CN113851838A - 基站天线结构及基站设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基站天线结构及基站设备，包括基板和两个以上的天线单元，所述天线单元包括贴片天线、支撑柱和辐射片，所述贴片天线和支撑柱设置于所述基板上，所述辐射片设置于所述支撑柱上；所述辐射片在所述基板上的投影与所述贴片天线相交；各天线单元的贴片天线相连；所述辐射片上设有缝隙；所述辐射片的边沿设有至少一个的枝节和至少一个的切角；所述辐射片为金属片或覆铜的PCB板材；所述支撑柱的材质为介质材料。本发明可实现天线***间高隔离度性能，且可简化生产组装工艺并降低成本。

Description

基站天线结构及基站设备
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基站天线结构及基站设备。
背景技术
为了满足5G时代高速率通信需求，需要采用MIMO技术来提升通信速率。MIMO技术的应用使得5G基站的天线振子和射频通道数量相比于传统的2G～4G大大增加，空间也会变得很狭窄，这就导致5G基站的隔离度急剧恶化，是在目前基站天线设计中必须考虑的关键问题，这也给基站天线设计带来很大的挑战。
与传统的基站天线相比，天线隔离度主要通过隔离条和拉大天线间距来提高。在天线尺寸一定的情况下，天线间距无法继续拉大，一般采用隔离条方法提高天线隔离度。然而，上述方法会带来天线成本的增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基站天线结构及基站设备，可提高天线单元之间的隔离度。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基站天线结构，包括基板和两个以上的天线单元，所述天线单元包括贴片天线、支撑柱和辐射片，所述贴片天线和支撑柱设置于所述基板上，所述辐射片设置于所述支撑柱上；所述辐射片在所述基板上的投影与所述贴片天线相交；各天线单元的贴片天线相连；所述辐射片上设有缝隙；所述辐射片的边沿设有至少一个的枝节和至少一个的切角；所述辐射片为金属片或覆铜的PCB板材；所述支撑柱的材质为介质材料。
本发明还提出一种基站设备，包括如上所述的基站天线结构。
本发明的有益效果在于：通过设置辐射片，并在辐射片上设置缝隙，可扩展天线带宽；通过在辐射片的边沿设置枝节和切角，可改变辐射片边缘电流路径分布，减小天线极化间电磁互耦，提高贴片天线***隔离度，解决现有技术通过加载隔离条优化贴片天线***隔离度问题，且降低了生产成本。本发明可实现天线***间高隔离度性能，且可简化生产组装工艺并降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例一的基站天线结构的俯视示意图；
图2为本发明实施例一的基站天线结构的侧面示意图；
图3为现有技术中的贴片天线的隔离度实测图；
图4为本发明实施例一的基站天线结构的隔离度实测图。
标号说明：
1、基板；2、贴片天线；3、支撑柱；4、辐射片；5、传输线；
41、缝隙；42、枝节；43、切角。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，一种基站天线结构，包括基板和两个以上的天线单元，所述天线单元包括贴片天线、支撑柱和辐射片，所述贴片天线和支撑柱设置于所述基板上，所述辐射片设置于所述支撑柱上；所述辐射片在所述基板上的投影与所述贴片天线相交；各天线单元的贴片天线相连；所述辐射片上设有缝隙；所述辐射片的边沿设有至少一个的枝节和至少一个的切角；所述辐射片为金属片或覆铜的PCB板材；所述支撑柱的材质为介质材料。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可实现天线***间高隔离度性能，且可简化生产组装工艺并降低成本。
进一步地，所述缝隙设置于所述辐射片的中心处；所述缝隙的形状为十字形。
由上述描述可知，可以有效减小辐射片的尺寸和灵活调整天线极化间隔离。
进一步地，所述辐射片的形状为圆形，所述枝节位于与天线极化方向形成0°角或90°角的方位上和/或与天线极化方向形成45°角或-45°角的方位上；所述切角位于与天线极化方向形成90°角或0°角的方位上和/或与天线极化方向形成-45°角或45°角的方位上。
进一步地，所述辐射片的形状为正多边形，所述正多边形的边数为奇数，所述辐射片的角包括第一角和第二角，所述第一角位于与天线极化方向形成45°角和-135°角的方位上或与天线极化方向形成-45°角和135°角的方位上；所述辐射片的至少一个的第一角处设有切角；所述辐射片的至少一个的第二角处或至少一个的边中心处设有向外延伸的枝节。
进一步地，所述辐射片的形状为正多边形，所述正多边形的边数为偶数，所述辐射片的角包括第三角和第四角，所述第三角位于与天线极化方向形成0°角和180°角的方位上或与天线极化方向形成±90°角的方位上；所述辐射片的至少一个的第三角处设有切角；所述辐射片的至少一个的第四角处设有向外延伸的枝节。
由上述描述可知，通过在特定方位上设置枝节和切角，可在提高天线隔离度性能的前提下，不降低天线极化纯度，不影响天线方向图性能；当枝节与切角的位置呈正交关系时，可提高天线方向图的性能稳定性。
进一步地，所述枝节的长度和宽度均小于或等于0.03λ，所述切角的尺寸小于或等于0.03λ，λ为波长长度。
由上述描述可知，通过控制枝节和切角的尺寸，可在提高天线隔离度性能的同时，不恶化天线方向图性能。
进一步地，所述辐射片与所述基板的距离为十六分之一的波长长度。
进一步地，还包括传输线，所述传输线设置于所述基板上，所述传输线分别与各天线单元的贴片天线连接。
由上述描述可知，信号从传输线馈入，在贴片天线的边缘形成较强的电流分布，并辐射至空间。
进一步地，所述支撑柱的数量为至少两个，所述至少两个的支撑柱高度相等；所述辐射片与各支撑柱的连接点均匀分布在所述辐射片的边缘。
由上述描述可知，可保证辐射片稳定固定在基板上方。
本发明还提出一种基站设备，包括如上所述的基站天线结构。
实施例一
请参照图1-4，本发明的实施例一为一种基站天线结构，可应用于5G基站。
如图1所示，包括基板1和两个以上的天线单元，本实施例以包括两个天线单元为例进行说明。每个天线单元均包括贴片天线2、支撑柱3和辐射片4，结合图2所示，所述贴片天线2和支撑柱3设置于所述基板1上，所述辐射片4设置于所述支撑柱3上，所述辐射片4在所述基板1上的投影与所述贴片天线2相交；各天线单元的贴片天线2相连。
本实施例中，贴片天线2可通过印刷的方式设置在基板1上。辐射片4为金属片或覆铜的PCB板材；支撑柱3的材质为介质材料(如尼龙材质，ABS材质)，不能为金属材料。优选地，辐射片4与基板1的距离约为天线中心频率的十六分之一的波长长度(自由空间)。本实施例中，贴片天线工作频段为2.6G(2496-2690MHz)。当然，在其他实施例中，贴片天线工作频段可为其他频段，例如1.8G或2.1G。
进一步地，支撑柱3的数量为至少两个，支撑柱3的截面可以为圆形或多边形。本实施例中，结合图1和图2所示，支撑柱3的数量为四个，四个支撑柱3的高度一致，且均匀分布在贴片天线2的周围，围绕贴片天线2设置。辐射片4通过支撑柱3设置在基板1上，且其在基板1上的投影与贴片天线2重合，或覆盖贴片天线2。为了保证辐射片4稳定固定在基板1上方，辐射片4与支撑柱3的连接点均匀分布在辐射片4的边缘。
进一步地，如图1所示，还包括传输线5，所述传输线5设置于所述基板1上，并分别与各天线单元的贴片天线2连接。信号从传输线馈入，在贴片天线的边缘形成较强的电流分布，并辐射至空间。
进一步地，所述辐射片4上设有缝隙41；优选地，缝隙41位于辐射片4的中心处，且形状为十字形。通过设置辐射片，并在辐射片上设置缝隙，可扩展天线带宽。
进一步地，所述辐射片4的边沿设有至少一个的枝节42和至少一个的切角43。通过在边沿设置枝节和切角，可改变辐射片边缘电流路径分布，减小天线极化间电磁互耦，从而解决常规贴片天线隔离度较差问题。
其中，辐射片的形状可以为圆形或规则多边形。
在一个可选的实施方式中，辐射片的形状为圆形，所述枝节位于与天线极化方向形成0°角或90°角的方位上和/或与天线极化方向形成45°角或-45°角的方位上；所述切角位于与天线极化方向形成90°角或0°角的方位上和/或与天线极化方向形成-45°角或45°角的方位上。
例如，当枝节位于与天线极化方向形成0°角的方位上时，优选地，切角位于与天线极化方向形成90°角的方位上；当枝节位于与天线极化方向形成45°角的方位上时，优选地，切角位于与天线极化方向形成-45°角的方位上。
也就是说，优选地，枝节与切角的位置呈正交关系，即枝节和辐射片中心点的连接线与切角和辐射片中心点的连接线垂直。
进一步地，当枝节的数量在两个以上时，两个枝节可以组成一组，同一组枝节的连接线为过圆心的直线；同理，当切角的数量在两个以上时，两个切角可以组成一组，同一组切角的连接线为过圆心的直线。
例如，枝节和切角的数量均为两个，一个枝节位于与天线极化方向形成0°角的方位上时，另一个枝节位于与天线极化方向形成180°角的方位上，两个切角分位于与天线极化方向形成±90°角的方位上。
在另一个可选的实施方式中，辐射片的形状为正多边形，且边数为奇数，如正三角形、正五边形等，此时，可将辐射片的角划分为第一角和第二角，在至少一个的第一角处设置切角，在至少一个的第二角处或边中心处设置向外延伸的枝节。优选地，所述第一角位于与天线极化方向形成45°角和-135°角的方位上或与天线极化方向形成-45°角和135°角的方位上。
进一步地，当切角的数量为两个以上时，两个切角可以组成一组，并且优选地，枝节位于同一组切角的连接线的中心垂直线上。
例如，辐射片的形状为正三角形，且其中一条边正好与天线极化方向形成45°角和-135°角，则在该条边的两个角处分别设置切角，枝节则设置在三角形中剩余的一个角处。
又例如，辐射片的形状为正五边形，枝节和切角的数量均为两个，两个切角分别位于五个角中具有对角关系(连接线为直线且不相邻)的两个角处，两个枝节分别位于这两个角的连接线的中心垂直线上的角处以及边中心处。
在另一个可选的实施方式中，辐射片的形状为正多边形，且边数为偶数，如正方形、正六边形、正八边形等，此时，可将辐射片的角划分为第三角和第四角，在至少一个的第三角处设置切角，在至少一个的第四角处设置向外延伸的枝节。优选地，第三角位于与天线极化方向形成0°角和180°角的方位上或与天线极化方向形成±90°角的方位上。
优选地，切角的个数为2的倍数，每两个切角为一组切角，同一组切角位于辐射片的一组对角处。枝节的个数也为2的倍数，每两个枝节为一组枝节，同一组枝节位于辐射片的一组对角处。进一步优选地，当辐射片的边数为4的倍数时，枝节与切角的位置呈正交关系，即枝节位于同一组切角的连接线的中心垂直线上。
例如，辐射片的形状为正方形，枝节和切角的数量均为两个，正方形包括两组对角，两个切角分别位于正方形的一组对角处，两个枝节分别位于正方形的另一组对角处。又例如，辐射片的形状为正六边形，枝节和切角的数量均为两个，正六边形包括三组对角，两个切角分别位于正六边形的一组对角处，两个枝节分别位于正六边形剩下两组对角中的其中一组对角处。
本实施例中，如图1所示，辐射片4的形状为正八边形，辐射片4沿天线单元排列方向上的两个对角上设有切角43，即辐射片4设有两个切角43，分别位于图1中辐射片4左右两边的角处，图1中辐射片4上下两个角处分别设有向外延伸的枝节42。此时，切角与枝节的位置呈正交关系，即两个切角的连接线与两个枝节的连接线相互垂直(或者说，枝节位于两个切角的连接线的中心垂直线上)。这种排布方式可使天线方向图的性能更稳定。
优选地，所述枝节42的形状为矩形，其长度和宽度均小于或等于0.03λ；切角43的尺寸(即切角中最靠外的点至切边的距离)小于或等于0.03λ，λ为自由空间下的天线中心频率的波长长度。在其他的实施例中，枝节的形状也可以为圆形等其他形状。
通过网络分析仪对贴片天线隔离度进行测试，测试结果如图3和图4所示，图3为常规贴片天线隔离度实测图，实测隔离度为24.1db；图4为本实施例的贴片天线隔离度实测图，实测隔离度为25.7db。从网络分析仪测试结果看，通过在辐射片边沿加载向外延伸的枝节，并在对角边沿作切角处理，使得贴片天线***隔离度显著提高了1.6db，解决了目前贴片天线***隔离度较差问题。
本实施例通过在辐射片边沿加载衍生枝节，并在边沿进行切角处理，改变辐射片边缘电流路径分布，减小天线极化间电磁互耦，从而提高了天线单元间的隔离度。
本实施例实现了天线***间高隔离度性能，且减少了隔离条个数，简化了生产组装工艺并降低了成本。
综上所述，本发明提供的一种基站天线结构及基站设备，信号从传输线馈入，在贴片天线的边缘形成较强的电流分布，并辐射至空间；通过设置辐射片，并在辐射片上设置缝隙，可扩展天线带宽；通过在辐射片的边沿设置枝节和切角，可改变辐射片边缘电流路径分布，减小天线极化间电磁互耦，提高贴片天线***隔离度，且可简化生产组装工艺并降低成本；通过优化枝节和切角的设置位置，提高天线方向图的性能稳定性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基站天线结构，其特征在于，包括基板和两个以上的天线单元，所述天线单元包括贴片天线、支撑柱和辐射片，所述贴片天线和支撑柱设置于所述基板上，所述辐射片设置于所述支撑柱上；所述辐射片在所述基板上的投影与所述贴片天线相交；各天线单元的贴片天线相连；所述辐射片上设有缝隙；所述辐射片的边沿设有至少一个的枝节和至少一个的切角；所述辐射片为金属片或覆铜的PCB板材；所述支撑柱的材质为介质材料。
2.根据权利要求1所述的基站天线结构，其特征在于，所述缝隙设置于所述辐射片的中心处；所述缝隙的形状为十字形。
3.根据权利要求1所述的基站天线结构，其特征在于，所述辐射片的形状为圆形，所述枝节位于与天线极化方向形成0°角或90°角的方位上和/或与天线极化方向形成45°角或-45°角的方位上；所述切角位于与天线极化方向形成90°角或0°角的方位上和/或与天线极化方向形成-45°角或45°角的方位上。
4.根据权利要求1所述的基站天线结构，其特征在于，所述辐射片的形状为正多边形，所述正多边形的边数为奇数，所述辐射片的角包括第一角和第二角，所述第一角位于与天线极化方向形成45°角和-135°角的方位上或与天线极化方向形成-45°角和135°角的方位上；所述辐射片的至少一个的第一角处设有切角；所述辐射片的至少一个的第二角处或至少一个的边中心处设有向外延伸的枝节。
5.根据权利要求1所述的基站天线结构，其特征在于，所述辐射片的形状为正多边形，所述正多边形的边数为偶数，所述辐射片的角包括第三角和第四角，所述第三角位于与天线极化方向形成0°角和180°角的方位上或与天线极化方向形成±90°角的方位上；所述辐射片的至少一个的第三角处设有切角；所述辐射片的至少一个的第四角处设有向外延伸的枝节。
6.根据权利要求1所述的基站天线结构，其特征在于，所述枝节的长度和宽度均小于或等于0.03λ，所述切角的尺寸小于或等于0.03λ，λ为波长长度。
7.根据权利要求1所述的基站天线结构，其特征在于，所述辐射片与所述基板的距离为十六分之一的波长长度。
8.根据权利要求1所述的基站天线结构，其特征在于，还包括传输线，所述传输线设置于所述基板上，所述传输线分别与各天线单元的贴片天线连接。
9.根据权利要求1所述的基站天线结构，其特征在于，所述支撑柱的数量为至少两个，所述至少两个的支撑柱高度相等；所述辐射片与各支撑柱的连接点均匀分布在所述辐射片的边缘。
10.一种基站设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的基站天线结构。
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