WO2011157125A2 - 天线辐射单元、馈电方法及天线系统 - Google Patents

天线辐射单元、馈电方法及天线系统 Download PDF

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李建平
艾鸣
段德钦
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole

Definitions

  • the present invention relates to an antenna radiating unit, and more particularly to an antenna radiating unit, a feeding method, and an antenna system.
  • the dielectric material may be a non-metal material applied to the ground layer of the PCB and/or the surface of the reflector. , can also be padding Non-metallic material film between the PCB ground layer and the reflecting plate.
  • the electric dipole balun outer conductor 2 and the PCB ground layer 51 may also be DC grounded.
  • the DC grounding means that the electric dipole balun outer conductor 2 is connected to the PCB ground layer 51 through a conductive medium, as shown in the figure.
  • the end portion of the balun outer conductor 2 in the embodiment of the present invention is formed with soldering pins 9 which are interposed on the PCB dielectric substrate 52 and soldered to each other with the PCB ground layer 51. DC grounding between the two.
  • the balun outer conductor 2 and the PCB ground plane 51 are grounded to DC, which can improve the grounding effect of the balun and the PCB, especially the channel isolation of the orthogonally polarized electric dipole.
  • the electric dipole balun outer conductor and the reflector are grounded in a direct current manner.
  • the PCB strip wire and the electric dipole balun inner conductor are electrically connected by soldering.
  • the grounding layer of the PCB and the grounding of the reflector are coupled to each other: the conductive medium material is disposed between the ground layer of the PCB and the reflector; the conductive material comprises:
  • the electric dipole is soldered to the feeding network in the form of a PCB, it is easy to control the quality, thereby ensuring the PIM reliability of the connection portion between the electric dipole and the feeding network;
  • the connection between the pole and the PCB feed unit not only depends on the welding of the inner and outer conductors, but also through the DC grounding between the electric dipole and the reflector, for example, the DC grounding by the metal screw, which increases the electric dipole and
  • the force protection of the solder joint between the PCB feed units ensures the long-term reliability of the PIM in the antenna and the feed network connection part of the antenna.

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Abstract

一种天线辐射单元、馈电方法及天线系统，所述天线辐射单元包括：电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板PCB馈电单元；电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器balun外导体和电偶极子balun内导体，PCB馈电单元包括PCB带线和PCB接地层；其中，PCB馈电单元位于反射板有电偶极子的一侧，PCB带线与电偶极子balun内导体电连接，PCB接地层与反射板耦合接地，电偶极子balun外导体的底部与反射板直流接地。所述天线辐射单元、馈电方法及天线系统能够保证天线中电偶极子和馈电网络连接部位的PIM的可靠性；且，保证天线中电偶极子和馈电网络连接部位的PIM长期可靠性。

Description

天线辐射单元、 馈电方法及天线系统 技术领域 本发明涉及天线辐射单元，尤其涉及天线辐射单元、馈电方法及天线系统。
背景技术
在移动通信基站天线中， 通常采用电偶极子和贴片作为天线的辐射单元。 特别的， 由于模压电偶极子相对于其他电偶极子具有更好的辐射性能和带宽， 越来越多的被选择作为天线的辐射单元。
通常， 在基站天线中， 采用正交极化的电偶极子 （如 +/-45。 极化）作为 辐射单元， 电偶极子和同轴电缆形式的馈电网络采用焊接方式连接， 如图 1 所示为电偶极子与同轴电缆馈电网络的连接示意图， 其中， 电偶极子臂 1与电 偶极子平衡-不平衡转换器（balun )外导体 2连接， 电偶极子 balun外导体 2 与同轴电缆的外导体 5焊接， 电偶极子 balun内导体 3与同轴电缆的内导体 6 焊接， 馈电网络通过同轴电缆的外导体 5和内导体 6以及电偶极子 balun外导 体 2和电偶极子 balun内导体 3对电偶极子臂 1馈电。
本发明的发明人发现，如果电偶极子和同轴电缆采用焊接方式连接， 则会 由于同轴电缆的外导体散热较快，导致在焊接同轴电缆和电偶极子时焊接操作 困难， 且 4艮难控制焊接质量， 进而导致天线中电偶极子 balun外导体 2与同轴 电缆的外导体 5的焊接部位的无源互调 （PIM )可靠性降低。
发明内容
有鉴于此， 本发明实施例要解决的技术问题是， 提供天线辐射单元、馈电 方法及天线系统， 以便于控制焊接电偶极子和馈电网络时的焊接质量， 以保证 天线中电偶极子和馈电网络连接部位的 PIM的可靠性； 且， 能够增加电偶极 子和馈电网络之间焊点的受力保护，从而保证天线中电偶极子和馈电网络连接 部位的 PIM长期可靠性。 为此， 本发明实施例采用如下技术方案： 本发明实施例提供一种天线辐射单元， 包括： 电偶极子、反射板和为电偶 极子馈电的印刷集成电路板 PCB馈电单元； 所述的电偶极子设置在所述反射 板上，所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器 balun外导体和电偶极子 balun内导体， 所述 PCB馈电单元包括 PCB带线、 PCB接地层以及 PCB介质 基底， 所述 PCB带线及所述 PCB接地层位于 PCB介质基底的两侧， 其中， 所述 PCB馈电单元位于所述反射板有电偶极子的一侧， 所述 PCB带线与 所述电偶极子 balun内导体电连接，所述 PCB接地层与所述反射板电耦合，所 述电偶极子 balun外导体与所述反射板直流接地。
本发明实施例还提供一种天线辐射单元的馈电方法， 包括：
所述辐射单元包括电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板
PCB馈电单元； 所述的电偶极子设置在所述反射板上， 所述电偶极子包括电 偶极子平衡-不平衡转换器 balun外导体和电偶极子 balun内导体； 所述 PCB 馈电单元包括 PCB带线和 PCB接地层；
所述 PCB带线与所述电偶极子 balun内导体通过传输介质进行信号传输； 所述 PCB接地层与所述反射板通过电耦合进行信号传输；
所述电偶极子 balun外导体与所述反射板以直流方式接地。
本发明实施例还提供一种天线系统，其包括基站，主馈线，以及辐射单元， 所述基站通过所述主馈线与所述辐射单元连接， 其中， 所述的辐射单元包括： 电偶极子、 反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板 PCB馈电单元； 所述 的电偶极子设置在所述反射板上， 所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转 换器 balun外导体和电偶极子 balun内导体， 所述 PCB馈电单元包括 PCB带 线和 PCB接地层及以及 PCB介质基底， 所述 PCB带线及所述 PCB接地层位 于 PCB介质基底的两侧， 其中，
所述 PCB馈电单元位于所述反射板有电偶极子的一侧， 所述 PCB带线与 所述电偶极子 balun内导体电连接，所述 PCB接地层与所述反射板电耦合，所 述电偶极子 balun外导体与所述反射板直流接地。
对于上述技术方案的技术效果分析如下：
由于电偶极子与 PCB形式的馈电网络焊接， 容易控制质量， 从而保证了 电偶极子与馈电网络连接部位的 PIM可靠性； 而且， 电偶极子与 PCB馈电单 元之间的连接不止依靠内外导体的焊接，还通过电偶极子与反射板之间的直流 接地， 例如通过金属螺釘实现的直流接地， 增加了对于电偶极子与 PCB馈电 单元之间焊点的受力保护，保证了天线中电偶极子和馈电网络连接部位的 PIM 长期可靠性。
附图说明 图 1为现有技术的电偶极子与同轴电缆馈电网络的连接示意图； 图 2为本发明实施例的电偶极子与 PCB形式的馈电网络的连接示意图； 图 3为本发明实施例天线辐射单元的馈电方法流程示意图；
图 4为本发明实施例天线系统结构示意图。
具体实施方式 本发明实施例的天线辐射单元包括： 包括： 电偶极子、反射板和为电偶极 子馈电的印刷集成电路板 ( PCB )馈电单元； 电偶极子包括电偶极子平衡-不 平衡转换器 balun外导体和电偶极子 balun内导体， PCB馈电单元包括 PCB带 线和 PCB接地层； 其中，
PCB馈电单元位于反射板有电偶极子的一侧， PCB带线与电偶极子 balun 内导体电连接， PCB接地层与反射板耦合接地， 电偶极子 balun外导体的底部 与反射板直流接地。
其中， PCB带线与电偶极子 balun内导体可以通过焊接实现两者之间的电 连接；
电偶极子 balun外导体底部可以与反射板通过导电连接件例如金属螺釘连 接， 实现两者之间的直流接地。
进一步地，所述电偶极子 balun外导体与 PCB接地层也可以直流接地。具 体的， 电偶极子 balun外导体与 PCB接地层针脚状焊接，从而实现两者之间的 直流接地。
或者， 所述电偶极子 balun外导体、 PCB接地层以及反射板直流接地。 具 体的， 所述电偶极子 balun外导体、 PCB接地层以及反射板通过同一导电连接 件例如金属螺釘连接， 实现三者之间的直流接地。
其中， PCB接地层与 PCB带线设置于 PCB介质基底的两侧。 PCB接地层与反射板耦合接地可以包括： 在 PCB接地层和反射板之间设 置导电介质材料； 所述导电介质材料可以包括： 涂抹于 PCB接地层和 /或反射 板表面的非金属材料； 或者， 填充在 PCB接地层和反射板之间的非金属材料 薄膜。
下面结合图 2, 对本发明实施例进行详细说明。
如图 2所示， 该装置包括： 电偶极子、 反射板 4以及 PCB馈电单元， 所 述电偶极子包括： 电偶极子臂 1、 电偶极子 balun外导体 2、 电偶极子 balun内 导体 3; 所述 PCB馈电单元包括： PCB带线 7、 PCB接地层 51以及 PCB介质 基底 52; 其中，
PCB带线 7与 PCB接地层 51位于 PCB介质基底 52的两侧， 所述 PCB 带线 7用于从馈电网络向电偶极子臂 1传输射频功率；电偶极子臂 1与电偶极 子 balun外导体 2连接； 电偶极子 balun内导体 3与 PCB带线 7电连接， 所述 电偶极子 balun内导体 3与 PCB带线 7可以通过焊接实现所述电连接；电偶极 子 balun外导体 2与反射板 4直流接地， 这里的直流接地是指： 所述电偶极子 balun外导体 2通过导电介质连接所述反射板 4, 具体的， 电偶极子 balun外导 体 2与反射板 4可以通过导电连接件 8如导电螺釘连接，实现两者之间的直流 接地； PCB接地层 51与反射板 4耦合接地， 其中， 所述耦合接地是指 PCB接 地层 51与反射板 4的金属面非直接接触， 两者之设置一种导电介质材料（图 2中未示出 ),这种介质材料可以是一种涂抹在 PCB接地层和 /或反射板表面的 非金属材料， 也可以是填充在 PCB接地层和反射板之间的非金属材料薄膜。 另外， 电偶极子 balun外导体 2与 PCB接地层 51也可以直流接地， 这里的直 流接地是指：所述电偶极子 balun外导体 2通过导电介质连接所述 PCB接地层 51 , 如图 2所示， 本发明实施例中的 balun外导体 2的端部形成有焊接针脚 9, 该焊接针脚 9插置在所述 PCB介质基底 52上并与 PCB接地层 51之间相互焊 接， 实现了两者之间的直流接地。
或者， 在实际应用中， 电偶极子 balun外导体 2与 PCB接地层 51也可以 通过一个导电连接件实现两者之间的直流接地；
或者， 在实际应用中， 电偶极子 balun外导体 2、 PCB接地层 51以及反射 板 4也可以同时直流接地， 这里的直流接地是指： 所述电偶极子 balun外导体 2通过导电介质连接 PCB接地层 51以及反射板 4 , 具体的， 可以通过同一导 电连接件如金属螺釘实现三者之间的直流接地。
在实际应用中， 将 balun外导体 2与 PCB接地层 51直流接地， 可以改善 balun与 PCB的接地效果， 尤其是改善正交极化电偶极子的通道隔离度。
本实施例中， 所述电偶极子的 balun包括外导体 2和内导体 3两部分， 在 图 2所示的馈电装置中， 外导体 2内形成呈 "n" 形腔道， 内导体 3与该外导 体 2设置在所述的 "n"形腔道内；在实际应用中，还存在各种不同结构的 balun, 其均可以应用于本发明实施例的馈电装置中， 这里不赘述。
综上所述， 在本发明实施例中， 馈电网络采用 PCB形式与电偶极子 balun 外导体和电偶极子 balun内导体连接， 对电偶极子馈电， 因此， 是将电偶极子 与 PCB形式的馈电网络焊接， 而由于 PCB馈电单元中可以包含部分馈电网络 的电缆线路， 可以减少馈电网络中对于同轴电缆的使用量，从而减少电偶极子 与 PCB形式的馈电网络之间的焊接点； 而且， PCB接地层与 balun外导体耦 合接地，无需焊接； 因此，相对于现有技术中电偶极子与同轴电缆的焊接来说， 本发明实施例中将电偶极子与 PCB形式的馈电网络焊接更容易操作且容易控 制质量， 从而保证了天线中电偶极子与馈电网络连接部位的 PIM可靠性； 另外， 电偶极子与 PCB馈电单元之间的连接不止依靠内外导体的焊接， 还通过电偶极子与反射板之间的直流接地， 例如通过金属螺釘实现的直流接 地， 增加了对于电偶极子与 PCB馈电单元之间焊点的受力保护， 保证了天线 的 PIM长期可靠性。 基于以上的天线辐射单元，本发明实施例还提供一种天线辐射单元的馈电 方法， 其中， 所述天线辐射单元包括： 电偶极子、 反射板和为电偶极子馈电的 印刷集成电路板 PCB馈电单元； 所述的电偶极子设置在所述反射板上， 所述 电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器 balun外导体和电偶极子 balun内导 体； 所述 PCB馈电单元包括 PCB带线和 PCB接地层；
该方法还包括：
步骤 301: 所述 PCB带线与所述电偶极子 balun内导体通过传输介质进行 信号传输； 步骤 302: 所述 PCB接地层与所述反射板通过电耦合进行信号传输； 步骤 303: 所述电偶极子 balun外导体与所述反射板以直流方式接地。 其中， 以上的步骤 301~步骤 303这三个步骤之间执行顺序不限定。
优选地， 所述电偶极子 balun外导体与所述反射板之间可以以直流方式接 地。
优选地，所述电偶极子 balun外导体与所述 PCB接地层可以以直流方式接 地。
优选地， 所述电偶极子 balun外导体、 PCB接地层以及反射板可以以直流 方式接地。 本发明实施例还提供一种天线系统， 该天线系统包括基站 410, 主馈线 420, 以及辐射单元 430, 所述基站 410通过所述主馈线 420与所述辐射单元 430连接； 其中，
所述的辐射单元 430包括： 电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集 成电路板 PCB馈电单元； 所述的电偶极子设置在所述反射板上， 所述电偶极 子包括电偶极子平衡-不平衡转换器 balun外导体和电偶极子 balun内导体， 所 述 PCB馈电单元包括 PCB带线和 PCB接地层及以及 PCB介质基底，所述 PCB 带线及所述 PCB接地层位于 PCB介质基底的两侧， 其中，
所述 PCB馈电单元位于所述反射板有电偶极子的一侧， 所述 PCB带线与 所述电偶极子 balun内导体电连接，所述 PCB接地层与所述反射板电耦合，所 述电偶极子 balun外导体与所述反射板直流接地。
优选地， 所述电偶极子 balun外导体与所述反射板通过导电连接件连接， 实现所述电偶极子 balun外导体与所述反射板之间的直流接地。
优选地， 所述电偶极子 balun外导体与所述 PCB接地层直流接地。
优选地， 所述 balun外导体的端部形成有焊接针脚， 该焊接针脚插置在所 述 PCB介质基底上并与 PCB接地层之间相互焊接， 实现所述 balun外导体及 所述 PCB接地层之间的直流接地。
优选地， 所述电偶极子 balun外导体、 PCB接地层以及反射板直流接地。 优选地， 所述电偶极子 balun外导体、 PCB接地层以及反射板通过同一导 电连接件连接， 实现所述电偶极子 balun外导体、所述 PCB接地层以及所述反 射板之间的直流接地。
优选地， 所述导电连接件包括： 金属螺釘。
优选地， PCB带线与电偶极子 balun内导体通过焊接实现所述电连接。 优选地， PCB接地层与反射板耦合接地包括： 在 PCB接地层和反射板之 间设置导电介质材料； 所述导电介质材料包括：
涂抹于 PCB接地层和 /或反射板表面的非金属材料； 或者，
填充在 PCB接地层和反射板之间的非金属材料薄膜。
在该馈电方法及天线系统中， 由于电偶极子与 PCB形式的馈电网络焊接， 容易控制质量， 从而保证了电偶极子与馈电网络连接部位的 PIM可靠性； 而 且， 电偶极子与 PCB馈电单元之间的连接不止依靠内外导体的焊接， 还通过 电偶极子与反射板之间的直流接地， 例如通过金属螺釘实现的直流接地，增加 了对于电偶极子与 PCB馈电单元之间焊点的受力保护， 保证了天线中电偶极 子和馈电网络连接部位的 PIM长期可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通 技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

权 利 要 求
1、 一种天线辐射单元， 其特征在于， 包括： 电偶极子、 反射板和为电偶 极子馈电的印刷集成电路板 PCB馈电单元； 所述的电偶极子设置在所述反射 板上，所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器 balun外导体和电偶极子 balun内导体， 所述 PCB馈电单元包括 PCB带线、 PCB接地层以及 PCB介质 基底， 所述 PCB带线及所述 PCB接地层位于 PCB介质基底的两侧， 其中， 所述 PCB馈电单元位于所述反射板有电偶极子的一侧， 所述 PCB带线与 所述电偶极子 balun内导体电连接，所述 PCB接地层与所述反射板电耦合，所 述电偶极子 balun外导体与所述反射板直流接地。
2、 如权利要求 1所述的辐射单元， 其特征在于， 所述电偶极子 balun外 导体与所述反射板通过导电连接件连接， 实现所述电偶极子 balun外导体与所 述反射板之间的直流接地。
3、 根据权利要求 1所述的辐射单元， 其特征在于， 所述电偶极子 balun 外导体与所述 PCB接地层直流接地。
4、 根据权利要求 3所述的辐射单元， 其特征在于， 所述 balun外导体的 端部形成有焊接针脚， 该焊接针脚插置在所述 PCB介质基底上并与 PCB接地 层之间相互焊接， 实现所述 balun外导体及所述 PCB接地层之间的直流接地。
5、 根据权利要求 1所述的辐射单元， 其特征在于， 所述电偶极子 balun 外导体、 PCB接地层以及反射板直流接地。
6、 根据权利要求 5所述的辐射单元， 其特征在于， 所述电偶极子 balun 外导体、 PCB接地层以及反射板通过同一导电连接件连接， 实现所述电偶极 子 balun外导体、 所述 PCB接地层以及所述反射板之间的直流接地。
7、 根据权利要求 2或 6所述的辐射单元， 其特征在于， 所述导电连接件 包括： 金属螺釘。
8、 根据权利要求 1至 6任一项所述的辐射单元， 其特征在于， PCB带线 与电偶极子 balun内导体通过焊接实现所述电连接。
9、 根据权利要求 1至 6任一项所述的辐射单元， 其特征在于， PCB接地 层与反射板耦合接地包括： 在 PCB接地层和反射板之间设置导电介质材料； 所述导电介质材料包括：
涂抹于 PCB接地层和 /或反射板表面的非金属材料； 或者，
填充在 PCB接地层和反射板之间的非金属材料薄膜。
10、 一种天线辐射单元的馈电方法， 其特征在于， 包括：
所述辐射单元包括电偶极子、反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板 PCB馈电单元； 所述的电偶极子设置在所述反射板上， 所述电偶极子包括电 偶极子平衡-不平衡转换器 balun外导体和电偶极子 balun内导体； 所述 PCB 馈电单元包括 PCB带线和 PCB接地层；
所述 PCB带线与所述电偶极子 balun内导体通过传输介质进行信号传输； 所述 PCB接地层与所述反射板通过电耦合进行信号传输；
所述电偶极子 balun外导体与所述反射板以直流方式接地。
11、 根据权利要求 10所述的方法， 其特征在于， 所述电偶极子 balun夕卜 导体与所述反射板之间以直流方式接地。
12、 根据权利要求 10所述的方法， 其特征在于， 所述电偶极子 balun外 导体与所述 PCB接地层以直流方式接地。
13、 根据权利要求 10所述的方法， 其特征在于， 所述电偶极子 balun外 导体、 PCB接地层以及反射板以直流方式接地。
14、 一种天线系统， 其包括基站， 主馈线， 以及辐射单元， 所述基站通过 所述主馈线与所述辐射单元连接， 其特征在于： 所述的辐射单元包括： 电偶极 子、 反射板和为电偶极子馈电的印刷集成电路板 PCB馈电单元； 所述的电偶 极子设置在所述反射板上， 所述电偶极子包括电偶极子平衡-不平衡转换器 balun外导体和电偶极子 balun内导体， 所述 PCB馈电单元包括 PCB带线和 PCB接地层及以及 PCB介质基底，所述 PCB带线及所述 PCB接地层位于 PCB 介质基底的两侧， 其中，
所述 PCB馈电单元位于所述反射板有电偶极子的一侧， 所述 PCB带线与 所述电偶极子 balun内导体电连接，所述 PCB接地层与所述反射板电耦合，所 述电偶极子 balun外导体与所述反射板直流接地。
15、 如权利要求 14所述的天线系统， 其特征在于， 所述电偶极子 balun 外导体与所述反射板通过导电连接件连接， 实现所述电偶极子 balun外导体与 所述反射板之间的直流接地。
16、 根据权利要求 14所述的天线系统， 其特征在于， 所述电偶极子 balun 外导体与所述 PCB接地层直流接地。
17、 根据权利要求 16所述的天线系统， 其特征在于， 所述 balun外导体 的端部形成有焊接针脚， 该焊接针脚插置在所述 PCB介质基底上并与 PCB接 地层之间相互焊接，实现所述 balun外导体及所述 PCB接地层之间的直流接地。
18、 根据权利要求 14所述的天线系统， 其特征在于， 所述电偶极子 balun 外导体、 PCB接地层以及反射板直流接地。
19、 根据权利要求 18所述的天线系统， 其特征在于， 所述电偶极子 balun 外导体、 PCB接地层以及反射板通过同一导电连接件连接， 实现所述电偶极 子 balun外导体、 所述 PCB接地层以及所述反射板之间的直流接地。
20、 根据权利要求 15或 19所述的天线系统， 其特征在于， 所述导电连接 件包括： 金属螺釘。
21、 根据权利要求 14至 19任一项所述的天线系统， 其特征在于， PCB 带线与电偶极子 balun内导体通过焊接实现所述电连接。
22、 根据权利要求 14至 19任一项所述的天线系统， 其特征在于， PCB 接地层与反射板耦合接地包括： 在 PCB接地层和反射板之间设置导电介质材 料； 所述导电介质材料包括：
涂抹于 PCB接地层和 /或反射板表面的非金属材料； 或者，
填充在 PCB接地层和反射板之间的非金属材料薄膜。
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