CN220553598U - 一种天线单元、天线及基站 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种天线单元、天线及基站，涉及天线技术领域，用于解决天线之间容易互耦的技术问题。该天线单元包括陶瓷片和第一辐射臂，陶瓷片覆盖第一辐射臂，第一辐射臂的至少一部分的延伸方向与陶瓷片相垂直。其中，陶瓷片与第一辐射臂之间设置有间距。本申请实施例可以将第一辐射臂的至少一部分向垂直于陶瓷片的方向弯折，从而能够减小第一辐射臂在平行于陶瓷片方向的尺寸，实现了天线单元的小型化，提高天线单元之间的隔离度。本申请实施例还通过调节陶瓷片与第一辐射臂之间的间距，可以调节陶瓷片对电磁波信号的反射性能，从而改善天线单元的辐射性能。

Description

一种天线单元、天线及基站

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线单元、天线及基站。

背景技术

随着通信技术的发展，在未来很长一段时间内将会是第二代至第五代通信系统共存的局面，这就要求天线尽可能覆盖所有的工作频段。因此，多频段多天线的使用就是一个重要的发展方向。目前，在多频段多天线系统中，天线互耦问题突出，导致不同天线单元间的相互电磁作用增大。特别是在第五代通信系统中，成百上千数量的天线应用时，天线的互耦问题更为严重。

实用新型内容

本申请实施例提供一种天线单元、天线及基站，用于解决天线之间容易互耦的技术问题。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

本申请实施例的第一方面，提供一种天线单元，该天线单元包括陶瓷片和第一辐射臂。陶瓷片覆盖第一辐射臂，第一辐射臂的至少一部分的延伸方向与陶瓷片相垂直。其中，陶瓷片与第一辐射臂之间设置有间距。

由上述可知，天线单元可以用于向外发射电磁波信号或者接收来自外部的电磁波信号。将第一辐射臂的至少一部分的延伸方向设置为与陶瓷片相垂直，也即是可以将第一辐射臂的至少一部分向垂直于陶瓷片的方向弯折，从而能够减小第一辐射臂在平行于陶瓷片方向的尺寸，实现了天线单元的小型化，有利于增大相邻天线单元之间的间距，从而提高天线单元之间的隔离度，进而降低天线之间的互耦效应。在至少部分第一辐射臂弯折的情况下，天线单元的性能会产生不同程度的恶化，导致回波损耗增大。在天线单元内设置覆盖第一辐射臂的陶瓷片，可以通过调节陶瓷片与第一辐射臂之间的间距，来调节陶瓷片对电磁波信号的反射性能，使反射的电磁波与耦合的电磁波幅度相等、相位相反，从而可以利用陶瓷片反射的电磁波来抵消耦合的电磁波，改善天线单元的辐射性能。此外，陶瓷片还对电磁波具有引向的作用，使陶瓷片对天线的波束宽度收敛，从而可以改善天线的匹配，以及提升天线的增益。

在一些实施方式中，天线单元还包括第二辐射臂，第二辐射臂与第一辐射臂电连接，陶瓷片还覆盖第二辐射臂，第二辐射臂的延伸方向与陶瓷片相平行。第二辐射臂在陶瓷片上的垂直投影，与第一辐射臂在陶瓷片上的垂直投影相交叠。第二辐射臂的延伸方向与陶瓷片相平行，可以增大天线单元在平行于陶瓷片方向的尺寸面积，从而可以提供天线单元与天线内的馈电网络、支撑件等其他器件之间具有更多的连接面积，方便天线单元与天线内的馈电网络等其他器件之间的装配，为天线单元的装配提供机械连接或电连接的基础。

在一些实施方式中，第一辐射臂具有第一端和第二端，第二辐射臂具有第三端和第四端。第一辐射臂的第一端与第二辐射臂的第三端电连接，第一辐射臂的第二端与第二辐射臂的第四端电连接，形成闭合的环形结构。第一辐射臂与第二辐射臂电连接形成闭合的环形结构，可以使第一辐射臂与第二辐射臂构成一个单极子，两个镜像对称的单极子可以组成一个单极化的半波偶极子天线单元，从而实现发射或接收电磁波信号的功能。

在一些实施方式中，天线单元还包括第一介质基板和第二介质基板。第一辐射臂嵌设在第一介质基板内，第一介质基板与陶瓷片相垂直。第二辐射臂嵌设在第二介质基板内，第二介质基板与陶瓷片相平行。当第一辐射臂和第二辐射臂的材质为微带线时，还可以将微带线的第一辐射臂贴设在第一介质基板内，将微带线的第二辐射臂贴设在第二介质基板内，从而可以通过第一介质基板对第一辐射臂进行支撑，通过第二介质基板对第二辐射臂进行支撑。

在一些实施方式中，陶瓷片的介电常数为ε_r，且5≤ε_r≤30。陶瓷片与第一辐射臂之间的间距为h，且0.01λ₀≤h≤0.5λ₀。其中，λ₀为天线单元的工作频段中任一频点所对应的波长。陶瓷片的厚度为d，且0.5mm≤d≤80mm。陶瓷片可以反射部分的电磁波，陶瓷片的介电常数ε_r、厚度d以及陶瓷片与第一辐射臂之间的间距h均会影响所反射的电磁波的幅度和相位。其中，陶瓷片的介电常数ε_r和厚度d主要影响被反射的电磁波的幅度，陶瓷片与第一辐射臂之间的间距h主要影响被反射的电磁波的相位。通过增大陶瓷片的厚度d可以增加被反射的电磁波的幅度，同时，被反射的电磁波的相位越大，陶瓷片与第一辐射臂之间的间距h可以设置的越小。但当陶瓷片的厚度d较大时，被反射的电磁波强度增加，结合较小的间距h，又将损害天线单元的辐射增益和匹配特性。因此，可以通过调节陶瓷片的介电常数ε_r、厚度d以及陶瓷片与第一辐射臂之间的间距h，以调节被反射的电磁波的幅度和相位。

在一些实施方式中，天线单元还包括谐振环，谐振环具有中空部位。第一辐射臂设置于谐振环的中空部位，且第一辐射臂与谐振环之间设置有间隙。不同尺寸的谐振环，可以使得第一辐射臂在不同的工作频段产生谐振，从而扩展天线的带宽，使天线能够覆盖更多的工作频段。

在一些实施方式中，谐振环在陶瓷片上的垂直投影位于陶瓷片的范围内。陶瓷片覆盖谐振环以及谐振环内的第一辐射臂，使得第一辐射臂所发射或者接收的电磁波能够充分的被陶瓷片覆盖，从而改善天线单元的辐射性能。

在一些实施方式中，谐振环的周长与天线单元的工作频段中任一频点所对应的波长相等，可以使天线单元在相应的频点产生谐振，从而提升带宽，改善天线的性能。其中，谐振环的材质为金属或者其他导电介质，不同材质的谐振环还可以与不同尺寸的半波偶极子天线单元耦合，产生不同的谐振点。

在一些实施方式中，天线单元包括四个第一辐射臂，四个第一辐射臂阵列设置。四个第一辐射臂在陶瓷片上的垂直投影位于陶瓷片的范围内。四个第一辐射臂分别为四个单极子，阵列后位于对角线上的两个单极子可以组成一个单极化的半波偶极子天线单元，四个阵列设置的第一辐射臂可以共同构成一个双极化的天线单元，双极化的天线单元可以同时发射信号和接收信息，从而能够提高天线单元的工作效率，节省基站的天线数量。

本申请实施例的第二方面，提供一种天线，该天线包括反射板、馈电网络和上述任一实施例中的天线单元，天线单元安装在反射板上，馈电网络与天线单元电连接。该天线中的天线单元具有与上述第一方面任一项中的天线单元相同的技术效果，此处不再赘述。

在一些实施方式中，天线包括多个阵列组，每个阵列组包括阵列排布的多个天线单元，阵列组内多个天线单元的陶瓷片相连接。阵列组内的陶瓷片在反射板上的垂直投影面积，大于阵列组内的天线单元在反射板上的垂直投影面积。一个阵列组可以对多种不同电磁波信号进行传输，陶瓷片覆盖一个阵列组可以改善该阵列组辐射电磁波的性能，提高该阵列组之间的隔离度，从而减小该阵列组的互耦效应。

在一些实施方式中，相邻阵列组内的陶瓷片之间设置有间隙。为了避免陶瓷片由于面积过大而导致刚度的降低，在相邻阵列组内的陶瓷片之间设置间隙，可以提高陶瓷片的刚度，防止陶瓷片的脆断或者开裂。

在一些实施方式中，天线还包括第一支撑件和多个第二支撑件，第一支撑件连接在反射板与天线单元的第一辐射臂之间，第二支撑件连接在反射板与陶瓷片之间。第一支撑件可以对第一辐射臂起到支撑的作用，第二支撑件可以对陶瓷片起到支撑的作用，从而使陶瓷片与第一辐射臂之间保持一定的间距。

本申请实施例的第三方面，提供一种基站，该基站包括抱杆和至少一个上述任一实施例中的天线，天线与抱杆相连接。该基站中的天线具有与上述第二方面任一项中的天线相同的技术效果，此处不再赘述。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种基站的立体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一基站的立体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种天线的分解结构示意图；

图4为图3中天线的一种实施方式的模块结构示意图；

图5为本申请实施例提供的相邻天线之间的电磁波信号互耦的原理图；

图6为图3中天线单元的立体结构示意图；

图7为图6中四个辐射臂的立体结构示意图；

图8为图7中四个辐射臂构成的双极化天线结构简图；

图9为图7中单个辐射臂的立体结构示意图；

图10为图6中天线单元的第一端口的反射系数曲线S11图；

图11为图6中天线单元第一端口与第二端口之间的隔离度曲线S21图；

图12为图6中单个辐射臂另一种实施方式的立体结构示意图；

图13为图6中单个辐射臂又一种实施方式的立体结构示意图；

图14为本申请实施例提供的天线中多个天线单元阵列设置的立体结构示意图；

图15为图14中多个天线单元阵列设置的俯视结构示意图；

图16为相邻两个天线单元之间的电磁波信号解耦的原理图；

图17为图14中多个天线单元阵列设置的主视结构示意图；

图18为图14中相邻两个天线单元之间的隔离度曲线S31图；

图19为图14中天线的第一端口在中心频点处的H面辐射方向图。

附图标记：

基站01；天线100；阵列组110；第一天线A₁；第二天线A₂；塔管200；抱杆300；支架400；天线单元10；第一天线单元10a；第二天线单元10b；陶瓷片11；辐射臂12；第一端口12a；第二端口12b；第三端口12c；第四端口12d；第一辐射臂121；第一走线1211；第二走线1212；第三走线1213；第一端121a；第二端121b；第一介质基板1210；第二辐射臂122；第三端122a；第四端122b；第二介质基板1220；谐振环13；中空部位130；馈电网络20；反射板30；天线罩40；支撑件50；第一支撑件51；第二支撑件52；天线接头60；传动机构70；移相器80；功分器90。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

本申请实施例提供一种基站01。如图1所示，基站01可以是塔式结构，基站01可以包括天线100、塔管200等结构。天线100可以通过铰接、螺接或者铆接等方式连接在塔管200上，塔管200可以设置在地面上或者楼顶上。本申请实施例不对天线100的安装方式做特殊的限制。其中，天线100可以是4G天线或者5G天线。此外，天线100也可以是大规模多输入多输出(massive multiple input multiple output，M-MIMO)的5G天线。本申请实施例不对天线100的具体种类做特殊的限制。图中，以所标示的天线100为例，天线100可以具有沿塔管200长度方向(即X方向)的长度，沿远离塔管200方向(即Z方向)的厚度，沿Y方向(与X方向和Z方向垂直)的宽度。

在一些实施方式中，如图2所示，基站01也可以是杆式结构，基站01可以包括天线100、抱杆300、支架400等结构。天线100可以通过支架400连接在抱杆300上，支架400可以是角度不可调节的固定支架；也可以是角度可调节的活动支架，使天线100可以通过支架400调节与抱杆300之间的倾斜角度，从而调节天线100所辐射信号的角度。本申请实施例不对基站01和支架400的具体结构形式做特殊的限制。图中，以所标示的天线100为例，天线100可以具有大致沿抱杆300长度方向(即X方向)的长度，沿远离抱杆300方向(即Z方向)的厚度，沿Y方向(与X方向和Z方向垂直)的宽度。

上述实施例是对基站01结构所做的说明，以下实施例将对基站01中的天线100结构做详细的说明。如图3所示，天线100可以包括天线单元10、馈电网络20、反射板30、天线罩40、支撑件50以及天线接头60(图4所示)。其中，反射板30可以具有长度方向、宽度方向和厚度方向。以下为了方便说明，将X方向作为反射板30的长度方向，将Y方向作为反射板30的宽度方向，将Z方向作为反射板30的厚度方向。

继续参见图3，反射板30上可以设置多个天线单元10，用于向外部发射电磁波信号，或者用于接收来自外部的电磁波信号，天线单元10的数量越多，越能够提高天线的增益以及覆盖容量。多个天线单元10可以沿X方向和Y方向阵列设置为一列、两列或者更多的列数。本申请实施例不对天线单元10的具体数量和列数做特殊的限制。支撑件50可以沿Z方向设置在反射板30上，且支撑件50的两端可以通过粘接、铆接或者螺接等方式分别与反射板30和天线单元10相连接。本申请实施例不对支撑件50的具体连接方式做特殊的限制。

示例的，本申请实施例对天线100的工作频段不做特殊的限定，以下为了方便说明以工作频段为0.69GHz-0.96GHz为例进行举例说明。其中，工作频段是指天线100工作时的频率范围。反射板30的尺寸可以选用1000mm(X方向)×400mm(Y方向)×30mm(Z方向)，天线单元10的尺寸可以选用141mm(X方向)×141mm(Y方向)×95mm(Z方向)。沿X方向，可以在反射板30上布置两列天线单元10。当然，当需要更大的天线增益或者覆盖更多的工作频段时，还可以增大反射板30的尺寸，增加反射板30上天线单元10的数量。根据天线理论，天线单元10的尺寸与工作频段密切相关，结合理论计算与仿真，当天线单元10的尺寸为141mm(X方向)×141mm(Y方向)×95mm(Z方向)时，天线单元10在工作频段内能较好地满足基站01的天线100各项性能需求。

每一列天线单元10的数量可以设置为4个。当然，反射板30沿X方向的尺寸越大，每一列天线单元10的数量还可以设置为更多，天线100的增益也越大，天线100所覆盖的工作频段也越多。本申请实施例对天线单元10的具体数量不做特殊的限制。沿X方向和Y方向，天线单元10之间的间距的电长度可以设置为0.5λ₀。

其中，λ₀为天线单元10的工作频段中任一频点所对应的波长。频点所对应的波长是指，电磁波的波速与该频点的频率之间的比值。例如，工作频段为0.69GHz-0.96GHz，中心频率为0.825GHz，波长λ₀可以利用0.825GHz计算得出。电磁波在空气中的波长λ₀可以如下计算：空气波长λ₀＝光速/频率，频率为辐射信号的频率(GHz)，光速可以取3×10⁸m/s。电磁波在介质中的波长λ_g可以如下计算： ε为该介质的相对介电常数。本申请实施例中的波长λ₀，通常指的是空气波长，可以是天线100所支持的工作频段的中心频率所对应的空气波长。当然，本申请实施例不限于中心频率，波长λ₀也可以是工作频段的非中心频率所对应的空气波长。

本申请实施例中以波长λ₀表征电长度电长度/>可以是指物理长度L(即机械长度或几何长度)与所传输电磁波的波长λ₀之比，电长度/>可以满足以下公式：

其中，L为物理长度，λ₀为电磁波的波长。本申请实施例中，天线单元10的物理长度L，可以理解为天线单元10的电长度在±20％之内，或±10％之内，或±5％之内。示例的，在天线单元10之间的间距可以为上述电长度0.5λ₀的情况下，本申请实施例可以将天线单元10之间的间距的物理长度可以设置为250mm。

当天线单元10装配在反射板30后，反射板30可以安装在天线罩40内，天线罩40可以对反射板30起到保护的作用。其中，反射板30可以选用金属材质，可以对电磁波起到反射、阻挡、屏蔽等作用。天线罩40可以选用塑料材质，可以减轻天线100结构的重量。支撑件50可以选用塑料材质，使天线单元10与支撑件50之间绝缘设置，从而避免对天线单元10造成干扰。

天线单元10通常设置在反射板30的一侧表面，不仅可以对天线单元10一侧的电磁波信号起到反射的作用，从而增强天线100对信号的接收或者发射能力，而且对背离天线单元10一侧的电磁波信号还能够起到阻挡、屏蔽的作用，防止背离天线单元10一侧的电磁波对天线单元10的干扰。上述多个天线单元10发送或者接收电磁波信号的频率可以相同或者不同，本申请实施例不对天线单元10收发电磁波信号的频率做特殊的限制。

在一些实施方式中，如图3所示，馈电网络20可以是电连接在印刷电路板(printedcircuit board，PCB)上的微带线，PCB可以安装在反射板30朝向天线单元10的一侧表面，多个天线单元10可以与PCB上的微带线电连接，使馈电网络20可以传输一定幅度、相位的电磁波信号。此外，PCB可以作为天线单元10的地板，天线单元10可以通过接地线与PCB电连接。馈电网络20可以与信号发射设备或者信号接收设备电连接，从而实现天线单元10收发电磁波信号的功能。

在另一些实施方式中，馈电网络20也可以是同轴线，同轴线可以穿过反射板30并与天线单元10电连接。此时，天线单元10可以通过同轴线连接与天线接头60电连接，天线接头60可以与天线100外部的接地设备电连接。本申请实施例不对馈电网络20的具体结构做特殊的限制。此外，在使用同轴线作为馈电网络20时，为了匹配阻抗、平衡信号，还可以在天线单元10中增设与馈电网络20电连接的巴伦(图中未示出)。

示例的，如图4所示，为了丰富天线100的功能，天线100还可以包括设置在天线罩40内的传动机构70、移相器80和功分器90等器件，传动机构70、移相器80和功分器90等器件可以通过馈电网络20与天线单元10电连接。天线100可以通过传动机构70调节电磁波辐射波束的指向，也可以获取系统所需的校准信号。天线100还可以通过移相器80改变电磁波信号辐射的最大方向。对于多个阵列设置的天线单元10，天线100可以通过功分器90将多路信号合路为一路信号进行发射。天线100也可以接收不同频率的电磁波信号，并通过功分器90将不同频率的电磁波信号分成多路传输到信号处理设备。例如，上述实施例中的4个天线单元10可以与一个一分四的功分器90电连接。此外，天线100还可以包括与天线单元10电连接的滤波器，用于滤除干扰信号。根据天线100所需功能的不同，天线100还可以加载更多的器件，本申请实施例不对天线100的具体功能做特殊的限制。

以上实施例是对天线100的具体结构所做的举例说明。为了提高天线100工作频段覆盖的广度，通常需要增大天线单元10的尺寸或者增加天线单元10的密度，这就导致了天线单元10之间的间距减小。如图5所示，相邻的两个天线100分别为第一天线A₁和第二天线A₂。当第一天线A₁和第二天线A₂之间的隔离度减少后，第一天线A₁和第二天线A₂之间的电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)增强，导致第一天线A₁和第二天线A₂之间的互耦问题突出。为了解决或者至少部分解决天线单元10之间的互耦问题，本申请实施例还提供一种天线单元10。以下将对天线单元10的具体结构进行详细的说明。

在一些实施方式中，如图6所示，天线单元10可以包括陶瓷片11、辐射臂12和谐振环13。支撑件50可以包括第一支撑件51和第二支撑件52。沿Z方向，第一支撑件51可以连接在反射板30与辐射臂12之间，第二支撑件52可以贯穿谐振环13并且连接在反射板30与陶瓷片11之间。这样一来，陶瓷片11可以通过第二支撑件52安装在辐射臂12的上方，以覆盖辐射臂12。当然，根据陶瓷片11、辐射臂12和谐振环13的不同尺寸大小，还可以设置多个第二支撑件52，分别对支撑陶瓷片11和谐振环13进行支撑。本申请实施例不对支撑件50的具体结构做特殊的限制。

其中，谐振环13具有中空部位130，辐射臂12设置于谐振环13的中空部位130，且辐射臂12与谐振环13之间设置有间隙。谐振环13的周长可以与天线单元10所使用频段中任一频点所对应的波长λ₀相等。本申请实施例中提及的相等，均是针对当前工艺水平而言的，而不是数学意义上绝对严格的定义。谐振环13的材质可以是金属或者其他导电介质，不同材质的谐振环13可以与不同尺寸的天线单元10耦合，产生不同的谐振点。

在一些更多的实施方式中，如图6所示，天线单元10可以包括四个辐射臂12，四个辐射臂12阵列设置，并且四个辐射臂12在陶瓷片11上的垂直投影位于陶瓷片11的范围内。当然，根据天线100辐射性能的设计，例如天线100的增益、极化方向等辐射性能，还可以在天线单元10内设置更多数量的辐射臂12。本申请实施例不对天线单元10中辐射臂12的具体数量做特殊的限制。其中，为了使陶瓷片11更全面的覆盖四个辐射臂12，可以使谐振环13在陶瓷片11上的垂直投影也设置在陶瓷片11的范围内。

示例的，如图7所示，天线单元10包括四个辐射臂12。辐射臂12可以设置为矩形环状的结构形式，形成一个单极子。沿对角线a-a方向，单个辐射臂12的对角线的电长度可以等于1/4λ₀。电长度与物理长度的换算关系如上述实施例，在此不再赘述。其中，λ₀为天线单元10的工作频段中任一频点所对应的波长。本申请实施例中提及的镜像对称、平行、垂直、等于、相同(例如，长度相同、宽度相同等等)等这类限定，均是针对当前工艺水平而言的，而不是数学意义上绝对严格的定义。

继续参见图7，沿对角线a-a的方向，一对辐射臂12镜像对称设置，对角线a-a上的两个单极子可以组成一个单极化的半波偶极子天线单元。单极化的半波偶极子天线单元只能发射信号或者接收信号，不能同时发射和接收信号。为此，沿对角线b-b的方向，再增设一对镜像对称的辐射臂12，还可以使对角线a-a与对角线b-b的两对辐射臂12共同构成一个双极化天线单元。相较于单极化的半波偶极子天线单元，双极化天线单元可以同时发射信号和接收信息，从而能够提高天线100的工作效率，节省基站01的天线100数量。

一个单极化的半波偶极子天线单元可以与一个信号端口电连接，信号端口用于发射或者接收电磁波信号。如图8所示，可以将图7中单个的辐射臂12按照对角线a-a与对角线b-b进行简化。这样一来，天线单元10可以设置有两个，分别为第一天线单元10a和第二天线单元10b。第一天线单元10a对角线a-a上的一对辐射臂12可以与第一端口12a电连接，第一天线单元10a对角线b-b上的一对辐射臂12可以与第二端口12b电连接。第一端口12a与第二端口12b可以用于发射不同的电磁波信号，或者用于接收不同的电磁波信号，或者一个用于发射电磁波信号，另一个用于接收电磁波信号。

同样的，第二天线单元10b对角线a-a上的一对辐射臂12可以与第三端口12c电连接，第二天线单元10b对角线b-b上的一对辐射臂12可以与第四端口12d电连接。这样一来，两个天线单元10组合，可以同时发射和接收不同的电磁波信号，进一步提高天线100的工作效率。当然，第一天线单元10a的数量可以是多个，第二天线单元10b的数量也可以是多个。例如图3和图8所示的两列天线单元10中，其中一列可以是第一天线单元10a，另一列可以是第二天线单元10b。各天线单元10可以通过馈电网络20、合路器等器件与信号端口电连接，从而实现电磁波信号发射和接收的功能。

对于单个辐射臂12而言，如图9所示，辐射臂12可以包括第一辐射臂121和第二辐射臂122。第一辐射臂121的延伸方向可以沿Z方向设置，第二辐射臂122的延伸方向可以沿XY平面设置。也即是，第一辐射臂121可以沿反射板30的厚度方向设置，第二辐射臂122可以与反射板30所在的平面平行。其中，谐振环13(图6所示)可以设置在第二辐射臂122所在的平面内，以增加辐射臂12的带宽。

在一些实施方式中，如图9所示，第一辐射臂121可以被配置为多次弯折的走线结构。示例的，第一辐射臂121可以包括第一走线1211、第二走线1212和第三走线1213，第一走线1211和第三走线1213可以沿X方向或者Y方向设置，第二走线1212可以沿Z方向设置，且第二走线1212可以分别与第一走线1211和第三走线1213电连接。此时，第一辐射臂121的延伸方向是指与第二走线1212的截面相垂直的方向，该截面与XY平面相平行。第二辐射臂122可以被配置为XY平面内的板状结构，可以使辐射臂12与前述馈电网络20之间具有更大的接触面积，方便辐射臂12与馈电网络20之间的电连接。

继续参见图9，第一辐射臂121可以具有第一端121a和第二端121b，第二辐射臂122可以具有第三端122a和第四端122b。第一辐射臂121的第一端121a可以与第二辐射臂122的第三端122a电连接，第一辐射臂121的第二端121b可以与第二辐射臂122的第四端122b电连接，形成闭合的环形结构。其中，该环形结构可以是图示的方环形结构，也可以是圆环形结构。第一辐射臂121可以是图中矩形截面的走线结构，也可以是圆柱形截面的走线结构。本申请实施例对此不做特殊的限制。

通过以上实施例可以看出，将第一辐射臂121的延伸方向沿Z方向设置，使得辐射臂12的至少一部分(如图9中的第二走线1212)可以向垂直于陶瓷片11的方向弯折。示例的，上述141mm(X方向)×141mm(Y方向)×95mm(Z方向)的辐射臂12弯折后可达到79mm(X方向)×79mm(Y方向)×100mm(Z方向)的尺寸，从而使单个辐射臂12的尺寸缩小了40％。即便是在考虑谐振环13口径大小的情况下，也可以使天线单元10的尺寸缩小15％。因此，本申请实施例提供的天线单元10实现了天线单元10的小型化，从而能够提高相邻天线单元10之间的间距，增加天线单元10之间的隔离度，进而降低天线100之间的互耦效应。

根据天线理论，天线单元10的尺寸与工作频段密切相关，小型化后的天线单元10由于尺寸缩小，导致天线100的性能恶化。如图10所示，示出了天线单元10中第一端口12a的反射系数曲线S11，用于表示天线单元10的回波损耗。通常S11图所显示的谐振在小于-15dB的部分可以理解为天线单元10所产生的工作频段。S11参数通常为负数，且S11参数越小，表示天线单元10的回波损耗越小，天线单元10本身反射回来的能量越小，也就代表实际进入天线单元10的能量越多，天线单元10的工作效率越高。反之，S11参数越大，表示天线单元10的回波损耗越大，天线单元10的工作效率越低。其中，回波损耗是指，经过天线电路反射回天线单元10的信号功率与天线单元10发射功率的比值。

由图10可知，图中虚线L₁所示为加载陶瓷片11与谐振环13之前的S11参数，图中的S11在小于-15dB的部分所对应的工作频段仅为0.85GHz左右。而图中实线L₂所示为加载陶瓷片11与谐振环13之后的S11参数，图中的a点为加载谐振环13后天线单元10在0.69GHz处的谐振，扩展了天线单元10的低频带宽。图中的b点为加载陶瓷片11后天线单元10在0.91GHz处的谐振，扩展了天线单元10的高频带宽。如此一来，使天线单元10的工作频段可以扩展为0.69GHz-0.96GHz。

当然，在不加载谐振环13而仅加载陶瓷片11的情况下，天线单元10仍然能够在高频处产生谐振，从而扩展天线单元10高频处的带宽。但在同时加载陶瓷片11和谐振环13的情况下，天线单元10不仅能在高频处产生谐振，还能在低频处产生谐振，从而能够扩展天线单元10的高频和低频的带宽。

此外，如图11所示，示出了第一端口12a与第二端口12b之间的隔离度曲线S21，用于表示天线单元10的互耦程度。S21参数通常也为负数。且S21参数越小，表示天线单元10之间的隔离度越大，天线单元10的互耦程度越小。反之，S21参数越大，表示天线单元10之间的隔离度越小，天线单元10的互耦程度越大。其中，隔离度是指，第一端口12a发射信号，通过第二端口12b接收的信号与第一端口12a发射的信号的比值。由图11可知，相较于加载陶瓷片11与谐振环13之前(图中虚线L₁所示)，加载陶瓷片11与谐振环13之后(图中实线L₂所示)的中心频点处(0.85GHz左右)的隔离度提升至少10dB以上。

由此可知，本申请实施例通过将辐射臂12向垂直于陶瓷片11的方向弯折，使辐射臂12在XY平面内的尺寸减少，从而缩小了天线单元10的尺寸，有利于增加天线单元10之间的间距，从而提高天线单元10之间的隔离度。又通过在辐射臂12上方加载陶瓷片11，以及在辐射臂12外周加载谐振环13的方式，改善天线单元10的辐射性能，从而能够降低天线单元10由于尺寸缩小而导致的性能恶化问题。

在一些实施方式中，如图12所示，当辐射臂12的强度足够大时，辐射臂12也可以全部设置为沿Z方向的第一辐射臂121，第一辐射臂121围成闭合的环形结构。也即是，辐射臂12可以仅包括沿Z方向设置的第一辐射臂121，从而缩小辐射臂12的口径。例如，当第一辐射臂121为截面(图中虚线所示的截面)较大的金属走线条时，可以无需设置如图9所示的第二辐射臂122，从而使辐射臂12在XY平面内的尺寸进一步的缩小。此外，第一辐射臂121的走线还可以呈波浪形等其他折线形状。本申请实施例不对第一辐射臂121的走线形状做特殊的限制。

在另一些实施方式中，如图13所示，当辐射臂12的材质偏软时，例如，第一辐射臂121还可以是微带线。示例的，辐射臂12还可以包括第一介质基板1210和第二介质基板1220。第一辐射臂121可以嵌设或者贴设在第一介质基板1210上，第二辐射臂122可以嵌设或者贴设在第二介质基板1220上。其中，第一介质基板1210可以沿Z方向设置，第二介质基板1220可以设置在XY平面内。第一介质基板1210和第二介质基板1220可以选用塑料、陶瓷、玻璃等绝缘材料。本申请实施例不对第一介质基板1210和第二介质基板1220的具体材料做特殊的限制。

这样一来，第一介质基板1210可以对第一辐射臂121起到支撑的作用，第二介质基板1220可以对第二辐射臂122起到支撑的作用。此时，第一辐射臂121的延伸方向是指与第一介质基板1210的厚度方向(X方向或者Y方向)相垂直的方向。当然，第一介质基板1210和第二介质基板1220还可以选用PCB，第一介质基板1210与第二介质基板1220可以通过微带线电连接，从而形成辐射臂12。

上述实施例对天线单元10的具体结构做了详细的说明。如图14所示，本申请实施例中的天线100可以包括多个阵列设置的上述天线单元10，将陶瓷片11可以改善天线单元10的辐射性能的特性应用在天线100中。以下将对加载了陶瓷片11的天线100的具体结构进行详细的介绍。

参见图15，天线100可以包括多个阵列组110，每个阵列组110可以包括阵列排布的多个天线单元10。示例的，本申请实施例中，天线100可以包括两个阵列组110，每个阵列组110可以包括阵列排布的四个天线单元10。当然，根据天线100辐射性能的设计，天线100还可以设置更多数量的阵列组110，每个阵列组110也可以设置更多数量的天线单元10。多个天线单元10阵列的方式可以是矩形阵列(阵列方向与X方向和Y方向相平行)，也可以是梅花阵列(阵列方向与X方向和Y方向相交叉)。本申请实施例不对阵列组110的具体数量和阵列方式做特殊的限制。

继续参见图15，为了使陶瓷片11更好的进行覆盖，可以将同一个阵列组110内四个天线单元10的陶瓷片11相连接为一体结构。即，采用一块陶瓷片11覆盖在同一个阵列组110的四个天线单元10的上方，使阵列组110内的陶瓷片11在反射板30上的垂直投影面积，大于阵列组110内的四个天线单元10在反射板30上的垂直投影面积。不同的阵列组110可以对多种不同的电磁波信号进行传输，陶瓷片11覆盖的阵列组110可以改善该阵列组110辐射电磁波的性能。

此外，如图15所示，相邻的两个阵列组110之间的陶瓷片11间隔设置，即相邻的两个阵列组110的陶瓷片11之间设置有间隙，可以避免陶瓷片11由于面积过大而导致刚度降低的问题，从而提高陶瓷片11的刚度，防止陶瓷片11的脆断或者开裂。

以上是对加载了陶瓷片11的天线100的具体结构所做的介绍，为了更好的理解本申请实施例的工作原理，以下将对提高相邻天线单元10之间隔离度的原理进行详细的说明。如图16所示，天线100可以包括相邻的第一天线单元10a和第二天线单元10b，陶瓷片11覆盖在第一天线单元10a和第二天线单元10b的上方。

当第一天线单元10a发射电磁波时，一部分电磁波E₁透过陶瓷片11向外发射，用于传输信号。一部分电磁波E₂向第二天线单元10b耦合，形成互耦效应。还有一部分电磁波E₃经陶瓷片11反射后被第二天线单元10b接收，形成一条附加的电磁波路径。此时，可以配置不同厚度d、不同介电常数ε_r的陶瓷片11。同时，设置陶瓷片11与天线单元10之间的间距h，使电磁波E₃的幅度与耦合的电磁波E₂的幅度相等，使电磁波E₃的相位与耦合的电磁波E₂的相位相反。即，电磁波E₃与耦合的电磁波E₂等幅反相，从而使电磁波E₃与耦合的电磁波E₂抵消，达到相邻两个天线单元10之间解耦的效果。

其中，陶瓷片11的厚度d和介电常数ε_r主要影响电磁波E₃的幅度，但由于电磁波E₁在陶瓷片11中的传播会给电磁波E₃引入附加的相位，因此陶瓷片11的厚度和介电常数ε_r也会影响电磁波E₃的相位。陶瓷片11和天线单元间10之间的间距h主要影响电磁波E₃的相位，但由于传播过程中存在衰减，使得间距h也会影响电磁波E₃的幅度。通过增大陶瓷片11的厚度d和介电常数ε_r，可以增加电磁波E₃的幅度。同时，陶瓷片11越厚，电磁波E₃的附加相位越大，陶瓷片11和天线单元间10之间的间距h可以越小。

在一些实施方式中，陶瓷片11的厚度d可以设置为0.5mm≤d≤80mm，当厚度d为0.5mm时，使得陶瓷片11不会太厚而增加天线100的重量，并且保证陶瓷片11拥有一定的结构强度。当厚度d为80mm时，能够提高电磁波E₃的幅度。陶瓷片11的介电常数ε_r可以设置为5≤ε_r≤30，使得陶瓷片11既容易选材，又能够提高电磁波E₃的幅度。陶瓷片11与天线单元10之间的间距h可以设置为0.01λ₀≤h≤0.5λ₀，使得陶瓷片11既能够覆盖所发射或者接收的电磁波E₃范围，又能够减小天线100沿Z方向的厚度。其中，λ₀为天线单元10的工作频段中任一频点所对应的波长。

由此可知，通过设置不同厚度d、不同介电常数ε_r的陶瓷片11。同时，设置陶瓷片11与天线单元10之间的间距h，可以实现相邻两个天线单元10之间不同的解耦效果。此外，如图17所示，电磁波在透过陶瓷片11时会产生折射，使陶瓷片11对电磁波具有引向的作用，使陶瓷片11对天线单元10的波束宽度收敛。这样一来，陶瓷片11还可以改善天线100的匹配，以及提升天线100的增益。

示例的，如图18所示，示出了天线100阵列中的第一天线单元10a和第二天线单元10b之间的隔离度曲线S31，用于表示相邻天线单元10之间的互耦程度。与前述实施例相同，天线100的工作频段同样选择0.69GHz-0.96GHz的范围内。S31参数通常也为负数。且S31参数越小，表示相邻天线单元10之间的隔离度越大，相邻天线单元10的互耦程度越小。反之，S31参数越大，表示相邻天线单元10之间的隔离度越小，相邻天线单元10的互耦程度越大。由图18可知，相较于加载陶瓷片11与谐振环13之前(图中虚线L₁所示)，加载陶瓷片11与谐振环13之后(图中实线L₂所示)的S31可以降低至-25dB以下，且中心频点处(0.8GHz左右)的S31可以从-20dB减小至-38dB，有非常显著的解耦效果。

此外，如图19所示，示出了加载陶瓷片11与谐振环13前后，天线100阵列中第一端口12a在0.8GHz中心频点处的H面辐射方向图。从图中可以看到，采用陶瓷片11进行解耦后，天线100在H面方向图半功率波束宽度有明显的收窄。也即是，在-78°到67°的范围内，加载了陶瓷片11与谐振环13后(图中实线L₂所示)的方向图位于加载陶瓷片11与谐振环13前(图中虚线L₁所示)的方向图范围内。由此，证明了采用该方法进行解耦可以提升天线100的增益，提高天线100辐射的方向性。

综上所述，本申请实施例采用陶瓷片11对相邻天线单元10间距为250mm(0.5λ₀)的双极化天线阵列进行解耦，可以在0.69GHz-0.96GHz的工作频段内将阵列天线100各端口间的隔离度提高至25dB以上，改善天线100的辐射性能，实现了28％的解耦带宽。同时还可以收窄天线100的半功率波束宽度，使得天线100发射或者接收电磁波的方向性更好。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种天线单元，其特征在于，包括：

陶瓷片；以及，

第一辐射臂，所述陶瓷片覆盖所述第一辐射臂，所述第一辐射臂的至少一部分的延伸方向与所述陶瓷片相垂直；

其中，所述陶瓷片与所述第一辐射臂之间设置有间距。

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括：

第二辐射臂，与所述第一辐射臂电连接，所述陶瓷片还覆盖所述第二辐射臂，所述第二辐射臂的延伸方向与所述陶瓷片相平行；

所述第二辐射臂在所述陶瓷片上的垂直投影，与所述第一辐射臂在所述陶瓷片上的垂直投影相交叠。

3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，所述第一辐射臂具有第一端和第二端，所述第二辐射臂具有第三端和第四端；

所述第一辐射臂的第一端与所述第二辐射臂的第三端电连接，所述第一辐射臂的第二端与所述第二辐射臂的第四端电连接，形成闭合的环形结构。

4.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括第一介质基板和第二介质基板；

所述第一辐射臂贴设在所述第一介质基板内，所述第一介质基板与所述陶瓷片相垂直；所述第二辐射臂贴设在所述第二介质基板内，所述第二介质基板与所述陶瓷片相平行。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的天线单元，其特征在于，所述陶瓷片的介电常数为ε_r，且5≤ε_r≤30；

所述陶瓷片与所述第一辐射臂之间的间距为h，且0.01λ₀≤h≤0.5λ₀；其中，λ₀为所述天线单元的工作频段中任一频点所对应的波长；

所述陶瓷片的厚度为d，且0.5mm≤d≤80mm。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括谐振环，所述谐振环具有中空部位；

所述第一辐射臂设置于所述谐振环的中空部位，且所述第一辐射臂与所述谐振环之间设置有间隙。

7.根据权利要求6所述的天线单元，其特征在于，所述谐振环在所述陶瓷片上的垂直投影位于所述陶瓷片的范围内。

8.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元包括四个所述第一辐射臂，所述四个第一辐射臂阵列设置；

所述四个第一辐射臂在所述陶瓷片上的垂直投影位于所述陶瓷片的范围内。

9.一种天线，其特征在于，包括：

反射板；

馈电网络；以及，

权利要求1-8中任一项所述的天线单元，所述天线单元安装在所述反射板上，所述馈电网络与所述天线单元电连接。

10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述天线包括多个阵列组，每个阵列组包括阵列排布的多个所述天线单元，所述阵列组内多个天线单元的陶瓷片相连接；

所述阵列组内的陶瓷片在所述反射板上的垂直投影面积，大于所述阵列组内的天线单元在所述反射板上的垂直投影面积。

11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，相邻所述阵列组内的陶瓷片之间设置有间隙。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的天线，其特征在于，所述天线还包括第一支撑件和多个第二支撑件；

所述第一支撑件连接在所述反射板与所述天线单元的第一辐射臂之间；

所述第二支撑件连接在所述反射板与所述陶瓷片之间。

13.一种基站，其特征在于，包括：

抱杆；以及，

至少一个权利要求9-12中任一项所述的天线，所述天线与所述抱杆相连接。