CN112310644A - 一种阵列天线、基站***及天线性能调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线技术领域，公开了一种阵列天线、基站***及天线性能调节方法，其中阵列天线包括融合辐射单元，融合辐射单元的辐射臂为十字结构，且融合辐射单元的辐射臂的至少一个端部连接有加载结构。本发明提供的一种阵列天线、基站***及天线性能调节方法，设置十字融合辐射单元可有效地，灵活的设置于其他频段中，同时减小频段间的耦合。在融合天线中，融合辐射单元采用十字型结构，可减小异频间互耦，而在辐射臂末端增加加载结构可减小辐射单元物理长度，既减小了辐射单元尺寸，又减小了互耦影响；且针对融合天线中多个位置，通过增加振子臂末端加载结构，可改善辐射单元的匹配特性，提升了辐射单元在环境中的辐射特性。

Description

一种阵列天线、基站***及天线性能调节方法
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种阵列天线、基站***及天线性能调节方法。
背景技术
随着4G的深入发展以及5G时代的到来，运营商运营的***数量越来越多，天面资源紧张成为一个突出的问题，必须要缩小天面占用的体积，而缩小天面体积的重要方向是天线的小型化。常规的多频嵌套或者并列排放的方案就受限于尺寸很难实现。
目前采用特定结构振子的融合方案成了重点选择。但是，在融合方案中，不同的振子在不同的位置对应的匹配特性不同，很难实现同时满足多个位置，造成了驻波比恶化，降低了辐射特性。
发明内容
本发明实施例提供一种阵列天线、基站***及天线性能调节方法，用以解决或部分解决现有天线融合方案中，不同的振子在不同的位置对应的匹配特性不同，很难实现同时满足多个位置，造成了驻波比恶化，降低了辐射特性的问题。
本发明实施例提供一种阵列天线，包括融合辐射单元，所述融合辐射单元的辐射臂为十字结构，且所述融合辐射单元的辐射臂的至少一个端部连接有加载结构。
在上述方案的基础上，所述加载结构包括加载柱，所述加载柱设于所述融合辐射单元的辐射臂的下方和/或上方。
在上述方案的基础上，所述加载结构与所述融合辐射单元的辐射臂电气连接。
在上述方案的基础上，所述融合辐射单元为压铸结构；所述融合辐射单元的辐射臂与加载结构一体成型。
在上述方案的基础上，所述融合辐射单元的辐射臂为印刷电路结构；所述融合辐射单元的辐射臂通过金属化过孔与加载结构相连。
在上述方案的基础上，所述融合辐射单元的辐射臂的宽度呈渐变结构。
在上述方案的基础上，还包括高频辐射单元，所述融合辐射单元设于相邻两个高频辐射单元之间。
在上述方案的基础上，还包括低频十字辐射单元，所述低频十字辐射单元设于相邻两个高频辐射单元之间，所述融合辐射单元设于所述低频十字辐射单元的侧边。
本发明实施例还提供一种基站***，包括上述阵列天线，还包括反射底板和天线罩，所述阵列天线设于由所述反射底板和所述天线罩形成的空间内。
本发明实施例还提供一种基于上述阵列天线的天线性能调节方法，包括：根据天线空间布局和性能指标设置融合辐射单元；通过调节融合辐射单元辐射臂末端的加载结构的数量、位置和尺寸，对融合辐射单元的匹配特性进行调节。
本发明实施例提供的一种阵列天线、基站***及天线性能调节方法，设置十字融合辐射单元的融合方案可有效地，灵活的设置于其他频段中，同时减小频段间的耦合。在融合天线中，融合辐射单元采用十字型结构，可减小异频间互耦，而在辐射臂末端增加加载结构可减小辐射单元物理长度，既减小了辐射单元尺寸，又减小了互耦影响；且针对融合天线中多个位置，通过增加振子臂末端加载结构，可改善辐射单元的匹配特性，提升了辐射单元在环境中的辐射特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的融合辐射单元的具体应用示意图；
图2是本发明实施例提供的压铸辐射单元的第一结构示意图；
图3是本发明实施例提供的压铸辐射单元的第二结构示意图；
图4是本发明实施例提供的PCB辐射单元的第一结构示意图；
图5是本发明实施例提供的PCB辐射单元的第二结构示意图；
图6是本发明实施例提供的PCB辐射单元第一仿真结果示意图；
图7是本发明实施例提供的PCB辐射单元第二仿真结果示意图；
图8是本发明实施例提供的PCB辐射单元第三仿真结果示意图。
附图标记：
1、融合辐射单元；101、压铸辐射单元；1011、压铸辐射单元辐射臂；1012、压铸辐射单元支撑；1013、压铸辐射单元馈电片；1014a和1014b、压铸辐射单元下垂柱；102、PCB辐射单元；1021、PCB辐射单元辐射臂；1022a和1022b、PCB辐射单元支撑；1023a和1023b、PCB辐射单元馈线；1024、PCB辐射单元加载柱；2、低频碗状辐射单元；3、中频辐射单元；4、高频辐射单元；5、低频十字辐射单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种阵列天线，该阵列天线包括融合辐射单元，融合辐射单元的辐射臂为十字结构，且融合辐射单元的辐射臂的至少一个端部连接有加载结构。
参考图1，该融合辐射单元1用于设置在天线阵列中，与不同频段的其他辐射单元共同设于同一辐射面上，以形成多频天线阵列。具体的，融合辐射单元1的具体设置工作频段可根据实际需要设为高频、中频或低频的任何频段，以用于与其他频段的辐射单元融合，具体不做限定。
本实施例提供的一种阵列天线，设置十字融合辐射单元的融合方案可有效地，灵活的设置于其他频段中，同时减小频段间的耦合。在融合天线中，融合辐射单元采用十字型结构，可减小异频间互耦，而在辐射臂末端增加加载结构可减小辐射单元物理长度，既减小了辐射单元尺寸，又减小了互耦影响；且针对融合天线中多个位置，通过增加振子臂末端加载结构，可改善辐射单元的匹配特性，提升了辐射单元在环境中的辐射特性。该融合辐射单元结构简单，成本低，重量轻，设计灵活，阵列布局清晰，电路匹配特性好。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2和图3，加载结构包括加载柱，加载柱设于融合辐射单元1的辐射臂的下方和/或上方。加载柱可根据实际情况灵活设置在辐射臂的下方、上方或上下方均设置，以尽量减少对异频辐射单元性能的影响，降低互耦影响。
在上述实施例的基础上，进一步地，加载结构与融合辐射单元1的辐射臂电气连接。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2和图3，融合辐射单元1为压铸结构；融合辐射单元1的辐射臂与加载结构一体成型。加载结构也可与辐射臂焊接连接，具体连接方式不限。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图4和图5，融合辐射单元1的辐射臂为印刷电路结构；融合辐射单元1的辐射臂通过金属化过孔与加载结构相连。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图4和图5，融合辐射单元1的辐射臂的宽度呈渐变结构。
本实施例中融合辐射单元具体包括辐射臂、基板、支撑、馈线、加载柱；基板用于支撑辐射臂。融合辐射单元为半波振子结构；在多频融合阵列中可减小频段间耦合。振子臂末端可通过选择性加载枝节或物理延长来实现不同环境下的匹配；振子臂采用渐变结构实现带宽扩展。如图4所示，本实施例中辐射臂即振子臂朝向末端宽度逐渐减小。
融合辐射单元的辐射臂末端可设置垂直向下的下垂柱，也可将下垂柱分成两部分，分别设置于辐射臂水平方向上沿和辐射臂水平方向下沿。
融合辐射单元的辐射臂可为印刷电路结构，辐射臂末端可选择性加载任意形状可焊接金属件，设置于振子臂末端，来实现阵列不同位置匹配特性最优。
其中，辐射臂和基板呈十字状，分别沿+45°和-45°放置；辐射臂设置于基板上下面，分别设置渐变结构印刷电路。辐射臂末端设置金属化过孔，根据阵列环境在辐射臂末端加载枝节，并实现电气连接。当加载枝节设置在辐射单元水平方向的辐射臂末端时，可改善交叉极化比。
其中，支撑也可为印刷电路结构，采用十字交叉结构垂直放置；馈线与辐射臂采用不连接的耦合馈电形式；支撑与辐射臂电气连接。
其中，加载柱形状可为圆形，方形等，与辐射臂末端实现电气连接。
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，本实施例提供一种融合辐射单元1在天线阵列中的具体应用。本实施例提供的一种阵列天线还包括高频辐射单元，融合辐射单元1设于相邻两个高频辐射单元之间。多个高频辐射单元组成高频阵列。融合辐射单元1融合设于高频阵列中，在同一辐射面内实现另一工作频段。
在上述实施例的基础上，进一步地，该阵列天线中还包括低频十字辐射单元，低频十字辐射单元设于相邻两个高频辐射单元之间，融合辐射单元1设于所述低频十字辐射单元的侧边。该阵列天线将低频十字辐射单元和融合辐射单元均融合设于高频阵列中，从而可实现三种不同工作频段。
在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基站***，该基站***包括上述任一实施例所述的阵列天线，还包括反射底板和天线罩，阵列天线设于由反射底板和天线罩形成的空间内。
在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基于上述任一实施例所述阵列天线的天线性能调节方法，该方法包括：根据天线空间布局和性能指标设置融合辐射单元；通过调节融合辐射单元辐射臂末端的加载结构的数量、位置和尺寸，对融合辐射单元的匹配特性进行调节。
可通过设置融合辐射单元在安装空间较小的情况下实现不同频段天线的融合，以代替现有多频嵌套或并排排列的方案，满足天线小型化的要求。在设置融合辐射单元时应具体考虑天线的空间分布，在空间满足的位置设置融合辐射单元；同时还应考虑融合辐射单元对其他频段阵列的影响，应在满足其他频段阵列性能指标的前提下设置融合辐射单元。
在确定融合辐射单元的设置位置之后，还应根据融合辐射单元设置的不同位置来选择性的设置加载结构，并对加载结构在一个融合辐射单元上的具体设置数量，设置位置以及具体尺寸进行调试，应使得融合辐射单元在所在位置处的匹配特性达到最优。从而提升融合辐射单元的辐射特性。
在上述实施例的基础上，进一步地，鉴于现有融合天线方案的缺陷和应用需求，本实施例提出一种可调试辐射单元及天线阵列，旨在解决融合方案中不同位置匹配不同问题，从根本上提升天线特性。该融合辐射单元的应用解决了现有技术中辐射单元在融合阵列中不同位置时阻抗不匹配问题，结构简单，容易实现。
参考图1，本实施例中阵列是由融合辐射单元1、低频碗状辐射单元2、中频辐射单元3、高频辐射单元4及低频十字辐射单元5组成。融合辐射单元1与中频辐射单元3是相同工作频段不同形式的辐射单元；低频碗状辐射单元2与低频十字辐射单元5是相同工作频段不同形式的辐射单元；在高频阵列中，增加融合辐射单元1和低频十字辐射单元5是为了在紧凑的高频辐射单元阵列中，***融合辐射单元1和低频十字辐射单元5来实现天线低频段和中频段增益最大化，同时不影响天线的高频段性能指标。融合辐射单元1和低频十字辐射单元5的设置代替了原有低频碗状辐射单元2和中频辐射单元3，减少了安装所需空间，且可融合设于高频阵列中。
具体的，参考图2和图3，本实施例提供一种压铸辐射单元101作为融合辐射单元。压铸辐射单元101由压铸辐射单元辐射臂1011、压铸辐射单元支撑1012、压铸辐射单元馈电片1013及压铸辐射单元下垂柱1014a或1014b组成，本实施例中设置了两个压铸辐射单元101分别设置于高频辐射单元4之间及低频十字辐射单元5侧边，位置由布局和性能指标最优化共同决定。
优选的，压铸辐射单元辐射臂1011末端增加压铸辐射单元下垂柱1014a或者所述压铸辐射单元下垂柱1014b，既等效增加了中频的电长度，减小了中频平面方向尺寸，又减小了中频与高频投影方向的重叠的影响。
优选的，压铸辐射单元下垂柱1014b较压铸辐射单元下垂柱1014a将相同尺寸的下垂柱分为上下两部分，减小中频和高频之间的互耦影响。
在阵列中，压铸辐射单元101在不同位置受高频辐射单元4和低频十字辐射单元5影响而表现出不同的匹配特性，因压铸辐射单元101通常一体形成加载柱，使得不便于灵活调整加载柱的具体设置，同一个压铸辐射单元101很难兼容不同位置匹配特性最优，因此本实施例提供了一种PCB辐射单元102来解决该问题。
参考图4和图5，PCB辐射单元102由PCB辐射单元辐射臂1021、PCB辐射单元支撑1022a或1022b、PCB辐射单元馈线1023a或1023b及PCB辐射单元加载柱1024组成。在阵列不同位置布局中，通过选择性加载PCB辐射单元加载柱1024来实现辐射单元匹配最优。其中图4中PCB辐射单元支撑1022a为常规压铸金属件，PCB辐射单元馈线1023a为常规的35-100Ω的射频电缆；图5中PCB辐射单元支撑1022b为印刷电路PCB，PCB辐射单元馈线1023b为印刷电路PCB。
参考图6、图7和图8，PCB辐射单元102在未加载PCB辐射单元加载柱1024时，分别设置于高频辐射单元4和低频十字辐射单元5处边界中呈现的匹配特性如图6和图7所示，对比图6和图7，位于高频辐射单元4边界中明显优于位于低频十字辐射单元5边界中，针对该问题，将PCB辐射单元辐射臂1021末端选择性增加PCB辐射单元加载柱1024来改变匹配特性，如图8所示。
优选的，PCB辐射单元加载柱1024选择性加载在PCB辐射单元102水平方向两个位置；即优选的，加载结构设于融合辐射单元水平方向的两个端部处，可优化辐射方向图的交叉极化比。
本实施例提出了一种可调试辐射单元，针对不同的应用环境，可选择性加载枝节来实现匹配，结构简单，效果明显。本实施例提供的辐射单元，针对融合方案中多个位置，通过增加振子臂末端枝节，改善了辐射单元的匹配特性，提升了辐射单元在环境中的辐射特性，除此之外，优选的PCB印刷电路结构，减小了开模周期及成本，设计灵活。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种阵列天线，其特征在于，包括融合辐射单元，所述融合辐射单元的辐射臂为十字结构，且所述融合辐射单元的辐射臂的至少一个端部连接有加载结构。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述加载结构包括加载柱，所述加载柱设于所述融合辐射单元的辐射臂的下方和/或上方。
3.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述加载结构与所述融合辐射单元的辐射臂电气连接。
4.根据权利要求1至3任一所述的阵列天线，其特征在于，所述融合辐射单元为压铸结构；所述融合辐射单元的辐射臂与加载结构一体成型。
5.根据权利要求1至3任一所述的阵列天线，其特征在于，所述融合辐射单元的辐射臂为印刷电路结构；所述融合辐射单元的辐射臂通过金属化过孔与加载结构相连。
6.根据权利要求5所述的阵列天线，其特征在于，所述融合辐射单元的辐射臂的宽度呈渐变结构。
7.根据权利要求1至3任一所述的阵列天线，其特征在于，还包括高频辐射单元，所述融合辐射单元设于相邻两个高频辐射单元之间。
8.根据权利要求7所述的阵列天线，其特征在于，还包括低频十字辐射单元，所述低频十字辐射单元设于相邻两个高频辐射单元之间，所述融合辐射单元设于所述低频十字辐射单元的侧边。
9.一种基站***，其特征在于，包括上述权利要求1-8任一所述的阵列天线，还包括反射底板和天线罩，所述阵列天线设于由所述反射底板和所述天线罩形成的空间内。
10.一种基于上述权利要求1-8任一所述阵列天线的天线性能调节方法，其特征在于，包括：
根据天线空间布局和性能指标设置融合辐射单元；
通过调节融合辐射单元辐射臂末端的加载结构的数量、位置和尺寸，对融合辐射单元的匹配特性进行调节。
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