CN105576351A - 一种天线辐射单元及天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线辐射单元及天线，涉及无线通信技术领域。该天线辐射单元包括三对偶极子和三条馈电连接导体；其中，三对偶极子中的任意两对偶极子的轴向所在基准平面均与另一对偶极子的轴向垂直；每个偶极子包括第一振子臂、第二振子臂以及连接第一振子臂和第二振子臂的馈电点导体；三对偶极子的馈电点导体分别与所述三条馈电连接导体的一端连接，三条馈电连接导体的另一端分别与一馈电网络板连接。该天线利用对天线辐射单元的结构设计，通过调整三对偶极子的幅值、相位来实现单个天线辐射单元的高增益性能；同时通过馈电网络板调节天线辐射单元之间的相位，实现高层密集城区场景下，大下倾角性能的要求，达到过高站覆盖街道的目的。

Description

一种天线辐射单元及天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种天线辐射单元及天线。

背景技术

随着LTE时代的到来，以及城市的快速发展，基站的选址越来越的困难。在发达的密集城区，大部分被超过50米甚至到100米以上的建筑覆盖，而现有宏蜂窝基站天线只能在合理的高度和位置架设，如果稍有不慎，将会对整个网络造成严重的小区间干扰。原有宏蜂窝基站天线已经不能满足现有城市结构复杂条件下用户对网络覆盖的要求。

目前广泛使用的室外宏蜂窝基站天线性能较为统一，适合大部分的场景覆盖，但是随着城镇一体化的发展，如何保证在高层建筑密集不降低网络覆盖指标，使用现有宏蜂窝基站天线是不能满足要求的。针对高层建筑密集区域，使用现有传统宏蜂窝基站天线，在挂高过高的情况下，对网络会产生严重的越区覆盖，在现有TD-L网络、LTE网络中，对干扰更为敏感，信号与干扰加噪声比会恶化，不仅严重影响速率，且会出现频繁切换和掉网等诸多问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天线辐射单元及天线，实现基站天线现有天线下倾角度下压，实现过高站覆盖街道，提高***的抗干扰能力；同时该天线占用空间小，结构简单，易于集成和批量生产。

为了达到上述目的，本发明提供一种天线辐射单元，所述天线辐射单元包括三对偶极子和三条馈电连接导体；其中，

所述三对偶极子中的任意两对偶极子的轴向所在基准平面均与另一对偶极子的轴向垂直；

每个所述偶极子包括第一振子臂、第二振子臂以及连接所述第一振子臂和第二振子臂的馈电点导体；

所述三对偶极子的馈电点导体分别与所述三条馈电连接导体的一端连接，所述三条馈电连接导体的另一端分别与一馈电网络板连接。

进一步的，所述第一振子臂和所述第二振子臂由良导体制成。

进一步的，所述第一振子臂和第二振子臂的长度为所述天线辐射单元工作波长的1/5至3/4之间。

进一步的，所述第一振子臂和第二振子臂的形状为圆柱形状、喇叭形状或水滴形状；且所述第一振子臂的最小宽度和所述第二振子臂的最小宽度均大于或者等于1mm。

进一步的，所述馈电连接导体为同轴电缆，所述同轴电缆包括相互绝缘的内导体和外导体。

进一步的，所述馈电点导体靠近所述第一振子臂的一侧与所述馈电连接导体的内导体连接，所述馈电点导体靠近所述第二振子臂的一侧与所述馈电连接导体的外导体连接。

本发明实施例还提供一种天线，包括馈电网络板，还包括与所述馈电网络板连接的如上所述的天线辐射单元；

所述馈电网络板用于接收来自基站的信号，并对所述天线辐射单元馈电，所述天线辐射单元用于将所述信号辐射出去。

其中，所述天线还包括至少5个镜像反射接地板，所述5个镜像反射接地板中第一镜像反射接地板、第二镜像反射接地板、第三镜像反射接地板、第四镜像反射接地板及第五镜像反射接地板依次连接；且所述依次连接的所述5个镜像反射接地板与一背板之间的夹角呈数学递归形式。

其中，所述第一镜像反射接地板与所述背板之间的夹角为0°。

其中，除了所述第五镜像反射接地板之外的每个镜像反射接地板上均设置有至少一个所述天线辐射单元；

所述天线辐射单元通过一支撑架固定于所述镜像反射接地板上，所述支撑架通过螺扣固定于所述镜像反射接地板上。

其中，所述天线辐射单元距所述镜像反射接地板的距离为天线辐射单元工作波长的1/4至2倍之间。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：

本发明实施例的天线辐射单元及天线中，利用对天线辐射单元的结构设计，通过调整三对偶极子的幅值、相位来实现单个天线辐射单元的高增益性能；同时利用振元自身的波束赋形能力，只需要4个该天线辐射单元就可以实现12dB以上的增益，实现天线的小型化设计；且通过馈电网络板调节天线辐射单元之间的相位，实现高层密集城区场景下，大下倾角性能的要求，达到过高站覆盖街道的目的。

附图说明

图1表示本发明实施例的天线辐射单元的基本结构示意图；

图2表示本发明实施例的天线的基本结构示意图；

图3表示图2中所示天线的侧视图；

图4表示图2中所示天线的正视图；

图5表示本发明实施例的天线的外部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有技术中高层密集城区场景下，天线的覆盖指标差，干扰严重，用户体验差的问题，提供一种天线辐射单元及天线中，利用对天线辐射单元的结构设计，通过调整三对偶极子的幅值、相位来实现单个天线辐射单元的高增益性能；同时利用振元自身的波束赋形能力，只需要4个该天线辐射单元就可以实现12dB以上的增益，实现天线的小型化设计；且通过馈电网络板调节天线辐射单元之间的相位，实现高层密集城区场景下，大下倾角性能的要求，达到过高站覆盖街道的目的。

如图1所示，本发明实施例提供一种天线辐射单元，所述天线辐射单元包括三对偶极子，分别为第一偶极子1，第二偶极子2和第三偶极子3；三条馈电连接导体，分别为与第一偶极子1对应的第一馈电连接导体11，与第二偶极子2对应的第二馈电连接导体21和与第三偶极子3对应的第三馈电连接导体31；

其中，所述三对偶极子中的任意两对偶极子的轴向所在基准平面均与另一对偶极子的轴向垂直；

具体而言，该第一偶极子1，第二偶极子2和第三偶极子3分别与一三维坐标系的三个坐标轴的方向一致，即任意两对偶极子的轴向均相互垂直。

进一步的，每个所述偶极子包括第一振子臂、第二振子臂以及连接所述第一振子臂和第二振子臂的馈电点导体；所述馈电点导体分别为第一偶极子1的第一馈电点导体10，第二偶极子2的第二馈电点导体20和第三偶极子3的第三馈电点导体30；同时由于该偶极子的特性，则馈电点导体均位于偶极子的中点，即该三个偶极子的第一振子臂的长度和第二振子臂的长度均相等。故较佳的，理想状态下，第一馈电点导体10，第二馈电点导体20和第三馈电点导体30均位于上述三维坐标系的圆点位置，即三个馈电点导体处于同一位置(如图1所示)；但是该三个馈电点导体均利用相应技术进行分隔，其在信号的接收及发送上互不干扰。

所述三对偶极子的馈电点导体分别与所述三条馈电连接导体的一端连接，所述三条馈电连接导体的另一端分别与一馈电网络板连接。具体的，第一馈电点导体10与第一馈电连接导体11连接后再与馈电网络板4连接；第二馈电点导体20与第二馈电连接导体21连接后也与馈电网络板4连接；第三馈电点导体30与第三馈电连接导体31连接后也与馈电网络板4连接；需要说明是，馈电网络板4为一三通路的馈电网络板，通过馈电网络板4实现对馈电点导体的独立输出和输入，并通过更换不同的馈电网络板4，使不同相位、不同幅值的信号传输到该天线辐射单元中，实现天线辐射方向的调整。

具体的，本发明的上述实施例中，所述第一振子臂和所述第二振子臂由良导体制成；所述第一振子臂和第二振子臂的长度为所述天线辐射单元工作波长的1/5至3/4之间；且所述第一振子臂和第二振子臂的形状为圆柱形状、喇叭形状或水滴形状；且所述第一振子臂的最小宽度和所述第二振子臂的最小宽度均大于或者等于1mm。

本发明上述实施例中，该天线辐射单元的三个第一振子臂和三个第二振子臂均由良导体组成，良导体即容易导电的物体，可优选紫铜材质制作。所述振子臂可以应用多种结构，如圆柱形、喇叭形或水滴形状等，在此不一一列举，来实现拓宽天线辐射单元的频带的要求；同时由于喇叭形或水滴形状的振子臂均为宽度不一致的设计，故需满足第一振子臂的最小宽度和第二振子臂的最小宽度均大于或者等于1mm的要求。

需要说明的是，第一振子臂和第二振子臂的实际长度为天线辐射单元工作波长的1/5至3/4之间；且天线辐射单元的工作波长可根据该天线辐射单元的工作频率确定，且由于天线辐射单元的工作频率不是一定值，故辐射单元的工作波长根据工作频率的改变而改变，在此不作具体限定。

承续上例，本发明的上述实施例中，所述馈电连接导体(11/21/31)为同轴电缆，所述同轴电缆包括相互绝缘的内导体和外导体。

进一步的，所述馈电点导体靠近所述第一振子臂的一侧与所述馈电连接导体的内导体连接，所述馈电点导体靠近所述第二振子臂的一侧与所述馈电连接导体的外导体连接。

具体的，本发明上述实施例中，第一馈电点导体10的第一端(靠近第一振子臂的一端)与第一馈电连接导体11的内导体连接；第一馈电点导体10的第二端(靠近第二振子臂的一端)与第一馈电连接导体11的外导体连接；需要说明的是，其他馈电点导体与对应的馈电连接导体的连接与上述的描述方式一致，在此不一一赘述。需要说明是，若馈电点导体的第一端和第二端为同一点，则该点分别连接馈电连接导体(11/21/31)的内导体和外导体。

上述天线辐射单元利用任意两个偶极子均相互垂直的结构设计，实现振元自身的波束赋形能力；且通过馈电网络板调整三对偶极子的幅值及相位，实现在不改变天线结构的前提下，达到提高单个辐射单元增益的目的。

为了更好的实现上述目的，如图2、图3和图4所示，本发明实施例还提供一种天线，包括馈电网络板4，其特征在于，还包括与所述馈电网络板4连接的如上所述的天线辐射单元；

所述馈电网络板4用于接收来自基站的信号，并对所述天线辐射单元馈电，所述天线辐射单元用于将所述信号辐射出去。其中，馈电网络板4与天线辐射单元的具体连接关系在上述实施例中已详细描述，在此不重复描述。本发明具体实施例中，通过更换不同的馈电网络板4，使不同相位、不同幅值的信号传输到该天线辐射单元上，并通过多个天线辐射单元的配合实现天线辐射方向的调整。

具体的，本发明上述实施例中，所述天线还包括至少5个镜像反射接地板，所述5个镜像反射接地板中第一镜像反射接地板5、第二镜像反射接地板6、第三镜像反射接地板7、第四镜像反射接地板8及第五镜像反射接地板9依次连接；且所述依次连接的所述5个镜像反射接地板与一背板13之间的夹角呈数学递归形式；且所述第一镜像反射接地板5与所述背板13之间的夹角为0°。

本发明上述实施例中，第一镜像反射接地板5与背板13平行，第二镜像反射接地板6与背板13之间的夹角为1°至5°，第三镜像反射接地板7与背板13之间的夹角为2°至6°，第四镜像反射接地板8与背板13之间的夹角为3°至7°，第五镜像反射接地板9与背板13之间的夹角为4°至8°；本发明实施例创新的提出了通过调整5个镜像反射接地板的角度，使得全向天线的增益方向下压，使得天线覆盖性能提升。其中，其夹角呈数学递归形式，例如第一镜像反射接地板5与背板13平行，且第二镜像反射接地板6与背板13之间的夹角为2°，则第三镜像反射接地板7与背板13之间的夹角为4°，则第四镜像反射接地板8与背板13之间的夹角为6°，则第五镜像反射接地板9与背板13之间的夹角为8°。

具体的，本发明上述实施例中，除了所述第五镜像反射接地板9之外的每个镜像反射接地板上均设置有至少一个所述天线辐射单元；即第一镜像反射接地板5，第二镜像反射接地板6，第三镜像反射接地板7及第四镜像反射接地板8上均设置有至少一个所述天线辐射单元，即该天线至少包括4个天线辐射单元。需要说明的是，通过该4个天线辐射单元之间的相位，实现10°至25°的下倾角下压，实现过高站覆盖街道。

所述天线辐射单元通过一支撑架固定于所述镜像反射接地板上，所述支撑架通过螺扣固定于所述镜像反射接地板上。即上述4个镜像反射接地板上设置通过螺扣固定设置有至少一个与三维坐标系形状一致的支撑架，三对偶极子安装于该支撑架上形成上述天线辐射单元；同时利用支撑架上的可调节螺扣调整该支撑架距离对应的镜像反射接地板之间的距离，即间接调整安装于该支撑架上的天线辐射单元距离对应的镜像反射接地板的距离；具体的，所述天线辐射单元距所述镜像反射接地板的距离为天线辐射单元工作波长的1/4至2倍之间。

具体的，本发明的上述实施例中，如图5所示，该天线还包括一天线罩体12，该天线罩体12形成的内部空间用于容纳所述至少五个镜像反射接地板；该天线还包括一顶盖11和底盖10，其联接而覆盖于天线罩体12的上部和下部的开口，该天线罩体12的大小以恰好能够容纳所述镜像反射接地板为宜，其形状根据镜像反射接地板的整体形状而设定，不限于一固定形式。

下面结合附图对本发明实施例的具体的天线结构做详细描述：

假设本发明实施例的天线设有5个镜像反射接地板，第一镜像反射接地板5至第四镜像反射接地板9上分别设置有1个天线辐射单元；

天线罩12，形成的内部空间容纳所述五个镜像反射接地板；顶盖11和底盖10，其联接而覆盖于天线罩的上部和下部的开口；天线辐射单元结构由三对偶极子振子叠加而成，通过同轴电缆输入相同的信号，每个独立的辐射单元形成波束赋形，增加天线的增益；三对偶极子安装在支撑架上，支撑架使用螺扣固定于镜像反射接地板5～9上。每个辐射单元由三对偶极子组成，其偶极子的振子臂为铜柱制作的偶极子臂，每对偶极子臂设有第一振子臂、第二振子臂以及连接所述第一振子臂和第二振子臂的反馈点导体。三对偶极子可以应用多种结构，如圆柱形、喇叭形和水滴形状等，实现天线频带拓宽；也可以通过分析递归技术实现天线小型化设计；其振子臂最窄处≥1mm。三对偶极子振子臂分别与三条坐标轴方向一致，且任意两对偶极子轴向所在基准平面均与第三对偶极子振子轴向垂直，三对偶极子臂为对称结构；三对偶极子臂的实际长度可为1/5～3/4λ。所述偶极子臂为良导体偶极子臂，并可为分形结构、喇叭结构等多种形式。

基站天线的镜像反射接地板是由5个不同的镜像反射接地板5～9连接，其与水平面的夹角成数学递归；其馈电连接导体分别独立输出输入，并与天线的馈电网络4相连，通过更换不同的馈电网络板4，使不同相位、幅值的信号传输到四个辐射单元，就可以实现天线辐射方向的调整；第一偶极子1、第二偶极子2和第三偶极子3均设有馈电点导体，通过三条馈电连接导体(11/21/31)分别与馈电网络板4连接。馈电连接导体(11/21/31)设有同轴线且相互绝缘的内导体和外导体，三条馈电连接导体(11/21/31)的内导体通过导线穿过反射板5～9，并分别与相应的馈电网络4相连接，馈电网络4外接通信***的信号接收和发射电路。

本发明实施例提供的一种天线辐射单元及天线，首先天线辐射单元利用了天线技术的特点，通过调整天线的三个偶极子其幅值、相位，实现在不改变天线结构的前提下，实现单个辐射单元高增益性能。其优点突出，只需要四个调整后的辐射单元可以实现12dBm的增益强度，之前天线是9到10个辐射单元，实现天线小型化设计；继而提出通过馈电网络板或调整馈电网络对应振子通路上的绝缘垫片调整相位，可以对天线电磁场辐射方向改变，实现高层密集城区场景下，大下倾角性能的要求，实现过高站覆盖街道的目的；再通过调整反射板角度，可以使全向天线的增益方向下压，使天线覆盖性能提升；最后通过分形技术以及天线臂结构改进，实现天线频带拓宽和小型化设计。本发明实施例提高解决高层密集城区场景下，覆盖指标差，干扰严重，用户体验差的问题。以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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 (11)

1.一种天线辐射单元，其特征在于，所述天线辐射单元包括三对偶极子和三条馈电连接导体；其中，

所述三对偶极子中的任意两对偶极子的轴向所在基准平面均与另一对偶极子的轴向垂直；

每个所述偶极子包括第一振子臂、第二振子臂以及连接所述第一振子臂和第二振子臂的馈电点导体；

所述三对偶极子的馈电点导体分别与所述三条馈电连接导体的一端连接，所述三条馈电连接导体的另一端分别与一馈电网络板连接。

2.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，所述第一振子臂和所述第二振子臂由良导体制成。

3.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，所述第一振子臂和第二振子臂的长度为所述天线辐射单元工作波长的1/5至3/4之间。

4.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，所述第一振子臂和第二振子臂的形状为圆柱形状、喇叭形状或水滴形状；且所述第一振子臂的最小宽度和所述第二振子臂的最小宽度均大于或者等于1mm。

5.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，所述馈电连接导体为同轴电缆，所述同轴电缆包括相互绝缘的内导体和外导体。

6.根据权利要求5所述的天线辐射单元，其特征在于，所述馈电点导体靠近所述第一振子臂的一侧与所述馈电连接导体的内导体连接，所述馈电点导体靠近所述第二振子臂的一侧与所述馈电连接导体的外导体连接。

7.一种天线，包括馈电网络板，其特征在于，还包括与所述馈电网络板连接的如权利要求1至6任一项所述的天线辐射单元；

所述馈电网络板用于接收来自基站的信号，并对所述天线辐射单元馈电，所述天线辐射单元用于将所述信号辐射出去。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述天线还包括至少5个镜像反射接地板，所述5个镜像反射接地板中第一镜像反射接地板、第二镜像反射接地板、第三镜像反射接地板、第四镜像反射接地板及第五镜像反射接地板依次连接；且所述依次连接的所述5个镜像反射接地板与一背板之间的夹角呈数学递归形式。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述第一镜像反射接地板与所述背板之间的夹角为0°。

10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，除了所述第五镜像反射接地板之外的每个镜像反射接地板上均设置有至少一个所述天线辐射单元；

所述天线辐射单元通过一支撑架固定于所述镜像反射接地板上，所述支撑架通过螺扣固定于所述镜像反射接地板上。

11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，所述天线辐射单元距所述镜像反射接地板的距离为天线辐射单元工作波长的1/4至2倍之间。