CN213483976U - 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，包括第一线路板、第二线路板和底板；第一线路板包括第一横板和第一竖板；第二线路板包括第二横板和第二竖板；第一竖板和第二竖板相互交叉嵌合呈X型结构，并且第一竖板和第二竖板的下端固定于底板上；第一横板和第二横板上均设有左右对称的两个辐射臂以形成双极化辐射单元，辐射臂包括多个水平排列的宽带线段，相邻两个宽带线段由一个弯折状的细带线段连接；第一竖板和第二竖板上均设有馈电巴伦，馈电巴伦的下端电气连接底板，馈电巴伦的上端电气连接辐射臂。借此，本实用新型低频辐射单元具有滤波功能，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，从而能够实现天线的多频化、小型化。

Description

低频辐射单元及基站天线

技术领域

本实用新型涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种低频辐射单元及基站天线。

背景技术

移动无线通信技术发展迅速，2G(GSM)、3G(WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000)、4G(TDD-LTE、FDD-LTE)已经普遍融入到人们的日常生活中，5G移动通信网络部署也已提上日程，移动无线通信呈现快速发展且多种技术共存的态势。

基站天线是移动无线通信系统中最前端的无源器件，其接收用户移动终端发来的无线电信息，同时向用户移动终端发送无线电信息，是移动无线通信系统中重要的信息枢纽。同时受制于天面环境紧张，基站天线的多频化、小型化、轻便化成为市场紧迫需求。

为了实现基站天线的多频化和小型化，天线中的高频辐射单元和低频辐射单元摆放更加紧凑，高频辐射单元进入到低频辐射单元的下方空间，高频辐射单元辐射的电磁波信号会被低频辐射单元的接收和重新散射，造成高频辐射单元的方向图发生严重畸变，导致基站天线的信号覆盖质量下降，甚至使用户移动终端网络中断。

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滤波功能，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，从而能够实现天线的多频化、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，包括第一线路板、第二线路板和底板；

所述第一线路板包括第一横板，所述第一横板的中间处向下垂直延伸设有第一竖板；

所述第二线路板包括第二横板，所述第二横板的中间处向下垂直延伸设有第二竖板；

所述第一线路板的所述第一竖板和所述第二线路板的所述第二竖板相互交叉嵌合呈X型结构，并且所述第一竖板和所述第二竖板的下端固定于所述底板上；

所述第一横板和所述第二横板上均设有左右对称的两个辐射臂以形成双极化辐射单元，所述辐射臂包括多个水平排列的宽带线段，相邻两个所述宽带线段由一个弯折状的细带线段连接；

所述第一竖板和所述第二竖板上均设有馈电巴伦，所述馈电巴伦的下端电气连接所述底板，所述馈电巴伦的上端电气连接所述辐射臂。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述第一横板和所述第二横板的上端中间处均设有左右对称的两个谐振结构。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，每个所述谐振结构包括一个横向长条，所述横向长条邻近内侧向下延伸设有一个竖向长条；

所述横向长条位于所述第一横板或所述第二横板的中间位置的第一宽带线段的上方，所述竖向长条位于所述第一宽带线段的内侧。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述馈电巴伦包括有微带线、多个阻抗匹配枝节、槽线、两个曲折线和两个耦合结构；

所述微带线和多个所述阻抗匹配枝节位于所述第一竖板和所述第二竖板的背面且相互连接；

所述槽线、两个所述曲折线和两个所述耦合结构位于所述第一线路板和所述第二线路板的正面且相互连接；

信号通过所述微带线和所述阻抗匹配枝节耦合到所述槽线，再经过两个所述曲折线和两个所述耦合结构馈电给所述辐射臂。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述细带线段的长度为0.1～0.25高频工作频率波长；和/或

所述细带线段的长度和形状相同或不同。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述宽带线段的长度小于0.25高频工作频率波长；和/或

所述宽带线段呈长方形或正方形。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述第一横板和所述第二横板的四个交界线处相互连接固定。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述第一竖板的下端中间处设有第一嵌合槽，所述第二竖板的上端中间处设有第二嵌合槽；所述第一竖板和所述第二竖板分别通过所述第一嵌合槽和所述第二嵌合槽相互交叉嵌合成X型结构。

根据本实用新型所述的低频辐射单元，所述底板设有多个开孔，所述第一竖板和所述第二竖板的下端插入到所述开孔内；所述馈电巴伦的接地端与所述底板的底面进行电气连接。

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第一线路板、第二线路板和底板，第一线路板包括第一横板和第一竖板；第二线路板包括第二横板和第二竖板，第一竖板和第二竖板上均设有馈电巴伦并相互交叉嵌合呈X型结构；第一横板和第二横板上均设有左右对称的两个辐射臂以形成双极化辐射单元，辐射臂包括多个水平排列的宽带线段，相邻两个宽带线段由一个弯折状的细带线段连接；辐射臂分段成多个宽带线段之后远小于高频谐振所需要的电长度，因此无法进行高频谐振，同时耦合的细带线段对高频电磁波具有很强的抑制作用，共同实现对高频电磁波的滤波功能，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，从而能够实现天线的多频化、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是本实用新型优选低频辐射单元的第一线路板的背面示意图；

图3是本实用新型优选低频辐射单元的第一线路板的正面示意图；

图4是本实用新型优选低频辐射单元的馈电部分的放大示意图；

图5是本实用新型优选低频辐射单元的辐射臂上的滤波结构的放大示意图；

图6是本实用新型优选低频辐射单元的第二线路板的背面示意图；

图7是本实用新型优选低频辐射单元的第二线路板的正面示意图；

图8是本实用新型优选低频辐射单元的底板的立体结构示意图；

图9是本实用新型优选低频辐射单元中具有两个滤波结构的示意图；

图10是本实用新型优选低频辐射单元中具有一个滤波结构的示意图；

图11是本实用新型优选基站天线的高低频嵌套组阵的立体结构示意图；

图12是本实用新型基站天线的嵌套高频与纯高频于1.9GHz方向图的对比；

图13是本实用新型基站天线的嵌套高频与纯高频于2.3GHz方向图的对比；

图14是本实用新型基站天线的嵌套高频与纯高频于2.6GHz方向图的对比。

附图标记

低频辐射单元100； 第一线路板10； 第一横板11；

第一竖板12； 第一嵌合槽121； 第二线路板20；

第二横板21； 第二竖板22； 第二嵌合槽221；

底板30； 开孔31； 辐射臂40；

宽带线段41； 第一宽带线段411； 细带线段42；

馈电巴伦50； 谐振结构60； 微带线51；

阻抗匹配枝节52； 槽线53； 曲折线54；

耦合结构55； 横向长条61； 竖向长条62；

交界线70； 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气连接手段。间接的电气连接手段包括通过其它装置进行连接。

为解决现有高低频嵌套组阵中高低频互耦问题，本实用新型将滤波器原理融合到辐射单元中，使低频辐射单元对高频辐射单元具有滤波特性，即抑制低频辐射单元对高频辐射单元辐射电磁波的接收，从而减弱低频辐射单元对高频信号的散射，于是低频频辐单元对高频频辐单元的互耦效应减弱，即实现高频辐射单元的透波。

图1～图10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包括第一线路板10、第二线路板20和底板30，所述第一线路板10、第二线路板20和底板30优选为PCB板。如图1所示，第一线路板10和第二线路板20分别为两个不同的极化方向的线天线，第一线路板10和第二线路板20中部互补开槽并相互交叉嵌合呈X型结构，且所述第一线路板10的第二线路板20的下端固定于底板30上。第一线路板10、第二线路板20组合成双极化辐射单元。

所述第一线路板10包括第一横板11，所述第一横板11的中间处向下垂直延伸设有第一竖板12。优选所述第一横板11和第一竖板12为一体成型，当然也可以是独立的第一横板11和第一竖板12组成第一线路板10。

所述第二线路板20包括第二横板21，第二横板21的中间处向下垂直延伸设有第二竖板22。优选所述第二横板21和第二竖板22为一体成型，当然也可以是独立的第二横板21和第二竖板22组成第一线路板10。

如图1所示，所述第一线路板10的第一竖板12和第二线路板20的第二竖板22相互交叉嵌合呈X型结构。优选的是，第一竖板12的下端中间处设有第一嵌合槽121，第二竖板22的上端中间处设有第二嵌合槽221。第一竖板12和第二竖板22分别通过第一嵌合槽121和第二嵌合槽221相互交叉嵌合成X型结构，即第一竖板12可从第二竖板22的顶部垂直插入到第二竖板22的中部。并且，第一竖板12和第二竖板22的下端固定于底板30上。

如图1所示，优选第一线路板10和第二线路板20组合之后，第一横板11和第二横板21的中间上部圆圈所示的的四个交界线70处相互通过焊接等方式连接固定。于是两个极化方向辐射臂40上的金属铜箔组成一体，组成一体利于结构稳定，同时该结构可拓宽低频辐射单元100的工作带宽。

如图1～图7所示，所述第一横板11和第二横板21上均设有左右对称的两个辐射臂40以形成双极化辐射单元，辐射臂40包括多个水平排列的宽带线段41，相邻两个宽带线段41由一个弯折状的细带线段42连接。本实施例中，辐射臂40包括四个水平排列的宽带线段41和三个细带线段42，相邻两个宽带线段41分别由一个细带线段42连接。需指出的是，所述宽带线段41和细带线段42的个数并不受限制，而是可根据实际需要设定。

优选的是，所述宽带线段41的长度小于0.25高频工作频率波长。宽带线段41呈长方形或正方形。如图5所示，本实用新型低频辐射单元100根据需要滤波的频段，将X型辐射臂进行分段成多个宽带线段41，使每个宽带线段41长度小于0.25需要滤波的高频电磁波波长，将分段的宽线用弯折的细带线段42连接起来，耦合的细带线段42对高频电磁波具有很强的抑制作用，高频电流无法通过，同时宽带线段41由于分段之后的长度远小于高频谐振所需要的电长度，因此无法高频谐振，感性的电流非常弱，于是可实现滤波特性。

优选的是，耦合的细带线段42长度一般控制为0.1～0.25高频工作频率波长。本实用新型还可对细长的细带线段42的长度和缝隙进行调节，以优化滤波性能。并且，细带线段42的长度和形状相同或不同，以实现宽频滤波特性。

所述第一竖板12和第二竖板22上均设有馈电巴伦50，所述馈电巴伦50的下端电气连接底板30，即馈电巴伦50的下端与馈电网络进行馈电连接，馈电巴伦50的上端电气连接辐射臂40，即馈电巴伦50的上端与辐射臂40进行馈电连接。

本实用新型将X型基站天线改造成一种具有宽频滤波特性的宽频辐射单元。通过将低频辐射单元100的辐射臂40进行分段并加入弯折线滤波结构实现滤波功能，通过调节多个弯折线的长度和位置实现宽频滤波特性，在高低频天线嵌套组阵时，能够有效降低低频辐射单元100对高频辐射性能的影响，从而能够实现天线的多频化、小型化和便携化。

优选的是，所述第一横板11和第二横板21的上端中间处均设有左右对称的两个谐振结构60。如图4所示，每个谐振结构60包括一个横向长条61，横向长条61邻近内侧向下延伸设有一个竖向长条62。横向长条61位于第一横板11或第二横板21的中间位置的第一宽带线段411的上方，竖向长条62位于第一宽带线段411的内侧。X型结构的天线工作带宽一般很窄，为拓宽其工作频率带宽，在X型辐射臂中间添加谐振结构60以增加带宽，同时馈电采用耦合馈电结构，且巴伦上添加弯折线对驻波进行收敛。

优选的是，如图2～图7所示，所述馈电巴伦50采用集成的巴伦馈电，包括有微带线51、多个阻抗匹配枝节52、槽线53、两个曲折线54和两个耦合结构55。所述微带线51优选为50欧姆微带线。微带线51和多个阻抗匹配枝节52位于第一竖板12和第二竖板22的背面且相互连接。槽线53、两个曲折线54和两个耦合结构55位于第一线路板10和第二线路板20的正面且相互连接。信号通过微带线51馈入，经多个阻抗匹配枝节52后通过耦合缝隙耦合到背面的槽线53，再经过两个曲折线54和两个耦合结构55馈电给辐射臂40。图4是本实用新型优选低频辐射单元的馈电部分的放大示意图，两个耦合结构55通过缝隙馈电给第一宽带线段411，两个谐振结构60通过耦合对阻抗进行匹配，其增加了2个极化辐射臂之间的耦合，用于调节振子驻波。

如图1和图8所示，所述底板30设有多个开孔31，方便第一竖板12和第二竖板22的下端插入到开孔31内固定。底板30的底面可以铺铜等方式作为导体介质，馈电巴伦50的接地端(GND)与底板30的底面进行焊接等方式电气连接，同时也起到固定辐射单元的作用。

图9是本实用新型优选低频辐射单元中具有两个滤波结构的示意图，所述低频辐射单元100的第一横板11和第二横板21上均设有左右对称的两个辐射臂40以形成双极化辐射单元，本实施例中，辐射臂40包括三个水平排列的宽带线段41和两个弯折状的细带线段42，相邻两个宽带线段41分别由一个细带线段42连接，共同构成两个滤波结构。

图10是本实用新型优选低频辐射单元中具有一个滤波结构的示意图，所述低频辐射单元100的第一横板11和第二横板21上均设有左右对称的两个辐射臂40以形成双极化辐射单元，本实施例中，辐射臂40包括两个水平排列的宽带线段41和一个弯折状的细带线段42，两个宽带线段41分别由一个细带线段42连接，共同构成一个滤波结构。

图11是本实用新型优选基站天线的高低频嵌套组阵的立体结构示意图，所述基站天线200采用如上述图1～图10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。

图11是一种使用该辐射单元的小阵列结构，所述小阵列包括一个低频辐射单元100、八个高频辐射单元400和反射板300，所述低频辐射单元100和高频辐射单元400均设置于反射板300上，并且低频辐射单元100设置于八个高频辐射单元400的中间。本实用新型低频辐射单元100和高频辐射单元400的嵌套组合，同时对高频单元的方向图无影响。需提醒的是，本实用新型基站天线200的低频辐射单元100和高频辐射单元400的排列和个数不限，可以根据实际需要任意设定。

图12是本实用新型基站天线的嵌套高频与纯高频于1.9GHz方向图的对比，图13是本实用新型基站天线的嵌套高频与纯高频于2.3GHz方向图的对比，图14是本实用新型基站天线的嵌套高频与纯高频于2.6GHz方向图的对比。其中，1#状态曲线为图11小阵列不带低频的纯高频方向图，3#状态曲线为图11高低频嵌套组阵的高频方向图，可以看出，在1.9GHz、2.3GHz和2.6GHz的工作频率下，嵌套下的高频方向图和纯高频方向图基本一致。

综上所述，本实用新型低频辐射单元包括第一线路板、第二线路板和底板，第一线路板包括第一横板和第一竖板；第二线路板包括第二横板和第二竖板，第一竖板和第二竖板上均设有馈电巴伦并相互交叉嵌合呈X型结构；第一横板和第二横板上均设有左右对称的两个辐射臂以形成双极化辐射单元，辐射臂包括多个水平排列的宽带线段，相邻两个宽带线段由一个弯折状的细带线段连接；辐射臂分段成多个宽带线段之后远小于高频谐振所需要的电长度，因此无法进行高频谐振，同时耦合的细带线段对高频电磁波具有很强的抑制作用，共同实现对高频电磁波的滤波功能，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，从而能够实现天线的多频化、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，包括第一线路板、第二线路板和底板；

所述第一线路板包括第一横板，所述第一横板的中间处向下垂直延伸设有第一竖板；

所述第二线路板包括第二横板，所述第二横板的中间处向下垂直延伸设有第二竖板；

所述第一线路板的所述第一竖板和所述第二线路板的所述第二竖板相互交叉嵌合呈X型结构，并且所述第一竖板和所述第二竖板的下端固定于所述底板上；

所述第一横板和所述第二横板上均设有左右对称的两个辐射臂以形成双极化辐射单元，所述辐射臂包括多个水平排列的宽带线段，相邻两个所述宽带线段由一个弯折状的细带线段连接；

所述第一竖板和所述第二竖板上均设有馈电巴伦，所述馈电巴伦的下端电气连接所述底板，所述馈电巴伦的上端电气连接所述辐射臂。

2.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述第一横板和所述第二横板的上端中间处均设有左右对称的两个谐振结构。

3.根据权利要求2所述的低频辐射单元，其特征在于，每个所述谐振结构包括一个横向长条，所述横向长条邻近内侧向下延伸设有一个竖向长条；

所述横向长条位于所述第一横板或所述第二横板的中间位置的第一宽带线段的上方，所述竖向长条位于所述第一宽带线段的内侧。

4.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述馈电巴伦包括有微带线、多个阻抗匹配枝节、槽线、两个曲折线和两个耦合结构；

所述微带线和多个所述阻抗匹配枝节位于所述第一竖板和所述第二竖板的背面且相互连接；

所述槽线、两个所述曲折线和两个所述耦合结构位于所述第一线路板和所述第二线路板的正面且相互连接；

信号通过所述微带线和所述阻抗匹配枝节耦合到所述槽线，再经过两个所述曲折线和两个所述耦合结构馈电给所述辐射臂。

5.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述细带线段的长度为0.1～0.25高频工作频率波长；和/或

所述细带线段的长度和形状相同或不同。

6.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述宽带线段的长度小于0.25高频工作频率波长；和/或

所述宽带线段呈长方形或正方形。

7.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述第一横板和所述第二横板的四个交界线处相互连接固定。

8.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述第一竖板的下端中间处设有第一嵌合槽，所述第二竖板的上端中间处设有第二嵌合槽；所述第一竖板和所述第二竖板分别通过所述第一嵌合槽和所述第二嵌合槽相互交叉嵌合成X型结构。

9.根据权利要求1所述的低频辐射单元，其特征在于，所述底板设有多个开孔，所述第一竖板和所述第二竖板的下端插入到所述开孔内；所述馈电巴伦的接地端与所述底板的底面进行电气连接。

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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