CN106129596A - 天线辐射单元及多频宽带基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线辐射单元，包括底座、从所述底座边缘呈辐射状向外延伸设置的四对馈电巴伦、以及围合设置在所述四对馈电巴伦上的四个偶极子，每个所述偶极子包括一对辐射臂，每个辐射臂包括与馈电巴伦连接的第一端和远离馈电巴伦的第二端，以及与多个偶极子中相邻两个偶极子相邻的两个辐射臂的第二端连接的水平加载件，以及与其余辐射臂中至少两个相对的第二端耦合连接的至少一对垂向加载件。通过上述设计，可实现有效增加辐射臂的谐振长度，从而达到缩短辐射臂的长度尺寸，进而缩小辐射单元尺寸的目的。此外，本发明还提供一种多频宽带基站天线，采用上述的天线辐射单元进行多频天线设计，减小频段间的相互影响，保证各频段电性能的独立性。

Description

天线辐射单元及多频宽带基站天线

技术领域

本发明涉及移动通信天线技术领域，尤其涉及一种天线辐射单元及应用该天线辐射单元的多频宽带基站天线。

背景技术

随着移动通信网络制式的增多，已经形成了多种通信制式并存的局面。为例优化资源配置，节省站址和天馈资源，同时减小物业协调难度，降低投资成本，共站共址的***共体天线逐渐成为运营商建网的首选。

随着***移动通信网络建设的逐步加速，各运营商开始寻找既能向下兼容GSM800、GSM900、DCS1800、PCS、CDMA2000等2G及3G制式，又能向上兼容LTE700、LTE2600等4G制式的超宽带天线。同时随着建站空间的限制，小型化需求成为天线的发展趋势，然而，随着频带的拓宽，天线的尺寸也相应地增大，造成了安装的不便。

由于人们对基站天线的小型化、多***、宽频化需求日益加深，因此，有必要设计一种体积小且结构紧凑，同时还具有较宽频带的天线辐射单元及应用该天线辐射单元的基站天线。

发明内容

本发明的首要目的旨在提供一种天线辐射单元，其具有小型化、低剖面和宽频带的特点。

本发明的另一目的旨在提供一种应用上述的天线辐射单元的基站天线。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的一种天线辐射单元，包括底座、从所述底座边缘上呈辐射状延伸设置的四对馈电巴伦、以及围合设置在所述四对馈电巴伦上的四个偶极子，每个所述偶极子包括一对辐射臂，每个辐射臂包括与馈电巴伦连接的第一端和远离馈电巴伦的第二端，此外，还包括与多个偶极子中相邻两个偶极子相邻的两个辐射臂的第二端连接的水平加载件，以及与其余辐射臂中至少两个相对的第二端耦合连接的至少一对垂向加载件。

具体地，所述辐射臂具有水平辐射面及与水平辐射面相连的侧向辐射面。

进一步，所述水平加载件通过第一介质绝缘片固定于所述辐射臂上，并且所述水平加载件固定于所述水平辐射面上方或下方。

可选地，所述水平辐射面与所述侧向辐射面之间的夹角为直角或钝角。

具体地，所述水平加载件沿辐射臂外侧向下折弯，并且折弯角度大于60°且小于150°。

具体地，所述辐射臂的第一端沿水平辐射面向外延伸并向下折弯，折弯角度大于60°且小于150°。

具体地，每对所述垂向加载件通过一对第二介质绝缘片分别与两个偶极子的辐射臂第二端连接，且所述每对垂向加载件对称设置。

可选地，所述四对偶极子组成的结构呈圆环状或方形。

具体地，每对馈电巴伦的两个馈电巴伦平行且对称设置，并且两个巴伦各与一个偶极子的一个辐射臂连接。

本发明提供的一种多频宽带基站天线，包括至少一个低频辐射单元和多个高频辐射单元，所述低频辐射单元为上述任意一项所述的天线辐射单元。

优选地，所述至少一个低频辐射单元与所述多个高频辐射单元共轴组阵，并且所述低频辐射单元中嵌套有所述高频辐射单元。

优选地，所述多个高频辐射单元以至少三列的方式组阵，并且每列的高频辐射单元共轴设置；所述低频辐射单元以其内嵌套有高频辐射单元的方式设在高频辐射单元组成阵列的中间列上。

进一步地，相邻两列高频辐射单元错位排布。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明的天线辐射单元通过在偶极子辐射臂上设置水平加载件和垂向加载件将相邻两个偶极子相邻辐射臂的第二端连接起来，从而可以增加辐射臂的谐振长度，进而缩短辐射臂的长度尺寸、缩小辐射单元的尺寸，同时也有效地提升了天线振子的带宽。

2.由于采用水平加载件与垂向加载件，使得辐射单元具有不对称性，可有效减小辐射单元极化间的互耦。

3.本发明的天线辐射单元通过在辐射臂上设置水平辐射面和侧向辐射面，有效拓宽了偶极子上谐振电流路径，减小了辐射单元口径，且降低了辐射单元高度，进一步缩小了天线辐射单元的尺寸。

本发明的天线辐射单元，通过新颖的设计，实现了天线辐射单元低剖面、宽频带、小型化的设计，从而实现超宽带多***共用基站天线的小型化设计。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点将从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的天线辐射单元的实施例一的立体图；

图2是图1所示天线辐射单元的局部立体图，示出辐射单元的主体结构；

图3是本发明的天线辐射单元的实施例一的水平加载件的立体图；

图4是本发明的天线辐射单元的实施例一的垂向加载件之一的立体图；

图5是本发明的天线辐射单元的实施例一的垂向加载件之一的立体图；

图6是本发明的天线辐射单元的实施例一的第一介质绝缘片的立体图；

图7是本发明的天线辐射单元的实施例一的第二介质绝缘片的立体图；

图8是本发明的天线辐射单元的实施例二的立体图；

图9是图8所示天线辐射单元的局部立体图，示出辐射单元的主体结构；

图10是本发明的天线辐射单元的实施例二的水平加载件的立体图；

图11是本发明的天线辐射单元的实施例二的垂向加载件之一的立体图；

图12是本发明的天线辐射单元的实施例二的垂向加载件之一的立体图；

图13是本发明的天线辐射单元的实施例二的与第一介质绝缘片的立体图；

图14是本发明的天线辐射单元的实施例二的与第二介质绝缘片的立体图；

图15是本发明的天线辐射单元组成的多频超宽带基站天线的立体结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同的或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。若已知现有技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其简要概述或省略。

众所周知，由于天线的带宽与阻抗有关，为了达到足够的带宽，要求阻抗的虚部即电抗越小越好，理想情况下，当电抗为零时，所述天线辐射单元之间可以实现较好的匹配。

为此，本发明的天线辐射单元通过巧妙的设计变相地延长偶极子的辐射臂，使得辐射臂的实际长度可以一定程度上缩短，从而缩小整个辐射单元的体积；同时，也可以使辐射单元阻抗的虚部的变化随频率的增长而变慢，从而保证所述天线具有较宽的带宽。

实施例一

图1至图7共同示出本发明的天线辐射单元100，包括：底座20、四对馈电巴伦30、四个偶极子40、三个水平加载件50、一对垂向加载件70、80、三个第一介质绝缘片60和一对第二介质绝缘片90。

所述底座20呈环状，所述四对馈电巴伦30从所述底座20边缘呈辐射状向外延伸设置，所述四个偶极子40(包括偶极子401～404)围合设置在所述四对馈电巴伦30上，并且每对所述馈电巴伦30上连接有一个偶极子40。每个所述偶极子40包括一对相互分离的辐射臂，并且每个所述辐射臂包括与所述馈电巴伦连接的第一端和远离馈电巴伦的第二端。以偶极子401为例，其包括辐射臂401a、401b，相应地，分别具有第一端401a1、第二端401a2和第一端401b1、第二端401b2。

其中，每个所述水平加载件50借助一个所述第一介质绝缘片60与相邻两个偶极子相邻的两个辐射臂的第二端连接；所述一对垂向加载件70、80借助所述一对第二介质绝缘片90分别与剩下的两个辐射臂的第二端连接，以实现每两个相邻辐射臂的耦合连接。

通过采用耦合方式(例如通过在辐射臂上加载水平加载件50或垂向加载件70、80)将相邻两个偶极子的相邻辐射臂连接，变相地增加了辐射臂的谐振长度，也即相当于延长了辐射臂的长度。换句话说，在原本需要相同长度的辐射臂来进行信号辐射时，由于采用了加载件对两个辐射臂进行耦合连接，与加载件连接的辐射臂的实际长度可以一定程度上缩短，从而缩小了整个辐射单元100的体积。同时因其中两个辐射臂与另外六个辐射臂加载方式的不同，可打破辐射单元的对称性，有效减小辐射单元极化间的互耦。

在另一个实施方式中，所述水平加载件可以只设有一个，而所述垂向加载件设有三对，也可以缩小辐射单元体积、保证天线具有较宽的带宽并减小辐射单元极化间的互耦。

在另一个实施方式中，水平加载件可设有两个，垂向加载件设有两对，也能实现缩小辐射单元的体积，实现本发明的目的。

此外，其中两个相邻偶极子的相邻辐射臂通过一个水平加载件连接，另外两个相邻辐射通过垂向加载件连接，也能达到缩小天线辐射单元体积、保证带宽及减小辐射单元极化间互耦的目的。

进一步地，每个所述辐射臂包括相互连接的水平辐射面和侧向辐射面，以辐射臂401a为例，所述辐射臂401a具有水平辐射面401a3、侧向辐射面401a4。通过在辐射臂上设置的水平辐射面和侧向辐射面，有效拓宽偶极子40上谐振电流的路径，从而实现减小辐射单元口径、降低辐射单元高度，进一步缩小辐射单元100的体积。

优选地，所述水平辐射面401a3与侧向辐射面401a4的夹角为直角或钝角。

四个所述偶极子40通过馈电巴伦30在底座20上依次设置，围合成漏斗形闭合结构，四个偶极子40以辐射对称为构造条件而围绕同一几何中心(即底座20的中心)设置，从而借助各偶极子的辐射臂呈现一包围状的辐射面。

优选地，所述辐射臂皆为弧形臂，相应地，所述水平加载件50、介质绝缘片60、90均设成弧形，以与所有辐射臂共同围合成一圆环结构。

在本实施方式中，所述水平加载件50可固定于所述水平辐射面的上方或下方。所述一对垂直加载件70、80对称且较宽端面相对设置。

进一步地，所述辐射臂第一端沿水平辐射面向外延伸并向下折弯，用以调节偶极子的阻抗特性及交叉极化电平。其中，折弯角度在60°至150°之间，优选为90°。

优选地，所述水平加载件向辐射臂外侧折弯伸出，折弯角度大于60°小于150°。

优选地，每对馈电巴伦30中的两个馈电巴伦相互平行，每个馈电巴伦30的一端和辐射臂相接，所述馈电巴伦30的另一端则与底座20相接，这一结构不仅有效承载了偶极子的辐射臂，也避免了偶极子之间的相互干扰。

实施例二

参见图8～图14，图8～图14共同示出本发明的天线辐射单元100的另一种实现方式。在本实施方式中，所述天线辐射单元100与实施方式一的类似，不同之处在于，所述偶极子40的辐射臂为直臂，相应地，所述水平加载件50、第一介质绝缘片60、第二介质绝缘片90的外形为矩形或近似矩形，以使四个偶极子共同围合的结构在垂直方向的投影为方形。

需要指出的是，在本发明中，所述水平加载件50和垂直加载件70、80的外形的改变及其在振子臂上位置的改变都不影响其产生的实际效果，因此皆视为未脱离本发明的实质精神。

实施例三

在本实施例中，提供了一种应用上述天线辐射单元的多频宽带基站天线，至少一个上述天线辐射单元作为低频辐射单元，同多个高频辐射单元共同组阵。

如图15所示，所述多频带基站天线200中，所述低频辐射单元A1、A2与高频辐射单元B1、B2、B3、B4呈共轴组阵，所述高频辐射单元B2与B4嵌套于所述天线辐射单元A1及A2中，而B1与B3则错落设置在A1与A2所在的轴线上。高频辐射单元C1、C2、C3、C4以及D1、D2、D3、D4分别设置在由A1、A2和B1、B2、B3、B4所组成的嵌套阵列的两侧，形成并肩组阵。

由于本发明的天线辐射单元采用了水平辐射面、侧向辐射面及水平耦合、垂向耦合的非对称设置，在减小所述天线辐射单元的口径的同时，也能减小其对高频辐射单元的影响，因此通过采用本发明的天线辐射单元进行多频天线设计时，可以保证各频段电性能的独立性。

以上仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当作为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种天线辐射单元，包括底座、从所述底座边缘呈辐射状向外延伸的四对馈电巴伦、以及围合设置在所述四对馈电巴伦上的四个偶极子，每个所述偶极子包括一对辐射臂，每个辐射臂包括与馈电巴伦连接的第一端和远离馈电巴伦的第二端，其特征在于，还包括与多个偶极子中相邻两个偶极子相邻的两个辐射臂的第二端连接的水平加载件，以及与其余辐射臂中至少两个相对的第二端耦合连接的至少一对垂向加载件。

2.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，所述辐射臂具有水平辐射面及与水平辐射面相连的侧向辐射面。

3.根据权利要求2所述的天线辐射单元，其特征在于，所述水平加载件通过第一介质绝缘片固定于所述辐射臂上，并且所述水平加载件固定于所述水平辐射面上方或下方。

4.根据权利要求2所述的天线辐射单元，其特征在于，所述水平辐射面与所述侧向辐射面之间的夹角为直角或钝角。

5.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，所述水平加载件沿辐射臂外侧向下折弯，并且折弯角度大于60°且小于150°。

6.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，所述辐射臂的第一端沿水平辐射面向外延伸并向下折弯，折弯角度大于60°且小于150°。

7.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，每对所述垂向加载件通过一对第二介质绝缘片分别与两个偶极子辐射臂的第二端连接，且所述每对垂向加载件对称设置。

8.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，所述四对偶极子组成的结构呈圆环状或方形。

9.根据权利要求1所述的天线辐射单元，其特征在于，每对馈电巴伦的两个馈电巴伦平行且对称设置，并且两个馈电巴伦分别与同一个偶极子的不同辐射臂对应连接。

10.一种多频宽带基站天线，包括至少一个低频辐射单元和多个高频辐射单元，其特征在于，所述低频辐射单元为权利要求1至9中任意一项所述的天线辐射单元。

11.根据权利要求10所述的多频宽带基站天线，其特征在于，所述至少一个低频辐射单元与所述多个高频辐射单元共轴组阵，并且所述低频辐射单元中嵌套有所述高频辐射单元。

12.根据权利要求10所述的多频宽带基站天线，其特征在于，所述多个高频辐射单元以至少三列的方式组阵，并且每列的高频辐射单元共轴设置；所述低频辐射单元以其内嵌套有高频辐射单元的方式设在高频辐射单元组成阵列的中间列上。

13.根据权利要求12所述的多频宽带基站天线，其特征在于，相邻两列高频辐射单元错位排布。