CN110416704A - 一种天线辐射单元及宽频天线 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种天线辐射单元及宽频天线，所述天线辐射单元包括围成桶状或近似桶状的至少两对正交极化的辐射单元本体和耦合件，每对辐射单元本体中的两个辐射单元本体相对设置，相邻两个辐射单元本体之间通过耦合件耦合连接，且通过耦合件两者之间形成有耦合缝隙，每个辐射单元本体包括一体的第一振子臂和第二振子臂。本发明能够有效缩短天线尺寸且能展宽天线的工作频段，且可用于同时兼容4G和5G通信频段的天线使用。

Description

一种天线辐射单元及宽频天线
技术领域
本发明涉及一种天线领域，尤其是涉及一种小型化且频段宽的天线辐射单元及宽频天线。
背景技术
辐射单元是指构成天线基本结构的单元，它能有效地辐射或接收无线电波。双极化辐射单元有利于极化复用，或者实现收发同工。双极化辐射单元的结构直接影响辐射单元阵列的排布。
但是传统的天线辐射单元一般存在以下几点缺点：1、现有普通正交90°交叉的阵子尺寸较大，占用空间较大，不利于基站天线小型化，且成本较高；2、工作频段较窄，通常工作于698～960MHz频段；3、多采用压铸工艺进行一体化成型，辐射单元重量较重，无法满足现通信市场对轻量化的要求；4、可以兼容的天线频段局限，从而使得辐射单元的使用范围不够灵活。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种小型化且宽频的天线辐射单元及宽频天线。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种天线辐射单元，包括围成桶状或近似桶状的至少两对正交极化的辐射单元本体和若干耦合件，每对辐射单元本体中的两个辐射单元本体相对设置，相邻两个辐射单元本体之间通过所述耦合件耦合连接，且通过所述耦合件两者之间形成有耦合缝隙，每个所述辐射单元本体包括一开槽及位于开槽上方一体成型的第一振子臂和第二振子臂。
优选地，所述第一振子臂和第二振子臂位于同一平面上。
优选地，所述天线辐射单元还包括设置于辐射单元本体上的缝隙孔，所述缝隙孔位于第一振子臂和第二振子臂之间。
优选地，所述第一振子臂由第二振子臂的上端向外折弯形成。
优选地，所述开槽由辐射单元本体的底部向上凹陷形成。
优选地，所述天线辐射单元还包括一对间隔设置于天线辐射单元底部的底座，所述辐射单元本体的底部通过底座相连。
优选地，所述每个辐射单元本体的底部设有至少两个间隔设置的连接部，所述辐射单元本体的连接部分别与其较近的底座相连接。
优选地，所述天线辐射单元还包括设置于相邻两个辐射单元本体之间的限位件。
优选地，所述耦合件上还设置有用于与同轴电缆连接的同轴电缆连接点。
优选地，所述第一振子臂的长度大于所述第二振子臂的长度。
优选地，所述天线辐射单元沿其中心轴旋转对称。
优选地，所述辐射单元本体沿其纵轴轴对称。
优选地，所述辐射单元本体和耦合件分别为钣金辐射单元本体和钣金耦合件。
本发明还提出了另外一种技术方案：一种宽频天线，包括反射板和安装在所述反射板上的上述天线辐射单元。
优选地，所述宽频天线还包括任意频段的小型化天线单元，所述小型化天线单元内嵌于所述天线辐射单元内，或者单独设置于反射板上，所述小型化天线单元与天线辐射单元在反射板上共轴排布。
优选地，所述小型化天线单元采用工作频段为3300～3700MHz的振子单元，或者采用工作频段为1695-2690MHz的LTE频段天线。
本发明的有益效果是：
1、本发明的辐射单元本体均设置为一体式结构，能够有效缩短天线尺寸且能展宽天线的工作频段，另外，一体式结构也能有效增强天线的强度。
2、采用钣金结构易于生产并且可以降低天线整体重量。
3、本发明天线辐射单元可以内嵌任意频段的小型化天线，做成紧凑型的共轴形式的天线，尤其适用于同时兼容4G和5G通信频段的天线使用，如既可以内嵌3.5GHz振子做成5G通信天线，也可以不内嵌3.5GHz振子，做成简单4G通信天线，大大提高其使用范围的灵活性。
4、辐射单元本体上开孔及槽的结构，有利于灵活调节振子的驻波和方向图，且当天线辐射单元内嵌其他振子的时候，可以减少振子臂对于其他振子方向图辐射的遮挡。
附图说明
图1、图2是本发明实施例天线辐射单元不同视角的立体结构示意图；
图3是本发明替换实施例1的结构示意图；
图4是本发明替换实施例2的结构示意图；
图5是本发明替换实施例3的结构示意图；
图6是本发明宽频天线的结构示意图。
附图标记：
1、辐射单元本体，11、第一振子臂，12、第二振子臂，13、连接部，2、耦合件，3、底座，31、固定孔，4、反射板，5、耦合缝隙，6、同轴电缆连接点，7、限位件，8、缝隙孔，9、开槽，91、上开槽，92、下开槽，10、小型化天线单元。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种天线辐射单元及宽频天线，其中，辐射单元的振子臂采用一体式结构，使天线小型化的同时展宽天线的工作频段。另外，辐射单元可以兼容其他任意频段的辐射单元，形成宽频天线，大大提高天线使用范围的灵活性。
具体地，结合图1和图2所示，本发明实施例所揭示的一种天线辐射单元，为2G天线辐射单元，其包括四个辐射单元本体1、耦合件2和底座3，四个辐射单元本体1通过耦合件2围成桶状或近似桶状结构，底座3设置在辐射单元本体1底部，用于与天线反射板4固定连接，起到固定辐射单元到反射板4上的作用。
具体地，四个辐射单元本体1形成两对正交极化的辐射单元本体，每对辐射单元本体1中的两个辐射单元本体相对设置，即两对辐射单元本体中的四个辐射单元本体1交替设置。
相邻两个辐射单元本体1之间通过一耦合件2耦合连接，且通过该耦合件2，相邻两个辐射单元本体1之间形成有耦合缝隙5，即这里的耦合件2一方面可以耦合连接辐射单元本体1，增加辐射单元强度，另一方面也能控制相邻辐射单元本体1之间的耦合缝隙5的精度，另外，通过控制耦合缝隙5的精度，进而还能调节振子驻波比。本实施例中，耦合件2为耦合金属片。
优选地，耦合件2上还设置有同轴电缆连接点6，用于与同轴电缆(图为示)连接，通过同轴电缆给辐射单元本体1馈电。本实施例中，同轴电缆与同轴电缆连接点6焊接。
更进一步地，相邻两个辐射单元本体1之间还设置有限位件7，与耦合件2部分作用相同的是，它一方面可以增加辐射单元强度，另一方面也能控制相邻辐射单元本体1之间的耦合缝隙5的精度，另外，通过控制耦合缝隙5的精度，也能调节振子驻波比。本实施例中，限位件7为塑料限位件。
每个辐射单元本体1的结构相同，均为板状结构，结合图1和图2所示，其包括一体成型的第一振子臂11和第二振子臂12，这样，本发明实施例的天线辐射单元包括8个共用的振子臂11、12，这里的第一振子臂11和第二振子臂12为公用的振子臂。
本实施例中，第一振子臂11和第二振子臂12位于同一平面上，且第一振子臂11和第二振子臂12上下分布，其中，第一振子臂11用于控制振子工作频带内的低频谐振频率，第二振子臂12用于控制振子工作频带内的高频谐振频率。第一振子臂11和第二振子臂12的一体式结构，能够有效缩短天线尺寸且能展宽天线的工作频段，使形成的天线具有宽带的特性，另外，一体化的结构形式，也能有效增强天线的强度。
优选地，第一振子臂11的长度大于第二振子臂12的长度，这样，每个辐射单元本体1呈上宽下窄的梯形状结构，而四个这样的辐射单元本体1则围成上开口大、下开口小的桶状结构。
优选地，第一振子臂11和第二振子臂12之间设置有缝隙孔8，缝隙孔8的长短、宽窄、形状及数量等可根据实际需求设置，缝隙孔8的这些参数的可配置，有利于灵活调节振子的驻波和方向图。如图1和图2所示的实施例中，缝隙孔8为细长的长方形孔，数量设置为1个，即整个辐射单元包括4个缝隙孔8；在可替换的实施例中，如图3所示的实施例中缝隙孔8可为三角形状，每个辐射单元本体1上缝隙孔8数量为3个，或如图4所示的实施例中缝隙孔8也为三角形状，，每个辐射单元本体1上缝隙孔8数量为2个，其中，图4中的缝隙孔8大于图3中的缝隙孔8。
更进一步地，每个辐射单元本体1上还开设有开槽9，本实施例中，开槽9设置在第一振子臂11上，且由第一振子臂11的底部的中部向上凹陷形成，开槽9的形状和大小也可以根据实际需求设置。本实施例中，如图2所示，开槽9包括一体的且上、下分布的上开槽91和下开槽92，其中下开槽92的形状近似呈长方形，上开槽91的形状近似呈燕尾槽形，且上开槽91下端的宽度小于下开槽92上端的宽度。
在可替换的实施例中，上开槽91的上端可以是具有至少一个齿的齿状结构，如图3所示，上开槽91的上端呈形成两个齿的齿状结构，配合设置有三个呈三角形的缝隙孔8，其中，最外端的两个缝隙孔8分别靠近其对应端的最外侧的齿边设置，中间的缝隙孔8则设置在中间的两个齿边中间。又如图4所示，上开槽91的上端呈形成一个齿的齿状结构，配合设置有两个呈三角形的缝隙孔8，两个缝隙孔8分别靠近齿的两个齿边设置。
辐射单元本体1上的缝隙孔8和开槽9的结构设计，也可以起到减少振子臂对内嵌的振子单元的方向图辐射的遮挡。
优选地，每个辐射单元本体1沿其纵轴轴对称，即辐射单元本体1上的第一振子臂11、第二振子臂12、缝隙孔8、开槽9结构均是轴对称的。且四个辐射单元本体1构成的天线辐射单元沿其中心轴旋转对称。
本实施例中，如图2所示，在天线辐射单元底部还间隔设置一对底座3，即设置两个底座3，每个底座3所在平面与辐射单元本体1所在平面垂直或近似垂直，底座3整体呈长方形的板体状，其宽度方向的一端的两个直角边(即侧边和端边)分别连接对应端相邻的两个辐射单元本体1的底部，另一端的两个直角边同样分别连接对应端相邻的两个辐射单元本体1的底部，具体地，每个辐射单元本体底部的两端各形成一连接部13，底座每端的侧边和端边分别连接相邻两个辐射单元本体的连接部13。本实施例中，底座3与辐射单元本体1之间为一体成型的，底座3上设有供固定件(图未示)穿过的固定孔31，可供螺钉(图未示)等固定件穿过，使底座3与反射板4固定连接。
两个底座3之间存在间隔，这样，使得整个天线辐射单元呈中空状，可以内嵌其他频段的振子单元，形成宽频天线。
另外，辐射单元本体1的结构可以有其他替换结构，从而使得形成的天线辐射单元具有多种变形结构，不同的天线辐射单元具有不同的方向图和带宽特性，根据不同的要求可以采用不同的天线辐射单元。具体地，如图5所示，辐射单元本体1的第一振子臂11和第二振子臂12不在同一平面上，第一振子臂11由第二振子臂12的上端向外折弯形成，且本实施例中，折弯形成的第一振子臂11整体还呈向上拱起的拱形。第二振子臂12则整体呈上宽下窄的梯形状结构，且其上设有上述开槽9，在该替换实施例中，辐射单元本体1上没有设置上述缝隙孔8，其他结构与上述实施例中所述相同，这里就不在赘述。
优选地，除限位件7为塑料限位件外，天线辐射单元的其他结构均采用钣金结构，易于生产并且可以降低天线整体重量。
如图6所示，本发明所揭示的一种宽频天线，包括反射板4和安装在反射板4上的至少一个上述天线辐射单元。鉴于天线辐射单元的中空结构特征，该天线辐射单元可以兼容其他频段的小型化天线单元10，即，本发明实施例所揭示的一种宽频天线，还可包括小型化天线单元10，如图所示，小型化天线单元10内嵌于所述天线辐射单元内，或者单独设置于反射板4上，且这些小型化天线单元10与天线辐射单元在反射板4上共轴排布。
具体地，本发明实施例的天线辐射单元可以内嵌3.5GHz振子，做成同时兼容4G和5G通信频段的天线，3.5GHz振子具体的工作频段可为3300～3700MHz；也可以不内嵌3.5GHz振子，做成简单4G通信天线，或者内嵌一个同频段，即1695～2690MHz的LTE频段天线，做成紧凑型的4G通信频段的天线；甚至可以内嵌尺寸与3.5GHz振子尺寸近似的或者任何小尺寸的振子，只要其尺寸可以内嵌于本发明的天线辐射单元内部即可。也就是说本发明实施例采用的2G单元和3.5G单元的共轴结构，适用于同时兼容4G通信和5G通信的基站天线使用，提高了振子的使用范围的灵活性。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种天线辐射单元，其特征在于，包括围成桶状或近似桶状的至少两对正交极化的辐射单元本体和若干耦合件，每对辐射单元本体中的两个辐射单元本体相对设置，相邻两个辐射单元本体之间通过所述耦合件耦合连接，且通过所述耦合件两者之间形成有耦合缝隙，每个所述辐射单元本体包括一开槽及位于开槽上方一体成型的第一振子臂和第二振子臂。
2.根据权利要求1所述的一种天线辐射单元，其特征在于，所述第一振子臂和第二振子臂位于同一平面上。
3.根据权利要求2所述的一种天线辐射单元，其特征在于，所述天线辐射单元还包括设置于辐射单元本体上的缝隙孔，所述缝隙孔位于第一振子臂和第二振子臂之间。
4.根据权利要求1所述的一种天线辐射单元，其特征在于，所述第一振子臂由第二振子臂的上端向外折弯形成。
5.根据权利要求1所述的一种天线辐射单元，其特征在于，所述天线辐射单元还包括一对间隔设置于天线辐射单元底部的底座，所述辐射单元本体的底部通过底座相连。
6.根据权利要求5所述的一种天线辐射单元，其特征在于，所述每个辐射单元本体的底部设有至少两个间隔设置的连接部，所述辐射单元本体的连接部分别与其较近的底座相连接。
7.根据权利要求2所述的一种天线辐射单元，其特征在于，所述第一振子臂的长度大于所述第二振子臂的长度。
8.根据权利要求1所述的一种天线辐射单元，其特征在于，所述天线辐射单元沿其中心轴旋转对称。
9.一种宽频天线，其特征在于，包括反射板和安装在所述反射板上的至少一个权利要求1～8任意一项所述的天线辐射单元。
10.根据权利要求9所述的一种宽频天线，其特征在于，所述宽频天线还包括任意频段的小型化天线单元，所述小型化天线单元内嵌于所述天线辐射单元内，或者单独设置于反射板上，所述小型化天线单元与天线辐射单元在反射板上共轴排布。
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