CN210926339U - 一种微带线调谐电路及基站天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微带线调谐电路，该调谐电路由单层PCB电路板构成，所述单层PCB电路板由正面覆铜微带线、介质板和背面覆铜地板三部分组成；所述正面覆铜微带线包括：输入焊盘、输出焊盘，输入阻抗变换段、输出阻抗变换段，以及由并联的若干开路枝节构成的谐振器，上述谐振器通过发生“反谐振”消除超宽频辐射单元在对应频点附近因电磁模式转换引起的阻抗不连续现象，从而达到拓展阻抗带宽的目的。考虑到目前应用得最为广泛的基站天线辐射单元基本都工作在三阶模式以下，上述微带线调谐电路通过优化至合适的谐振频率，理论上适配几乎所有辐射单元，使阻抗带宽获得显著提升。本实用新型还提供一种基站天线。

Description

一种微带线调谐电路及基站天线

技术领域

本实用新型涉及射频调谐电路技术领域，特别是涉及一种具有通用性的超宽频基站天线(sub-6GHz)辐射单元阻抗匹配电路和实现方法。

背景技术

无线通信进入5G时代，随着新的频谱资源如n74(1427～1518MHz)，n71(617～698MHz)等的开发利用，对基站天线(sub-6GHz)的工作带宽提出了更高的要求。与此同时，基站天线的小型化和集成化是解决密集组网环境下日益严重的扇区串扰和站址资源紧张问题的必由之路。基站天线在工作带宽内须满足较为严格的方向图指标和驻波、隔离、无源交调等电路指标。一方面，超宽频使基站天线辐射单元的阻抗匹配变得十分困难。通过设计多重谐振可以扩展阻抗带宽，实现更加宽频的匹配，这是目前基站天线行业设计超宽频辐射单元的主要方法。然而，上述方法存在局限：1)设计多重谐振并不容易，原因在于谐振模式和天线的辐射面结构及馈电方式并不是简单对应，且不同谐振模式间的交互影响十分敏感；2)多重谐振并非全频段阻抗匹配充分条件，每一处谐振对应着振子上电压/电流的一种特定分布模式，如果不同模式之间的转换不连续，就可能引发阻抗突变而使匹配失败。另一方面，更多的阵列集成在日益局促的天线内部，辐射单元之间的串扰会越来越严重。辐射单元之间通过共地电流、寄生电容/寄生电感、散射、二次辐射等机制发生复杂的电磁耦合，隔离遭到破坏，相互发射和接收，彼此互为边界，每个辐射单元匹配和接收/发射信号受到其它辐射单元的影响。不仅使驻波、隔离等电路参数难以达标，辐射方向图也会受到严重影响，造成增益下降、波形畸变、旁瓣抑制和前后比变差等问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能消除超宽频辐射单元(sub-6GHz)在对应频点附近因电磁模式转换引起的阻抗不连续现象，从而拓展阻抗带宽的微带线调谐电路。

本实用新型还提供一种超宽频基站天线。

为达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案。

一种微带线调谐电路，其特征在于，由单层PCB电路板构成，所述单层PCB电路板由正面覆铜微带线、介质板和背面覆铜地板三部分组成；所述正面覆铜微带线包括：输入焊盘、输出焊盘，输入阻抗变换段、输出阻抗变换段，以及由并联的若干开路枝节构成的谐振器，所述谐振器连接在所属输入阻抗变换段和所述输出阻抗变换段之间，每一个所述开路枝节分别构成一个LC谐振电路，各所述开路枝节与所述输入阻抗变换段和所述输出阻抗变换段配合实现在对应频率附近的谐振。

更为优选的是，所述单层PCB电路板在设计工作频率内的三阶交调指标优于-120dBm，所述介质板厚度在0.5～1.5mm，覆铜厚度在0.035±0.005mm。

更为优选的是，所述背面覆铜地板通过金属过孔与所述输入焊盘、所述输出焊盘电气连接。

更为优选的是，所述开路枝节的个数为一个、两个或三个以上。

一种基站天线，包括若干辐射单元，其特征在于，在各所述辐射单元上连接有微带线调谐电路，利用所述微带线调谐电路在对应频率附近发生的谐振来消除因模式转换不连续造成的阻抗突变；所述对应频率为所述辐射单元的驻波峰值频率，所述谐振为削平驻波峰值的反谐振。

更为优选的是，所述微带调谐电路如上所述。

更为优选的是，所述微带线调谐电路的输入焊盘通过射频电缆接所述辐射单元的振子管脚或PCB馈线，所述微带线调谐电路的输出焊盘通过射频电缆与所述辐射单元的移相器或接头连接。

更为优选的是，所述开路枝节的个数与所述辐射单元的驻波峰值数一致、且一一对应。

更为优选的是，所述辐射单元为半波偶极子振子、全波折合振子、金属压铸振子或PCB振子。

更为优选的是，所述辐射单元的工作频段包括：1427～1518MHz、617～698MHz和sub-6GHz频段。

本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型提供的一种微带线调谐电路，与超宽频辐射单元结合时，能消除超宽频辐射单元(sub-6GHz)在对应频点附近因电磁模式转换引起的阻抗不连续现象，从而拓展阻抗带宽；同时，该电路采用常见的单层PCB微带线电路，具有工艺简单、成本低廉、易于批量实施的优点。

二、本实用新型提供的一种基站天线，利用微带调谐电路进行“反谐振”，从而达到消除超宽频辐射单元因模式转换不连续造成的阻抗突变，达到削平波峰，改善驻波的目的；该方法具有通用性，适用于不同频率、不同种类、不同形式的天线振子。同时，反谐振采用易于批量实现的单层PCB微带线电路形式，有效缩短超宽频辐射单元的设计周期。

三、上述微带调谐电路可用于多频紧凑天线阵列，实现辐射单元原位匹配，消除适配对天线阵列功率/相位分配的影响，改善方向图。

附图说明

图1所示为本实用新型实施例1提供的微带调谐电路三维示意图。

图2所示为本实用新型实施例1提供的微带调谐电路正面示意图。

图3所示为本实用新型实施例1提供的微带调谐电路背面示意图。

图4所示为未采用微带线调谐电路的基站天线辐射单元驻波图。

图5所示为采用微带线调谐电路的基站天线辐射单元驻波图。

图6所示为微带线调谐电路应用示意图。

附图标记说明：

1：正面覆铜微带线，2：介质板，3：背面覆铜地板，4：金属过孔，5：辐射单元。

1-1：输入焊盘，1-2：输出焊盘，1-3：输入阻抗变换段，1-4：输出阻抗变换段，1-5：三阶谐振器。

具体实施方式

下面结合说明书的附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的描述，使本实用新型的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

实施例1

如图1所示，一种微带线调谐电路，其为单层PCB电路板，由正面覆铜微带线1、介质板2和背面覆铜地板3三部分组成。所述PCB电路板在设计工作频率内的三阶交调指标优于-120dBm(两路43dBm载波输入)，介质板厚度在0.5～1.5mm，覆铜厚度在0.035±0.005mm，以满足基站天线对功率容量、无源交调指标的要求。此外，为提高批量生产一致性，介质板2采用稳定性较高、批次差异较小板材和制造工艺。

结合图2所示，所述正面覆铜微带线1由输入焊盘1-1、输出焊盘1-2，输入阻抗变换段1-3、输出阻抗变换段1-4，以及由并联的低频f1、中频f2、高频f3三个开路枝节组成的三阶谐振器1-5组成，每一个开路枝节分别构成一个LC谐振电路，通过对开路枝节和输入/输出阻抗变换段进行优化，实现在对应频率附近发生谐振。

上述对开路枝节和输入/输出阻抗变换段进行优化的具体优化过程及优化方法均为本领域技术人员所掌握的普通技术知识，这里不再赘述。

上述微带线调谐电路作为基站天线辐射单元阻抗匹配用途时，输入端通过射频电缆接振子管脚或PCB馈线，输出端通过射频电缆与移相器或接头连接，如图6所示。考虑到目前应用得最为广泛的基站天线辐射单元(如半波偶极子、全波折叠振子)基本都工作在三阶模式以下，上述微带线调谐电路通过优化至合适的谐振频率后，理论上适配几乎所有辐射单元，使阻抗带宽获得显著提升。而其物理意义明确、在单层PCB板即可加工实现，无疑为基站天线日益增长的带宽需求提供了一种普适而廉价的解决方案。另外需要说明的是：本实施例所述之微带线调谐电路只是一种示例形式，通过增/减开路枝节的数量，修改阻抗变换段，本实用新型所述之微带线调谐电路原则上可实现一阶、二阶、三阶以至更高阶的谐振。

结合图3所示，所述背面覆铜地板3通过金属过孔4实现与输入焊盘1-1、输出焊盘1-2的电气连接，以便于焊接。需要说明的是：本专利所述之微带线调谐电路适用于多种电缆外导体焊接方式，图3所示之金属过孔接地只是其中一种示例。

为展示上述微带线调谐电路在基站天线辐射单元阻抗匹配中的效用，图4和图5分别模拟了采用上述微带线调谐电路之前和采用上述微带线调谐电路之后的驻波测量结果图。

从图4可以看出：驻波值整体较大，工作频率范围两端f1和f3的驻波在2附近，f2频点处驻波更是高达2.6。从驻波曲线可以看出：该天线工作在二阶谐振模式，而要使驻波整体降至1.5以下，则应对f1/f2/f3三个频点进行“削峰”。

图5是采用上述微带线调谐电路进行匹配之后的驻波。从图5可以清楚看到：通过微带线调谐电路实现“反谐振”，f2和f3附近驻波曲线从波峰下降到波谷附近，可见“反谐振”成功消除了振子自身在对应频率因模式转换不连续引起的失配；与此同时，f1处驻波也下降至1.5以下。这一示范例充分展示了本实用新型所述之微带线调谐电路在基站天线辐射单元阻抗匹配中的显著效用。

实际应用时，如图6所示，上述微带线调谐电路可用于多频紧凑天线阵列，实现辐射单元5原位匹配，消除适配对天线阵列功率/相位分配的影响，改善方向图。

应该强调：图1至图5示范例仅仅提供了本实用新型所公开之微带线调谐电路的一种典型实现形式。本实用新型的核心原理在于通过并联的LC调谐电路和阻抗变换段在特定频率附近产生反谐振，从而消除或改善超宽频天线振子自身在不连续多模转换过程中引起的失配。从这一原理出发产生的调谐电路设计，无论其谐振阶数是多少，电路采用何种实现形式实现，都应被视为该实用新型的一种实施例。本实用新型的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (9)

1.一种微带线调谐电路，其特征在于，由单层PCB电路板构成，所述单层PCB电路板由正面覆铜微带线、介质板和背面覆铜地板三部分组成；所述正面覆铜微带线包括：输入焊盘、输出焊盘，输入阻抗变换段、输出阻抗变换段，以及由并联的若干开路枝节构成的谐振器，所述谐振器连接在所属输入阻抗变换段和所述输出阻抗变换段之间，每一个所述开路枝节分别构成一个LC谐振电路，各所述开路枝节与所述输入阻抗变换段和所述输出阻抗变换段配合实现在对应频率附近的谐振。

2.根据权利要求1所述的一种微带线调谐电路，其特征在于，所述单层PCB电路板在设计工作频率内的三阶交调指标优于-120dBm，所述介质板厚度在0.5～1.5mm，覆铜厚度在0.035±0.005mm。

3.根据权利要求1所述的一种微带线调谐电路，其特征在于，所述背面覆铜地板通过金属过孔与所述输入焊盘、所述输出焊盘电气连接。

4.根据权利要求1所述的一种微带线调谐电路，其特征在于，所述开路枝节的个数为一个、两个或三个以上。

5.一种基站天线，包括若干辐射单元，其特征在于，在各所述辐射单元上连接有微带线调谐电路，利用所述微带线调谐电路在对应频率附近发生的谐振来消除因模式转换不连续造成的阻抗突变；所述对应频率为所述辐射单元的驻波峰值频率，所述谐振为削平驻波峰值的反谐振。

6.根据权利要求5所述的一种基站天线，其特征在于，所述微带线调谐电路如权利要求1-4中任意一项所述。

7.根据权利要求6所述的一种基站天线，其特征在于，所述微带线调谐电路的输入焊盘通过射频电缆接所述辐射单元的振子管脚或PCB馈线，所述微带线调谐电路的输出焊盘通过射频电缆与所述辐射单元的移相器或接头连接。

8.根据权利要求6所述的一种基站天线，其特征在于，所述开路枝节的个数与所述辐射单元的驻波峰值数一致、且一一对应。

9.根据权利要求5所述的一种基站天线，其特征在于，所述辐射单元为半波偶极子振子、全波折合振子、金属压铸振子或PCB振子。

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