CN216389716U - 一种基于uwb频段的基站天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于UWB频段的基站天线，包括:基板，基板的上部安装有间隔设置的第一辐射组件以及第二辐射组件；其中，第一辐射组件包括两个第一金属辐射臂，两个第一金属辐射臂以中心旋转对称安装在基板的上部；其中，第二辐射组件包括两个第二金属辐射臂，两个第二金属辐射臂以中心旋转对称安装在基板的上部。本实用新型提供的基于UWB频段的基站天线，设置的第一辐射组件和第二辐射组件在各自的工作频段内辐射方向图具有很好的水平全向性，其在水平方向的辐射性能较好，无明显的信号死角，可使得使用本实用新型天线的定位系统定位距离精确，其应用范围十分的广泛，发展前景非常广阔。

Description

一种基于UWB频段的基站天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，具体为一种基于UWB频段的基站天线。

背景技术

超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。

UWB在过去实际上是一个通信协议，多年前UWB还是着重高速数据传输的短距离协议，经过十多年的演进，今天的UWB是基于2ns脉冲的特性，可用于精准定位的应用，该技术可做到约5cm的精准定位并且能测量角度和距离。目前的移动通信基站定位方案，定位精度偏差大，且存在信号死角，导致其应用范围受限，缺乏发展前景。

为此，提出一种基于UWB频段的基站天线。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于UWB频段的基站天线，具有很好的水平全向辐射性，其在水平方向的辐射性能较好，无明显的信号死角，可使得使用本实用新型天线的定位系统定位距离精确，其应用范围十分的广泛，发展前景非常广阔，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于UWB频段的基站天线，包括：基板，所述基板的上部安装有间隔设置的第一辐射组件以及第二辐射组件；其中，所述第一辐射组件包括两个第一金属辐射臂，两个所述第一金属辐射臂以中心旋转对称安装在所述基板的上部；所述第二辐射组件包括两个第二金属辐射臂，两个所述第二金属辐射臂以中心旋转对称安装在所述基板的上部。

上述的一种基于UWB频段的基站天线，其中，所述第一金属辐射臂的旋转方向与所述第二金属辐射臂的旋转方向相反；所述第一金属辐射臂和所述第二金属辐射臂均为螺旋形。

上述的一种基于UWB频段的基站天线，其中，所述第一金属辐射臂和第二金属辐射臂的螺旋边缘线均按照r₁＝r₀*e^αψ函数设置，其中r₀为起始半径，α为决定螺旋线张开快慢的参数，ψ称为旋转角；第一金属辐射臂的r₀为 1.5mm，α为0.2，螺旋圈数为2.7圈；第二金属辐射臂的r₀为1.5mm，α为 0.25，螺旋圈数为2.0圈。

上述的一种基于UWB频段的基站天线，还包括第一巴伦连接板以及第二巴伦连接板、第一射频反射板以及第二射频反射板；所述第一射频反射板套装在第一巴伦连接板上，所述第二射频反射板套装在第二巴伦连接板上；所述第一射频反射板以及所述第二射频反射板朝向基板的一侧上均设有金属导体层。

上述的一种基于UWB频段的基站天线，其中所述第一巴伦连接板正反两面均设有第一渐变巴伦传输线，第一巴伦连接板顶端贯穿基板和两个第一金属辐射臂，第一巴伦连接板正反两面上的第一渐变巴伦传输线分别与两个第一金属辐射臂焊接在一起；所述第二巴伦连接板正反两面均设有第二渐变巴伦传输线，第二巴伦连接板顶端贯穿基板和两个第二金属辐射臂，第二巴伦连接板正反两面上的第二渐变巴伦传输线分别与两个第二金属辐射臂焊接在一起。

上述的一种基于UWB频段的基站天线，其中所述第一渐变巴伦传输线和所述第二渐变巴伦传输线均为基于1mm厚的PCB板上的两面金属导体层组成，所述第一渐变巴伦传输线和所述第二渐变巴伦传输线均上窄下宽；两面金属导体层中的正面金属导体层的宽边为2mm，窄边为1mm，间隔18.5mm，反面金属导体层的宽边为10mm，窄边为1mm，间隔18.5mm。

上述的一种基于UWB频段的基站天线，还包括低频连接器以及高频连接器，所述低频连接器焊接在所述第一巴伦连接板的底端，所述高频连接器焊接在所述第二巴伦连接板的底端。

上述的一种基于UWB频段的基站天线，其中所述第一射频反射板的半径为36mm，其中心设有长12mm宽1.4mm的矩形开口供第一巴伦连接板贯穿；所述第二射频反射板的半径为21mm，其中心设有长8mm宽1.4mm的矩形开口供第二巴伦连接板贯穿。

上述的一种基于UWB频段的基站天线，其中所述基板、第一射频反射板以及所述第二射频反射板、第一巴伦连接板以及第二巴伦连接板均为PCB板，且所述基板长130mm，宽90mm，高1.5mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的基于UWB频段的基站天线设置的第一辐射组件的工作带宽可覆盖UWB频段CH2和CH5，第二辐射组件的工作带宽可覆盖UWB频段 CH5和CH9；第一辐射组件与第二辐射组件间的隔离度可达20dB，其优良的隔离度可允许第一辐射组件与第二辐射组件之间具有较小的间距，减小天线总尺寸；第一辐射组件和第二辐射组件在各自的CH2、5、9内具有非常高的效率；第一辐射组件和第二辐射组件在各自的工作频段内具有很好的水平全向辐射特性，其在水平方向的辐射性能较好，无明显的信号死角，可使得使用本实用新型天线的定位系统定位距离精确，其应用范围十分的广泛，发展前景非常广阔。

附图说明

图1为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的正视结构示意图；

图2为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的侧视结构示意图；

图3为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的俯视结构示意图；

图4为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的仰视结构示意图；

图5为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的立体结构示意图；

图6为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的爆炸结构示意图；

图7为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的第一巴伦连接板以及第二巴伦连接板的正面示意图；

图8为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的第一巴伦连接板以及第二巴伦连接板的反面示意图；

图9为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的第一辐射组件的S11参数示意图；

图10为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的第二辐射组件的S11参数示意图；

图11为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的隔离度示意图；

图12为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的第一辐射组件的效率示意图；

图13为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的第二辐射组件的效率示意图；

图14为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的第一辐射组件在UWB频段CH2中心频点的水平面辐射方向图一；

图15为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的第一辐射组件在UWB频段CH5中心频点的水平面辐射方向图二；

图16为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的第二辐射组件在UWB频段CH5中心频点的水平面辐射方向图一；

图17为本实用新型的基于UWB频段的基站天线的第二辐射组件在UWB频段CH9中心频点的水平面辐射方向图二。

图中：1、基板；2、第一辐射组件；201、第一金属辐射臂；3、第二辐射组件；301、第二金属辐射臂；4、第二射频反射板；5、第一射频反射板； 6、第二巴伦连接板；61-第二渐变巴伦传输线；7、第一巴伦连接板；71-第一渐变巴伦传输线；8、高频连接器；9、低频连接器。

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1-17，本实用新型提供以下技术方案：

本实施例提供的基于UWB频段的基站天线，包括基板1，基板1的上部安装有间隔设置的第一辐射组件2以及第二辐射组件3；

其中，第一辐射组件2包括两个第一金属辐射臂201，两个第一金属辐射臂201以中心旋转对称安装在基板1的上部；

其中，第二辐射组件3包括两个第二金属辐射臂301，两个第二金属辐射臂301以中心旋转对称安装在基板1的上部。

本实施例选用UWB频段业界常用的CH2、5、9这三个低中高信道作为该基站天线的工作频段，因为每一个信道的带宽约有500MHz，带宽较大，且此三个信道的频率范围跨度较大，因此该基站天线用两个超宽带第一辐射组件2 以及第二辐射组件3来覆盖这三个频段。第一辐射组件2覆盖CH2和CH5，第二辐射组件3覆盖CH5和CH9，如此该基站天线可以覆盖UWB定位业界常用的三个信道。

考虑到终端设备的天线的极化方式各有不同，为最大化降低极化方式的差异带来的接收能力的损失，设定UWB定位基站天线的极化方式为圆极化。 PCB天线具有结构简单成本低廉易于组装的优势，其在市场中具有很大的认同度。因此，该基站天线采用平面等角螺旋PCB天线为主体，其具有超宽带、圆极化、低剖面特性。

基板1以FR-4环氧玻璃纤维板为基材，第一金属辐射臂201与第二金属辐射臂301在结构上是完全相似的，其一辐射臂的边缘线由以下函数计算得出：

r₁＝r₀*e^αψ

其中，r₀称为起始半径，α为决定螺旋线张开快慢的参数，ψ称为旋转角。

该辐射臂的另一条边缘线由上述的曲线旋转某一角度得到。两条曲线以及连接曲线起点的线段和连接曲线终点的曲线组成的闭合面构成了该辐射臂，其长度由起始半径r₀和旋转角ψ决定。为使该基站天线的工作频率覆盖上述三个信道，需设计好辐射臂边缘曲线的参数使其满足辐射电流所需的长度且兼顾圆极化特性

为使该基站天线适用于小型化的基站中，缩短第一辐射组件2以及第二辐射组件3之间的距离，为提高第一辐射组件2以及第二辐射组件3间的隔离度，设置的第一金属辐射臂201与第二金属辐射臂301旋转方向相反，使得两个辐射组件具有正交特性。

在电磁场理论中，平面等角螺旋天线是一个平衡结构，但是连接天线至设备主板的传输线属于非平衡结构。若将传输线直接连接天线，传输线的外导体外表面会有辐射电流存在而影响天线的辐射性能。因此需要设计第一巴伦连接板7以及第二巴伦连接板6，第一巴伦连接板7以及第二巴伦连接板6 以FR-4环氧玻璃纤维板为基材，其正反面都是铜导体，第一巴伦连接板7以及第二巴伦连接板6正面铜导体的上端分别与第一金属辐射臂201与第二金属辐射臂301的起始宽度一致，下端宽度略大于高频连接器的内芯导体；第一巴伦连接板7以及第二巴伦连接板6反面铜导体的上端分别与第一金属辐射臂201与第二金属辐射臂301另一臂的起始宽度一致，下端宽度略大于高频连接器的外导体。

为使得该基站天线辐射方向图指向设备的正向半球面，分别在第一辐射组件2以及第二辐射组件3的下方设计一个圆形反射板，其直径略大于天线辐射臂的直径，其与辐射臂的间距需要根据第一辐射组件2以及第二辐射组件3的工作频段适当调节以得到最优的辐射方向图。

具体如下：

具体的，在本实施例中，第一金属辐射臂201的旋转方向与第二金属辐射臂301的旋转方向相反；第一金属辐射臂201和第二金属辐射臂301均为螺旋形。

第一金属辐射臂201和第二金属辐射臂301的螺旋边缘线均按照 r₁＝r₀*e^αψ函数设置，其中r₀为起始半径，α为决定螺旋线张开快慢的参数，ψ称为旋转角；第一金属辐射臂201的r₀为1.5mm，α为0.2，螺旋圈数为 2.7圈；第二金属辐射臂301的r₀为1.5mm，α为0.25，螺旋圈数为2.0圈。

具体的，在本实施例中还包括第一巴伦连接板7以及第二巴伦连接板6、第一射频反射板5以及第二射频反射板4；第一射频反射板5套装在第一巴伦连接板7上，第二射频反射板4套装在第二巴伦连接板6上；第一射频反射板5以及第二射频反射板4朝向基板1的一侧上均设有金属导体层。

第一巴伦连接板7正反两面均设有第一渐变巴伦传输线71，第一巴伦连接板7顶端贯穿基板1和两个第一金属辐射臂201，第一巴伦连接板7正反两面上的第一渐变巴伦传输线71分别与两个第一金属辐射臂201焊接在一起；第二巴伦连接板6正反两面均设有第二渐变巴伦传输线61，第二巴伦连接板 6顶端贯穿基板1和两个第二金属辐射臂301，第二巴伦连接板6正反两面上的第二渐变巴伦传输线61分别与两个第二金属辐射臂301焊接在一起。

第一渐变巴伦传输线71和第二渐变巴伦传输线61均为基于1mm厚的PCB 板上的两面金属导体层组成，第一渐变巴伦传输线71和第二渐变巴伦传输线61均上窄下宽；两面金属导体层中的正面金属导体层的宽边为2mm，窄边为 1mm，间隔18.5mm，反面金属导体层的宽边为10mm，窄边为1mm，间隔18.5mm。

具体的，在本实施例中还包括低频连接器9以及高频连接器8，低频连接器9焊接在第一巴伦连接板7的底端，高频连接器8焊接在第二巴伦连接板6 的底端。

具体的，第一射频反射板5的半径为36mm，其中心设有长12mm宽1.4mm 的矩形开口供第一巴伦连接板7贯穿；第二射频反射板4的半径为21mm，其中心设有长8mm宽1.4mm的矩形开口供第二巴伦连接板6贯穿。

基板1、第一射频反射板5以及第二射频反射板4、第一巴伦连接板7以及第二巴伦连接板6均为PCB板，基板1长130mm，宽90mm，高1.5mm。

综上所述：

本基站天线的S11参数如图9和图10所示，第一辐射组件2的工作带宽可覆盖CH2和CH5，第二辐射组件3的工作带宽可覆盖CH5和CH9；

本基站天线的第一辐射组件2和第二辐射组件3的隔离度如图11所示，第一辐射组件2和第二辐射组件3间的隔离度可达20dB，其优良的隔离度可允许第一辐射组件2和第二辐射组件3之间具有较小的间距，减小天线总尺寸；

本基站天线的效率如图12和图13所示，第一辐射组件2和第二辐射组件3在各自的CH2、5、9内具有非常高的效率。

本基站天线的水平面辐射方向图如图14-17所示，第一辐射组件2和第二辐射组件3在各自的工作频段内具有很好的水平全向辐射特性，其在水平方向的辐射性能较好，无明显的信号死角，可使得使用本基站天线的定位系统定位距离精确。

本实用新型中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于UWB频段的基站天线，其特征在于，包括：

基板(1)，所述基板(1)的上部安装有间隔设置的第一辐射组件(2)以及第二辐射组件(3)；

其中，所述第一辐射组件(2)包括两个第一金属辐射臂(201)，两个所述第一金属辐射臂(201)以中心旋转对称安装在所述基板(1)的上部；

其中，所述第二辐射组件(3)包括两个第二金属辐射臂(301)，两个所述第二金属辐射臂(301)以中心旋转对称安装在所述基板(1)的上部。

2.根据权利要求1所述的基于UWB频段的基站天线，其特征在于：所述第一金属辐射臂(201)的旋转方向与所述第二金属辐射臂(301)的旋转方向相反；所述第一金属辐射臂(201)和所述第二金属辐射臂(301)均为螺旋形。

3.根据权利要求2所述的一种基于UWB频段的基站天线，其特征在于：所述第一金属辐射臂(201)和第二金属辐射臂(301)的螺旋边缘线均按照r₁＝r₀*e^αψ函数设置，其中r₀为起始半径，α为决定螺旋线张开快慢的参数，ψ称为旋转角；第一金属辐射臂(201)的r₀为1.5mm，α为0.2，螺旋圈数为2.7圈；第二金属辐射臂(301)的r₀为1.5mm，α为0.25，螺旋圈数为2.0圈。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于UWB频段的基站天线，其特征在于：还包括第一巴伦连接板(7)以及第二巴伦连接板(6)、第一射频反射板(5)以及第二射频反射板(4)；所述第一射频反射板(5)套装在第一巴伦连接板(7)上，所述第二射频反射板(4)套装在第二巴伦连接板(6)上；所述第一射频反射板(5)以及所述第二射频反射板(4)朝向基板(1)的一侧上均设有金属导体层。

5.根据权利要求4所述的一种基于UWB频段的基站天线，其特征在于：所述第一巴伦连接板(7)正反两面均设有第一渐变巴伦传输线(71)，第一巴伦连接板(7)顶端贯穿基板(1)和两个第一金属辐射臂(201)，第一巴伦连接板(7)正反两面上的第一渐变巴伦传输线(71)分别与两个第一金属辐射臂(201)焊接在一起；所述第二巴伦连接板(6)正反两面均设有第二渐变巴伦传输线(61)，第二巴伦连接板(6)顶端贯穿基板(1)和两个第二金属辐射臂(301)，第二巴伦连接板(6)正反两面上的第二渐变巴伦传输线(61)分别与两个第二金属辐射臂(301)焊接在一起。

6.根据权利要求5所述的一种基于UWB频段的基站天线，其特征在于：所述第一渐变巴伦传输线(71)和所述第二渐变巴伦传输线(61)均为基于1mm厚的PCB板上的两面金属导体层组成，所述第一渐变巴伦传输线(71)和所述第二渐变巴伦传输线(61)均上窄下宽；两面金属导体层中的正面金属导体层的宽边为2mm，窄边为1mm，间隔18.5mm，反面金属导体层的宽边为10mm，窄边为1mm，间隔18.5mm。

7.根据权利要求6所述的一种基于UWB频段的基站天线，其特征在于：还包括低频连接器(9)以及高频连接器(8)，所述低频连接器(9)焊接在所述第一巴伦连接板(7)的底端，所述高频连接器(8)焊接在所述第二巴伦连接板(6)的底端。

8.根据权利要求7所述的一种基于UWB频段的基站天线，其特征在于：所述第一射频反射板(5)的半径为36mm，其中心设有长12mm宽1.4mm的矩形开口供第一巴伦连接板(7)贯穿；所述第二射频反射板(4)的半径为21mm，其中心设有长8mm宽1.4mm的矩形开口供第二巴伦连接板(6)贯穿。

9.根据权利要求8所述的一种基于UWB频段的基站天线，其特征在于：所述基板(1)、第一射频反射板(5)以及所述第二射频反射板(4)、第一巴伦连接板(7)以及第二巴伦连接板(6)均为PCB板，且所述基板(1)长130mm，宽90mm，高1.5mm。

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