刷电路板上，从而在一定程度上发挥引导和会聚电磁波的功能。然而平面化近似比起三维反射面，其效用必然大打折扣，许多情况下基站天线辐射波束的一致性并不理想，表现为一些频率半功率角严重偏窄，形成覆盖盲区；而另一些频率半功率角严重偏宽，由此导致增益下降严重同时干扰其他扇区。

电磁超材料，自上世纪60年代被苏联科学家Veselago首次提出以来，在过去50年获得了广泛关注，目前已发展出较为系统的理论和研究方法，如：Floquet-Bloch周期波理论、变换光学和变换电磁学等等。然而，按照上述理论，利用亚波长尺度的常规材料，如：金属、电介质来构建电磁超材料基本单元，通过这些基本单元的周期性排列就可以在周围空间获得期望的介电常数和磁导率。由于周期性往往意味着占用较多的面积或空间，而且介电常数往往受到入射角、极化方向等因素的限制，到目前为止，电磁超材料在射频器件上的应用并不常见。

实用新型内容

为了解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种电磁超材料引向器，能够实现会聚波束和改善基站天线水平半功率角一致性的效果，同时提供一种应用该引向器的基站天线，方向性和水平半功率角一致性好。

为了实现上述目的，本实用新型采用的具体方案为：电磁超材料引向器，应用于基站天线，基站天线包括振子，所述引向器包括呈单层或叠层设置在所述振子上方的介质板，介质板远离振子的一面上设置有金属覆层，金属覆层中心旋转对称，金属覆层包括中心贴片和环绕中心贴片的若干个金属带，每个金属带均通过一个金属条与中心贴片相连接，金属覆层形成一谐振电路，且谐振发生时谐振电路周侧空间的等效磁导率小于1。

进一步地，所述中心贴片呈正多边形。

进一步地，所述中心贴片呈圆形。

进一步地，所述金属带呈长方形。

进一步地，所述金属带呈扇面形。

进一步地，所述金属带的两端各一体连接有一个第一阻抗变换段，第一阻抗变换段向所述中心贴片延伸。

进一步地，所述金属条呈长方形。

进一步地，所述金属条的中部还一体连接有第二阻抗变换段，第二阻抗变换段关于金属条长度方向上的中线对称。

基站天线，包括反射板、固定设置在反射板上的振子、固定设置在反射板上并且围绕在振子周侧的若干个隔离片，所述振子的上方间隔设置引向单元，引向单元包括至少一个如上所述的电磁超材料引向器，任意两个相邻的电磁超材料引向器间隔设置。

进一步地，两个相邻的所述电磁超材料引向器之间通过若干个绝缘立柱固定连接。

有益效果：

1、本电磁超材料引向器能够调整空间的磁导率分布，进而实现会聚波束和改善基站天线水平半功率角一致性的效果；

2、本电磁超材料引向器可以叠层部署，从而增强效能；

3、本电磁超材料引向器可以利用PCB工艺制造，成本低；

4、本基站天线的方向性和水平半功率角的一致性好。

附图说明

图1是本实用新型提供的第一种电磁超材料引向器的结构示意图；

图2是本实用新型提供的第二种电磁超材料引向器的结构示意图；

图3是本实用新型提供的第三种电磁超材料引向器的结构示意图；

图4是本实用新型中当电磁超材料引向器设置为一层时基站天线的结构示意图；

图5是本实用新型中当电磁超材料引向器设置为两层时基站天线的结构示意图。

附图标记：1、介质板，2、中心贴片，3、金属带，4、金属条，5、第一阻抗变换段，6、第二阻抗变换段，7、反射板，8、隔离片，9、振子，10、绝缘立柱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

电磁超材料引向器，应用于基站天线，基站天线包括振子9，引向器包括呈单层或叠层设置在所述振子9上方的介质板1，介质板1远离天线振子的一面上设置有金属覆层，金属覆层中心旋转对称，金属覆层包括中心贴片2和环绕中心贴片2的若干个金属带3，每个金属带3均通过一个金属条4与中心贴片2相连接，金属覆层形成一谐振电路，且谐振发生时谐振电路周侧空间的等效磁导率小于1。介质板1可以选用常见的FR-4材料，相对介电常数4.4，厚度1.5 mm。金属覆层选用铜材质，覆在介质板1上，厚度为0.035 mm。制造过程可以采用PCB工艺，成本低廉。

金属覆层中心旋转对称，即金属覆层围绕形心旋转一定角度后与原状态重合。因此，中心贴片2可以呈正多边形或者圆形。金属带3可以是直的，也可以具有圆弧状或其他弯曲形状，具体的，金属带3可以呈长方形或者扇面形，当中心贴片2呈正多边形时，金属带3的数量与中心贴片2的边数相等。当金属带3呈长方形时，金属带3的形心与中心贴片2的形心之间的连线与金属带3的长度方向相互垂直。当金属带3呈扇面形时，金属带3的外圆弧的圆心与中心贴片2的形心重合。金属带3既可以是均匀等宽的，也可以是宽度渐变或者一体连接有其他附属部分，例如金属带3的两端各一体连接有一个呈长方形的第一阻抗变换段5，第一阻抗变换段5沿中心贴片2的径向向中心贴片2延伸。金属条4呈长方形，金属条4既可以是均匀等宽的，也可以是宽度渐变或者一体连接有其他附属部分，例如金属条4的中部还一体连接有第二阻抗变换段6，第二阻抗变换段6呈长方形，其长度方向与金属条4的长度方向平行，且第二阻抗变换段6关于金属条4长度方向上的中心线对称。

综上所述，本实用新型提供三种电磁超材料引向器的实施例。

如图1所示，本实用新型提供的第一种电磁超材料引向器的金属覆层包括正六边形的中心贴片2，在中心贴片2的周侧沿圆周方向均匀分布有六个金属带3，金属带3呈长方形，金属带3的形心与中心贴片2的形心之间的连线与金属带3的长度方向相互垂直，六个金属带3与中心贴片2的六条边通过六个金属条4一一对应地连接起来，且金属条4的两端分别与金属带3的中心和中心贴片2的边沿的中心点相连接。

如图2所示，本实用新型提供的第二种电磁超材料引向器的金属覆层包括圆形的中心贴片2，在中心贴片2的周侧沿圆周方向均匀分布有三个金属带3，金属带3呈扇面形，金属带3的外圆弧的圆心与中心贴片2的圆心重合，三个金属带3各通过一个金属条4与中心贴片2相连接，金属条4的长度方向沿中心贴片2的径向延伸，金属条4与金属带3的内圆弧的中心连接。

如图3所示，本实用新型提供的第三种电磁超材料引向器的金属涂层包括圆形的中心贴片2，在中心贴片2的周侧沿圆周方向均匀分布有四个金属带3，金属带3呈扇面形，金属带3的外圆弧的圆心与中心贴片2的圆心重合，每个金属带3的两端各一体连接有两个呈长方形的第一阻抗变换段5，并且第一阻抗变换段5的长度方向沿中心贴片2的径向延伸，每个金属带3各通过一个呈长方形的金属条4与中心贴片2相连接，金属条4的长度方向沿中心贴片2的径向延伸，金属条4与金属带3的内圆弧的中心相连接，金属条4的中部还一体连接有长方形的第二阻抗变换段6，第二阻抗变换段6的长度方向与金属条4的长度方向平行，且第二阻抗变换段6关于金属条4在长度方向上的中心线对称。

中心贴片2与周围的金属条4、金属带3组成谐振电路，谐振发生时，能够在自身附近的空间中形成磁导率小于1的区。根据斯涅尔定律，电磁波束会向折射率较大的一侧会聚。因此本电磁超材料引向器能够调整空间的磁导率分布，进而实现会聚波束和改善基站天线水平半功率角一致性的效果。

如图4所示，本实用新型还提供一种基站天线，包括反射板7、固定设置在反射板7上的振子9、固定设置在反射板7上并且围绕在振子9周侧的若干个隔离片8，振子9的上方间隔设置引向单元，间隔距离为10-30mm，引向单元包括至少一个电磁超材料引向器，电磁超材料引向器包括设置在天线振子上方的介质板1，介质板1远离天线振子的一面上覆有金属覆层，金属覆层中心旋转对称，金属覆层包括中心贴片2和沿圆周方向均匀分布在中心贴片2周侧的若干个金属带3，每个金属带3均通过一个金属条4与中心贴片2相连接。

通过设置电池超材料引向器，能够有效改善基站天线的方向性和水平半功率角的一致性，提高辐射效率。

如图5所示，当电磁超材料引向器设置为多个的时候，任意两个相邻的电磁超材料引向器间隔设置，间隔距离为10-30mm，两个相邻的电磁超材料引向器之间通过若干个绝缘立柱10固定连接，绝缘立柱10优选为塑料材质。设置多层的超材料引向器，能够使电磁超材料的低折射率特性得到加强，从而进一步加强对基站天线性能的改善。

还需要说明的是，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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，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.电磁超材料引向器，应用于基站天线，基站天线包括振子（9），其特征在于：所述引向器包括呈单层或叠层设置在所述振子（9）上方的介质板（1），介质板（1）远离振子（9）的一面上设置有金属覆层，金属覆层中心旋转对称，金属覆层包括中心贴片（2）和环绕中心贴片（2）的若干个金属带（3），每个金属带（3）均通过一个金属条（4）与中心贴片（2）相连接，金属覆层形成一谐振电路，且谐振发生时谐振电路周侧空间的等效磁导率小于1。

2.如权利要求1所述的电磁超材料引向器，其特征在于：所述中心贴片（2）呈正多边形。

3.如权利要求1所述的电磁超材料引向器，其特征在于：所述中心贴片（2）呈圆形。

4.如权利要求2或3所述的电磁超材料引向器，其特征在于：所述金属带（3）呈长方形。

5.如权利要求2或3所述的电磁超材料引向器，其特征在于：所述金属带（3）呈扇面形。

6.如权利要求5所述的电磁超材料引向器，其特征在于：所述金属带（3）的两端各一体连接有一个第一阻抗变换段（5），第一阻抗变换段（5）向所述中心贴片（2）延伸。

7.如权利要求1所述的电磁超材料引向器，其特征在于：所述金属条（4）呈长方形。

8.如权利要求7所述的电磁超材料引向器，其特征在于：所述金属条（4）的中部还一体连接有第二阻抗变换段（6），第二阻抗变换段（6）关于金属条（4）长度方向上的中线对称。

9.基站天线，包括反射板（7）、固定设置在反射板（7）上的振子（9）、固定设置在反射板（7）上并且围绕在振子（9）周侧的若干个隔离片（8），其特征在于：所述振子（9）的上方间隔设置引向单元，引向单元包括至少一个如权利要求1所述的电磁超材料引向器，任意两个相邻的电磁超材料引向器间隔设置。

10.如权利要求9所述的基站天线，其特征在于：两个相邻的所述电磁超材料引向器之间通过若干个绝缘立柱（10）固定连接。