CN212571352U - 低频辐射单元及基站天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种低频辐射单元，包括辐射体、馈电巴伦以及底板；所述辐射体包含两对正交分布的环形辐射臂，所述环形辐射臂分成多个宽线段，每相邻两个所述宽线段之间分别通过一个弯折线路连接；所述馈电巴伦呈正交结构，所述馈电巴伦的顶部连接所述辐射体，所述馈电巴伦的底部连接所述底板。本实用新型还提供一种包含所述低频辐射单元的基站天线。借此，本实用新型低频辐射具有空间去耦功能，在高低频天线嵌套组阵时，能够有效降低低频辐射单元对高频辐射性能的影响，并且能够实现天线尺寸小型化。

Description

低频辐射单元及基站天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种低频辐射单元及基站天线。

背景技术

近年来，无线通信技术快速发展，由2G、3G到现在4G全面覆盖，第5代移动通信网络也已经开始部署，无线通信设备朝着多频、小型化、高性能的方向发展。天线作为无线移动通信最末端的无源器件，一直是无线通信技术研究的热点，其性能的好坏将直接影响无线通信的性能。为适应快速发展的无线通信系统，无线通信基站天线的小型化和多频化成为市场的紧迫需求。

无线通信基站天线的多频化要求使用更多频率的辐射单元，基站天线的小型化要求辐射单元的摆放得更为紧凑。然而高频辐射单元和低频辐射单元摆放紧凑，会导致高频辐射单元和低频辐射单元互耦干扰加强，受低频的影响，高频辐射单元的方向图和方向性会发生严重畸变，这使得通信基站的信号覆盖性能恶化，影响移动终端用户体验甚至造成网络中断。为解决此问题，将空间去耦技术融合到辐射单元中，使天线辐射单元在保持自身辐射特性不变的情况下，同时对高频具有空间去耦功能将具有很大意义。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

实用新型内容

针对上述的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种低频辐射单元及基站天线，所述低频辐射单元具有空间去耦功能，在高低频天线嵌套组阵时，能够有效降低低频辐射单元对高频辐射性能的影响，并且能够实现天线尺寸小型化。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种低频辐射单元，包括辐射体、馈电巴伦以及底板；所述辐射体包含两对正交分布的环形辐射臂，所述环形辐射臂分成多个宽线段，每相邻两个所述宽线段之间分别通过一个弯折线路连接；所述馈电巴伦呈正交结构，所述馈电巴伦的顶部连接所述辐射体，所述馈电巴伦的底部连接所述底板。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述弯折线路包括两条纵向线段和一条横向线段，两条所述纵向线段的上端分别与所述宽线段连接，两个所述纵向线段的下端分别与所述横向线段的两端连接。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述弯折线路的口径小于所述宽线段的口径。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述环形辐射臂根据所述低频辐射单元的工作频段和高频辐射单元的工作频段，确定所述宽线段的数量，每个所述宽线段的长度小于0.25λ₂；和/或

所述弯折线路的两个所述纵向线段的长度为0.05λ₂～0.25λ₂，两个所述纵向线段之间的缝隙为0.3～2毫米；和/或

所述环形辐射臂的电流路径为0.25λ₂；

λ₂为所述高频辐射单元的工作波长。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述辐射体还包含第一介质板，所述两对正交分布的环形辐射臂分布在所述第一介质板上，且相对于所述第一介质板的对角线镜像对称。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述馈电巴伦由两个正交组合的线路板构成，每个所述线路板包括有第二介质板，所述第二介质板的正面分布设有馈电线路，所述第二介质板的背面覆盖设有第二金属层；所述馈电线路与所述第二金属层耦合连接；所述第二金属层的底部与所述底板连接，所述第二金属层的顶部与所述辐射体馈电连接。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述线路板包括第一线路板和第二线路板，所述第一线路板上设有第一嵌合槽，所述第二线路板上设有第二嵌合槽；所述第一线路板和所述第二线路板分别通过所述第一嵌合槽和所述第二嵌合槽相互嵌合成正交结构。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述馈电巴伦的所述第二金属层的中间设有缝隙；和/或

所述馈电巴伦的所述馈电线路包括相互连接的底部带线和阻抗匹配带线。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述底板包括第三介质板，所述第三介质板的底部设有第三金属层，所述馈电巴伦的所述第二金属层的底部与所述第三金属层连接。

本实用新型还提供一种基站天线，包括有反射板，所述反射板上分布设有多个高频辐射单元和多个如所述的低频辐射单元，所述低频辐射单元嵌套插入所述高频辐射单元的中间。

本实用新型低频辐射单元包括具有空间去耦特性的辐射体、馈电巴伦以及底板；所述辐射体包含两对正交分布的环形辐射臂，所述环形辐射臂分成多个宽线段，每相邻两个所述宽线段之间分别通过一个弯折线路连接。所述环形辐射臂能够实现电流路径口面最大化，能够有效提升单元增益，在增益不变的情况下缩小口径，可以用于实现天线小型化。并且，所述弯折线路相当于低通滤波器，对环形辐射臂上的低频电流形成通路，对高频电流具有抑制作用，能够有效降低对高频辐射单元的辐射性能的影响。借此，本实用新型低频辐射单元在高低频天线嵌套组阵时，能够有效降低低频辐射单元对高频辐射性能的影响，并且能够实现天线尺寸小型化。

附图说明

图1是本实用新型优选低频辐射单元的立体结构示意图；

图2为本实用新型优选低频辐射单元的辐射体的正面结构示意图；

图3为本实用新型优选辐射体的弯折线路的正面结构示意图；

图4A为本实用新型优选馈电巴伦的第一线路板的正面结构示意图；

图4B为本实用新型优选馈电巴伦的第一线路板的背面结构示意图；

图4C为本实用新型优选馈电巴伦的第二线路板的正面结构示意图；

图4D为本实用新型优选馈电巴伦的第二线路板的背面结构示意图；

图5为本实用新型优选底板的立体结构示意图；

图6为本实用新型优选基站天线的立体结构示意图；

图7为基站天线为纯高频、无去耦和加入去耦技术的1.71GHz方向图对比；

图8为基站天线为纯高频、无去耦和加入去耦技术的2.3GHz方向图对比；

图9为基站天线为纯高频、无去耦和加入去耦技术的2.69GHz方向图对比；

图10为基站天线添加去耦结构和不做去耦的散射特性对比图。

附图标记：

低频辐射单元100； 辐射体10； 馈电巴伦20；

底板30； 环形辐射臂11； 宽线段12；

弯折线路13； 纵向线段131； 横向线段132；

第一介质板14； 第一线路板210； 第二线路板220；

第二介质板21； 馈电线路22； 第二金属层23；

第一嵌合槽211； 第二嵌合槽221； 第三介质板31；

第三金属层32； 基站天线200； 反射板300；

高频辐射单元400。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的，本说明书中针对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包含这些特定特征、结构或特性。此外，这样的表述并非指的是同一个实施例。进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。

此外，在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可以用不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此系包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。

图1～图5示出了本实用新型低频辐射单元的优选结构，所述低频辐射单元 100包括具有空间去耦功能的辐射体10、位于辐射体10底部的馈电巴伦20以及位于馈电巴伦20底部的底板30。所述辐射体10(或称振子)包含两对正交分布的环形辐射臂11，分别在介质基板10的±45°方向上分布放置，形成±45°两个极化，即四个环形辐射臂11共同构成双极化辐射单元。所述环形辐射臂11 分成多个宽线段12，每相邻两个宽线段12之间分别通过一个弯折线路13连接。所述环形辐射臂11能够实现电流路径口面最大化，能够有效提升单元增益，在增益不变的情况下缩小口径，可以用于实现天线小型化。所述弯折线路13相当于低通滤波器，对环形辐射臂11上的低频电流形成通路，对高频电流具有抑制作用，能够有效降低对高频辐射单元的辐射性能的影响。所述馈电巴伦20呈正交结构，馈电巴伦20的顶部连接辐射体10进行馈电，馈电巴伦20的底部连接底板30。

本实用新型提出了一种具有空间去耦功能的低频辐射单元100，该低频辐射单元100具备相同口径增益最大、小型化等特性，同时，在高频融合了空间去耦技术，对高频辐射单元的电磁波信号传输具有去耦功能，可有效解决基站天线中的高低频互耦问题，有利于基站天线的小型化、多频化、低成本。另外，本实用新型低频辐射单元100的组合形式结构简单稳定，易于装配。

如图2和图3所示，辐射体10还包含第一介质板14，两对正交分布的环形辐射臂11分布在第一介质板14上，且相对于第一介质板14的对角线镜像对称，保证辐射特性波束在极化方向上对称，空间去耦特性稳定。所述辐射体10包含四个正交分布的环形辐射臂11，环形辐射臂11优选由金属带线组成，所述金属带线优选为金属铜箔，金属带线沿着四分之一口面外沿组成环状，实现电流路径口面最大化，每个环形辐射臂11的电流路径约0.25λ₂，λ₂为高频辐射单元400 的工作波长。相较于同类型馈电的十字阵子，本实用新型低频辐射单元100实现相同增益尺寸会增加15％～25％，辐射单元小型化，有利于整机的小型化。优选的是，所述环形辐射臂11根据低频辐射单元100的工作频段和高频辐射单元 400的工作频段，确定宽线段12的数量，保证每个宽线段12的长度小于0.25λ₂，λ₂为高频辐射单元400的工作波长。选择合理的宽线段12的分段数量，将低频辐射单元100的辐射臂分段打散，使电磁波无法在低频辐射单元100上进行谐振和散射，即对高频辐射单元实现隐身功能。

如图3所示，所述辐射体10的弯折线路13优选包括两条纵向线段131和一条横向线段132，两条纵向线段131的上端分别与宽线段12连接，两个纵向线段131的下端分别与横向线段132的两端连接，形成n型结构线路13。当高频信号电流通过该n形结构线路，该结构会产生很强的阻碍作用，于是对高频来说，宽线段12和n型结构线路13组成的环形结构相当于一段段分离的宽线，宽线电尺寸相对高频信号足够小，因此环形带线的分段形成低频单元的空间去耦特性。所述弯折线路13的两个纵向线段131的长度L为0.05λ₂～0.25λ₂，两个纵向线段131之间的缝隙FW为0.3～2毫米。所述n形结构线路13的长度L和缝隙FW可以调节，尺寸可针对不同频率进行设计优化，以优化特定频率。、优选的是，弯折线路13的口径小于宽线段12的口径。在低频辐射单元100 的各个宽线段12之间插入n型结构线路13，该n型结构线路13相当于低通滤波器，对环形辐射臂11上的低频电流形成通路，对高频电流具有抑制作用，由于每一段尺寸在高频不能够谐振，不能吸收和散射高频电磁波，于是形成空间去耦功能。

本实用新型低频辐射单元100对辐射臂进行分段并插入空间去耦结构，实现低频辐射单元100的空间去耦功能，不增加天线整体的尺寸，简单有效，同时本实用新型低频辐射单元100结构简单，输入阻抗收敛易于匹配。通过分别调节弯折线路13的长度、缝隙和位置，可以对特定频率的空间去耦性能进行优化，可以对多个频点进行优化，从而实现空间宽频去耦效果。

如图4A～图4D示出了本实用新型优选低频辐射单元的馈电巴伦的结构，所述馈电巴伦20由两个正交组合的线路板构成，所述线路板优选采用PCB线路板。每个线路板包括有第二介质板21，第二介质板21的正面分布设有馈电线路22，第二介质板21的背面覆盖设有第二金属层23。馈电线路22与第二金属层23耦合连接。第二金属层23的底部与底板30连接，第二金属层23的顶部与辐射体 10馈电连接。馈电线路22优选由金属铜箔等金属带线实现，第二金属层23优选由金属铜箔实现。

优选的是，所述线路板包括第一线路板210和第二线路板220，分别给两对极化的环形辐射臂11馈电，第一线路板210上设有第一嵌合槽211，第二线路板220上设有第二嵌合槽221。第一线路板210和第二线路板220分别通过第一嵌合槽211和第二嵌合槽221相互嵌合成90度组合的正交结构。

优选的是，馈电巴伦20的第二金属层23的中间设有缝隙。馈电巴伦20的馈电线路22包括相互连接的底部带线和阻抗匹配带线，该阻抗匹配特性结构十分简单。所述底部带线优选为50欧姆，阻抗匹配带线起阻抗匹配作用。阻抗匹配带线的无线电信号通过馈电巴伦20的底部带线，经过阻抗匹配带线，将信号耦合到第二金属层23中间缝隙组成的双线上，信号经过双线传输到馈电巴伦20 顶部，通过辐射体10辐射出去。

如图5所示，所述底板30包括第三介质板31，第三介质板31的底部设有第三金属层32，馈电巴伦20的两个线路板210和220的第二金属层23的底部分别与第三金属层32连接。所述第三金属层32优选由金属铜箔实现。

如图4A～图4B所示，所述第一线路板210的顶部设有至少两个第一上凸片，第二线路板220的顶部设有至少两个第二上凸片，环形辐射体10上对应设有至少四个上开槽，第一线路板310和第二线路板320分别通过第一上凸片和第二上凸片卡接于辐射体20的上开槽处，从而实现馈电连接。

如图4C～图4D所示，所述第一线路板210的底部设有至少两个第一下凸片。第二线路板220的底部设有至少两个第二下凸片，底板30对应设有至少四个下开槽，第一线路板210和第二线路板220分别通过第一下凸片和第二下凸片卡接于接地片的下开槽处，从而实现接地与馈电连接。

图6示出了是本实用新型优选基站天线的结构，所述基站天线100采用如上述图1～图5所示的低频辐射单元100。具体而言，所述基站天线200包括有反射板300，反射板300上分布设有多个高频辐射单元400和多个上低频辐射单元100，低频辐射单元100嵌套插入高频辐射单元400 的中间。本实施例中，4个高频辐射单元400位于1个低频辐射单元100的四个角的位置。值得提醒的是，所述基站天线100中低频辐射单元100和高频辐射单元400的位置和数量并不受任何限制。

优选的是，多个低频辐射单元100组成至少一列低频线阵，多个高频辐射单元400组成至少一列高频线阵，低频线阵嵌套插入高频线阵的中间。例如，所述基站天线200包括两列低频线阵以及四列高频线阵组成的嵌套阵列天线，两列低频线阵嵌套插入到四列高频线阵中间。需提醒的是，本实用新型基站天线100的高频线阵和低频线阵的列数不限，可以根据实际需要任意设定。

如图7～图9分别示出了基站天线为纯高频、无去耦和加入去耦技术的 1.71GHz、2.3GHz和2.69GHz方向图对比，高频辐射单元400的辐射方向图在加入低频辐射单元100前后基本不变。其中1#为纯高频方向图，2#为加入没有空间去耦结构低频辐射单元的高频方向图，3#为加入具有空间去耦特性n结构低频辐射单元的高频方向图，2#方向图相对纯高频方发生了严重畸变，3#方向图则与纯高频方向图一致。

图10为基站天线添加去耦结构和不做去耦的散射特性对比图，同时利用AnsysHFSS(三维电磁仿真软件)对低频辐射单元进行了RCS(Radar Cross Section，雷达反射横截面)散射特性分析，添加空间去耦结构之后相对不添加空间去耦结构，散射RCS大幅降低，即本实用新型空间去耦的低频辐射单元对高频电磁波信号接收和散射很小，即不影响高频辐射单元电磁波信号的正常传输，即实现空间去耦功能。

综上所述，本实用新型低频辐射单元包括具有空间去耦特性的辐射体、馈电巴伦以及底板；所述辐射体包含两对正交分布的环形辐射臂，所述环形辐射臂分成多个宽线段，每相邻两个所述宽线段之间分别通过一个弯折线路连接。所述环形辐射臂能够实现电流路径口面最大化，能够有效提升单元增益，在增益不变的情况下缩小口径，可以用于实现天线小型化。并且，所述弯折线路相当于低通滤波器，对环形辐射臂上的低频电流形成通路，对高频电流具有抑制作用，能够有效降低对高频辐射单元的辐射性能的影响。借此，本实用新型低频辐射单元在高低频天线嵌套组阵时，能够有效降低低频辐射单元对高频辐射性能的影响，并且能够实现天线尺寸小型化。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种低频辐射单元，其特征在于，包括辐射体、馈电巴伦以及底板；所述辐射体包含两对正交分布的环形辐射臂，所述环形辐射臂分成多个宽线段，每相邻两个所述宽线段之间分别通过一个弯折线路连接；所述馈电巴伦呈正交结构，所述馈电巴伦的顶部连接所述辐射体，所述馈电巴伦的底部连接所述底板。

2.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述弯折线路包括两条纵向线段和一条横向线段，两条所述纵向线段的上端分别与所述宽线段连接，两个所述纵向线段的下端分别与所述横向线段的两端连接。

3.根据权利要求2所述的低频辐射单元，其特征在于，所述弯折线路的口径小于所述宽线段的口径。

4.根据权利要求2所述的低频辐射单元，其特征在于，所述环形辐射臂根据所述低频辐射单元的工作频段和高频辐射单元的工作频段，确定所述宽线段的数量，每个所述宽线段的长度小于0.25λ₂；和/或

所述弯折线路的两个所述纵向线段的长度为0.05λ₂～0.25λ₂，两个所述纵向线段之间的缝隙为0.3～2毫米；和/或

所述环形辐射臂的电流路径为0.25λ₂；

λ₂为所述高频辐射单元的工作波长。

5.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述辐射体还包含第一介质板，所述两对正交分布的环形辐射臂分布在所述第一介质板上，且相对于所述第一介质板的对角线镜像对称。

6.根据权利要求5所述的低频辐射单元，其特征在于，所述馈电巴伦由两个正交组合的线路板构成，每个所述线路板包括有第二介质板，所述第二介质板的正面分布设有馈电线路，所述第二介质板的背面覆盖设有第二金属层；所述馈电线路与所述第二金属层耦合连接；所述第二金属层的底部与所述底板连接，所述第二金属层的顶部与所述辐射体馈电连接。

7.根据权利要求6所述的低频辐射单元，其特征在于，所述线路板包括第一线路板和第二线路板，所述第一线路板上设有第一嵌合槽，所述第二线路板上设有第二嵌合槽；所述第一线路板和所述第二线路板分别通过所述第一嵌合槽和所述第二嵌合槽相互嵌合成正交结构。

8.根据权利要求6所述的低频辐射单元，其特征在于，所述馈电巴伦的所述第二金属层的中间设有缝隙；和/或

所述馈电巴伦的所述馈电线路包括相互连接的底部带线和阻抗匹配带线。

9.根据权利要求6所述的低频辐射单元，其特征在于，所述底板包括第三介质板，所述第三介质板的底部设有第三金属层，所述馈电巴伦的所述第二金属层的底部与所述第三金属层连接。

10.一种基站天线，其特征在于，包括有反射板，所述反射板上分布设有多个高频辐射单元和多个如权利要求1～9任一项所述的低频辐射单元，所述低频辐射单元嵌套插入所述高频辐射单元的中间。

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