CN208862156U - 无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元及其阵列 - Google Patents

无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元及其阵列 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元及其阵列。所述天线单元设置在反射板中间。所述天线包括振子臂，巴伦和两个寄生金属环。所述振子臂上带有微带线枝节，通过所述巴伦连接，并通过所述巴伦进行馈电，所述巴伦上设置有馈线。所述振子臂的上方和下方分别设置有寄生金属环。所述天线单元具有紧凑和简单的结构特点。本实用新型在不级联滤波器的情况下，实现了良好的通带外抑制效果并具有良好的频率选择性，避免了滤波器插损。本实用新型实现了高极化隔离，同时实现了在宽频带内的稳定方向图。

Description

无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元及其阵列
技术领域
本实用新型涉及射频通信领域，尤其涉及一种无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元及其组成天线阵列。
背景技术
随着通信技术的飞速发展，通信系统的多频基站天线建设中要求不同的子阵列天线工作在不同的频段。但由于不同子阵列天线相距较近，会对工作在相邻的工作频段的天线产生干扰，将会造成严重的耦合进而影响天线的辐射方向图。因此需要天线要实现良好的异频隔离。而采用级联滤波器或者合路器/双工器。这样会造成较大的损耗。滤波天线是一种较好的解决这一问题的方案。
具体文献如《Y.Zhang,X.-Y.Zhang,and Y.-M.Pan,“Compact single-and dual-band filtering patch antenna arrays using novel feeding scheme,”IEEETrans.Antennas Propag.,vol.65,no.8,pp.4057–4066,Aug.2017.》使用特殊结构的馈电线来实现天线的滤波功能，但是难以应用到基站天线的双极化设计上。
公开号为CN106410396A的实用新型专利《一种高低频滤波振子交织排列的紧凑型多波束天线阵列》利用贴片天线实现了滤波双极化，但由于贴片天线本身结构的特点，天线的工作带宽并不够宽。公开号为CN205900780U的实用新型专利《一种紧凑型多频基站天线阵列》实现了滤波功能，但该实用新型没有实现双极化并且存在工作带宽也不够宽的问题。
因此，提供一种无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元是现有技术中急需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元及其天线阵列，克服传统滤波天线插损大，电路结构复杂的缺陷，并且由于宽带特性，带通滤波特性，以及良好的频率选择性和双极化辐射特征使得在多频基站天线应用更加广泛。
为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元，可以通过采取如下技术方案达到。
无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元，所述天线单元设置在反射板中间；其包括振子臂，巴伦和两个寄生金属环。所述振子臂上带有开路枝节，所述振子臂印刷在双面PCB电路板上表面，通过巴伦地板连接，并通过所述巴伦进行馈电，所述巴伦上设置有馈线。所述振子臂上方设置有寄生金属环。所述双面PCB电路板下方设置有寄生金属环。
优选的，所述双极化天线单元有四个振子臂，所述一相对的两个振子臂构成+45°线极化，而所述另一相对的两个振子臂构成-45°线极化；所述巴伦地板及所述振子臂皆为金属贴片，所述巴伦地板下端与所述反射板相连接，上端与所述振子臂相连接。
优选的，所述巴伦馈电线是宽度呈阶梯状变化，下端与同轴线内芯相连接，上端通过水平金属棒与位置相对的开路微带线相连接。巴伦的地与同轴线的外芯相连接
优选的，所述振子臂上带有所述开路微带线枝节。可控制高频段的通带边沿的滚降。形状可以为C形微带线，T型。
优选的，所述振子臂上方寄生的金属环能产生一个辐射抑制零点，通过调整其长度尺寸以及与振子臂距离可自由控制零点产生的频率位置。
优选的，所述所述振子臂下方寄生的金属环印刷在振子臂介质板的背面，能产生一个辐射抑制零点，通过尺寸以及与振子臂距离可自由控制零点产生的频率位置。
优选的，所述寄生的金属环为圆环形，十字型，正多边形。
一种包含前述无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元的阵列，即为由多个所述无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元组成双频或多频天线阵列，用于减弱不同频段之间的互耦导致方向图畸变的问题。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：
1.通过添加寄生金属环结构以及天线自身结构的特性，可以实现很好的带通滤波效果以及通带带外抑制效果，通带边沿有陡峭的滚降，同时也实现了天线通带内良好的和稳定的辐射特性。
2.可根据实际需要调整振子臂上方和下方的金属寄生环的尺寸以控制两个增益零点产生的频率位置，从而来自由独立改变滤波带通频段。
3.具有宽频带，高隔离，良好的频率选择性，辐射方向图稳定的特点。
4.结构紧凑，而且可使用PCB加工技术制造低廉；由于没有级联复杂的滤波电路，插损低，并且具有双极化的辐射特性。
附图说明
图1为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元俯视结构图。
图2为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元正面结构图。
图3为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的立体分解结构图。
图4为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的两个金属寄生环与振子臂相对位置示意图。
图5为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的高频通带边沿增益零点与上方寄生金属环尺寸关系的增益-频率仿真结果图。
图6为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的低频通带边沿增益零点与下方寄生金属环尺寸关系的增益-频率仿真结果图。
图7为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的高频通带边沿滚降与C形开路微带枝节长度关系的增益-频率仿真结果图。
图8为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的S参数实际测试结果图。
图9为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的一种天线阵列组阵形式。
图10为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的一种天线阵列组阵形式。
图11为实例中无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的一种天线阵列组阵形式。
图12为本实用新型实施例所提供的滤波天线振子臂和金属寄生环的另一种实施例结构示意图。
图13为本实用新型实施例所提供的滤波天线振子臂和金属寄生环的另一种实施例结构示意图。
图14为本实用新型实施例所提供的滤波天线振子臂和金属寄生环的另一种实施例结构示意图。
图中：1-反射板，2-振子臂介质板(下方金属寄生环介质板)，3-上方金属寄生环介质板，4-上方金属寄生环，5-第一振子臂，6-第二振子臂，7-第三振子臂，8-第四振子臂，9-C形开路枝节，10-巴伦，11-开路微带线，12-巴伦馈电线，13-水平金属棒，14-下方金属寄生环，15-单频天线阵列反射板，16-单频天线阵列振子，17-双频天线阵列反射板，18-双频天线阵列中的低频振子，19-双频天线阵列中的高频振子，20-多频天线阵列反射板，21-多频天线阵列中的工作在低频段的天线单元，22-多频天线阵列中的一个无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元，23-多频天线阵列中的工作在高频段的天线单元。
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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1至图4所示，本实施例提供了一个无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元，从图1至图3中可以看到，天线单元置于反射板1中间位置，通过四块支撑巴伦10将振子臂介质板2和上方金属寄生环的介质板3按顺序支撑并固定起来，所述四个振子臂为金属贴片，印刷在振子臂介质板2的上层。
所述天线单元工作于多频移动通信基站天线中的2G/3G/4G频段(1.66-2.73GHz)，从图1中可以看到，天线单元包括第一振子臂5，第二振子臂6，第三振子臂7，第四振子臂8，上方金属寄生环介质板3，振子臂介质板(下方金属寄生环介质板)2，C形开路枝节9，上方金属寄生环4，巴伦馈电线12，开路微带线10，水平金属棒13，下方金属寄生环14。
在本实施例中，第一振子臂5和第二振子臂6构成+45°极化振子臂，第三振子臂7和第四振子臂8构成-45°极化振子臂；上方金属寄生环4，以十字型结构为例，其设置在前述四个振子臂的上方，以金属贴片的形式印刷在上方金属寄生环介质板3上，且与四个振子臂相靠近而无接触，由于上方金属寄生环4与四个振子臂的距离小，通过耦合作用产生感应电流，在高频段时，所述金属环上电流与所述振子臂电流相抵消，实现一个可控制的高频辐射抑制零点。±45°极化振子臂位于振子臂介质板2的上层，而所述下方金属寄生环14，以矩形结构为例，其设置所述振子臂的下方，以金属贴片的形式印刷在所述介质板2的下表面。由于所述下方金属寄生环14与四个振子臂的距离小，通过耦合作用产生感应电流，其工作相当于一个环天线，在低频段是，所述金属环上电流与所述振子臂电流相抵消，实现一个可控制的低频辐射抑制零点。所述振子臂上的所述C形开路枝节9的电流与所述上方金属寄生环4的感应电流在2.9GHz频点时反向，从而抵消该频点时振子臂上的辐射，实现陡峭的滚降。
所述巴伦10为双极化巴伦，有四个面，在任意两个相邻的面上分别设有巴伦馈电线12和开路微带线11。所述巴伦馈电线12下端与同轴线内芯相连接进行馈电，其上端通过水平金属棒13与开路微带线11的上端相连接，以紧凑的结构集成在所述巴伦10上，具有小型化而且易于加工的优点。所述巴伦馈电线12的宽度具有阶梯状变化的结构，成为匹配网络的一部分，方便实现天线的阻抗匹配，而且不占用额外体积。所述天线单元的±45°极化振子臂由于所述水平金属棒13需要避免触碰而错开导致两个极化的馈电线的长度不相同，从而造成匹配的差异，可以通过所述开路微带线11的长度的改变来方便补偿。
如图5所示，为本实施例提供的无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的高频通带边沿增益零点与上方寄生金属环尺寸关系的增益-频率仿真结果图。改变上方的金属寄生环的尺寸可以改变高频通带边沿增益零点的位置。
如图6所示，为本实施例提供的无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的低频通带边沿增益零点与下方寄生金属环尺寸关系的增益-频率仿真结果图。改变下方的金属寄生环的尺寸可以改变低频通带边沿增益零点的位置。
如图7所示，为本实施例提供的无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的高频通带边沿滚降与C形开路微带枝节长度关系的增益-频率仿真结果图。改变C形开路微带枝节长度可以改变高频通带边沿滚降程度。
如图8所示，是本实用新型一个实施例提供的无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元的S参数S11，S21，S22-频率的实测结果图。
如上所述可知，本实用新型实施例具有如下优点：
1、滤波天线单元尺寸紧凑，为当前工业界较高水平；
2、该天线适用于频率1.69-2.7GHz频段，工作带宽宽，相对带宽达到48.7％(VSWR<1.5)；具有带通特性，带外增益抑制达到17dB，在通带边沿具有良好的滚降系数；极化隔离达到34dB。
3、该天线在紧凑结构的前提下，实现了通带中方向图不畸变的特性，满足基站方向图的要求。
4、容易加工，安装方便，并且不需要额外的电路加载。
实施例2：
如图9所示，为本实施例的单频双极化基站天线阵列，包括单频天线阵列反射板15和至少一个所述无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元即单频天线阵列振子16，即本实施例是单列天线阵列，天线单元置于单频天线阵列反射板15上，且位于同一水平面，本实施例的天线单元的结构同实施例1。
实施例3：
如图10所示，本实施例的双频双极化基站天线阵列，包括反射板17，至少一个无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元即双频天线阵列中的高频振子19和至少一个工作在低频段的天线单元即双频天线阵列中的低频振子18，即本实施例是双列天线阵列，两个天线单元置于双频天线阵列反射板17上，无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元19置于双频天线阵列反射板17的一边，工作在低频段的18置于双频天线阵列反射板17的另外一边，且位于同一水平面，本实施例的天线单元的结构同实施例1。
实施例4：
如图11所示，本实施例的多频双极化基站天线阵列，包括多频天线阵列反射板20，至少一个无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元22(即多频天线阵列中的一个无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元多频天线阵列中的一个无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元)，至少一个工作在低频段的多频天线阵列中的工作在低频段的天线单元21和至少一个工作高频段的天线单元23，即本实施例是多列天线阵列，三个天线单元置于反射板20上，无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元22置于反射板的中间，低频天线单元21置无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元22的一边，多频天线阵列中的工作在高频段的天线单元23置无外加滤波电路的具有高选择性的紧凑型宽带双极化基站滤波天线单元22的另外一边，且位于同一水平面，本实施例的天线单元的结构同实施例1。
综上所述，本实用新型适用于无线移动通信多频基站天线领域，可应用于各类无线通信系统的接收和发射设备中，由于本实用新型的滤波特性，特别适用于在开阔复杂的多频段多制式通信场景中，工作1710-2690MHz的基站天线；同时受益于滤波特性与辐射特性的集成，本实用新型也适用于无线移动通信系统设备的一体化和集成化，降低设计要求，提高通信设备抗邻频干扰的能力。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (8)

1.无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元，其特征在于，所述天线单元包括带有微带线枝节的振子臂、巴伦以及寄生金属环，通过寄生金属环和微带线枝节拓展带宽并产生辐射抑制零点实现带外辐射的抑制；所述寄生金属环设置在振子臂上方或下方位置。
2.根据权利要求1所述的无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元，其特征在于，所述振子臂上方或者下方的金属寄生环为矩形结构、十字型结构、圆形结构或正多边形结构。
3.根据权利要求2所述的无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元，其特征在于，所述寄生金属环有两个，所述寄生金属环同时设置在所述振子臂上方和下方，或只单独设置一个寄生金属环在所述振子臂上方，或只单独设置一个寄生金属环在所述振子臂下方。
4.根据权利要求1所述的无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元，其特征在于，所述振子臂通过微带线枝节与寄生金属环产生耦合，进而提高天线选择性及带宽。
5.根据权利要求4所述的无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元，其特征在于，所述微带线枝节形状结构为礼帽形、U形、C形、V形或直线形。
6.根据权利要求1所述的无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元，其特征在于，所述巴伦上为由两个平行印刷电路板构成并通过金属棒连接的结构形式。
7.根据权利要求1所述的无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元，其特征在于，所述天线单元设置在反射板中间；所述双极化天线单元为偶极子形式，所述振子臂构成±45°线极化；所述巴伦下端与所述反射板相连接，其上端与所述振子臂相连接。
8.一种包含权利要求1~7任一项所述的无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元的阵列，其特征在于，由多个所述无外加滤波电路的宽带双极化基站滤波天线单元组成双频或多频天线阵列。
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