CN104393422A - 多频阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多频阵列天线，包括金属反射板以及设置在该金属反射板上的由至少一个低频辐射单元组成的低频辐射阵列和由至少一个高频辐射单元组成的高频辐射阵列，其中，定义一条与所述金属反射板的纵长方向平行的轴线，至少一个所述低频辐射阵列沿所述轴线方向布置；所述低频辐射单元包括至少一个辐射臂，所述高频辐射单元设置在所述低频辐射单元的辐射臂的上方和/或两个所述低频辐射单元之间。本发明多频段阵列天线有效减小了横向尺寸，电气性能优越，安装方便，可靠性高。

Description

多频阵列天线

技术领域

本发明涉及一种移动通信天线技术，尤其涉及一种多频阵列天线。

背景技术

随着***移动通信网络建设的逐步加速，各运营商开始寻求能够向下兼容GSM800、GSM900、DCS1800、PCS、CDMA1800、CDMA2000等2G及3G制式且能够向上兼容LTE700、LTE2600等4G制式的超宽带天线。且由于选址建站时的诸多困难运营商更迫切需求一款小辐射口径多频段超宽带的基站天线来降低建站成本及提高天线辐射口面利用效率。本发明由此出发，提供了一种小尺寸的超宽带多频阵列天线，该天线以及依据该天线原理设计的其他天线可在极小的截面尺寸能实现三频、四频、甚至六频天线的小型化设计，具有极其广阔的应用前景。

现有技术之一：Kathrein-Werke KG公司公开了一种嵌套方法的小型化天线设计方法(US2006/00114168A1)，但该方法在面对三个及以上独立电调频段使用情形下尺寸无法进一步减小。现有技术之二：华为公司所公开的公布号为CN103050788A专利中给出了另一种设计思路，通过将高频天线置于低频辐射臂环中，达到减小整体天线尺寸的目的，但其高频辐射特性受制于围绕在高频辐射单元周围的低频辐射臂，很难做到最优。

发明内容

本发明的目的是，为克服现有技术的不足，提供一种多频段共用的阵列天线。

为达到以上技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多频阵列天线，包括金属反射板以及设置在该金属反射板上的由至少两个低频辐射单元组成的低频辐射阵列和由至少一个高频辐射单元组成的高频辐射阵列，其中，定义一条与所述金属反射板的纵长方向平行的轴线，至少一个所述低频辐射阵列沿所述轴线方向布置；所述低频辐射单元包括至少一个辐射臂，所述高频辐射单元设置在所述低频辐射单元的辐射臂的上方和/或两个所述低频辐射单元之间。

关于间距：两个相邻的所述低频辐射单元的间距为低频工作频段中心频点对应波长的0.82～0.95倍；两个相邻的所述高频辐射单元的间距为高频工作频段中心频点对应波长的0.7～0.85倍。

关于高频辐射阵列的布置方向：穿过所述低频辐射单元的中心点的所述轴线定义为第一轴线；所述低频辐射单元的辐射臂中供所述高频辐射单元叠放的位置定义为叠加处，所述叠加处布置在所述第一轴线两侧，穿过多个在所述第一轴线同一侧的叠加处的所述轴线定义为第二轴线和/或第三轴线；所述高频辐射阵列沿所述第二轴线和/或第三轴线布置；属于同一个高频辐射阵列的多个高频辐射单元沿所述第二轴线或第三轴线方向布置。

关于低频辐射单元和高频辐射单元的叠加设置：存在叠加关系的所述低频辐射单元的辐射臂和高频辐射单元之间设有绝缘体。

关于低频辐射单元的结构：所述低频辐射单元包括四个±45°正交、中心对称的辐射臂。

进一步地，所述辐射臂为镂空体。所述高频辐射单元设置在所述低频辐射单元的辐射臂的镂空位置的上方。

更进一步地，所述低频辐射单元的高度不超过该阵列天线低频频点对应的波长的1/8。

关于高频辐射单元的结构：所述高频辐射单元包括高频辐射体和包围在所述高频辐射体外的反射罩，所述反射罩上端开口，下端与所述绝缘体盖合或连接。

所述高频辐射体包括高频辐射臂以及对该高频辐射臂起支撑和馈电作用的巴伦，所述高频辐射单元以所述巴伦固定在所述低频辐射单元的辐射臂上。

与现有技术相比较，本发明具有如下优势：

(1)将高频辐射单元叠加在低频辐射单元的辐射臂上，，可有效减小该阵列天线的横向尺寸，并且不影响该阵列天线的辐射特性；

(2)在低频辐射单元的辐射臂设置镂空结构，将高频辐射单元叠放在该镂空结构上方，并以绝缘体相隔离，可减少低频辐射阵列与高频辐射阵列之间的相互影响；

(3)在高频辐射单元的高频辐射体外设置反射罩，该反射罩形成高频辐射单元的辐射边界，不仅可进一步减少高频辐射阵列与低频辐射阵列之间的干扰，还便于对高频辐射单元进行馈电；

(4)基于低频辐射阵列所形成的第一轴线的其他多条轴线，作为高频辐射阵列的布置基线，使该阵列天线上可设置多个频段的辐射阵列，实现该阵列天线的宽频带、多频段通信。

附图说明

图1为本发明多频阵列天线第一实施例的俯视结构图，其中，该阵列天线包含一个低频辐射阵列和两个高频辐射阵列。

图2为本发明多频阵列天线第二实施例的俯视结构图，其中，该阵列天线包含一个低频辐射阵列和一个高频辐射阵列。

图3为本发明多频阵列天线第三实施例的俯视结构图，其中，位于两个低频辐射单元之间的高频辐射单元偏离第一轴线布置。

图4为本发明多频阵列天线的侧面视图，示出了位于低频辐射单元辐射臂上的高频辐射单元的设置，以及位于两个低频辐射单元之间的高频辐射单元的设置。

图5为本发明多频阵列天线的侧面视图，示出了位于低频辐射单元辐射臂上的高频辐射单元的结构，其中虚线的高频辐射体表示该高频辐射体被反射罩包围。

图6为本发明多频阵列天线的低频辐射单元的俯视结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例一

低频辐射阵列与高频辐射阵列在金属反射板上的布置

请参考图1～3，所述阵列天线包括金属反射板1，以及安装在该金属反射板1上的低频辐射阵列2和高频辐射阵列3和4。所述低频辐射阵列2包括至少一个低频辐射单元21；所述高频辐射阵列3和4分别包括至少一个高频辐射单元。

如图1～3所示，所述金属反射板1为适应移动通信天线的实际应用通常设置为纵长矩形，若干个所述低频辐射单元21沿所述金属反射板1的纵长方向排列，由此定义第一轴线(未图示)：与金属反射板1纵长方向平行的、穿过若干个所述低频辐射单元21的中心点的轴线。参考图6，所述低频辐射单元21设有四个辐射臂211，其中每个所述辐射臂211上设有供一个所述高频辐射单元放置其上的叠加处212；一个所述低频辐射单元上的四个所述叠加处212分布在所述第一轴线两侧，即所述第一轴线不穿过任一所述叠加处212。优选地，在所述第一轴线同一侧的属于多个所述低频辐射单元的所述叠加处212设置在同一条直线上，由此定义第二轴线或第三轴线(未图示)：穿过多个在所述第一轴线同一侧的所述叠加处212的轴线。所述第二轴线和第三轴线与所述第一轴线平行。两个相邻的所述低频辐射单元的间距为低频工作频段中心频点对应波长的0.82～0.95倍。

参考图1～4，所述高频辐射阵列3和4的组成和设置相似，以所述高频辐射阵列3为例，该高频辐射阵列3中包含两种高频辐射单元：一种是叠放在所述低频辐射单元叠加处212的高频辐射单元3A；另一种是设置在两个相邻的低频辐射单元21之间的高频辐射单元3B，所述高频辐射单元3B设置在所述金属反射板1上，与所述低频辐射单元21共面设置。如图1所示，该阵列天线包含所述高频辐射阵列3和4时，所述高频辐射阵列3和4分别沿所述第二轴线和第三轴线布置；如图2所示，若该阵列天线只包含一个高频辐射阵列(高频辐射阵列3或4)，则将该高频辐射阵列择一地布置在所述第二轴线或第三轴线上。两个相邻的所述高频辐射单元的间距为高频工作频段中心频点对应波长的0.7～0.85倍。

另外，如图3所示，根据移动通信天线的设计需要，所述高频辐射单元3B或4B可以设置在偏离其所在的第二轴线或第三轴线的位置上，所述偏离设置的高频辐射单元3B或4B可以靠近所述第一轴线设置，也可以远离所述第一轴线设置。

前述的低频辐射阵列2以及高频辐射阵列3和4在金属反射板1上的布置方式有效降低天线横截面尺寸同时,亦可降低两者之间的信号干扰，本领域技术人员应当知晓，控制低频辐射单元和高频辐射单元布置方式是可以根据天线原理灵活变化的，实现方式可以有多种，并不限于前述的结构。

实施例二

低频辐射单元与高频辐射单元的结构

以高频辐射单元3A和3B为例，对该高频辐射单元的结构进行详细的描述。

参考图4和图5，所述高频辐射单元3A和3B的结构相同：包括高频辐射体31、反射罩32和介质层33。所述高频辐射体31实现高频辐射信号的发送和/或接收；所述反射罩32包围在该高频辐射体31四周，形成该高频辐射体31的辐射边界，并在所述高频辐射体31周围形成反射腔，用以控制高频辐射信号的发送和/或接收方向，本实施例中，所述反射罩32上端开口，下端闭合，并且反射罩32的上端的口径大于其下端的口径；结合图5所示的所述阵列天线的侧视图，以及图1～3的所述阵列天线的俯视图，可知该反射罩32是倒梯形台结构。请再次参考图1～3以及图5，为了改善所述高频辐射单元3A和3B的高频辐射性能和电路性能，该高频辐射单元3A和3B还包括设置在所述反射罩32上端边缘上方的框架状的介质层33，所述介质层33有一定厚度，以塑料支架34支撑在所述反射罩32的上端边缘上方，所述介质层33与反射罩32的上端边缘保持一定的间隙距离。

进一步地，为防止所述高频辐射单元3A与其下方的低频辐射单元21相互干扰，在所述高频辐射单元3A和低频辐射单元21之间设有绝缘层5，该绝缘层5与所述反射罩32的下端相盖合或连接。

作为所述绝缘层5的替代技术方案，所述高频辐射体31可以包括高频辐射臂(未标示)以及对该高频辐射臂起支撑和馈电作用的巴伦(未标示)，所述高频辐射单元3A以所述巴伦固定在所述低频辐射单元的辐射臂上。

所述低频辐射单元21的工作频段为698～960MHz，其高度不超过该阵列天线低频频点对应的波长的1/8。参考图6所示的优选的所述低频辐射单元21的俯视图，展示了所述低频辐射单元21的辐射面(未标示)，所述辐射面由四个中心对称的辐射臂211组成，具体为四个基本轮廓为矩形的辐射臂211，所述辐射臂211以±45°正交，因此所述辐射面也呈矩形；进一步地，所述矩形的辐射面的外轮廓角向外突出设置矩形的镂空结构，该镂空结构即为前述的供所述高频辐射单元3A叠放的叠加处212。作为举例，所述低频辐射单元21的辐射面可以是印制在绝缘板上的，所述叠加处212即为裸露的绝缘板部分，所述高频辐射单元3A直接固定在前述绝缘板上。所述裸露的绝缘板部分实现了所述绝缘层5的绝缘功能。

根据设计要求，所述低频辐射单元21依靠其辐射面的边缘进行辐射，与此同时，叠放在该低频辐射单元21上的包含有所述反射罩32的高频辐射单元3A的辐射方向受到所述反射罩32的约束，指向指定方向，因此所述低频辐射单元21和高频辐射单元3A辐射的信号互不干扰，可实现多频段辐射的性能的最优化，同时减小整个阵列天线的横向尺寸。

综上所述，本发明小尺寸超宽带多频段阵列天线有效减小了横向尺寸，电气性能优越，安装方便，可靠性高。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多频阵列天线，包括金属反射板以及设置在该金属反射板上的由至少两个低频辐射单元组成的低频辐射阵列和由至少一个高频辐射单元组成的高频辐射阵列，其特征在于：定义一条与所述金属反射板的纵向平行的轴线，至少一个所述低频辐射阵列沿所述轴线方向布置；所述低频辐射单元包括至少一个辐射臂，所述高频辐射单元设置在所述低频辐射单元的辐射臂的上方和两个所述低频辐射单元之间。

2.如权利要求1所述的多频阵列天线，其特征在于：两个相邻的所述低频辐射单元的间距为低频工作频段中心频率对应波长的0.82～0.95倍；两个相邻的所述高频辐射单元的间距为高频工作频段中心频点对应波长的0.7～0.85倍。

3.如权利要求1和2所述的多频阵列天线，其特征在于：穿过所述低频辐射单元的中心点的所述轴线定义为第一轴线；所述低频辐射单元的辐射臂中供所述高频辐射单元叠放的位置定义为叠加处，所述叠加处布置在所述第一轴线两侧，穿过多个在所述第一轴线同一侧的叠加处的所述轴线定义为第二轴线和第三轴线；属于同一个高频辐射阵列的多个高频辐射单元沿所述第二轴线或第三轴线方向布置。

4.如权利要求3所述的多频阵列天线，其特征在于：存在叠加关系的所述低频辐射单元的辐射臂和高频辐射单元之间设有绝缘体。

5.如权利要求1或2所述的多频阵列天线，其特征在于：所述低频辐射单元包括四个±45°正交、中心对称的辐射臂。

6.如权利要求5所述的多频阵列天线，其特征在于：所述辐射臂为镂空体。

7.如权利要求6所述的多频阵列天线，其特征在于：所述高频辐射单元设置在所述低频辐射单元的辐射臂的镂空位置的上方。

8.如权利要求4所述的多频阵列天线，其特征在于：所述低频辐射单元的高度不超过该阵列天线低频频点对应的波长的1/8。

9.如权利要求4所述的多频阵列天线，其特征在于：所述高频辐射单元包括高频辐射体和包围在所述高频辐射体外的反射罩，所述反射罩上端开口，下端与所述绝缘体盖合或连接。

10.如权利要求9所述的多频阵列天线，其特征在于：所述高频辐射体包括高频辐射臂以及对该高频辐射臂起支撑和馈电作用的巴伦，所述高频辐射单元以所述巴伦固定在所述低频辐射单元的辐射臂上。