CN107546489A - 一种消除耦合谐振的多频基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种消除耦合谐振的多频基站天线，其包括反射板，以及安装于所述反射板上的相互平行且在同一辐射面的第一低频辐射阵列、第二低频辐射阵列和置于所述第一、第二低频辐射阵列之间的第一高频辐射阵列；所述第一、第二低频辐射阵列包括若干个低频辐射单元，所述第一高频辐射阵列包括若干个第一高频辐射单元；还包括平行于反射板且与所述反射板绝缘的隔离条，其沿所述第一、第二低频辐射阵列的中心轴线延伸，且位于所述第一高频辐射单元的辐射面所述第一、第二低频辐射单元的辐射面之间。本发明减少阵列间的互耦，达到提高阵列间的隔离度，减少阵列间的谐振产生的技术效果。

Description

一种消除耦合谐振的多频基站天线

技术领域

本发明涉及通信基站天线领域，尤其涉及消除多频天线阵列中不同***之间耦合谐振的多频基站天线。

背景技术

无线电***间电磁干扰的主要传输途径是天线间的耦合。常用隔离度来定量表征这种耦合的强弱程度，它定义为一个天线发射功率与另一天线所接收功率之比，用dB来表示。

随着移动通信网络制式的增多，要求基站天线能支持多种通信制式，为了节省站址和天馈资源，减小物业协调难度，降低投资成本，能够支持多***通信的多频天线逐渐成为运营商建网的首选。

由于站址空间资源紧张，多频基站天线的小型化、多***、宽频化成为发展主流。多频基站天线内部器件布局越来越紧凑，辐射振子单元越来越靠近，阵列之间互耦的增强会不仅引起阵列方向图的畸变，导致影响阵列天线的波束赋形；还会引起不同阵列***之间强烈的耦合干扰，导致***之间隔离度变差，干扰不同信道通信。

根据天线理论技术知识可知：阵列单元平行放置，并且间距越近，耦合场越强。常规提高多频基站天线不同***之间隔离度方法是，将相邻两列进行前后三角形错位，这样一方面避开平行放置，另一方面提高了不同阵列之间的间距。但是这种方法对波长比较长的低频段(690-960MHz)***并没有作用，多频基站天线内部并没有太多空间拉开低频段阵列间距。在两个低频阵列***之间加一个比振子辐射面还要高的金属板也能够减弱阵列之间辐射场的耦合，提高***之间隔离度，但是这种方法严重影响阵列辐射方向图，导致交叉极化恶化和水平面方向图畸形。在现有技术中的解决方法有以下几种：(1)通过对高频与低频振子单元进行特殊设计来消除高频和低频之间的互耦引起的隔离度谐振干扰，但是当高频振子单元偏离最优设计尺寸时候，即高频辐射单元尺寸过大或者过小，其性能会降低。(2)在一种加载在两列低频辐射阵列之间的、具有周期性排列结构的去耦合缝隙单元，这种去耦缝隙边界仅能应用在两列辐射单元之间没有任何辐射单元，并且仅适用于工作在同频段MIMO阵列天线中。(3)一种工作在双高频加一个低频的阵列天线，其作用是为了提高波束收敛特性，阻断高频和低频阵列之间的互相耦合，从而影响低频波束收敛特性，但是不适用于工作于更多***多频天线尤其是两个高频加上两个低频以上肩并肩阵列布局。(4)对于一种左右两列低频辐射阵列与其中间设置一高频辐射阵列肩并肩阵列布局的基站天线，或者是两个高频加上两个低频以上肩并肩阵列布局，通常会采取高频辐射阵列全绝缘的技术手段或者全不绝缘的技术手段。采用全绝缘的技术手段的技术效果是可达到消除谐振的技术效果，但不能利用高低频的耦合来提升低频辐射阵列的辐射性能，例如前后比、阵列之间隔离度；若采用全不绝缘的技术手段，其技术效果是可利用高低频的耦合来提升低频辐射阵列的辐射性能，但不能达到消除谐振的目的。

对于上述的方案(4)，一方面，由于受天线小型化设计要求，多频天线不同工作***的辐射单元间距越来越小，耦合场也会越来越强，并且两侧低频辐射单元和中间高频辐射单元并列排列，相邻辐射单元位于最大辐射方向上，比共轴排列互阻抗值大。特别的，中间列高频辐射阵列位于两列低频辐射阵列耦合场中间，带来更严重的三个***互相耦合，其总耦合场Z_t为高频与两个低频之间耦合场Z₂₁和低频与低频耦合场Z₂₁'的叠加。这种叠加场影响了左右列低频和中间列高频辐射性能。

另一方面，高频辐射单元对低频辐射单元来讲形成了一种空间上的寄生谐振器。高频辐射阵列不仅有工作在高频段电流，还有左右两列低频辐射单元在高频单元上耦合场的寄生电流，，寄生辐射场与左右两列低频阵列的辐射场叠加，提高了左右两列低频阵列的前后比辐射性能，但是引起两侧两列低频阵列之间隔离度的谐振，两列低频辐射阵列之间的隔离度变差。在多频天线***中需要不同***之间有较高的***隔离度，从而互不干扰。

总而言之，对于一种左右两列低频辐射阵列与其中间设置一高频辐射阵列肩并肩阵列布局的基站天线，或者是两个高频加上两个低频以上肩并肩阵列布局，在现有技术中，不能同时解决消除谐振以及利用高低频的耦合来提升低频辐射阵列的辐射性能的技术问题。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种消除耦合谐振的多频基站天线，以减少阵列间的互耦，达到提高阵列间的隔离度，减少阵列间的谐振产生的技术效果。

一种消除耦合谐振的多频基站天线，其包括反射板，以及安装于所述反射板上的相互平行且在同一辐射面的第一低频辐射阵列、第二低频辐射阵列和置于所述第一、第二低频辐射阵列之间的第一高频辐射阵列；所述第一、第二低频辐射阵列包括若干个低频辐射单元，所述第一高频辐射阵列包括若干个第一高频辐射单元；还包括平行于反射板且与所述反射板绝缘的隔离条，其沿所述第一、第二低频辐射阵列的中心轴线延伸，且位于所述第一高频辐射单元的辐射面所述第一、第二低频辐射单元的辐射面之间。

优选地，所述隔离条的形状为呈直线型或者呈“弓”字形。

优选地，所述隔离条为铝合金或者是PCB板结构。

优选地，所述隔离条的实际长度为低频谐振频点波长的0.25～0.5倍。

优选地，所述隔离条的宽度为低频谐振频点波长的0.01～0.05倍。

优选地，所述隔离条位于所述第一高频辐射阵列的上方。

另一优选地，所述隔离条位于所述第一、第二低频辐射单元的内侧振子臂的下方或者位于所述第一低频辐射单元的振子臂与所述第一高频辐射单元的相邻的振子臂之间或所述第二低频辐射单元的振子臂与所述第一高频辐射单元的相邻的振子臂之间。

优选地，

所述隔离条分别与所述第一、第二低频辐射单元的振子臂所在平面的垂直距离为低频谐振频点波长的0.01～0.05倍，且与所述反射板的距离为低频谐振频点波长的0.2～0.25倍。

优选地，所述隔离条的数量为[1，n/2],n为所述第一高频辐射单元的数量。结合上述优选方案，所述消除耦合谐振的多频基站天线还可以包括至少一所述第一高频辐射单元与所述反射板绝缘设置，与所述反射板绝缘设置的所述第一高频辐射单元位于所述第一高频辐射阵列的中心段，所述第一高频辐射单元与所述反射板绝缘设置的数量为[1，n/2],n为所述第一高频辐射单元的数量。优选地，所述第一高频辐射单元与所述反射板之间的紧固处安装有绝缘环。

结合上述优选方案，所述消除耦合谐振的多频基站天线还包括嵌套于所述第一、第二低频辐射单元中的第二高频辐射单元，和/或设于同阵列的相邻两个低频辐射单元之间的第三高频辐射单元。相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

本发明所述的消除耦合谐振的多频基站天线，通过在高低频阵列之间加设隔离条，在不影响基站天线辐射性能的前提下，减少两个阵列之间的互耦，提高阵列***之间的隔离度，消除阵列之间的耦合谐振。该发明的技术方案实施方法简单，效果显著。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点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为本发明提供的一种多频基站天线的立体示意图；

图2为图1所示多频基站天线的侧视图；

图3为本发明第一实施例中提供的多频基站天线的立体示意图；

图4为图3所示多频基站天线立体示意图的侧视图；

图5为本发明提供第二实施例中的多频基站天线的立体示意图；

图6为图5所示多频基站天线的侧视图；

图7为本发明提供第三实施例中的多频基站天线的立体示意图；

图8为图7所示多频基站天线的侧视图；

图9为本发明提供第四实施例中的多频基站天线的立体示意图。

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。

针对相互平行的两列低频辐射阵列以及其中间的一列高频辐射阵列的基站天线，本发明提供一种消除耦合谐振的多频基站天线，解决现有技术中不能同时达到消除谐振和利用高低频的耦合来提升低频辐射阵列的辐射性能的技术问题。

如图1-2所述，本申请的一种多频基站天线，包括反射板100、在同一辐射面的左右两列低频辐射阵列以及设于其中间的一列高频辐射阵列，上述阵列相互平行，为便于描述，定义两列所述低频辐射阵列分别为第一低频辐射阵列200、第二低频辐射阵列300，所述高频辐射阵列为第一高频辐射阵列400，三列辐射阵列的轴向相互平行。其中，所述第一低频辐射阵列200包括若干个第一低频辐射单元201，第二低频辐射阵列300包括若干个第二低频辐射单元301，所述第一高频辐射阵列400包括若干个第一高频辐射单元401。

对于本发明基站天线的阵列结构，所述第一高频辐射阵列400对所述第一、第二低频辐射阵列200、300来讲形成了一种空间上的寄生谐振器。所述第一高频辐射阵列400不仅有工作在高频段的电流，并且还有其左右侧的所述第一、第二低频辐射阵列200、300在所述第一高频辐射阵列400上耦合场的寄生电流，这种寄生电流可以改善在空间上产生寄生辐射场，所述寄生辐射场与所述第一、第二低频辐射阵列200、300的辐射场叠加，提高了所述第一、第二低频辐射阵列200、300的前后比辐射性能，但是会引起所述第一、第二低频辐射阵列200、300之间隔离度的谐振，使所述第一、第二低频辐射阵列200、300之间的隔离度变差。而在多频天线***中需要不同***之间有较高的***隔离度，达到互不干扰的效果。

为解决上述问题，所述多频基站天线还在阵列之间设置了隔离条500，该隔离条500以至少两根绝缘材料制成的支撑柱501分开与所述反射板100固定连接、支撑。所述隔离条500与所述绝缘支撑柱501的连接方式可以是插接，优选地，所述隔离条500两端设有两开孔，所述绝缘支撑柱501插接于所述隔离条500的开孔内。所述绝缘支撑柱501与所述反射板100的连接方式可以螺纹紧固、插接等常用的连接方式。所述隔离条500优选为铝合金或者PCB板结构。

所述隔离条500平行于所述第一、第二低频辐射阵列200、300。沿着所述第一、第二低频辐射阵列200、300的延伸方向上，所述隔离条500位于所述第一、第二低频辐射阵列200、300的中心段，该中心段可为所述第一、第二低频辐射阵列200、300的1/3-1/2中心段。所述隔离条500的高度位于所述第一高频辐射单元401的辐射面与所述第一、第二低频辐射单元201、301的辐射面之间，将所述隔离条500高度定义为H，所述第一、第二高频辐射单元201、301的辐射面相对于反射板的高度为H1，所述第一高频辐射单元401的辐射面相对于反射板的高度为H2，所述隔离条500高度H的范围是H1<H<H2。所述隔离条500的水平范围在所述第一、第二低频辐射阵列200、300的中心轴线之间，即如图2所述的虚线框区域A的范围内。

所述第一高频辐射阵列400位于所述第一、第二低频辐射阵列200、300耦合场中间，带来更严重的三个***互相耦合，其中所述总耦合场Z_t为所述第一高频辐射阵列400与所述第一、第二低频辐射阵列200、300之间耦合场Z₂₁和所述第一低频辐射阵列200与所述第二低频辐射阵列300耦合场Z₂₁'的叠加。这种叠加场影响了所述第一、第二低频辐射阵列200、300和中间的所述第一高频辐射阵列400的辐射性能。所述隔离条500利用其与所述第一高频辐射阵列400和所述第一、第二低频辐射阵列200、300的位置关系，消除总耦合场抗Z_t。

具体地，该方案是根据理论计算结论：半波振子互阻抗随着振子间距的增大呈现一种阻尼震荡形式的急剧减小。但是由于受天线小型化设计要求，多频天线不同工作***的辐射单元间距越来越近，耦合场也会越来越强；并且所述第一、第二低频辐射阵列200、300和所述第一高频辐射阵列400并列排布，相邻辐射单元位于最大辐射方向上，耦合较强比共轴排列互阻抗值大。特别的，额外引入隔离条500作为耦合场量抵消原来的总耦合场Z_t，可提高阵列之间的隔离度。

由于所述第一高频辐射阵列400的工作频段(1710-2690MHz)的较低频段(1710-1920MHz)约为所述第一、第二低频辐射阵列200、300工作频段(690-960MHz)的较高频段(855-960MHz)两倍，特别的是在852MHz左右的所述第一、第二低频辐射阵列200、300隔离度产生谐振，在本实施例中，低频谐振频点定为852MHz，但其不限于其低频谐振频点为852MHz，也可在690-960MHz的范围内。对此，本申请提供在上述方案的基础上，可延伸至少两个具体实施例：

实施例一，在上述的虚线框区域A的范围内，所述隔离条500用于消除部分耦合互阻抗Z_t，其设于处于中间位置的所述第一高频辐射阵列400的上方空间，如图3-4所示。所述隔离条500可以消除所述第一高频辐射阵列400与所述第一、第二低频辐射阵列200、300之间耦合场Z₂₁，从而提升了所述第一高频辐射阵列400和所述第一、第二低频辐射阵列200、300的辐射性能，减少阵列间谐振的产生，提高阵列间的隔离度。所述隔离条500的宽度为低频谐振频点波长的0.01～0.05倍，且其与所述反射板100的距离为低频谐振频点波长的0.2～0.25倍。所述隔离条500对所述第一高频辐射阵列400的辐射单元投影面足够小，不会遮挡所述第一高频辐射单元401，并不会影响所述第一高频辐射单元401的电磁辐射性能。

实施例二，在上述的虚线框区域A的范围内，所述隔离条500位于所述第一、第二低频辐射单元201、301的内侧振子臂的下方、所述第一低频辐射单元201的振子臂与所述第一高频辐射单元401的相邻的振子臂之间或所述第二低频辐射单元301的振子臂与所述第一高频辐射单元401的振子臂之间，如图5-6所示。本具体实施方式是利用所述隔离条500引入寄生耦合来改变振子的电流分布，从而改变了所述第一、第二低频辐射阵列200、300的谐振频点的辐射阻抗Z_r＝R_r+jX的电抗性分量jX，改变了所述第一高频辐射阵列400与所述第一、第二低频辐射阵列200、300之间耦合场Z₂₁以及所述第一低频辐射阵列200与所述第二低频辐射阵列300之间耦合场Z₂₁'。具体地，直接改变原来的不同的阵列之间的耦合场互阻抗Z₂₁值，使总耦合场Z_t不会在原来谐振频点产生叠加，并产生一定的反相抵消，提高阵列之间的隔离度。

所述隔离条500与所述第一、第二低频辐射单元201、301的振子臂所在平面的垂直距离为低频谐振频点波长的0.01～0.05倍，且与所述反射板100的距离为低频谐振频点波长的0.2～0.25倍。

对于上述实施例一、二来说，所述隔离条500的形状为呈直线型或者呈“弓”字形，也可以为其他形状，且，实际长度为低频谐振中心点波长的0.25～0.5倍，宽度为的低频谐振中心点波长0.01～0.05倍。所述隔离条500介入到整个多频阵列耦合场中，通过所述隔离条500的寄生耦合场与未加载所述隔离条500的耦合场形成一种反相抵消。具体实施例一、实施例二可以单独使用，也可以组合使用，也就是说在所述的虚线框区域A内设置一根或多根所述隔离条500。当只有一根隔离条500时，其位于所述第一高频辐射单元401的上方或者位于相邻的所述第一、第二低频辐射单元201、301之间相对振子臂中其中一个振子臂正下方或者位于所述第一、第二低频辐射单元201、301的振子臂与各自相邻的所述第一高频辐射单元401的振子臂之间。当设有多根隔离条500时，其处于所述第一高频辐射单元401的上方和/或所述第一、第二低频辐射单元201、301内侧振子臂下方和/或位于所述第一、第二低频辐射单元201、301的振子臂与各自相邻的所述第一高频辐射单元401的振子臂之间。但所述隔离条500的数量不超过所述第一高频辐射单元400的数量n的一半。

由于所述第一高频辐射阵列400和所述第一、第二低频辐射阵列200、300部分频段满足谐振条件，特别的是当所述第一高频辐射单元401直接与所述反射板100电气连接，形成直流直通，根据镜像原理，此时该所述第一高频辐射单元401为所述第一、第二低频辐射阵列200、300的1/4波长的单极子寄生辐射单元，所述第一高频辐射阵列401同时产生寄生辐射场，这种耦合场强最强，干扰了所述第一、第二低频辐射阵列200、300的所述第一、第二低频辐射单元201、301的性能。

进一步地，在上述实施例的基础上，本发明给出了实施例三，如图7-8所示，将位于所述第一高频辐射阵列400中心段的所述第一高频辐射单元401与所述反射板100绝缘设置。该中心段可为所述第一、第二低频辐射阵列200、300的1/3-1/2的中心段。由于所述第一高频辐射单元401与所述反射板100绝缘，切断了这种寄生辐射电流，无法满足电磁谐振条件，并且所述第一高频辐射阵列400与所述第一、第二低频辐射阵列200、300之间互阻抗Z₂₁'与所述第一、第二低频辐射阵列200、300之间的互阻抗Z₂₁可以形成一种抵消。这种方法不会影响所述第一高频辐射阵列400的电路和辐射性能。

在本实施例三中，绝缘的方式具体为，在需要绝缘的所述第一高频辐射单元401对应的所述反射板100安装位置上挖孔，所述第一高频辐射单元通过如POM的塑料制成的绝缘环600固定在所述反射板100上，使得第一高频辐射单元不与所述反射板100直接电连接。与反射板绝缘的高频辐射单元个数为一个或者多个，但数量少于所述第一高频辐射阵列400中所述第一高频辐射单元401总数n的一半。

实施例三可以分别与实施例一或二组合使用，也可三个实施例同时组合使用，从而减少对所述第一高频辐射阵列400或者第一、第二低频辐射阵列200、300的影响，三种方案的组合使用并不会互相干涉，均能实现消除耦合谐振的目的。

本发明的基站天线的阵列结构，不限于如图3-8所示的阵列组合方式——仅由所述第一高频辐射阵列400和所述第一、第二低频辐射阵列200、300相互平行组成。在实施例四中，该消除耦合谐振的的多频基站天线还包括嵌套于所述第一、第二低频辐射单元201、301中的第二高频辐射单元700和相邻的同阵列的低频辐射单元之间设置第三高频辐射单元800，如图9。

本发明通过在所述第一高频辐射阵列400和所述第一、第二低频辐射阵列200、300中加载隔离条500和/或所述第一高频辐射单元401与所述反射板100绝缘方式，在不影响基站天线的辐射性能的前提下，阵列之间的互阻抗形成抵消，减少阵列间的互耦，从而达到提高阵列间的隔离度，减少阵列间的谐振产生的技术效果。因此，本发明克服了因多频基站天线的小型化、多***、宽频化而造成天线内部器件布局紧凑，辐射振子单元越来越靠近，而造成阵列之间互耦的增强会不仅引起阵列方向图的畸变，导致影响阵列天线的波束赋形的问题；以及避免因引起不同阵列***之间强烈的耦合干扰，导致***之间隔离度变差，干扰不同信道通信的等技术问题的发生。

以上所述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 (12)

1.一种消除耦合谐振的多频基站天线，其包括反射板，以及安装于所述反射板上的相互平行且在同一辐射面的第一低频辐射阵列、第二低频辐射阵列和置于所述第一、第二低频辐射阵列之间的第一高频辐射阵列；所述第一、第二低频辐射阵列包括若干个低频辐射单元，所述第一高频辐射阵列包括若干个第一高频辐射单元；其特征在于:

还包括平行于反射板且与所述反射板绝缘的隔离条，其沿所述第一、第二低频辐射阵列的中心轴线延伸，且位于所述第一高频辐射单元的辐射面所述第一、第二低频辐射单元的辐射面之间。

2.根据权利要求1所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：所述隔离条的形状为直线型或者呈“弓”字形。

3.根据权利要求1所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：所述隔离条为铝合金或者是PCB板结构。

4.根据权利要求1所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：所述隔离条的实际长度为低频阵列谐振频点波长的0.25～0.5倍。

5.根据权利要求1或4任一项所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：所述隔离条的宽度为低频阵列谐振频点波长的0.01～0.05倍。

6.根据权利要求1所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：所述隔离条位于所述第一高频辐射阵列的上方。

7.根据权利要求1所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：所述隔离条位于所述第一、第二低频辐射单元的内侧振子臂的下方或者位于所述第一低频辐射单元的振子臂与所述第一高频辐射单元的相邻的振子臂之间或所述第二低频辐射单元的振子臂与所述第一高频辐射单元的相邻的振子臂之间。

8.根据权利要求7所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：所述隔离条分别与所述第一、第二低频辐射单元的振子臂所在平面的垂直距离为低频谐振频点波长的0.01～0.05倍，且与所述反射板的距离为低频谐振频点波长的0.2～0.25倍。

9.根据权利要求1所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：所述隔离条的数量为[1，n/2],n为所述第一高频辐射单元的数量。

10.根据权利要求1、6或7所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：至少一所述第一高频辐射单元与所述反射板绝缘设置，与所述反射板绝缘设置的所述第一高频辐射单元位于所述第一高频辐射阵列的中心段，所述第一高频辐射单元与所述反射板绝缘设置的数量为[1，n/2],n为所述第一高频辐射单元的数量。

11.根据权利要求10所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：所述第一高频辐射单元与所述反射板之间的紧固处安装有绝缘环。

12.根据权利要求1所述的消除耦合谐振的的多频基站天线，其特征在于：还包括嵌套于所述第一、第二低频辐射单元中的第二高频辐射单元，和/或设于同阵列的相邻两个低频辐射单元之间的第三高频辐射单元。