CN110911817A - 具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于基站天线设备技术领域，提供了一种具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，包括有：一个反射底板；至少一个低频辐射阵子，固定安装在所述反射底板上；至少四个高频辐射阵子，固定安装在所述反射底板上，且均匀环绕在所述低频辐射阵子的四周；至少四条金属丝，分别独立对称架设在所述低频辐射阵子四周分布的支撑架上。借此，本发明在低频天线阵子四周设置的金属丝起到了寄生辐射天线的作用，该寄生天线产生的辐射场与低频阵子产生的辐射场相叠加，在不影响嵌套布局方案的情况下，充分利用空间资源提高低频天线的增益。
Description
技术领域
本发明涉及基站天线设备技术领域，尤其涉及一种具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子。
背景技术
随着全球通信领域建设的日益完善,移动通信***现在是2G/3G/4G多个制式并存的，未来还将与5G共存，各运营商为了降低建网和运营维护成本、长远考虑后期网络的可演进性，对天线的宽带化、小型化、多制式提出来更高的需求。要求一副天线能满足更多的网络制式、覆盖现有和将来可能用到的所有移动通信频段，并且要求天线体积小以便于基站选址，节约空间资源。因此，对多频、宽带、小型化基站天线技术的研究很有必要，高低频嵌套方案的阵列天线是实现小型化的主要路径之一。
现有的基站阵列天线中，往往需要高频辐射阵子与低频辐射阵子共同安装在一个地板上，实现天线***的多制式和小型化。为了减小低频辐射单元对高频辐射单元的遮挡，现有专利中提出利用水平辐射单元和垂直辐射单元合成±45°极化的十字阵子，如公开号为CN104916910A提出的低频辐射阵子。由于在基站天线***中，高频天线和低频天线共同存在，且相互距离较近，容易产生互耦，导致方向图发生畸变，现有公开号为CN206412463U提出在低频辐射片上加载H形结构的滤波网络来抑制低频阵子对高频辐射方向图的影响。
综上可知，现有的方法在实际使用上，存在着较多的问题，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，在低频天线阵子四周设置的金属丝起到了寄生辐射天线的作用，该寄生天线产生的辐射场与低频阵子产生的辐射场相叠加，在不影响嵌套布局方案的情况下，充分利用空间资源提高低频天线的增益。
为了实现上述目的，本发明提供一种具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，包括有：
一个反射底板；
至少一个低频辐射阵子，固定安装在所述反射底板上；
至少四个高频辐射阵子，固定安装在所述反射底板上，且均匀环绕在所述低频辐射阵子的四周；
至少四条金属丝，分别独立对称架设在所述低频辐射阵子四周分布的支撑架上。
根据所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，所述低频辐射阵子包括有一个压铸馈电结构、一个PCB耦合馈电结构和四个PCB辐射枝节，所述压铸馈电结构的下端固定安装在所述反射底板上，所述PCB耦合馈电结构和所述PCB辐射枝节安装于所述压铸馈电结构的上端。
根据所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，所述PCB耦合馈电结构包括有一介质板，所述介质板的上下两面分别都印制有四个呈类矩形的铜箔，且所述介质板上下两面的所述铜箔通过金属化过孔一一对应导通；所述介质板同一面上的四个所述铜箔呈对称分布，且四个所述铜箔两两相邻间隔出四条间隔缝隙；每一所述铜箔上均刻蚀有一开路缝隙。
根据所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，所述开路缝隙为直线型缝隙或L型缝隙或弯折型缝隙，且所述开路缝隙的总长度为对应频点的四分之一波长。
根据所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，四个所述PCB辐射枝节的一端分别安装在所述介质板上端面的四个所述间隔缝隙上，所述PCB辐射枝节上下两面设有相同的至少一辐射片，所述辐射片呈矩形和/或阶梯型和/或多折线型结构。
根据所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，所述压铸馈电结构包括有空气微带线结构和至少两根短路金属柱，所述空气微带线结构与所述短路金属柱连接以构成天线的巴伦。
根据所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，所述空气微带线结构包括有第一微带地、第二微带地、第一微带馈电片和第二微带馈电片，所述第一微带地和所述第一微带馈电片通过第一印制金属导体与所述介质板下端面的两个铜箔连接，所述第二微带地和所述第二微带馈电片通过第二印制金属导体与所述介质板下端面的另两个铜箔连接。
根据所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，所述介质板为FR4基板。
根据所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，所述支撑架为塑料材质，且竖立安装在所述反射底板上。
根据所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，所述金属丝为直线型或直角型或圆弧型或不规则型；和/或
单个所述金属丝的总长度在215mm～245mm；和/或
所述高频辐射阵子为常规高频压铸阵子，所述低频辐射阵子嵌套于所述高频辐射阵子的正中心。
本发明所述具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子包括有一个反射底板；至少一个低频辐射阵子，固定安装在所述反射底板上；至少四个高频辐射阵子，固定安装在所述反射底板上，且均匀环绕在所述低频辐射阵子的四周；至少四条金属丝，分别独立对称架设在所述低频辐射阵子四周分布的支撑架上。借此，本发明在低频天线阵子四周设置的金属丝起到了寄生辐射天线的作用，该寄生天线产生的辐射场与低频阵子产生的辐射场相叠加，在不影响嵌套布局方案的情况下，充分利用空间资源提高低频天线的增益。
附图说明
图1为本发明优选实施例所述具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子的结构示意图；
图2为本发明优选实施例所述具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子的所述低频辐射阵子的结构示意图；
图3为本发明优选实施例所述具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子的所述低频辐射阵子的所述PCB辐射枝节上的电流分布图；
图4为本发明优选实施例所述具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子的所述低频辐射阵子的所述PCB耦合馈电结构的结构示意图；
图5为本发明优选实施例所述具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子的所述低频辐射阵子的所述压铸馈电结构的结构示意图；
图6为所述具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子的所述低频辐射阵子的所述PCB耦合馈电结构上有无刻蚀开路缝隙情况下的所述高频辐射阵子在2690MHz频点处的辐射方向图；
图7为双极化基站辐射阵子四周有无金属丝情况下的所述低频辐射阵子的增益随频率的变化曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出本发明优选实施例所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，包括有一个反射底板4；至少一个低频辐射阵子1，固定安装在反射底板4上，至少四个高频辐射阵子2，固定安装在反射底板4上，且均匀环绕在低频辐射阵子2的四周；至少四条金属丝3，分别独立对称架设在低频辐射阵子1四周分布的支撑架5上；低频辐射阵子1是十字阵子，其工作频段为698MHz～960MHz，高频辐射阵子2的工作频段为1710MHz～2690MHz，且高频辐射阵子2和低频辐射阵子1均为±45°极化的天线；本实施例包括有四个高频辐射阵子2和四条金属丝3，在低频辐射阵子1的四周均匀对称分布设置四个高频辐射阵子2，所述低频辐射阵子1的四周附近还设有若干个支撑架5，四条金属丝3对称架设在支撑架5上，即可利用在阵子四周对称的四条金属丝3产生的寄生辐射来提高阵子的增益，该寄生天线产生的辐射场与低频阵子产生的辐射场相叠加，在不影响嵌套布局方案的情况下，充分利用空间资源提高低频天线的增益。
低频辐射阵子1辐射后，金属丝3可以耦合到相应的电流，这部分的耦合电流辐射的电磁波与低频辐射阵子1辐射的电磁波进行叠加，在不影响嵌套布局方案的情况下，充分利用空间资源改善原来仅低频阵子辐射的方向图。图7给出有无金属丝3的情况下，低频辐射阵子1的增益随频率的变化曲线，可以看出，增加金属丝3后，天线的平均增益提升0.7dBi左右，增益提升明显。
参见图2，所述低频辐射阵子1包括有一个压铸馈电结构8、一个PCB耦合馈电结构7和四个PCB辐射枝节6，压铸馈电结构8的下端固定安装在反射底板4上，所述PCB耦合馈电结构7和PCB辐射枝节6安装于压铸馈电结构8的上端。其中，所述PCB耦合馈电结构7包括有一介质板16，介质板16的上下两面分别都印制有四个呈类矩形的铜箔，且介质板16上下两面的所述铜箔通过金属化过孔15一一对应导通；介质板16同一面上的四个所述铜箔呈对称分布，且四个铜箔两两相邻间隔出四条间隔缝隙；每一所述铜箔上均刻蚀有一开路缝隙17。如图4，包括有第一铜箔11、第二铜箔12、第三铜箔13和第四铜箔14，所述介质板16呈矩形状，四个铜箔分别对称分布在对角处；激励高频辐射阵子2在低频辐射阵子1的PCB耦合馈电结构7和PCB辐射枝节6上会产生耦合电流，这部分的电流也参与辐射，并与高频辐射阵子2辐射的场进行叠加，导致高频方向图发生畸变，参见图6；本实施例中，在高频方向图畸变频点处，高频耦合电流主要集中在低频的PCB耦合馈电结构7上，低频的PCB辐射枝节6上耦合的高频电流较弱，故在PCB耦合馈电结构7的每个近似矩形的铜箔上均刻蚀一个细长的开路缝隙17，通过调节开路缝隙17的长度，可以改善对应频段的高频方向图。本实施例的所述开路缝隙17为直线型缝隙，或者在其他实施例还可以是L型缝隙或弯折型缝隙，且所述开路缝隙17的总长度为对应频点的四分之一波长，对应频点为高频方向图因PCB馈电片上耦合较强电流而畸变的频点；从图6可以看出，当低频辐射阵子1的PCB耦合馈电结构7上没有开路缝隙17情况下，高频的辐射方向图畸变较大，当低频辐射阵子1的PCB耦合馈电结构7上有开路缝隙17时，高频的辐射方向图畸变小并与仅高频辐射时候的方向图接近。若在某种状态下，低频辐射阵子1的PCB辐射枝节6上耦合的高频电流较为集中，那么可以考虑在PCB辐射枝节6上刻蚀四分之一波长的开路缝隙。
进一步的是，四个PCB辐射枝节6的一端分别安装在介质板16上端面的四个所述间隔缝隙上，所述PCB辐射枝节6上下两面设有相同的至少一辐射片，所述辐射片呈矩形和/或阶梯型和/或多折线型结构。PCB辐射枝节6可以耦合电磁波并进行辐射，调节耦合馈电结构的间隙大小和间隙长度可以调节天线的阻抗特性。参见图3，上下两面的PCB辐射枝节6的形状相同，其上的辐射片的形状可以为矩形和/或梯形和/或弯折线。本发明使用的是矩形线和弯折线相结合的方式作为低频辐射阵子1的辐射片，通过弯折线可以增加电流的有效流径，减小辐射片的物理尺寸。当低频辐射阵子1的﹢45°口被激励时，在四个PCB辐射枝节6上形成的电流10，这四个电流辐射的场可以合成﹢45°的辐射场，同理，当低频辐射阵子1的-45°口被激励时，四个PCB辐射枝节6上电流辐射的场可以合成-45°的辐射场。所述反射底板4与低频辐射阵子1的PCB辐射枝节6之间的距离约为中心频点的四分之一波长。
参见图5，所述压铸馈电结构8包括有空气微带线结构和至少两根短路金属柱22，所述空气微带线结构与短路金属柱22连接以构成天线的巴伦。两个金属柱22的长度尺寸约为天线中心频率的四分之一波长。进一步的是，所述空气微带线结构包括有第一微带地18、第二微带地20、第一微带馈电片19和第二微带馈电片21，所述第一微带地18和第一微带馈电片19通过第一印制金属导体与介质板16下端面的两个铜箔连接，所述第二微带地20和第二微带馈电片21通过第二印制金属导体与介质板16下端面的另两个铜箔连接。具体是，第一微带地18和第一微带馈电片19通过一段印刷金属导体将激励信号传输给近似矩形的第一铜箔11和第三铜箔13；PCB辐射枝节6耦合到近似矩形的第一铜箔11和第三铜箔13上的激励信号，可以形成电流10，产生﹢45°的辐射场。而第二微带地20和第二微带馈电片21通过一段印刷金属导体将激励信号传输给近似矩形的第二铜箔12和第四铜箔14，则可以产生-45°的辐射场。
优选的是，所述介质板16为FR4(一种耐燃材料等级的代号)基板。所述支撑架5为塑料材质，且竖立安装在反射底板4上。
本实施例的所述金属丝3为直角型，当前在其他实施例中还可以是直线型或圆弧型或不规则型；具体的是，单个所述金属丝的总长度在215mm～245mm，即金属丝3的总长度约为工作频段最低频点的半波长。选取合适的金属丝3的形状和放置位置，可以改善低频阵子的增益、波宽、前后比等指标，交叉极化比略微变差。所述高频辐射阵子2为常规高频压铸阵子，低频辐射阵子1嵌套于高频辐射阵子2的正中心，即在四个高频辐射振子2的正中心处设置一个低频辐射振子1，可以减小阵列天线的空间尺寸。利用在阵子四周对称的增加四条金属丝产生的寄生辐射来提高阵子的增益。通过在低频阵子的耦合馈电片上刻蚀开路缝隙，抑制低频阵子对高频辐射方向图的影响。
综上所述，本发明在低频天线阵子四周设置的金属丝起到了寄生辐射天线的作用，该寄生天线产生的辐射场与低频阵子产生的辐射场相叠加，在不影响嵌套布局方案的情况下，充分利用空间资源提高低频天线的增益。在PCB耦合馈电的近似矩形铜箔上刻蚀的开路缝隙，可以在高频的对应频点处产生陷波特性，用于抑制高频电磁波，减小高低频之间的耦合，改善高频方向图；并且压铸空气微带和短路金属柱构成的馈电和巴伦结构更加牢固，便于批量加工生产。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，其特征在于，包括有：
一个反射底板；
至少一个低频辐射阵子，固定安装在所述反射底板上；
至少四个高频辐射阵子，固定安装在所述反射底板上，且均匀环绕在所述低频辐射阵子的四周；
至少四条金属丝，分别独立对称架设在所述低频辐射阵子四周分布的支撑架上。
2.根据权利要求1所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，其特征在于，所述低频辐射阵子包括有一个压铸馈电结构、一个PCB耦合馈电结构和四个PCB辐射枝节，所述压铸馈电结构的下端固定安装在所述反射底板上，所述PCB耦合馈电结构和所述PCB辐射枝节安装于所述压铸馈电结构的上端。
3.根据权利要求2所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，其特征在于，所述PCB耦合馈电结构包括有一介质板，所述介质板的上下两面分别都印制有四个呈类矩形的铜箔，且所述介质板上下两面的所述铜箔通过金属化过孔一一对应导通；所述介质板同一面上的四个所述铜箔呈对称分布，且四个所述铜箔两两相邻间隔出四条间隔缝隙；每一所述铜箔上均刻蚀有一开路缝隙。
4.根据权利要求3所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，其特征在于，所述开路缝隙为直线型缝隙或L型缝隙或弯折型缝隙，且所述开路缝隙的总长度为对应频点的四分之一波长。
5.根据权利要求3所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，其特征在于，四个所述PCB辐射枝节的一端分别安装在所述介质板上端面的四个所述间隔缝隙上，所述PCB辐射枝节上下两面设有相同的至少一辐射片，所述辐射片呈矩形和/或阶梯型和/或多折线型结构。
6.根据权利要求3所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，其特征在于，所述压铸馈电结构包括有空气微带线结构和至少两根短路金属柱，所述空气微带线结构与所述短路金属柱连接以构成天线的巴伦。
7.根据权利要求6所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，其特征在于，所述空气微带线结构包括有第一微带地、第二微带地、第一微带馈电片和第二微带馈电片，所述第一微带地和所述第一微带馈电片通过第一印制金属导体与所述介质板下端面的两个铜箔连接，所述第二微带地和所述第二微带馈电片通过第二印制金属导体与所述介质板下端面的另两个铜箔连接。
8.根据权利要求3所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，其特征在于，所述介质板为FR4基板。
9.根据权利要求1所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，其特征在于，所述支撑架为塑料材质，且竖立安装在所述反射底板上。
10.根据权利要求1～9任一项所述的具有高增益及高频陷波的双极化基站辐射阵子，其特征在于，所述金属丝为直线型或直角型或圆弧型或不规则型；和/或
单个所述金属丝的总长度在215mm～245mm；和/或
所述高频辐射阵子为常规高频压铸阵子，所述低频辐射阵子嵌套于所述高频辐射阵子的正中心。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN112234355A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-01-15 | 华南理工大学 | 一种基于直立振子的宽带双频融合天线阵 |
| CN112290199A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-29 | 京信通信技术(广州)有限公司 | 天线及其低频辐射单元、隔离条 |
| CN112310661A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-02-02 | 武汉虹信科技发展有限责任公司 | 一种多频天线阵列及基站*** |
| CN112490651A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-03-12 | 杭州电子科技大学 | 一种多频带基站散射抑制天线 |
| WO2022237405A1 (zh) * | 2021-05-14 | 2022-11-17 | 摩比天线技术（深圳）有限公司 | 抑制异频散射的低频辐射单元及基站天线 |
-
2019
- 2019-12-03 CN CN201911224170.7A patent/CN110911817A/zh active Pending
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