CN109326872A - 基站天线及其辐射单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基站天线及其辐射单元。辐射单元包括天线振子及馈电结构。馈电结构的滤波段通过尺寸变化形成有多个高阻抗段及多个低阻抗段，多个高阻抗段与所述多个低阻抗段交替设置，以在滤波段形成阶梯阻抗变换滤波器。由于阶梯阻抗变换滤波器具有良好的低通特性，可抑制高频分量，故能有效地避免不同频率的辐射单元相互干扰，提高不同系统之间的隔离度。进一步的，阶梯阻抗变换滤波器由滤波段形成，即馈电结构与阶梯阻抗变换滤波器一体化设计。与现有技术相比，上述辐射单元无需另外设计去耦电路，故不会占用额外的空间。在保证隔离度的同时，上述辐射单元还能避免增大体积。因此，上述辐射单元能有效地提升基站天线的小型化程度。

Description

基站天线及其辐射单元

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基站天线及其辐射单元。

背景技术

随着移动通信网络制式的增多，要求基站天线能支持多种通信制式。为了节省站址和天馈资源，能够支持多系统通信的多频天线逐渐成为运营商建网的首选。

由于对天线小型化的要求越来越高，故需要将不同频段的辐射单元紧密排布以缩小天线的尺寸。而为了不断地提升天线小型化的程度，辐射单元之间的间距越来越近。但是，间距过小会导致工作在不同频段的辐射单元出现很强的电磁场耦合，特别是不同频段辐射单元耦合寄生的多倍频高次模式直接影响了原来辐射单元工作频段的正常工作。

目前，为了提升各个辐射单元之间的隔离度，防止各辐射单元相互干扰，一般对每个辐射单元设计一个对应的去耦电路。去偶电路与辐射单元分开设计，并通过电缆连接。但是，去耦电路需占据天线内部空间，不利于天线进一步小型化。因此，导致现有基站天线的小型化程度较低。

发明内容

基于此，有必要针对现有基站天线小型化程度较低的问题，提供一种提升基站天线小型化程度的辐射单元。

一种辐射单元，包括：

天线振子；及

馈电结构，固定于所述天线振子上并对所述天线振子实现耦合馈电，所述馈电结构包括输入端及开路端，且在所述输入端与所述开路端之间具有滤波段；

其中，所述滤波段通过尺寸变化形成有多个高阻抗段及多个低阻抗段，所述多个高阻抗段与所述多个低阻抗段交替设置，以在所述滤波段形成阶梯阻抗变换滤波器。

在其中一个实施例中，所述天线振子为双极化振子，所述馈电结构为两个且极化正交。

在其中一个实施例中，所述天线振子的一侧设置有中空的金属巴伦管，所述馈电结构收容于所述金属巴伦管内。

在其中一个实施例中，所述金属巴伦管的末端开设有第一凹槽，所述馈电结构靠近所述输入端的末端开设有第二凹槽。

在其中一个实施例中，所述滤波段包覆有加载介质层，所述加载介质层填充于所述金属巴伦管的内壁与所述滤波段的外壁之间。

在其中一个实施例中，所述馈电结构为压铸结构、钣金结构或印制电路板结构。

在其中一个实施例中，所述馈电结构为金属馈电柱，沿所述滤波段的轴向延伸方向形成有多个间隔且同轴设置的圆盘结构，所述圆盘结构形成所述低阻抗段，相邻两个所述圆盘结构之间形成所述高阻抗段。

在其中一个实施例中，所述高阻抗段的长度为0.01～0.2倍中心波长，所述低阻抗段的长度为0.001～0.05倍中心波长，所述中心波长为所述辐射单元的中心频点对应的波长。

在其中一个实施例中，还包括塑料卡件，所述塑料卡件分别与所述馈电结构及所述天线振子卡持，以将所述馈电结构固定于所述天线振子上。

上述辐射单元，由于阶梯阻抗变换滤波器具有良好的低通特性，可抑制高频分量，故能有效地避免不同频率的辐射单元相互干扰，提高不同系统之间的隔离度。进一步的，阶梯阻抗变换滤波器由馈电结构上的滤波段形成，即馈电结构与阶梯阻抗变换滤波器一体化设计。与现有技术相比，上述辐射单元无需另外设计去耦电路，故不会占用额外的空间。在保证隔离度的同时，上述辐射单元还能避免增大体积。因此，上述辐射单元能有效地提升基站天线的小型化程度。

此外，本发明还提供一种基站天线。所述基站天线包括：

反射板；及

多个如上述优选实施例中任一项所述的辐射单元，所述多个辐射单元安装于所述反射板的表面。

上述基站天线由于采用了上述辐射单元，而上述辐射单元无需另外设计去耦电路，故不会占用额外的空间。在保证隔离度的同时，上述辐射单元还能避免增大体积。因此，上述基站天线的小型化程度可得到显著提升。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中辐射单元的正面结构示意图；

图2为图1所示辐射单元的背面结构示意图；

图3为图1所示辐射单元的爆炸图；

图4为图1所示辐射单元的剖视图；

图5为图1所示辐射单元中馈电结构的结构示意图；

图6为滤波段的阶梯阻抗变换滤波器的阶梯阻抗短截线容性、感性分布等效图；

图7为图6所示阶梯阻抗变换滤波器的等效的LC梯形滤波器网络图；

图8为图5所示馈电结构中滤波段的传输和反射特性曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1及图2，本发明提供了一种基站天线及辐射单元100。其中，基站天线包括反射板及多个辐射单元100。

反射板一般为金属材料成型的板状结构，可起到支撑及反射电磁波信号的作用。多个辐射单元100安装于反射板的表面。具体的，辐射单元100可以通过焊接、螺纹紧固或卡接的方式安装于反射板上。其中，每个辐射单元100具有不同的工作频段，故使得上述基站天线能支持多种通信制式。

为了获得较好的信号收发效果。具体在本实施例中，辐射单元100的辐射面距与反射板表面的距离为辐射单元100工作频段的中心频点对应波长的1/16～1/2。

请一并参阅图3及图4，本发明较佳实施例中的辐射单元100包括天线振子110及馈电结构120。

天线振子110可以为压铸结构、钣金结构、PCB结构或者在塑料材料表面电镀金属的复合结构。天线振子110一般采用铜、铝铝合金、锌合金等常规非磁性金属材料成型。天线振子110一般呈板状结构，其外部轮廓可以呈圆形、矩形或其他形状。

具体在本实施例中，天线振子110为双极化振子。天线振子110具有两组极化方向正交的辐射臂(图未标)，且辐射臂的极化方向所在的两个直线分别沿天线振子110表面的两个对角线延伸。因此，上述基站天线为双极化天线。

请一并参阅图5，馈电结构120固定于天线振子110上并对天线振子110实现耦合馈电。具体在本实施例中，馈电结构120为两个且极化正交。而且，两个馈电结构120正交放置，每个馈电结构120分别为一组辐射臂进行馈电。

在本实施例中，辐射单元100还包括塑料卡件130。塑料卡件130分别与馈电结构120及天线振子110卡持，以将馈电结构120固定于天线振子110上。由于塑料卡件130不导电，故可使得馈电结构120与天线振子110之间绝缘，从而实现耦合馈电。

馈电结构120包括输入端(图未标)及开路端(图未标)。其中，输入端用于与同轴馈线的内导体连接，开路端则与辐射臂实现耦合，从而对天线阵子110实现耦合馈电。为了便于同轴馈线的内导体与馈电结构的输入端进行焊接。具体在本实施例中，馈电结构120靠近输入端的末端开设有第二凹槽123。

进一步的，馈电结构120的输入端与开路端之间具有滤波段121。滤波段121为馈电结构120中的一部分，一般沿直线延伸。而且，由于馈电结构120可以为压铸结构，也可以为印制电路板结构或钣金结构，故滤波段121也可以是压铸结构、印制电路板结构或钣金结构中的一部分。

馈电结构120由导体成型，可导电，其本身具有阻抗。其中，滤波段121通过尺寸变化形成有多个高阻抗段1212及多个低阻抗段1214。高阻抗段1212与低阻抗段1214交替设置，以在滤波段121形成阶梯阻抗变换滤波器。

在导体材质不变的情况下，长度越长则阻抗越大，而宽度越大则阻抗越小。因此，通过在滤波段121形成凸起或凹陷，可在滤波段121上形成多个阻抗不同的区域，使得滤波段121内的阻抗将呈阶梯状变化。

在本实施例中，馈电结构120为金属馈电柱，沿滤波段121的轴向延伸方向形成有多个间隔且同轴设置的圆盘结构，圆盘结构形成低阻抗段1214，相邻两个圆盘结构之间形成高阻抗段1212。

具体的，馈电结构120为金属压铸成型的柱状结构，可以呈L形或U型。圆盘结构的横向尺寸扩大(即宽度大)，故阻抗相对较小，而相邻两个圆盘结构之间由于宽度小，故阻抗相对较大。通过设置圆盘结构，可在滤波段121形成多个粗细不等的圆柱段，从而实现滤波段121阻抗的变化。进一步的，圆盘结构具体为三个，从而形成三个低阻抗段1214。而且，三个低阻抗段1214的阻抗各不相同。

需要指出的是，馈电结构120并不限于为金属馈电柱结构。例如，在另一个实施例中，馈电结构120为钣金结构或印制电路板结构。此时，圆盘结构可采用片状的突出部代替。

在辐射单元100的馈电过程中，多个高阻抗段1212及多个低阻抗段1214存在阻抗、感抗及容抗。等效于常规电路中的串联电阻，以及串并联的电感电、容，从而使得滤波段121等效于阶梯阻抗变换滤波器。而且，通过不同尺寸变化，可调节高阻抗段1212及低阻抗段1214阻抗及容感性，从而使得滤波段121实现低通。

如图6及图7所示，对于短截线，当特性阻抗很高时可等效为一个串联电感，其并联电容很小；当特性阻抗很低时可等效为一个并联电容。根据电路知识可知，通过选取合适的LC值，该电路便具有滤波特性。

由于滤波段121相当于一个阶梯阻抗变换滤波器，故能有效地避免不同频率的辐射单元100相互干扰，提高不同系统之间的隔离度。如图8所示，在通带为550至960MHz、阻带为1.4至4GHz内。根据滤波段121传输和反射特性曲线可知，通带内具有良好的传输特性，损耗小、回波损耗小，且在阻带内具有良好的抑制特性。

此外，馈电结构120与阶梯阻抗变换滤波器一体化设计。因此，辐射单元100无需另外设计去耦电路，故不会占用额外的空间，辐射单元100的体积可进一步减小。

在本实施例中，天线振子110的一侧设置有金属巴伦管140。金属巴伦管140为中空的结构。其中，馈电结构120收容于金属巴伦管140内。

具体的，金属巴伦管140与馈电结构120的形状类似，从而可收容馈电结构120。因此，金属巴伦管140可对馈电结构120起到保护作用，并便于对馈电结构120实现安装。

另一方面，金属巴伦管140与天线振子110为一体成型结构，同轴馈线的外导体可通过金属巴伦管140对天线阵子110实现馈电激励。因此，金属巴伦管140可穿过反射板，从而方便与反射板背面的同轴馈线实现电连接，便于焊接操作。另外，金属巴伦管140还可起到支撑作用，从而便于将天线振子110固定于反射板上。

具体在本实施例中，金属巴伦管140的底部开设有定位螺孔141，通过定位螺孔141可将天线振子110快速定位并固定于反射板上。

进一步的，在本实施例中，金属巴伦管140的末端开设有第一凹槽143。第一凹槽143便于同轴馈线的外导体与金属巴伦管140实现焊接。

在本实施例中，滤波段121包覆有加载介质层150，加载介质层150填充于金属巴伦管140的内壁与滤波段121的外壁之间。

具体的，加载介质层150可以是由FEP(全氟乙烯丙烯共聚物)等高介电常数材料形成的覆层结构。加载介质层150可提高阻抗变换的容性分量。而且，加载介质层150防止低阻抗段1214因横向尺寸过大而与金属巴伦管140的内壁接触造成短路。同时，加载介质层150可使馈电结构120夹持于金属巴伦管140内，还可起到固定馈电结构的作用。

在本实施例中，高阻抗段1212的长度为0.01～0.2倍中心波长，低阻抗段1214的长度为0.001～0.05倍中心波长，中心波长为辐射单元100的中心频点对应的波长。

具体的，高阻抗段1212及低阻抗段1214的长度指的是其在滤波段121延伸方向上的尺寸。滤波段121所等效的阶梯阻抗变换滤波器的电容及电感特性与高阻抗段1212及低阻抗段1214的长度相关。而将高阻抗段1212及低阻抗段1214的长度设置在上述范围，则能有效提升滤波段121的低通及带外抑制特性。

上述辐射单元100，由于阶梯阻抗变换滤波器具有良好的低通特性，可抑制高频分量，故能有效地避免不同频率的辐射单元100相互干扰，提高不同系统之间的隔离度。进一步的，阶梯阻抗变换滤波器由馈电结构120上的滤波段121形成，即馈电结构120与阶梯阻抗变换滤波器一体化设计。与现有技术相比，辐射单元100无需另外设计去耦电路，故不会占用额外的空间。在保证隔离度的同时，辐射单元100还能避免增大体积。因此，上述辐射单元100能有效地提升基站天线的小型化程度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (10)

1.一种辐射单元，其特征在于，包括：

天线振子；及

馈电结构，固定于所述天线振子上并对所述天线振子实现耦合馈电，所述馈电结构包括输入端及开路端，且在所述输入端与所述开路端之间具有滤波段；

其中，所述滤波段通过尺寸变化形成有多个高阻抗段及多个低阻抗段，所述多个高阻抗段与所述多个低阻抗段交替设置，以在所述滤波段形成阶梯阻抗变换滤波器。

2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述天线振子为双极化振子，所述馈电结构为两个且极化正交。

3.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述天线振子的一侧设置有中空的金属巴伦管，所述馈电结构收容于所述金属巴伦管内。

4.根据权利要求3所述的辐射单元，其特征在于，所述金属巴伦管的末端开设有第一凹槽，所述馈电结构靠近所述输入端的末端开设有第二凹槽。

5.根据权利要求3所述的辐射单元，其特征在于，所述滤波段包覆有加载介质层，所述加载介质层填充于所述金属巴伦管的内壁与所述滤波段的外壁之间。

6.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电结构为压铸结构、钣金结构或印制电路板结构。

7.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电结构为金属馈电柱，沿所述滤波段的轴向延伸方向形成有多个间隔且同轴设置的圆盘结构，所述圆盘结构形成所述低阻抗段，相邻两个所述圆盘结构之间形成所述高阻抗段。

8.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述高阻抗段的长度为0.01～0.2倍中心波长，所述低阻抗段的长度为0.001～0.05倍中心波长，所述中心波长为所述辐射单元的中心频点对应的波长。

9.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，还包括塑料卡件，所述塑料卡件分别与所述馈电结构及所述天线振子卡持，以将所述馈电结构固定于所述天线振子上。

10.一种基站天线，其特征在于，包括：

反射板；及

多个如上述权利要求1至9任一项所述的辐射单元，所述多个辐射单元安装于所述反射板的表面。