CN106025523B - 一种十字型结构辐射单元及其天线阵列 - Google Patents

一种十字型结构辐射单元及其天线阵列 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种十字型结构辐射单元及其天线阵列。包括对称辐射臂、馈电片、介质垫片、馈电巴伦支撑柱、塑料底座及馈电同轴电缆；同时还包括由该辐射单元组成的阵列天线。两个对称辐射臂相互交叉呈十字型分布，且相对于辐射单元中心旋转对称；介质垫片为馈电片支撑件，隔离馈电片和馈电巴伦支撑柱；馈电巴伦支撑柱支撑并连接对称辐射臂；塑料底座设置在馈电巴伦支撑柱下端用于绝缘馈电巴伦支撑柱与外界反射板，馈电同轴电缆通过塑料底座与馈电片相连接；所述天线阵列是由若干相同十字型结构辐射单元沿直线排列，且阵列间距相等的天线***。本发明体积小、频带宽、互调稳定性好。

Description

一种十字型结构辐射单元及其天线阵列
技术领域
本发明涉及移动通信基站天线领域，主要包括一种十字型结构辐射单元，以及一款采用该辐射单元的天线阵列。
背景技术
近年来，移动通信技术得到了快速发展，各种制式的通信***共存的场合越来越多，由于各种制式的通信***有各种不同的工作频段，且随着移动通信***的逐步推广，通信***的工作频段进一步展宽，使得移动通信***对天线频带的要求更宽。
此外，为节省基站安装资源，减少网络建设的成本，多种制式合一的通信***方案受到越来越多的重视并广泛采用。CDMA 800MHz、GSM900MHz***共站址共天线，需要天线工作频带覆盖790-960MHz。
海外市场对超宽带高低频多端口基站天线的需求量较大，目前该类产品主要采用两种设计方案，即共轴加一列和肩并肩方案。
共轴方案对称性差，会降低天线方向图波束指向性及方向图对称性。而肩并肩方案通过高低频振子并排组合实现，方向图对称性较好。该方案的实现需要一种不同于常规低频碗状的十字型结构辐射单元，该辐射单元采用铝合金一体化压铸成型，体积小、重量轻、产品造价低。
除了工作带宽和方案需求外，基站天线面临的另一个问题是互调及其稳定性。基站天线的互调性能决定了天线对其他频段的干扰水平，是基站天线的核心指标之一。基站天线设计过程中不仅要求互调指标好，还要求互调指标稳定，能承受震动、运输等复杂的外界因素影响，而辐射单元作为产生互调产物的部件之一，对基站天线的互调及其稳定性有着重要影响。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种体积小、频带宽、互调稳定性好的十字型结构辐射单元，以及一款采用该辐射单元的天线阵列。
本发明采用的技术方案如下：
一种十字型结构辐射单元，包括对称辐射臂、馈电片、介质垫片、馈电巴伦支撑柱、塑料底座及馈电同轴电缆，所述对称辐射臂两两相互交叉呈十字型分布，且相对于十字型结构辐射单元中心旋转对称；所述介质垫片为馈电片支撑件，隔离馈电片和馈电巴伦支撑柱；所述馈电巴伦支撑柱支撑并连接对称辐射臂；所述塑料底座设置在馈电巴伦支撑柱下端用于绝缘馈电巴伦支撑柱与外界反射板，所述馈电同轴电缆通过塑料底座与馈电片相连接。
其中，所述对称辐射臂有两对，每对对称辐射臂呈90°张开状，且所述对称辐射臂中间挖空设置回路槽。
其中，所述馈电巴伦支撑柱分为四个部分，分别与两对对称辐射臂相连接，且四个部分下端连接成整体，整个馈电巴伦支撑柱的高度略小于0.25λ，其中λ为十字型结构辐射单元工作频段对应的中心频点波长。
其中，所述馈电巴伦支撑柱与所述对称辐射臂连接处设置有圆柱形凸台和巴伦通孔；所述馈电巴伦支撑柱四个部分分为两对，每对中包含一个圆柱形凸台和一个巴伦通孔，两对圆柱形凸台和巴伦通孔存在高度差。
其中，所述馈电同轴电缆分为馈电同轴电缆外导体和馈电同轴电缆内导体两部分，所述馈电同轴电缆外导体穿过外界反射板、塑料底座和馈电巴伦支撑柱并连接于巴伦通孔内壁，所述馈电同轴电缆内导体穿过外界反射板、塑料底座和巴伦通孔与馈电片的一端相连接。
其中，所述馈电片为两个，大小形状相同，每个馈电片包括中间呈长方形的馈电片长方体以及两端呈半圆形的馈电片圆柱体，两个所述馈电片呈十字交叉布置，且其中一个馈电片在另一个上方；位于下方的馈电片记为下馈电片；位于上方的馈电片记为上馈电片；所述馈电片的两端开设有大小不同的两个圆孔，大孔记为馈电片凸台通孔，小孔记为馈电片内导体通孔，分别与馈电巴伦支撑柱上端的圆柱形凸台和穿过巴伦通孔的馈电同轴电缆内导体相连接；所述介质垫片共四个，其形状为空心圆柱，分别固定于穿过巴伦通孔的馈电同轴电缆内导体和圆柱形凸台上，并支撑两个馈电片，以隔开馈电片和馈电巴伦支撑柱。
其中，所述对称辐射臂和馈电巴伦支撑柱的连接处设置有连接块来实现连接和固定；所述塑料底座为馈电巴伦支撑柱底部的绝缘件，所述塑料底座上设置有四个限位柱通孔，两个塑料底座馈电通孔和一个塑料底座螺钉通孔；四个所述限位柱通孔与馈电巴伦支撑柱下端的四个巴伦限位柱对应连接，馈电同轴电缆穿过塑料底座馈电通孔与馈电片相连接。
采用上述所述十字型结构辐射单元的天线阵列，包括多个十字型结构辐射单元、反射板以及高频辐射单元；每个十字型结构辐射单元由四个高频辐射单元作为辐射边界呈包围状对称分布，若干个十字型结构辐射单元沿直线排列在反射板上，并通过塑料底座与反射板隔开，馈电同轴电缆穿过反射板和塑料底座后与馈电片相连接。
其中，馈电巴伦支撑柱下端的四个巴伦限位柱通过塑料底座上的四个限位柱通孔限位在反射板上，且每个十字型结构辐射单元由耐落胶螺钉穿入所述塑料底座上的塑料底座螺钉通孔固定在反射板上，并采用十字型刚性紧固件来增加安装牢固性，所述十字型刚性紧固件开设有刚性紧固件螺钉通孔，耐落胶螺钉通过刚性紧固件螺钉通孔和塑料底座上的塑料底座螺钉通孔将十字型结构辐射单元固定在反射板上。
其中，每个十字型结构辐射单元的对称辐射臂沿±45o方向布置，相邻十字型结构辐射单元的上馈电片和下馈电片的放置位置相同；十字型结构辐射单元的阵列间距为高频辐射单元阵列间距的2倍，相当于0.7λ，其中λ为十字型结构辐射单元工作频段对应的中心频点波长。
有益效果：本发明提供了一种宽频、互调稳定性好及体积小的基站天线辐射单元，以及一种采用该种辐射单元的基站天线阵列，本发明的对称辐射臂两两相互交叉呈十字型分布，且相对于十字型结构辐射单元中心旋转对称，通过对辐射单元结构、天线尺寸和馈电片的优化，可以实现大的工作带宽。由于馈电巴伦结构通过塑料底座与反射板接触，并采用耐落胶螺钉固定和刚性紧固件增加安装强度，可以实现优良的互调指标。
附图说明
图1为本发明实施例的十字型结构辐射单元的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的十字型结构辐射单元的分体结构示意图；
图3为本发明实施例的十字型结构辐射单元的正面结构示意图；
图4为本发明实施例的十字型结构辐射单元的背面结构示意图；
图5为本发明实施例的十字型结构辐射单元的馈电片和介质垫片结构示意图；
图6为本发明实施例的十字型结构辐射单元的塑料底座结构示意图；
图7为本发明实施例的十字型结构辐射单元的天线阵列正面结构示意图；
图8为本发明实施例的十字型结构辐射单元的天线阵列背面结构示意图；
图中：1-对称辐射臂；2-馈电片；2-A-上馈电片；2-B-下馈电片；3-馈电巴伦支撑柱；4-介质垫片；5-塑料底座；6-圆柱形凸台；6-A-上圆柱形凸台；6-B –下圆柱形凸台；7-巴伦通孔；7-A-上巴伦通孔；7-B-下巴伦通孔；8-巴伦缝隙；9-巴伦限位柱；10-回路槽；11-辐射面缝隙；12，巴伦柱内壁；13-巴伦螺钉通孔；14-连接块；15，巴伦空心槽；16-馈电片凸台通孔；17-馈电片内导体通孔；18-馈电片圆柱体；19-馈电片长方体；20-介质垫片通孔；21-塑料底座馈电通孔；22-限位柱通孔；23-塑料底座螺钉通孔，24-馈电同轴电缆； 25-馈电同轴电缆内导体；26-馈电同轴电缆外导体；27-十字型刚性紧固件；28刚性紧固件螺钉通孔；29-高频辐射单元；29-A-高频辐射单元A；29-B-高频辐射单元B；29-C-高频辐射单元C；29-D-高频辐射单元D；30-十字型结构辐射单元；31-反射板；32-耐落胶螺钉。
具体实施方式
结合附图和实施例，以下提供本发明技术方案具体描述。
参见图1、图2，本发明的十字型结构辐射单元30包括对称辐射臂1，馈电片2，馈电巴伦支撑柱3，介质垫片4，塑料底座5及馈电同轴电缆24，对称辐射臂1有两对，两对对称辐射臂1相互交叉呈十字形分布，组成双极化辐射体。每对对称辐射臂1呈90°张开状，且所述对称辐射臂1中间挖空设置回路槽10。两个对称辐射臂1相对于十字型结构辐射单元30的中心旋转对称，因而对两个极化方向而言，辐射体是相同的，这种布置可以增强两个极化间的一致性。所述介质垫片4为馈电片2支撑件，隔离馈电片2和馈电巴伦支撑柱3；所述馈电巴伦支撑柱3支撑并连接对称辐射臂1；所述塑料底座5设置在馈电巴伦支撑柱3下端用于绝缘馈电巴伦支撑柱3与外界反射板31，所述馈电同轴电缆24通过塑料底座5与馈电片2相连接。参见图3-图4，本发明的十字型结构辐射单元30包括圆柱形凸台6，巴伦通孔7，巴伦缝隙8，巴伦限位柱9，回路槽10，辐射面缝隙11，巴伦柱内壁12，巴伦螺钉通孔13，连接块14，巴伦空心槽15，馈电同轴电缆24。其中，圆柱形凸台6分为上圆柱形凸台6-A和下圆柱形凸台6-B，巴伦通孔7分为上巴伦通孔7-A和下巴伦通孔7-B。圆柱形凸台6和巴伦通孔7设置在馈电巴伦支撑柱3与所述对称辐射臂1连接处。所述馈电同轴电缆24分为馈电同轴电缆内导体25及馈电同轴电缆外导体26，所述馈电同轴电缆外导体26穿过外界反射板31、塑料底座5和馈电巴伦支撑柱3并连接于巴伦通孔7内壁，所述馈电同轴电缆内导体25穿过外界反射板31、塑料底座5和巴伦通孔7与馈电片2的一端相连接。对称辐射臂1两端各存在一个内切槽为回路槽10，相邻对称辐射臂1之间的缝隙为辐射面缝隙11，两者对十字型结构辐射单元30性能参数影响较大。馈电巴伦支撑柱3上主要有上圆柱形凸台6-A、下圆柱形凸台6-B、上巴伦通孔7-A、下巴伦通孔7-B、巴伦缝隙8、巴伦限位柱9、巴伦柱内壁12、巴伦螺钉通孔13及巴伦空心槽15。其中上圆柱形凸台6-A、下圆柱形凸台6-B和穿过上巴伦通孔7-A、下巴伦通孔7-B的馈电同轴电缆内导体25，分别与两个馈电片2的两端相连接；巴伦缝隙8和巴伦柱内壁12为馈电巴伦支撑柱3的内部结构，将馈电巴伦支撑柱3分成四部分，四部分上端分别与两对对称辐射臂1相连接，四部分下端连接为一个整体，并设计一个巴伦螺钉通孔13用于十字型对称辐射单元30的固定，馈电巴伦支撑柱3四个部分分为两对，每对中包含一个圆柱形凸台6和一个巴伦通孔7，两对圆柱形凸台6和巴伦通孔7存在高度差。整个馈电巴伦支撑柱3的高度略小于0.25λ，其中λ为十字型结构辐射单元30 工作频段对应的中心频点波长；巴伦限位柱9主要为了十字型结构辐射单元30在水平面不发生旋转；巴伦空心槽15主要为了结构上的减重处理。为了增加对称辐射臂1和馈电巴伦支撑柱3之间的牢固性，通过在其连接处设置连接块14来实现。
参见图2、图5，本发明的十字型结构辐射单元30中的馈电片2为两个，大小形状相同，每个馈电片2包括中间呈长方形的馈电片长方体19以及两端呈半圆形的馈电片圆柱体18，两个所述馈电片2呈十字交叉布置，且其中一个馈电片2在另一个上方；位于下方的馈电片2记为下馈电片2-B；位于上方的馈电片2记为上馈电片2-A；所述馈电片2的两端开设有大小不同的两个圆孔，大孔记为馈电片凸台通孔16，小孔记为馈电片内导体通孔17，分别与馈电巴伦支撑柱3上端的圆柱形凸台6和穿过巴伦通孔7的馈电同轴电缆内导体25相连接。所述介质垫片4共四个，其形状为空心圆柱，开设有介质垫片通孔20，四个所述介质垫片4分别固定于穿过巴伦通孔7的馈电同轴电缆内导体25和圆柱形凸台6上，并支撑两个馈电片2，以隔开馈电片2和馈电巴伦支撑柱3。
如图4、图6所示，所述塑料底座5为馈电巴伦支撑柱3底部的绝缘件，所述塑料底座5上设置有塑料底座馈电通孔21，限位柱通孔22，塑料底座螺钉通孔23；四个所述限位柱通孔22与馈电巴伦支撑柱3下端的四个巴伦限位柱9对应连接，馈电同轴电缆24穿过塑料底座馈电通孔21与馈电片2相连接。馈电同轴电缆24穿过塑料底座馈电通孔21，且馈电同轴电缆内导体25穿过上巴伦通孔7-A或下巴伦通孔7-B及介质垫片通孔20，与上馈电片2-A或下馈电片2-B的馈电片内导体通孔17相连接，上圆柱形凸台6-A或下圆柱形凸台6-B穿过介质垫片通孔20与上馈电片2-A或下馈电片2-B的馈电片凸台通孔16相连接；馈电片圆柱体18和馈电片长方体19的形状和大小对十字性结构辐射单元30的电路参数影响较大；限位柱通孔22主要用于巴伦限位柱9与发射板31之间绝缘，可改善互调性能。
参见图7、图8，采用本发明提供的十字型结构辐射单元30的天线阵列：包括多个十字型结构辐射单元30、反射板31以及高频辐射单元29；每个十字型结构辐射单元30由由四个高频辐射单元29作为辐射边界呈包围状对称排列在反射板31上，四个高频辐射单元29分别记为29-A、29-B、29-C、29-D。若干个十字型结构辐射单元30沿直线等间距排列在反射板31上，每个十字型结构辐射单元30可通过塑料底座5与反射板31隔开。十字型结构辐射单元30上的每根馈电同轴电缆24穿过塑料底座馈电通孔21和反射板31，馈电同轴电缆内导体25穿过上巴伦通孔7-A或下巴伦通孔7-B及介质垫片通孔20，与上馈电片2-A或下馈电片2-B的馈电片内导体通孔17相连接。馈电巴伦支撑柱3下端的四个限位柱9通过塑料底座5上的四个限位柱通孔22固定于反射板31上，在反射板31背面，且每个十字型结构辐射单元30由耐落胶螺钉32穿入所述塑料底座5上的塑料底座螺钉通孔23固定在反射板31上，并采用十字型刚性紧固件27来增加安装牢固性，所述十字型刚性紧固件27开设有刚性紧固件螺钉通孔28，采用耐落胶螺钉32穿过刚性紧固件螺钉通孔28和塑料底座螺钉通孔23将十字型结构辐射单元30固定在反射板31上。其中十字型刚性紧固件27可以增加反射板31和十字型结构辐射单元30之间的安装强度，改善天线互调的稳定性。
每个十字型结构辐射单元30的对称辐射臂1沿±45o方向布置，相邻十字型结构辐射单元30的上馈电片2-A和下馈电片2-B的放置位置相同；十字型结构辐射单元30的阵列间距为高频辐射单元29阵列间距的2倍，相当于0.7λ，其中λ为十字型结构辐射单元30工作频段对应的中心频点波长。
本发明提供的十字型结构辐射单元30可以通过调整馈电片2大小形状及对称辐射臂1尺寸来实现宽频带。由于十字型结构辐射单元30与反射板31通过塑料底座5隔开，且通过耐落胶螺钉32和十字型刚性紧固件27将十字型结构辐射单元30固定在反射板31上，因而天线的互调性能优良。相对于其他方案所采用的碗状辐射单元，该辐射单元具有体积小，重量轻，造价低等优点，本发明提供的天线阵列用于多端口超宽频基站天线，天线方向图对称性好。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种十字型结构辐射单元（30），其特征在于：包括对称辐射臂（1）、馈电片（2）、介质垫片（4）、馈电巴伦支撑柱（3）、塑料底座（5）及馈电同轴电缆（24），所述对称辐射臂（1）两两相互交叉呈十字型分布，且相对于十字型结构辐射单元（30）中心旋转对称；所述介质垫片（4）为馈电片（2）支撑件，隔离馈电片（2）和馈电巴伦支撑柱（3）；所述馈电巴伦支撑柱（3）支撑并连接对称辐射臂（1）；所述塑料底座（5）设置在馈电巴伦支撑柱（3）下端用于绝缘馈电巴伦支撑柱（3）与外界反射板（31），所述馈电同轴电缆（24）通过塑料底座（5）与馈电片（2）相连接；所述对称辐射臂（1）有两对，每对对称辐射臂（1）呈90°张开状，且所述对称辐射臂（1）中间挖空设置回路槽（10）；所述馈电巴伦支撑柱（3）分为四个部分，分别与两对对称辐射臂（1）相连接，且四个部分下端连接成整体，整个馈电巴伦支撑柱（3）的高度略小于0.25λ，其中λ为十字型结构辐射单元（30）工作频段对应的中心频点波长。
2.根据权利要求1所述的十字型结构辐射单元（30），其特征在于：所述馈电巴伦支撑柱（3）与所述对称辐射臂（1）连接处设置有圆柱形凸台（6）和巴伦通孔（7）；所述馈电巴伦支撑柱（3）四个部分分为两对，每对中包含一个圆柱形凸台（6）和一个巴伦通孔（7），两对圆柱形凸台（6）和巴伦通孔（7）存在高度差。
3.根据权利要求2所述的十字型结构辐射单元（30），其特征在于：所述馈电同轴电缆（24）分为馈电同轴电缆外导体（26）和馈电同轴电缆内导体（25）两部分，所述馈电同轴电缆外导体（26）穿过外界反射板（31）、塑料底座（5）和馈电巴伦支撑柱（3）并连接于巴伦通孔（7）内壁，所述馈电同轴电缆内导体（25）穿过外界反射板（31）、塑料底座（5）和巴伦通孔（7）与馈电片（2）的一端相连接。
4.根据权利要求3所述的十字型结构辐射单元（30），其特征在于：所述馈电片（2）为两个，大小形状相同，每个馈电片（2）包括中间呈长方形的馈电片长方体（19）以及两端呈半圆形的馈电片圆柱体（18），两个所述馈电片（2）呈十字交叉布置，且其中一个馈电片（2）在另一个上方；位于下方的馈电片（2）记为下馈电片（2-B）；位于上方的馈电片（2）记为上馈电片（2-A）；所述馈电片（2）的两端开设有大小不同的两个圆孔，大孔记为馈电片凸台通孔（16），小孔记为馈电片内导体通孔（17），分别与馈电巴伦支撑柱（3）上端的圆柱形凸台（6）和穿过巴伦通孔（7）的馈电同轴电缆内导体（25）相连接；所述介质垫片（4）共四个，其形状为空心圆柱，分别固定于穿过巴伦通孔（7）的馈电同轴电缆内导体（25）和圆柱形凸台（6）上，并支撑两个馈电片（2），以隔开馈电片（2）和馈电巴伦支撑柱（3）。
5.根据权利要求1所述的十字型结构辐射单元（30），其特征在于：所述对称辐射臂（1）和馈电巴伦支撑柱（3）的连接处设置有连接块（14）来实现连接和固定；所述塑料底座（5）为馈电巴伦支撑柱（3）底部的绝缘件，所述塑料底座（5）上设置有四个限位柱通孔(22)，两个塑料底座馈电通孔(21)和一个塑料底座螺钉通孔(23)；四个所述限位柱通孔(22)与馈电巴伦支撑柱（3）下端的四个巴伦限位柱（9）对应连接，馈电同轴电缆（24）穿过塑料底座馈电通孔(21)与馈电片(2)相连接。
6.采用根据权利要求1-5任一项所述十字型结构辐射单元（30）的天线阵列，其特征在于：包括多个十字型结构辐射单元（30）、反射板（31）以及高频辐射单元（29）；每个十字型结构辐射单元（30）由四个高频辐射单元（29）作为辐射边界呈包围状对称分布，若干个十字型结构辐射单元（30）沿直线排列在反射板（31）上，并通过塑料底座（5）与反射板（31）隔开，馈电同轴电缆（24）穿过反射板（31）和塑料底座（5）后与馈电片(2)相连接。
7.根据权利要求6所述天线阵列，其特征在于：馈电巴伦支撑柱（3）下端的四个巴伦限位柱（9）通过塑料底座（5）上的四个限位柱通孔(22)限位在反射板（31）上，且每个十字型结构辐射单元（30）由耐落胶螺钉（32）穿入所述塑料底座（5）上的塑料底座螺钉通孔(23)固定在反射板（31）上，并采用十字型刚性紧固件（27）来增加安装牢固性，所述十字型刚性紧固件（27）开设有刚性紧固件螺钉通孔（28），耐落胶螺钉（32）通过刚性紧固件螺钉通孔（28）和塑料底座（5）上的塑料底座螺钉通孔(23)将十字型结构辐射单元（30）固定在反射板（31）上。
8.根据权利要求6所述天线阵列，其特征在于：每个十字型结构辐射单元（30）的对称辐射臂（1）沿±45o方向布置，相邻十字型结构辐射单元（30）的上馈电片（2-A）和下馈电片（2-B）的放置位置相同；十字型结构辐射单元（30）的阵列间距为高频辐射单元（29）阵列间距的2倍，相当于0.7λ，其中λ为十字型结构辐射单元（30）工作频段对应的中心频点波长。
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