CN208142332U - 适用于复杂环境的辐射单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种适用于复杂环境的辐射单元，包括：辐射体，包括四个辐射振子，所述四个辐射振子形成两组正交的辐射阵列，各辐射振子相邻之间具有间隙；馈电装置，包括巴伦及两个馈芯，所述巴伦设置于所述辐射体下方，以支撑所述辐射体；所述馈芯设置于所述巴伦内；所述辐射阵列长度约为1/2个波长；所述巴伦高度与宽度的比例范围是1.6:2.2至2:2.2；所述各个辐射振子均呈正方形板状结构，使所述辐射体表面整体呈正方形，所述辐射体表面宽度约为1/2.5个波长；所述辐射振子的末端设置有向下延伸的圆柱。

Description

适用于复杂环境的辐射单元

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种适用于复杂环境的辐射单元。

背景技术

随着无线通讯技术的迅猛发展，天线小型、多频、宽带化方向的趋势越来越明显，高性能基站天线在终端系统中发挥着越来越重要的作用。

目前市场上1710-2690MHz范围的辐射单元大多是根据专门的边界环境来设计的，并且增益偏低，前后比小，隔离度低等缺点严重影响了整体天线的性能，增加了天线研发难度。

大部分辐射单元不具备多种环境使用的能力，并且在非设计环境外使用中，辐射参数跟电路参数下降明显，甚至可能会出现谐振等情况。

部分辐射单元重量过重，导致整个产品重量偏重，这样一来安装支架相应的需要加大加厚设计，增加了生产成本；而部分辐射单元为了降低重量而牺牲了它的物理性能，易碎、变形等情况时有发生。

因此，有必要研究一种综合性能好、可适应各种环境、轻量化的同时也能保证物理性能的辐射单元。

实用新型内容

本实用新型的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种适用于复杂环境的辐射单元。

适用于复杂环境的辐射单元，包括：

辐射体，包括四个辐射振子，所述四个辐射振子形成两组正交的辐射阵列，各辐射振子相邻之间具有间隙；

馈电装置，包括巴伦及两个馈芯，所述巴伦设置于所述辐射体下方，以支撑所述辐射体；所述馈芯设置于所述巴伦内；

所述辐射阵列长度约为1/2个波长；所述巴伦高度与宽度的比例范围是1.6:2.2至2:2.2；所述各个辐射振子均呈正方形板状结构，使所述辐射体表面整体呈正方形，所述辐射体表面宽度约为1/2.5个波长；所述辐射振子的末端设置有向下延伸的圆柱。

进一步地，所述辐射振子上表侧的外围边缘呈凸起状，形成辐射裙边。

进一步地，所述辐射振子的厚度为1mm，所述辐射裙边的宽度为1.5mm，高度为2mm。

进一步地，所述间隙的间距为1/50个波长。

进一步地，所述圆柱的高度为2mm。

进一步地，所述巴伦对应各辐射振子设置有中空的柱状通孔结构，所述馈芯接入至所述柱状通孔内，所述柱状通孔直径为1/27个波长。

进一步地，所述的辐射单元整体高度与宽度比的范围是1.7:1至2:1。

进一步地，所述巴伦的底部连接成一体；所述巴伦的上部分为四端，每端对应与各所述辐射振子连接；所述巴伦与所述辐射振子的连接处作倒圆角处理。

进一步地，所述馈芯整体呈“L”型，所述馈芯的长段插入所述巴伦内且与所述巴伦绝缘，所述馈芯的短段末端与所述巴伦的上端焊接。

进一步地，所述馈芯的长段设置有若干绝缘的固定块，所述固定块可卡设在所述巴伦内。

本实用新型的有益效果是：

通过调整辐射振子的形状尺寸、巴伦的尺寸及辐射单元的整体宽高比的具体设置，并结合辐射振子末端圆柱的应用，有效地实现了辐射单元的增益提高、前后比提高、S参数优化等有益效果，满足辐射单元应用于复杂环境的通用性需要。

通过优化辐射振子结构的设计，使得该辐射单元保证了轻量化的同时，也能确保物理性能所需。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的适用于复杂环境的辐射单元的轴侧示意图；

图2为本实用新型实施例中的适用于复杂环境的辐射单元的反面轴侧示意图；

图3为本实用新型实施例中的适用于复杂环境的辐射单元的俯视图；

图4为本实用新型实施例中的适用于复杂环境的辐射单元的结构透视示意图；

图5为本实用新型实施例中的适用于复杂环境的辐射单元的SWR示意图；

图6为本实用新型实施例中的适用于复杂环境的辐射单元的LogMag示意图；

图7为本实用新型实施例中的适用于复杂环境的辐射单元的Gain示意图；

图8为本实用新型实施例中的适用于复杂环境的辐射单元的主极化前后比示意图。

附图标记说明：1-辐射振子，10-辐射裙边，11-间隙，12-圆柱，13-第一调试孔，14-第二调试孔，2-巴伦，20-螺纹孔，21-柱状通孔，22-柱状通孔，23-倒圆角，3-馈芯，31-固定块。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案、目的及其优点更清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的解释说明。

如图1至图4所示，本实施例具有以下结构：包括四个辐射振子1组成的辐射体、巴伦2、馈芯3和固定块31，所述四个辐射振子1两两对称且正交，形成两组正交的辐射阵列。

经多次实验，本实用新型通过调整所述辐射单元各部件的结构形式及比例，以获得一种适用于复杂环境的辐射单元，具体设置如下：

设定所述辐射振子1的形状为正方形板状结构，使所述辐射体表面整体呈正方形，所述辐射体表面宽度，即正方形宽度约为1/2.5个波长，优选设置为55mm；其组成的辐射阵列长度约为1/2个波长；所述巴伦2高度与宽度的比例范围是1.6:2.2至2:2.2；所述间隙11的间距为1/50个波长；所述的辐射单元整体高度与宽度比的范围是1.7:1至2:1。

同时，于所述辐射体表面的四角位置，即在所述各个辐射振子1的末端设置有向下延伸的圆柱12，所述圆柱12的高度约为2mm，圆柱12的延伸方向与辐射振子1垂直；优选地，所述辐射振子1的末端对应所述圆柱12作相应切角。

所述巴伦2内对应各辐射振子1设置有中空的柱状通孔21结构，该柱状通孔21呈圆柱状；所述柱状通孔21直径约为1/27个波长；所述巴伦2高度大于1/4波长，优选设置为40mm，其壁厚为0.9mm；所述馈芯3为直径2mm的折弯铜棒，镀锡，整体呈“L”型。

如图4所示，所述巴伦2分别对应所述的两组辐射阵列，以在其上端设置有两组不同高差的凹槽，所述两个“L”型的馈芯3的短段末端以锡丝焊接在所述凹槽上，因凹槽的高差限定，对应两组辐射阵列设置的馈芯3正交放置且不相互接触；所述馈芯3的长段插入所述巴伦2的柱状通孔21内，通过固定块31的卡设使馈芯3固定于巴伦2内且与所述巴伦2绝缘，该馈芯3从固定块31中间穿过，使得所述馈芯3与柱状通孔21同轴设置；上述馈芯3与巴伦2的安装形式，构成了同轴线结构，起到传输电磁波的作用。

优选地，所述巴伦2下端与所述馈芯3长段所在的柱状通孔21位置设置有焊线座22，所述焊线座22中空且与柱状通孔21连通；所述焊线座22上设有焊接凹槽，以便于焊接所述馈芯3的长段末端；具体应用至基站天线中时，所述焊线座22贯穿接入至反射板，所述馈芯3的长段末端与天线的馈电网络相连接。

所述馈芯3在插入所述柱状通孔21的装配过程中需要进行定位；目前常规的辐射单元多采用的技术方案为：现将绝缘的塑料件固定在巴伦2内，再将馈芯3进一步插入其中；而本实用新型中，所述馈芯3采用带件注塑工艺，则将馈芯3折弯呈“L”型后，将以绝缘材料制成的所述固定块31直接注塑成型到馈芯3上；所述固定块31设置为两个，两个固定块31在所述馈芯3的长段之间的间距为15mm。

本实用新型的性能优势如下：

如图5及图6所示，本实用新型的辐射单元整体驻波低，隔离小；通过通过调整辐射振子1的形状尺寸、巴伦2的尺寸、辐射振子1的末端圆柱12的尺寸来优化S参数；目前市场上大部分辐射单元S参数SWR大于等于1.5，LOGMAG大于等于-24dB，本款辐射单元S参数优于市场上大部分产品。

驻波隔离好能保证辐射单元组阵时在各种复杂的辐射环境下保证裸机具有较好的数据，甚至能达到免调的效果，降低了基站天线S参数调试难度；S参数在基站天线研发过程中难度比较大，很多基站天线因为S参数调试难度大限制了研发思路，拉长了研发周期，增加了研发成本，增加了装配复杂度。

如图7所示，本实用新型的辐射单元增益高；通过优化的辐射振子1尺寸及所增加的圆柱12设置，有效提高辐射单元增益；通过实验证明，在频率1710-2690MHz范围内，辐射体表面宽度设置为55mm时，增益最优。

在宽频情况下，水平波宽做到了收敛，降低了在组阵过程中水平波瓣宽度的调试难度，辐射单元整体增益高，在主流基站天线增益情况下，不用增加辐射单元来提高天线增益，基站天线馈电网络在D段下损耗较大，本款辐射单元D段增益高，能很好地补偿它的损耗，避免了牺牲抑制来补偿增益。

如图8所示，本实用新型的辐射单元前后比高，通过优化的间隙11的距离及巴伦2高度设置，本款辐射单元在辐射边界宽度130MM的情况下主极化前后比优良，在设计基站天线过程中，保证了前后比达标，降低了天线调试难度，保证了天线小型化设计过程中的质量。

本实用新型的工作原理如下：

本款辐射单元在优选的尺寸内通过应用圆柱12的设定，以增加了带内宽度，显著地改善了频段内的驻波比，前后比跟交叉极化，提高了增益；在设计本辐射单元的过程中，着重解决了振子增益低，前后比低，S参数偏高，通用性不强等问题；辐射振子1尺寸适中，符合市场上主流辐射单元尺寸。

本款辐射单元频段在1710-2690MHz，在水平面波瓣宽度为70°的情况下最小增益有8.3dB，在频段2500-2690MHz频段内最小增益有10dB，该辐射单元D段增益高，符合馈电网络在D段损耗大得情况下进行补偿；在边界宽度130MM的情况下主极化前后比最小值23dB，两个辐射单元组阵后主极化前后比大于25dB，满足补偿天线小型化设计后主极化前后比不足问题；该款辐射单元正负极化驻波小于1.25，两个辐射单元组阵后驻波小于1.31，驻波低，避免了整机天线部分辐射单元反射系数大，抑制难调等问题；巴伦2高度有40mm，在嵌套的情况下辐射单元性能不会降低5％；辐射单元隔离小于-28dB，两个辐射单元组阵隔离度小于-27dB，组阵后能大大降低天线的调试难度。

在1710MHz-2690MHz宽频情况下，水平波宽做到了收敛，降低了在组阵过程中水平波瓣宽度的调试难度，辐射单元整体增益高，在主流基站天线增益情况下，不用增加辐射单元来提高天线增益，基站天线馈电网络在D段下损耗较大，本款辐射单元D段增益高，能很好地补偿它的损耗，避免了牺牲抑制来补偿增益。

非嵌套环境下，采用多种边界，性能下降小于5％；巴伦高度超过40mm，在不同边界嵌套环境下增益、前后比、S参数等下降小于7％，本款辐射单元可用于物联网大多数基站天线中。

本产品辐射单元频段在1710-2690MHz，驻波小于1.3，隔离小于-28dB，所设计辐射单元最大方向性增益大于8.3dB，前后比大于27dB。

而作为优选实施方式，所述巴伦2与辐射振子1一体设置，于所述巴伦2的底部连接成一体，保留3mm的厚度；所述巴伦2的上部设分为四端，每端对应与各所述辐射振子1连接；所述巴伦2与所述辐射振子1的连接处作倒圆角23的设置，以满足辐射单元的强度需求；本实施例中，所述巴伦2及辐射振子1整体采用铝合金材质，以镀铜镀锡工艺进行加工处理。

一般而言，辐射振子1的厚度需设置为2mm以上，才能确保该辐射单元的物理性能，而作为一种优选实施方式，本实用新型的所述辐射振子1上表侧的外围边缘呈凸起状，形成辐射裙边10；所述辐射振子1的厚度为1mm，所述辐射裙边10的宽度为1.5mm，高度为2mm；将所述辐射振子1设置应用有2mm的辐射裙边10，以确保产品的结构强度；而辐射振子1的厚度则可控制到1mm，从而在确保辐射单元物理性能的前提下，有效减少辐射单元的重量，实现辐射单元的轻量化。

作为一种优选实施方式，所述辐射振子设置有可调式孔位，以便在组阵过程中方便调试；具体而言，所述可调式孔位包括设置于各辐射振子1中央的第一调试孔13、设置于各辐射振子1的间隙11边缘的第二调试孔14；所述第一调试孔13与其他部件无干涉，其孔径直径φ为4mm，方便后期拓展其他部件；所述第二调试孔14方便间隙11增加介质块以调试S参数。

本实用新型的辐射单元应用于基站天线中，使用时需用M4消磁螺钉12枚，将该辐射单元固定在反射板上；所以，所述巴伦的底部设置有配合该M4螺钉的螺纹孔20。

本实用新型具有以下有益效果：

1、降低多频多通道基站天线辐射单元总类。

本实用新型的辐射单元有效解决多通道多频基站天线中高频辐射单元种类过多问题，如果一款辐射单元能满足物联网天线所有的辐射环境，则天线装配流程能够简单化，研发及生产成本也会降低。

2、降低基站天线辐射参数研发难度。

本实用新型的辐射单元有效解决辐射单元增益、前后比、交叉极化等过低等问题，降低了基站天线研发难度，小型化研发的困局。并且阵列天线增益余量够的情况下，大大方便了抑制的优化。

3、降低基站天线调试难度。

本实用新型在设计该款辐射单元过程中，重点优化了S参数；在多种辐射环境中驻波隔离都能达到理想的效果，并且在两个辐射单元并联，在低频阵子嵌套等辐射环境下S参数均能达到设计要求，从而有效降低基站天线调试难度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的实施原理前提下，依然可以对所述实施例进行修改，而相应修改方案也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.适用于复杂环境的辐射单元，包括：

辐射体，包括四个辐射振子，所述四个辐射振子形成两组正交的辐射阵列，各辐射振子相邻之间具有间隙；

馈电装置，包括巴伦及两个馈芯，所述巴伦设置于所述辐射体下方，以支撑所述辐射体；所述馈芯设置于所述巴伦内；

其特征在于，所述辐射阵列长度约为1/2个波长；所述巴伦高度与宽度的比例范围是1.6:2.2至2:2.2；所述各个辐射振子均呈正方形板状结构，使所述辐射体表面整体呈正方形，所述辐射体表面宽度约为1/2.5个波长；所述辐射振子的末端设置有向下延伸的圆柱。

2.如权利要求1所述的适用于复杂环境的辐射单元，其特征在于，所述辐射振子上表侧的外围边缘呈凸起状，形成辐射裙边。

3.如权利要求2所述的适用于复杂环境的辐射单元，其特征在于，所述辐射振子的厚度为1mm，所述辐射裙边的宽度为1.5mm，高度为2mm。

4.如权利要求1所述的适用于复杂环境的辐射单元，其特征在于，所述间隙的间距为1/50个波长。

5.如权利要求1所述的适用于复杂环境的辐射单元，其特征在于，所述圆柱的高度为2mm。

6.如权利要求1所述的适用于复杂环境的辐射单元，其特征在于，所述巴伦对应各辐射振子设置有中空的柱状通孔结构，所述馈芯接入至所述柱状通孔内，所述柱状通孔直径为1/27个波长。

7.如权利要求1所述的适用于复杂环境的辐射单元，其特征在于，所述的辐射单元整体高度与宽度比的范围是1.7:1至2:1。

8.如权利要求1至7任一所述的适用于复杂环境的辐射单元，其特征在于，所述巴伦的底部连接成一体；所述巴伦的上部分为四端，每端对应与各所述辐射振子连接；所述巴伦与所述辐射振子的连接处作倒圆角处理。

9.如权利要求1至7任一所述的适用于复杂环境的辐射单元，其特征在于，所述馈芯整体呈“L”型，所述馈芯的长段插入所述巴伦内且与所述巴伦绝缘，所述馈芯的短段末端与所述巴伦的上端焊接。

10.如权利要求9所述的适用于复杂环境的辐射单元，其特征在于，所述馈芯的长段设置有若干绝缘的固定块，所述固定块卡设在所述巴伦内。