CN218827800U - 一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元及基站天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元及基站天线，该低频辐射单元的四个辐射臂分布在介质板的上、下表面，每个辐射臂在介质板上表面由两个第一L型的金属片组成的呈不封闭的方形环状结构，在远离馈电单元连接点的一角设有间隙；在介质板下表面包括两个相互垂直的条形金属片，分别通过金属化过孔与第一L型的金属片的末端相连，作为辐射臂的折叠臂；介质板上表面第一L型的金属片的末端外侧以及下表面连接处外侧均设有延伸枝节；相邻两个辐射臂在介质板上表面的延伸枝节相连通。本实用新型通过上下两层设计，起到折叠辐射臂长度的作用，能够缩小辐射面尺寸，有效解决多频天线中由于高低频辐射单元距离过近所带来的相互耦合的问题。

Description

一种辐射臂折叠式小型化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基站天线领域，具体涉及一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元及基站天线。

背景技术

随着基站天线向小型化轻量化方向发展，多频多端口天线将高低频辐射单元交错嵌插放置或共轴嵌套放置成为一种有效解决方案。这两种方案均可有效地利用空间尺寸，还可有效的降低天线的材料成本。但是交错嵌插放置或共轴嵌套放置会导致严重的高低频耦合干扰问题，严重影响方向图指标使整个系统辐射效率下降，性能不稳定。

为减少多频多端口天线中高低频辐射单元之间的耦合干扰，提升天线性能。中国实用新型专利CN201921764284.6公开了一种880-960MHz带滤波特性的辐射单元，辐射PCB设有构成十字形状的四个辐射臂，相邻辐射臂相互垂直；每个辐射臂包括依次相连的第一矩形导体、折弯导体和第二矩形导体；微带线馈电巴伦上端与辐射PCB焊接相连，下端与基座PCB焊接相连。其辐射臂采用折弯线方案，由一截矩形宽导体+一截折弯窄导体+一截矩形宽导体组成，可以有效的滤去高频信号波，减小高低频之间的耦合。该实用新型通过将辐射单元小型化，放在基站天线的高频辐射间，可以过滤高频的频段对低频的影响，减少高低频之间的耦合。但该十字型方案的辐射面口径仍较大。

为进一步减小辐射面口径，中国发明专利申请CN202110279606.3公开了一种低频辐射单元包括辐射体、馈电结构以及振子底板，其辐射体包括两对正交分布的环形辐射臂，环形辐射臂包括多个分段，相邻两个分段之间通过空间去耦结构连接，空间去耦结构包括第一线带和第二线带，第一线带一端和第二线带一端分别连接相邻两个分段，第一线带另一端和第二线带另一端相互正对且间隔设置。该发明的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。但是该发明对辐射臂的设计仍是单层设计，辐射面尺寸存在进一步优化的空间，本实用新型采用一种新型的辐射臂设计方案，在保证辐射性能的情况下进一步缩小辐射面尺寸，解决多频多端口天线中由于高低频辐射单元距离过近所带来的相互耦合的问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的在于提供一种辐射臂折叠式小型化的低频（698MHz~960MHz）辐射单元及基站天线，可以有效解决多频多端口天线中由于高低频辐射单元距离过近所带来的相互耦合的问题。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型提供的一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元包含：辐射面、馈电单元和振子接地模块；所述辐射面包括两组极化正交设置的偶极子，四个相互垂直布局的辐射臂分布在介质板的上下表面，同一辐射臂在介质板的上下表面两部分通过金属化过孔连接导通；每个辐射臂在介质板上表面部分的主体结构是由两个第一L型的金属片组成的呈不封闭的方形环状结构，在远离馈电单元连接点的一角设有间隙；每个辐射臂在介质板下表面部分包括两个相互垂直的条形金属片，分别通过金属化过孔与所述第一L型的金属片的末端相连，作为辐射臂的折叠臂；介质板上表面第一L型的金属片的末端外侧以及下表面连接处外侧均设有延伸枝节；相邻两个辐射臂在介质板上表面的延伸枝节相连通。

本实用新型的每个辐射臂一部分在介质板的上部，一部分在介质板的下部，上下两层间通过金属化过孔导通，起到折叠辐射臂长度的作用，使得原来辐射面尺寸170mmX170mm的辐射面缩小到153mmX153mm,显著减少低频振子对高频振子的遮挡，同时有效减少材料成本。经过工程验证，所述折叠辐射臂方式可以保证低频单元辐射性能无明显变化，但是减少遮挡后高频单元的耦合影响明显减小，高频单元的辐射性能得到明显优化，同时减少材料也明显降低了生产成本。

作为优选，每个辐射臂在介质板下表面延长的部分与上表面形状一致，长度小于方形环状结构的边长。

作为优选，所述馈电单元包括正交设置的上馈电和下馈电两个部分，两个部分均包含介质板及介质板正面的微带线、背面的导电层、顶端和底端的焊盘；两个部分介质板的中间互补开槽并正交镶嵌设置；所述上、下馈电的顶部正交设置形成于四个辐射臂的中心位置，通过上、下馈电背面的焊盘与辐射面的辐射臂连接起来，组成辐射通路。

作为优选，为使焊接部位更加牢固，所述辐射面在介质板下表面对应于馈电单元焊接处增加四块覆铜（经过批量工程实测验证，对辐射性能并无影响），并且通过金属化过孔连接介质板上下表面的覆铜，焊接更加牢固和稳定，在工程实际中对于所述一种低频基站天线的PIM值提高显著。

作为优选，每个辐射臂的方形环状结构内部均设有两组第二L型的开路枝节；每个第二L型的开路枝节的延展部分平行于其所连接的第一L型的金属片。每组第二L型的开路枝节主要用来过滤高频谐波，其宽窄、长短可根据阵列中所使用的高频振子种类和高频频段情况调试修正。

作为优选，所述振子接地模块设有两路微带电路，分别连接两个正交极化的同轴电缆的芯线，并通过金属化过孔连接到馈电单元的微带电路上形成开路，辐射电磁波。

本实用新型提供的一种低频基站天线，包括反射板，以及设置在反射板上的多个所述的辐射臂折叠式小型化低频辐射单元。其中反射板形状、尺寸，反射板中间梯形长隔离条的形状、尺寸，都可以根据工程实际进行相应的调整。

本实用新型提供的另一种基站天线，包括反射板，设置在反射板上的低频辐射单元和高频辐射单元，所述低频辐射单元是所述的辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，分布在所述高频辐射单元中间，形成低频+高频多频段多端口阵列布局。高频、低频振子辐射单元的摆放距离，都可以根据工程实际进行相应的调整。

有益效果：本实用新型提供的辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，每个辐射臂采用环状设计，并且一部分在介质板的上部，一部分在介质板的下部，上下两层间通过金属化过孔导通，起到折叠辐射臂长度的作用，在保证半波振子辐射面尺寸约为1/2波长的前提下，可以尽量的缩小振子辐射面尺寸，减少阵列中各单元的相互耦合影响，同时减少材料成本。本实用新型的辐射单元可用于单低频天线中，也可用在多频天线阵列中，辐射性能优异，可以有效解决多频天线中由于高低频辐射单元距离过近所带来的相互耦合的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的低频辐射单元的立体示意图。

图2为本实用新型实施例的低频辐射单元中辐射面部分正面和背面的示意图。

图3为本实用新型实施例的低频辐射单元中上馈电部分正面和背面的示意图。

图4为本实用新型实施例的低频辐射单元中下馈电部分正面和背面的示意图。

图5为本实用新型实施例的低频辐射单元中振子接地模块部分正面和背面的示意图。

图6为本实用新型实施例的低频基站天线的立体示意图。

图7为本实用新型实施例的低频辐射单元在多频多端口交错嵌插放置实例中具体布阵示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步解释。

如图1所示，本实用新型实施例公开的一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，包含：辐射面、馈电单元和振子接地模块。

如图1、图2所示，辐射面包含两组极化正交设置的偶极子，两组偶极子由四个相互垂直布局的辐射臂组成（第一辐射臂101、第二辐射臂102、第三辐射臂103、第四辐射臂104），其中第一辐射臂101和第三辐射臂103组成一组偶极子，第二辐射臂102和第四辐射臂104组成另一组偶极子。每个辐射臂一部分在介质板105的上表面，另一部分（1010、1011、1012、1013、1014、1015、1016、1017）在介质板105的下表面。上表面部分的主体结构是由两个第一L型的金属片（覆铜层）组成的呈不封闭的方形环状结构，在远离馈电单元连接点的一角设有间隙；下表面部分包括两个相互垂直的不相连的条形金属片，分别通过金属化过孔与第一L型的金属片的末端相连，作为辐射臂的折叠臂。上下两层辐射臂间通过金属化过孔连接导通，起到折叠辐射臂长度的作用，使得原来辐射面尺寸170mmX170mm的辐射面缩小到153mmX153mm,同时显著减少低频振子对高频振子的遮挡。第一辐射臂101的折叠臂为1010和1011，第二辐射臂102的折叠臂为1012和1013，第三辐射臂103的折叠臂为1014和1015，第四辐射臂104的折叠臂为1016和1017。介质板上表面第一L型的金属片的末端外侧以及下表面连接处外侧均设有延伸枝节，相邻两个辐射臂在介质板上表面的延伸枝节相连通。介质板下表面延长的折叠臂部分与上表面形状一致，长度小于方形环状结构的边长，延伸枝节不连通。每个辐射臂上均设有两组第二L型的开路枝节（106、107、108、109），每个第二L型的开路枝节的延展部分平行于其所连接的第一L型的金属片。根据工程实际应用中所使用的高频振子种类和高频频段情况调试修正第二L型的开路枝节的宽窄、长短，可有效过滤高频谐波。

如图1至图4所示，辐射面和上馈电部分、下馈电部分通过焊盘（205、206、305、306）焊接导通，振子接地模块和上馈电部分、下馈电部分通过焊盘（207、208、307、308）焊接导通；辐射面在焊接处下层增加了4小块覆铜层（1018、1019、1020、1021），并且通过金属化过孔连接上下两层覆铜层，使得焊接更加牢固和稳定，在工程实际中能够显著提高低频基站天线的PIM值。

馈电单元包含两部分：上馈电部分和下馈电部分。如图1、图3、图4所示，上馈电部分包含介质板201，正面的微带线202，背面的导电层（203、204），顶端的焊盘（205、206），底端的焊盘（207、208）；下馈电部分包含介质板301，正面的微带线302，背面的导电层（303、304），顶端的焊盘（305、306），底端的焊盘（307、308）。如图1、图3、图4所示，上馈电介质板201和下馈电介质板301的中间互补开槽，并正交镶嵌设置。

如图3至图5所示，振子接地模块是一块包含上下两层覆铜的介质基板401，上层两路微带电路（402、403）分别通过金属化过孔（404、405）对应焊接两个正交极化的同轴电缆，同轴电缆芯线的焊盘分别为（406、407），同轴电缆外导体焊接在底面覆铜层（4013）上。两路微带电路分别通过金属化过孔（408、409）、底端焊盘（4010、4011）连接到上、下馈电单元的微带电路（202、302）上形成开路，辐射电磁波。上馈电介质板201和下馈电介质板301的中间互补开槽，并正交镶嵌放置在振子接地模块预设的槽孔4012中，上端通过上、下馈电顶端的焊盘（205、206、305、306）固定连接导通辐射面的上的4个辐射臂，下端通过振子接地模块底端焊盘（4010、4011）固定连接导通上、下馈电单元上的微带电路。

如图6所示，本实用新型实施例公开了一种低频基站天线，包括反射板，以及设置在反射板上的多个上述辐射臂折叠式小型化低频辐射单元。反射板形状、尺寸，反射板中间梯形长隔离条的形状、尺寸，都可以根据工程实际进行相应的调整。

如图7所示，本实用新型实施例公开了一种高频+低频多频段多端口基站天线，包括反射板，设置在反射板上的上述辐射臂折叠式小型化低频辐射单元和高频（1710MHz~2690MHz）辐射单元；低频辐射单元分布在高频辐射单元中间，形成低频+高频多频段多端口阵列布局。低频辐射单元通过辐射臂上的第二L型的开路枝节组成一个滤波单元，其宽窄、长短可根据阵列中所使用的高频振子种类和高频频段情况调试修正，能够很好地降低高低频之间的耦合性，可有效过滤掉高频辐射单元的高频谐波，保证了整体天线的辐射性能稳定。

Claims (9)

1.一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，包括辐射面、馈电单元和振子接地模块；其特征在于：所述辐射面包括两组极化正交设置的偶极子，四个相互垂直布局的辐射臂分布在介质板的上、下表面，同一辐射臂在介质板的上下表面两部分通过金属化过孔连接导通；每个辐射臂在介质板上表面部分的主体结构是由两个第一L型的金属片组成的呈不封闭的方形环状结构，在远离馈电单元连接点的一角设有间隙；每个辐射臂在介质板下表面部分包括两个相互垂直的条形金属片，分别通过金属化过孔与所述第一L型的金属片的末端相连，作为辐射臂的折叠臂；介质板上表面第一L型的金属片的末端外侧以及下表面连接处外侧均设有延伸枝节；相邻两个辐射臂在介质板上表面的延伸枝节相连通。

2.根据权利要求1所述的一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，其特征在于：每个辐射臂在介质板下表面延长的部分与上表面形状一致，长度小于方形环状结构的边长。

3.根据权利要求1所述的一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，其特征在于：所述馈电单元包括正交设置的上馈电和下馈电两个部分，两个部分均包含介质板及介质板正面的微带线、背面的导电层、顶端和底端的焊盘；两个部分介质板的中间互补开槽并正交镶嵌设置；所述上馈电、下馈电的顶部正交设置形成于四个辐射臂的中心位置，通过上、下馈电背面的焊盘与辐射面的辐射臂连接起来，组成辐射通路。

4.根据权利要求1所述的一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，其特征在于：所述辐射面在介质板下表面对应于馈电单元焊接处增加四块覆铜，并且通过金属化过孔连接介质板上下表面的覆铜。

5.根据权利要求1所述的一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，其特征在于：每个辐射臂的方形环状结构内部均设有两组第二L型的开路枝节；每个第二L型的开路枝节的延展部分平行于其所连接的第一L型的金属片。

6.根据权利要求1所述的一种辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，其特征在于：所述振子接地模块设有两路微带电路，分别连接两个正交极化的同轴电缆的芯线，并通过金属化过孔连接到馈电单元的微带电路上形成开路。

7.根据权利要求1所述的辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，其特征在于：所述辐射面、馈电单元、振子接地模块均为PCB板结构。

8.一种低频基站天线，其特征在于：包括反射板，以及设置在反射板上的多个根据权利要求1-7任一项所述的辐射臂折叠式小型化低频辐射单元。

9.一种基站天线，包括反射板，设置在反射板上的低频辐射单元和高频辐射单元，其特征在于：所述低频辐射单元是根据权利要求1-7任一项所述的辐射臂折叠式小型化低频辐射单元，分布在所述高频辐射单元中间，形成低频+高频多频段多端口阵列布局。

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