CN211017385U - 具有滤波功能的天线振子、滤波辐射单元及天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及具有滤波功能的天线振子、滤波辐射单元及天线，其中，具有滤波功能的天线振子呈管状，管状天线振子上具有绕其周向设置且沿轴向延伸的螺旋缝隙；所述滤波辐射单元，包括支撑柱，支撑柱的上部电性连接有至少一个如前所述的天线振子；所述天线，包括反射板，反射板上固定设置有至少一个如前所述的滤波辐射单元；本实用新型提供的具有滤波功能的天线振子，同时具有辐射信号和抑制干扰的功能；本实用新型的滤波辐射单元，能够在使用时搭配高频辐射元件，实现同时辐射高频信号和低频信号的目的；本实用新型的天线，性能良好，体积小，集成度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线领域，具体的说是具有滤波功能的天线振子、滤波辐射单元及天线。
背景技术
随着通信快速发展，第五代通信已经来临，由于考虑运营成本的问题，4G+5G模式将成为通信发展的主流趋势。然而4G天线与5G massive mimo天线混合组阵，4G天线的单元辐射单元会对5G天线的辐射单元造成严重的干扰，会导致massive mimo天线的波束变形影响覆盖范围及系统间的隔离度不达标。
为了解决上述问题，现有技术种普遍采用的技术方案是在低频辐射单元臂上插入带阻滤波器，从而有效的抑制高频电磁波在低频辐射单元上产生的感应电流，大幅度减弱低频辐射单元对高频辐射单元的影响。然而一般都是加载数个独立的滤波结构，这些滤波结构是集总原件，在振子臂上引入了不连续性，而且会影响振子的匹配，很难实现宽带工作，满足天线工作的需求。
实用新型内容
本实用新型的第一个目的是克服现有插入带阻滤波器引入了不连续性导致带宽不足的问题，提供一种具有滤波功能的天线振子。
为了实现上述第一个目的，本实用新型采用的具体方案为：具有滤波功能的天线振子，所述天线振子呈管状，管状天线振子上具有绕其周向设置且沿轴向延伸的螺旋缝隙。
作为一种优选方案，所述天线振子呈圆管状。
基于上述具有滤波功能的天线振子，本实用新型的第二个目的是提供一种滤波辐射单元，能够在使用时搭配高频辐射元件，实现同时辐射高频信号和低频信号的目的。
为了实现上述第二个目的，本实用新型采用的具体方案为：滤波辐射单元，包括支撑柱，支撑柱的上部电性连接有至少一个如上所述的天线振子。
作为一种优选方案，所述支撑柱的上部电性连接有至少一个振子对，振子对由两个同轴设置的所述天线振子组成。
作为一种优选方案，所述支撑柱的上部电性连接有两个所述振子对，两个振子对的轴线相互垂直。
基于上述滤波辐射单元，本实用新型的第三个目的是提供一种天线，性能良好，体积小，集成度高。
为了实现上述第三个目的，本实用新型采用的具体方案为：天线，包括反射板，反射板上固定设置有至少一个如上所述的滤波辐射单元。
作为一种优选方案，每个所述滤波辐射单元的周侧设置有若干个高频辐射单元，高频辐射单元固定设置在所述反射板上。
作为一种优选方案，所述支撑柱的上部电性连接有至少一个振子对，振子对由两个同轴设置的所述天线振子组成，每个天线振子的侧下方均设置有一个所述高频辐射单元。
作为一种优选方案，所述支撑柱的上部电性连接有两个所述振子对，两个振子对的轴线相互垂直，每个所述滤波辐射单元的周侧设置有四个所述高频辐射单元，四个高频辐射单元均匀分布。
上述天线振子所能够实现的效果为：本实用新型在振子上的螺旋缝隙形成连续的滤波结构，与现有插入带阻滤波器的方式相比，能够获得更大的带宽。并且能够最大化对高频电流的抑制、最小化对低频电流的干扰，实现正向传输低频电流并且辐射低频信号的同时反向抑制高频感应电流避免受到高频信号干扰的效果。
上述滤波辐射单元所能够实现的效果为：本滤波辐射单元借助于天线振子导通低频电流的同时抑制高频电流干扰的特性，能够在使用时搭配高频辐射元件，实现同时辐射高频信号和低频信号的目的。
上述天线所能够实现的效果为：本天线能够同时传输低频信号和高频信号，进而有效提高天线的集成度、减小天线的体积。
附图说明
图1是天线振子的结构示意图；
图2是滤波辐射单元的结构示意图；
图3是天线的结构示意图；
图4是天线振子的等效电路图；
图5是调节各项参数的原理图；
图6是天线的仿真结果图。
附图说明：1-缝隙，2-支撑柱，3-高频辐射单元，4-反射板。
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。
请参阅图1，具有滤波功能的天线振子，天线振子呈管状，管状天线振子上具有绕其周向设置且沿轴向延伸的螺旋缝隙1。
每段含一圈螺旋缝隙的中空管体可以等效为一个LC并联谐振电路，如图4所示。
并且满足如下条件：
其中j为虚数，C1和C2为等效电容值，L1为等效电阻值，fh为高频电流频率，fl为低频电流频率。
在谐振频点时，对于外部电场来说天线振子电路处于开路状态，阻抗趋于无穷大，此时外部电场不会产生感应电流。当频率比谐振频率低很多时，开有螺旋缝隙的中空管体会处于低感抗、高容抗的状态，对低频的辐射及阻抗匹配只有很小的影响。
在高频电流频率fh的条件下，天线振子表现为开路，在低频电流频率fl的条件下，天线振子表现为短路。在此基础上，定义天线振子的内径为d、厚度为h、缝隙1的宽度为g、缝隙1的两个相邻螺旋之间的距离为w，通过对w、g和d进行调节即可最大化对高频电流的抑制、最小化对低频电流的干扰，实现正向传输低频电流并且辐射低频信号的同时反向抑制高频感应电流的效果。并且，因为缝隙1是呈螺旋状的，所以w是固定的，即在缝隙1所处的天线振子的有效作用区域上，天线振子是均匀连续的，从而保证了天线振子能够获得足够的带宽。更进一步的，各个参数之间的关系为：g与C1成正比，当g增大时，等效电路的谐振频点升高，如图5所示，图中横坐标为频率，纵坐标为天线振子表面的感应电流强度，黑色线表示没有螺旋缝隙的圆管表面的感应电流大小，从图可以看出g每改变0.5mm，谐振频点改变约0.2GHz；随着d的增加，L1及C1会增大，进而使谐振点朝低频方向移动；随着w增大，L1减小，C1轻微增大，谐振点朝高频方向移动。
此外，需要说明的是，在对w、g和d进行调节时需要满足天线整体的需求，或者对天线作出适应性调整，以保证能够顺利安装。
进一步的，天线振子呈圆管状，能够降低加工难度。在本实用新型其它的实施方式中，可以将天线振子设置为其它的形状，例如方管，根据实际所需要的辐射频率改变尺寸即可。
请参阅图2，基于上述天线振子，本实用新型进一步提供一种滤波辐射单元，包括支撑柱2，支撑柱2的上部电性连接有至少一个上述的天线振子。
支撑柱2一方面用于对天线振子进行支撑，以控制其余天线的反射板4之间的距离，从而满足安装其它部件的需求，另一方面还用于向天线振子馈电。根据实际的使用需求，可以灵活选择天线振子的数量。
本滤波辐射单元借助于天线振子导通低频电流的同时抑制高频电流干扰的特性，能够在使用时搭配高频辐射元件，实现同时辐射高频信号和低频信号的目的。例如，可以利用滤波辐射单元辐射低频的4G信号，利用高频辐射元件辐射高频的5G信号，5G信号在滤波辐射单元上形成的感应电流被抑制掉，从而避免了4G信号对5G信号产生干扰。
进一步的，支撑柱2的上部电性连接有至少一个振子对，振子对由两个同轴设置的天线振子组成。
一个振子对用于完成一个极化方向上的信号传输任务，根据实际需求可以传输垂直极化信号或者水平极化信号。需要说明的是，两个天线振子之间需要绝缘处理，在实际应用时，可以在两个复核振子之间留出一定的间隙，然后分别向两个天线振子馈电。此时，支撑柱2可以利用平衡器实现，借助于平衡器可以将不平衡的同轴馈电转化成平衡馈电的特性，能够保证滤波辐射单元方向图的对称性。
进一步的，支撑柱2的上部电性连接有两个振子对，两个振子对的轴线相互垂直。此时，滤波辐射单元可以同时传输垂直极化信号和水平极化信号，提升信号传输效率。
请参阅图3，基于上述滤波辐射单元，本实用新型还提供一种天线，包括反射板4，反射板4上固定设置有至少一个上述的滤波辐射单元。
进一步的，每个滤波辐射单元的周侧设置有若干个高频辐射单元3，高频辐射单元3固定设置在反射板4上。
高频辐射单元3用于辐射高频信号，因为滤波辐射单元可以在导通低频电流实现辐射低频信号的同时抑制高频电流，避免高频信号受到低频信号的干扰，所以这样的组合能够同时传输低频信号和高频信号，进而有效提高天线的集成度、减小天线的体积。例如，利用滤波辐射单元传输低频的4G信号、利用高频辐射单元3传输高频的5G信号。
进一步的，支撑柱2的上部电性连接有至少一个振子对，振子对由两个同轴设置的天线振子组成，每个天线振子的侧下方均设置有一个高频辐射单元3。
进一步的，支撑柱2的上部电性连接有两个振子对，两个振子对的轴线相互垂直，每个滤波辐射单元的周侧设置有四个高频辐射单元3，四个高频辐射单元3均匀分布。
所有的滤波辐射单元组阵形成低频天线，所有的高频辐射单元3组阵形成高频天线，例如可以将低频天线应用为FDD天线，将高频天线应用为TDD天线，从而可以有效减弱FDD天线对TDD天线波束的影响，满足TDD天线的波束覆盖指标，同时大幅度地提升端口隔离度指标实现FDD+TDD天线。图6是该天线的仿真结果图，图6是该天线的仿真结果图，最左边一栏为没有低频振子存在时候的高频2D电场，中间一栏为普通低频振子存在时的高频2D电场，最右一栏为将普通低频振子替换为滤波辐射单元后的高频2D电场。可以看出采用了天线振子后，对天线的方向图有极大的改善，能够满足天线波束覆盖指标，同时提升了端口隔离度。
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 (9)
1.具有滤波功能的天线振子，其特征在于：所述天线振子呈管状，管状天线振子上具有绕其周向设置且沿轴向延伸的螺旋缝隙（1）。
2.如权利要求1所述的具有滤波功能的天线振子，其特征在于：所述天线振子呈圆管状。
3.滤波辐射单元，其特征在于：包括支撑柱（2），支撑柱（2）的上部电性连接有至少一个如权利要求书1所述的天线振子。
4.如权利要求3所述的滤波辐射单元，其特征在于：所述支撑柱（2）的上部电性连接有至少一个振子对，振子对由两个同轴设置的所述天线振子组成。
5.如权利要求4所述的滤波辐射单元，其特征在于：所述支撑柱（2）的上部电性连接有两个所述振子对，两个振子对的轴线相互垂直。
6.天线，其特征在于：包括反射板（4），反射板（4）上固定设置有至少一个如权利要求3所述的滤波辐射单元。
7.如权利要求6所述的天线，其特征在于：每个所述滤波辐射单元的周侧设置有若干个高频辐射单元（3），高频辐射单元（3）固定设置在所述反射板（4）上。
8.如权利要求7所述的天线，其特征在于：所述支撑柱（2）的上部电性连接有至少一个振子对，振子对由两个同轴设置的所述天线振子组成，每个天线振子的侧下方均设置有一个所述高频辐射单元（3）。
9.如权利要求8所述的天线，其特征在于：所述支撑柱（2）的上部电性连接有两个所述振子对，两个振子对的轴线相互垂直，每个所述滤波辐射单元的周侧设置有四个所述高频辐射单元（3），四个高频辐射单元（3）均匀分布。
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2019
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