CN107611611B - 一种小型化超宽频多***阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信天线技术领域，具体涉及一种小型化超宽频多***阵列天线，包括金属反射板、辐射单元、塑料底座、功分器；辐射单元、塑料底座和功分器固定安装于金属反射板上，本发明天线的布局结构紧凑，各个***的辐射性能相互依托，巧妙地实现了天线的小型化，减少了基站所用的天线数目、布站成本和运营维护费用，有效地实现了对690‑960MHz与1400‑2700MHz频段的覆盖，满足了目前移动通信网络制式的所有频段，此类高性能超宽带多***的基站天线在国内尚属首创。

Description

一种小型化超宽频多***阵列天线

技术领域

本发明涉及通信天线技术领域，具体涉及一种小型化超宽频多***阵列天线。

背景技术

通信技术作为信息传递的重要手段，在现代信息化进程深化的推动下不断发展。从3G网络到3G/WLAN一体化网络，再到现在的4G网络，移动通信***经历着迅猛的发展。天线作为无线通信***的咽喉要道，是辐射与接收电磁波的***部件。一副高性能的天线不仅能够放宽通信***的要求而且可以改善整个***的性能。为了兼容多种通信制式，改变当前天线扇面位置紧张的状态，基站天线小型化的需求愈加迫切，已经成为未来基站天线的发展趋势。

我国的通信网络复杂，多种通信应用标准并存的局面持续存在是不可避免的，同一个基站2G，3G，4G网络并存，更甚是后期将涉及到5G,不同网络制式间的干扰也严重，传统的天线都为独立双极化天线，存在体积庞大，空间占用大，视觉污染严重，安装复杂，运营成本高，维护困难等待众多弊端。

发明内容

因此，有必要针对在满足多***超宽频带的要求下，基站天线的小型化以及现有技术中存在的问题，设计一种小型化超宽频多***阵列天线，以克服上述问题，本发明的目的在于实现一种超宽带多***天线的小型化，提供了一种可兼顾690-960MHz与1400-2700MHz的结构紧凑的小型化基站天线，有利于实现MIMO通信，提升通信***的容量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种小型化超宽频多***阵列天线，包括金属反射板、辐射单元、塑料底座、功分器；辐射单元、塑料底座和功分器固定安装于金属反射板上。

进一步地，辐射单元为低频辐射单元、中频辐射单元、高频辐射单元。

进一步地，金属反射板部分镂空，安装塑料底座，部分中频辐射单元与部分高频辐射单元安装塑料底座上，避免了它们与金属反射板物理上直接连接。通过各个频段辐射单元不共地的方式减小各个频段之间的电磁耦合，在一定程度上保障了各***相关性能指标的独立性。另一部分高频辐射单元嵌套安装在碗状低频辐射单元上；另一部分中频辐射单元与全部低频辐射单元通过金属螺丝与金属反射板直接连接，通过选择适当的中频振子接地可以在一定程度上实现低频辐射性能的优化。

进一步地，低频辐射单元的工作频段范围为690-960MHz，中频辐射单元的工作频率范围为1400-2400MHz，高频辐射单元的工作频段范围为1695-2700MHz。

进一步地，低频辐射单元为柱形底座，两对振子正交极化且用于发射或接收信号，每对所述振子平行对置，一个碗状低频辐射单元的内部包含一个安装盘，可供安装一个高频辐射单元，安装后的高频辐射单元口径面的几何中心与低频辐射单元口径面的几何中心重合。

进一步地，低频辐射单元两对振子的延伸方向、中频辐射单元两个振子的延伸方向与高频辐射单元两个振子的延伸方向呈平行状态，且三种辐射单元的延伸方向均与金属反射板的翻边呈45°夹角。

进一步地，低频阵列、中频阵列与高频阵列皆为线性等间距排列，分别为第一间距、第二间距以及第三间距，优选地，第一间距大于第二间距，第二间距大于或等于第三间距。

进一步地，所述高频辐射单元包含相互正交的两个振子，等数量的高频辐射单元分别沿着第二参考线、第三参考线，与低频阵列共轴排列，形成两列高频阵列，其中部分高频辐射单元安装在碗状低频辐射单元中，另外一部分通过塑料件安装在地板上，这两部分的高频辐射单元存在一定程度的高度差，高频辐射单元的数量多于低频辐射单元，优选地高频辐射单元的数量是低频辐射单元的2倍或3倍。

进一步地，中频辐射单元包含相互正交的两个振子；多个中频辐射单元沿第一参考线排列，形成一列中频阵列，所述第一参考线位于金属反射板中间；所述金属反射板关于第一参考线轴对称，等数量的多个低频辐射单元分别沿着第二、第三参考线排列，形成两列低频阵列；所述第二、三参考线平行于第一参考线，且不与第一参考线重合；第二参考线位于第一参考线的一侧，第三参考线位于第一参考线的另一侧。

进一步地，功分器为二路功分器。

进一步地，金属反射板两侧设置有翻边和金属隔离墙。

进一步地，两列低频阵列对应的第一对辐射单元采用一个二路功分器相连，对应的最后一对辐射单元亦采用一个二路功分器相连，它们分别归属于两个低频阵列，意即最终形成的两个低频阵列皆为“L”形状的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种小型化超宽频多***阵列天线，两列低频阵列采用“L”形状排布，在一定程度上收窄了水平面波束宽度，提高了前后比。另外，采用中、高频辐射单元部分直接接地，部分与低频辐射单元不共地的形式，既在一定程度上消除了不同频段辐射单元之间的电磁耦合，又着重优化了低频辐射性能的某些指标。中频辐射阵列位于两列低频阵列之间，低频阵列为其提供了天然的辐射边界，再引入设计的金属隔离墙，可以保证天线中频的优越辐射性能。部分高频辐射单元嵌套安装在碗状低频辐射单元的安装盘内，同样地，低频辐射单元为高频单元提供了优越的辐射边界。

综上所述，该天线的布局结构紧凑，各个***的辐射性能相互依托，巧妙地实现了天线的小型化，有效地实现了对690-960MHz与1400-2700MHz频段的覆盖，满足了目前移动通信网络所有频段，此类高性能超宽带多***的基站天线在国内尚属首创。

如此不仅可以减少基站所用的天线数目，减少布站成本，也可以减少运营维护费用，小型化使得基站天线体积缩小、重量减轻，有利于降低天线的安装难度与维护成本。可以有效减小天线架设时的风载荷，降低自然因素对天线性能的影响。有利于基站天线的美化与伪装，有效地避免了视觉污染。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种小型化超宽频多***阵列天线的局部结构示意图；

图2为本发明实施例1中的金属反射板局部结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的一种小型化超宽频多***阵列天线的整体结构示意图；

图4为本发明嵌套高频辐射单元的碗状低频辐射单元；图5为本发明实施例1中的功分器馈电网络的结构示意图；

图6为本发明实施例2提供的一种小型化超宽频多***阵列天线的整体结构示意图；

图7为本发明实施例3提供的一种小型化超宽频多***阵列天线的整体结构的示意图；

附图标记说明：

1-金属反射板；2-低频辐射单元；3-中频辐射单元；4-高频辐射单元；5-塑料底座；6-安装盘；7-功分器；8-中频金属隔离墙；9-高频金属隔离墙；201、202-低频辐射单元振子；301、302-中频辐射单元振子；401、402-高频辐射单元振子；701、702-功分器端子。

具体实施方式

为便于更好的理解本发明的目的、结构以及功能等，现结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1和2所示，本发明实施例提供一种小型化超宽频多***阵列天线，包括金属反射板1，安装在金属反射板1上工作于较低频段的低频辐射单元2，工作于中间频段的中频辐射单元3与工作于较高频段的高频辐射单元4。优选地，低频辐射单元2的工作频段为690-960MHz，中频辐射单元3的工作频率为1400-2400MHz，高频辐射单元4的工作频段为1695-2700MHz。

所述金属反射板1部分镂空，用于安装塑料底座5。部分中频辐射单元3与部分高频辐射单元4安装在塑料底座5上，避免了它们与金属反射板1物理上直接连接。通过各个频段辐射单元不共地的方式减小各个频段之间的电磁耦合，在一定程度上保障了各***相关性能指标的独立性。另一部分高频辐射单元4嵌套安装在碗状低频辐射单元2上；另一部分中频辐射单元3与全部低频辐射单元2通过金属螺丝与金属反射板1直接连接，透过选择适当的中频辐射单元3接地可以在一定程度上实现低频辐射性能的优化。

如图3-5所示，所述碗状低频辐射单元2包含柱形底座及两对正交极化且用于发射或接收信号的低频辐射单元振子201与低频辐射单元振子202，且两对振子平行对置。一个碗状低频辐射单元2的内部包含一个安装盘6，可供安装一个高频辐射单元4。安装后的高频辐射单元4口径面的几何中心与低频辐射单元2口径面的几何中心重合。

所述中频辐射单元3包含相互正交的中频辐射单元振子301与中频辐射单元振子302；多个中频辐射单元3沿第一参考线排列，形成一列中频阵列，所述第一参考线位于金属反射板中间；所述金属反射板1关于第一参考线轴对称。等数量的多个低频辐射单元2分别沿着第二、第三参考线排列，形成两列低频阵列。所述第二、三参考线平行于第一参考线，且不与第一参考线重合；第二参考线位于第一参考线的一侧，第三参考线位于第一参考线的另一侧。

所述两列低频阵列对应的第一对辐射单元采用一个二路功分器7相连；对应的最后一对辐射单元亦采用一个二路功分器7相连；它们分别归属于两个低频阵列，意即最终形成的两个低频阵列皆为“L”形状的第一阵列Array1与第二阵列Array2。

所述高频辐射单元4包含相互正交的高频辐射单元振子401与高频辐射单元振子402，等数量的高频辐射单元4分别沿着第二参考线、第三参考线，与低频阵列共轴排列，形成两列高频阵列。其中部分高频辐射单元4安装在碗状低频辐射单元2中的安装盘6上，另外一部分通过塑料件5安装在金属反射板1上，这两部分的高频辐射单元4存在一定程度的高度差。通常情况下，高频辐射单元4的数量多于低频辐射单元2，优选地高频辐射单元的数量是低频辐射单元的2倍。

优选地，金属反射板1两侧设置相应的翻边来控制天线的低频辐射性能；在中频辐射单元3的周边设置中频金属隔离墙8来控制天线的中频辐射性能；在高频辐射单元4的周边设置高频金属隔离墙9来控制天线的高频辐射性能。

优选地，所述低频阵列除水平方向的两个辐射单元，其余为线性等间距D1排列；中频阵列为线性等间距D2排列；高频阵列为线性等间距D3排列。其中有，D1＝2*D2且D1＝3*D3。

优选地，低频辐射单元2两对低频辐射单元振子201与低频辐射单元振子202的延伸方向、中频辐射单元3的中频辐射单元振子301与中频辐射单元振子302振子的延伸方向与高频辐射单元4的高频辐射单元振子401与高频辐射单元振子402振子的延伸方向呈平行状态，且,金属反射板1的翻边呈45°夹角。

实施例2

如图6所示，本发明实施例是在实施例1的基础上进行了变化。具体地，取消了两列低频阵列对应的第一对与最后一对辐射单元，以及它们所的对应的二路功分器7。而取而代之的是，置于金属反射板1水平方向正中间的一个低频辐射单元2，形成如图6所示的第一阵列Array1与第二阵列Array2为低频阵列。低频阵列该种形式的排列形式，也在一定程度上收窄了水平面波束宽度，提高了前后比。

本发明实施例中的其他特征与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3

如图7所示，本发明实施例亦是在实施例1的基础上进行了变化。具体地，将两列中频阵列分别与低频阵列共轴排列，而将高频阵列设置于两列低频阵列的中间。其中依然有，低频阵列除去水平方向的两个辐射单元，其余为线性等间距D1排列；中频阵列为线性等间距D2排列；高频阵列为线性等间距D3排列，D1＝2*D2且D1＝3*D3。

本发明实施例中的其他特征与实施例1相同，在此不再赘述。

需要指出的是，以上提供的两个实施例中，各个频段阵列辐射单元的数目只是本发明技术方案在实际应用中的一种具体选择。根据实际工程需求，增加或者减少辐射单元的数目，仍然可以实现所述不同增益的小型化超宽频多***阵列天线。同时，在以上的两个实施例中，通过改变馈电网络的具体实现方式，可实现将低频、中频、高频分割为更多的***的阵列天线都是比较简单而容易的事，本领域的技术人员有能力根据本发明结构上的灵活性拓展其应用的场合。

需要强调的是，以上3个实施例中，低、中、高频辐射单元皆为等间距排列，且低频辐射单元间距优选地为中频辐射单元间距的2倍，为高频辐射单元的3倍。根据不同的覆盖频段要求，不用的增益需求，以及不同的辐射性能需求，采用不同的绝对间距与相对间距进行等间距排列，或者不采用等间距排列方式都是比较简单而容易的。由于不脱离本发明的构思，也在本发明的保护范围之内。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种小型化超宽频多***阵列天线，其特征在于，包括金属反射板、辐射单元、塑料底座、功分器；辐射单元、塑料底座和功分器固定安装于金属反射板上；

辐射单元包括低频辐射单元、中频辐射单元、高频辐射单元；

所述高频辐射单元包含相互正交的两个振子，等数量的高频辐射单元分别沿着第二参考线、第三参考线，与低频阵列共轴排列，形成两列高频阵列，其中部分高频辐射单元安装在碗状低频辐射单元中，另外一部分通过塑料底座安装在金属反射板上，这两部分的高频辐射单元存在一定程度的高度差，高频辐射单元的数量多于低频辐射单元；

中频辐射单元包含相互正交的两个振子，多个中频辐射单元沿第一参考线排列，形成一列中频阵列，所述第一参考线位于金属反射板中间；所述金属反射板关于第一参考线轴对称，等数量的多个低频辐射单元分别沿着第二、第三参考线排列，形成两列低频阵列；所述第二、三参考线平行于第一参考线，且不与第一参考线重合；第二参考线位于第一参考线的一侧，第三参考线位于第一参考线的另一侧；

两列低频阵列对应的第一对辐射单元采用一个二路功分器相连，对应的最后一对辐射单元亦采用一个二路功分器相连，它们分别归属于两个低频阵列；

金属反射板部分镂空，用于安装塑料底座，部分中频辐射单元与部分高频辐射单元安装在塑料底座上，另一部分高频辐射单元嵌套安装在碗状低频辐射单元上，另一部分中频辐射单元与全部低频辐射单元通过金属螺丝与金属反射板直接连接。

2.根据权利要求1所述的小型化超宽频多***阵列天线，其特征在于，低频辐射单元的工作频段范围为690-960MHz，中频辐射单元的工作频率范围为1400-2400MHz，高频辐射单元的工作频段范围为1695-2700MHz。

3.根据权利要求1所述的小型化超宽频多***阵列天线，其特征在于，低频辐射单元为柱形底座，两对振子正交极化且用于发射或接收信号，每对所述振子平行对置，一个碗状低频辐射单元的内部包含一个安装盘，可供安装一个高频辐射单元，安装后的高频辐射单元口径面的几何中心与低频辐射单元口径面的几何中心重合。

4.根据权利要求1所述的小型化超宽频多***阵列天线，其特征在于，低频辐射单元两对振子的延伸方向、中频辐射单元两个振子的延伸方向与高频辐射单元两个振子的延伸方向呈平行状态，三种辐射单元的延伸方向均与金属反射板的翻边呈45°夹角。

5.根据权利要求1所述的小型化超宽频多***阵列天线，其特征在于，低频阵列、中频阵列与高频阵列皆为线性等间距排列，分别为第一间距、第二间距以及第三间距，第一间距大于第二间距，第二间距大于或等于第三间距。