《輻射集成天線單元及多陣列天線》是廣東通宇通訊股份有限公司於2016年12月27日申請的專利，該專利的公布號為CN107112631A，授權公布日為2017年8月29日，發明人是薩姆布·杜杜、吳中林、劉木林、伊索拉阿里。
《輻射集成天線單元及多陣列天線》的集成天線單元（10），其中兩個雙極化輻射元件（1）連線於一個PCB（21）上，該PCB（21）用作反射板以及兩個帶通濾波器（20）的濾波器蓋。兩帶通濾波器（20）的每一個直接連線一個雙向功分器（25），雙向功分器（25）連線兩個輻射元件（1）的同一極化。兩平行壁（21a）（21b）自帶通濾波器的邊緣延伸，支撐濾波器的腔體（20），且同時用作反射壁，反射壁控制輻射元件（1）產生的方位波束為3分貝。進一步地，該發明的多陣列天線（100）由多個集成天線單元（10）構成。
2021年11月，《輻射集成天線單元及多陣列天線》獲得第八屆廣東專利獎銀獎。
（概述圖為《輻射集成天線單元及多陣列天線》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：輻射集成天線單元及多陣列天線
- 申請人：廣東通宇通訊股份有限公司
- 申請日：2016年12月27日
- 申請號：2016800048243
- 公布號：CN107112631A
- 公布日：2017年8月29日
- 發明人：薩姆布·杜杜、吳中林、劉木林、伊索拉阿里
- 地址：廣東省中山市火炬開發區金通街3號
- 分類號：H01Q1/52(2006.01)I、H01Q19/17(2006.01)I、H01Q1/36(2006.01)I、H01Q1/50(2006.01)I、H01Q21/00(2006.01)I
- 代理機構：深圳瑞天謹誠智慧財產權代理有限公司
- 代理人：張佳
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
常規天線系統受到以下挑戰：高層建築覆蓋率：有限的定向天線（在方位/仰角平面內）導致在高階分區方面的局限性。宏站和上行覆蓋能力和容量限制：對於給定的分配時頻，由於只有小量的2016年12月之前的天線能夠定向方位窄波束而使小區間和小區內的干擾有效地調零，因此在不同用戶的復用過程中仍然存在挑戰。此外，隨著業務擴張，難以獲取UL:DL＝1:3的新站點。
樓內高容量的發展：即使是聲稱的SU-MIMO，也因為使用者設備的有限尺寸而並未得到充分使用。此外，樓內系統的成本更高，其WLAN性能也很差。最近發展大規模MIMO天線以解決上述挑戰和發展4.5G或更高級別的關鍵技術。具有垂直波束調整的智慧型同位或共形天線陣列能提高頻譜效率。總之，標準的3D MIMO正在努力推動，原型與網路部署試點。從長遠來看，高頻率的波束形成和硬體進展將被考慮。
在傳統的大規模MIMO天線中，通常在天線背面使用背腔濾波器，其輸出端數量與天線連線埠的數目相同。且濾波器的輸入端連線到多個發射/接收電路（Transmitting/Receiving circuits）（自RRU）。除了昂貴的開發和實施資源，還導致諸如重量、尺寸和集成靈活性等，因為不同的硬體進行集成之前必須分別設計。
發明內容
專利目的
《輻射集成天線單元及多陣列天線》的目的是提供一種輻射集成天線單元，其具有低頻輻射（切斷更高的頻率）且具有改進的連線埠間隔離度。該發明的另一目的是提供一種多陣列天線，該陣列天線的帶通濾波器不需要低通濾波，從而改善傳統帶通設計的複雜性且提高成本效應。
技術方案
《輻射集成天線單元及多陣列天線》的實施例提供一種輻射集成天線單元，包括：兩個輻射元件和一個將兩個輻射元件支撐其上的集成濾波裝置。各集成濾波裝置包括兩個帶通濾波器和PCB，PCB用作兩個帶通濾波器的濾波器蓋而蓋設於兩個濾波器的頂端。兩個輻射元件從PCB的頂面向上延伸。
進一步地，兩個雙向功分網路設定於PCB的頂面。每一輻射元件包括一輻射面以及輻射面下方的巴倫。每一帶通濾波器有一個輸入端和一個輸出端。帶通濾波器的每一輸出端相應地連線於雙向功分網路的一輸入端。每一輻射元件是雙極化，一個單極對應一種極化。每個單極包括兩個輻射臂和一個巴倫。雙極化有兩個相互交叉的巴倫以及四個臂，四個臂設計為其上具有輻射面的輻射板。兩個輻射元件的同一極化通過所述兩個雙向功分網路而連線起來。
每一巴倫包括一個基板、在基板一個面上印刷的主饋線、以及在基板另一面上印刷的輔助饋線。主饋線用作來自給定源的信號輸入的饋送和傳送點，輔助饋線作為主饋線的接地支撐。雙向功分網路的兩個輸出分別將具有同一極化的兩個輻射元件的主饋線連線起來。主饋線內形成一個主槽；主饋線內進一步地形成一個與所述主槽相鄰的副槽；主槽和副槽的組合有低頻截止。主饋線從巴倫底端延伸到頂端從而連線輻射板；主槽和/或副槽形狀為正方形、長方形或圓形。副槽位於主槽上方。
沿輔助饋線蝕刻至少一個第三槽，第三槽用作改進諧振特性以及兩個極化之間的隔離。有兩個第三槽沿輔助饋線並排蝕刻。PCB用作兩個輻射元件的反射板，因此不需要額外的反射器，從而降低集成天線單元的重量並使其節省成本。兩個平行的反射壁在兩個帶通濾波器的邊緣延伸以支撐所述濾波器的腔體且控制波束寬度。兩個反射壁控制輻射元件產生的方位波束為3分貝。
用作濾波器蓋的PCB，其形狀配合所述兩個帶通濾波器的頂端，且覆蓋於所述兩個帶通濾波器的頂端；PCB固定在兩個帶通濾波器的頂端。每一帶通濾波器包括一個濾波器外殼，帶通濾波器的輸出端設定在濾波器的頂端表面上，帶通濾波器的輸入端設定在濾波器外殼的底端表面上；兩個帶通濾波器的兩輸入端連線到一組發射器/接收器單元。
為獲得該發明的目的，該發明的實施例提供一種多陣列天線，包括多個集成天線單元陣列。多陣列天線包括多列輻射元件以及集成在所述集成天線單元的多個PCB上的多個帶通濾波器；每一個PCB用作一個濾波器蓋且覆蓋在同一集成天線單元的兩個的濾波器頂端。一種多陣列天線由多個集成天線單元構成，其中帶通濾波器的輸入端可以連線到射頻單元；從而獲得多陣列有源天線。
有益效果
《輻射集成天線單元及多陣列天線》實施例提供的集成天線單元包括兩個雙極化輻射元件連線於一個PCB，所述PCB同時和作反射板和兩個帶通濾波器的蓋體，兩個帶通濾波器的每一個直接連線於一個雙向功分器，該功分器連線具有同一極化的兩個輻射元件。因此，所述集成天線單元以及多陣列天線具有以下優點：
1）具有低頻輻射（截止高步頻）以及提高連線埠間的隔離；
2）帶通濾波器不需要低通濾波；
3）改善傳統帶通設計的複雜性同時提高成本效益。
進一步地，在帶通濾波器的邊緣延伸形成的兩平行壁支撐濾波器的腔體，同時用作反射壁，能夠控制輻射元件產生3分貝波束方位。
附圖說明
圖1是《輻射集成天線單元及多陣列天線》實施例輻射集成天線單元的平面視意圖；
圖2是圖1集成天線單元上部的立體圖；
圖3是該發明實施例輻射元件的立體圖；
圖4是該發明實施例輻射元件另一個立體圖；
圖5是該發明實施例帶通濾波器的俯視圖；
圖6是該發明實施例帶通濾波器的側視圖；
圖7是輻射集成天線單元電路原理圖；
圖8是該發明實施例多陣列天線的側視圖；
圖9是該發明實施例多陣列天線的立體圖；
圖10是帶有集成濾波器的輻射元件的回波損耗圖；
圖11是帶有集成濾波器的輻射元件的增益圖。
權利要求
1.一種輻射集成天線單元，包括：兩個輻射元件；以及將兩個輻射元件支撐在其上的一個集成濾波裝置；其特徵在於，每一集成濾波裝置包括：兩個帶通濾波器，一個用作兩帶通濾波器的濾波器蓋、且覆蓋在濾波器的頂端的PCB，以及從PCB的頂面向上延伸的兩個輻射元件。
2.如權利要求1所述的集成天線單元，其特徵在於，兩個雙向功分網路設定在PCB的頂面；每一輻射元件有一輻射面和輻射面下方的巴倫；每一帶通濾波器有一個輸入端和一個輸出端；帶通濾波器的每一輸出端連線於對應雙向功分網路的輸入端。
3.如權利要求2所述的集成天線單元，其特徵在於，每個輻射單元都是雙極化的，每個極化都有一個單極；每一單極包括兩個輻射臂和一個巴倫；所述雙極化有兩個相互交叉的巴倫和四個臂，四個臂配置為具有輻射表面的輻射板；兩個輻射元件的同一極化通過兩個雙向功分網路中的一個連線。
4.如權利要求2-3所述的集成天線單元，其特徵在於，每一巴倫包括一個基板，主饋線印製在所述基板的一個面上，輔助饋線印製在在基板另一面上；所述主饋線用作輸入信號的饋送和傳送點；輔助饋線作為主饋線的接地支撐；雙向功分網路的兩個輸出分別將具有同一極化的兩個輻射元件的主饋線連線起來。
5.如權利要求4所述的集成天線單元，其特徵在於，主饋線內形成一個主槽；主饋線內形成一個與所述主槽相鄰的副槽；主槽和副槽的結合具有低頻截止。
6.如權利要求5所述的集成天線單元，其特徵在於，主饋線從巴倫底端延伸到頂端從而連線輻射板；主槽和/或副槽形狀為正方形、長方形或圓形；副槽位於主槽上方。
7.如權利要求4所述的集成天線單元，其特徵在於，沿輔助饋線蝕刻至少一個第三槽，第三槽用作改進諧振特性以及兩個極化之間的隔離。
8.如權利要求7所述的集成天線單元，其特徵在於，有兩個第三槽沿輔助饋線並排蝕刻。
9.如權利要求1所述的集成天線單元，其特徵在於，PCB用作兩個輻射元件的反射板，不需要額外的反射器，降低集成天線單元的重量並使其節省成本。
10.如權利要求1所述的集成天線單元，其特徵在於，兩個平行的反射壁在兩個帶通濾波器的邊緣延伸從而支撐所述濾波器的腔體且控制波束寬度。
11.如權利要求10所述的集成天線單元，其特徵在於，所述兩個反射壁控制輻射元件產生的方位波束為3分貝。
12.如權利要求1所述的集成天線單元，其特徵在於，用作濾波器蓋的PCB，其形狀配合所述兩個帶通濾波器的頂端，且覆蓋於所述兩個帶通濾波器的頂端；PCB固定在兩個帶通濾波器的頂端。
13.如權利要求1所述的集成天線單元，其特徵在於，每一帶通濾波器包括一個濾波器外殼，帶通濾波器的輸出端設定在濾波器的頂端表面上，帶通濾波器的輸入端設定在濾波器外殼的底端表面上；兩個帶通濾波器的兩輸入端連線到一組發射器/接收器單元。
14.多陣列天線，包括多個如權利要求1-13中任一項所述的集成天線單元陣列，其特徵在於，多陣列天線包括多列輻射元件以及集成在所述集成天線單元的多個PCB上的多個帶通濾波器；每一個PCB用作一個濾波器蓋且覆蓋在同一集成天線單元的兩個的濾波器頂端。
15.如權利要求14所述的多陣列天線，其特徵在於，多個帶通濾波器的輸入端各連線於一個射頻單元；因此獲得多陣列有源天線。
實施方式
參照圖1-6，輻射集成天線單元10包括兩個輻射元件1，以及兩個帶通濾波器20和PCB 21集成一個集成濾波裝置2支撐於兩個輻射元件1下方。集成濾波裝置由兩個帶通濾波器20和所述集成天線單元10的PCB 21構成。PCB 21用作濾波器蓋，且蓋設於兩個帶通濾波器20頂端，同時形成兩個輻射元件1的反射器，；因此，PCB 21的頂面210也是兩個輻射元件1的反射面。兩輻射元件1從PCB 21的頂面210向上延伸。
相應地，在該發明的實施例中，PCB、濾波器蓋和反射器用相同標號21來表示。每一帶通濾波器20包括濾波器外殼200。兩個帶通濾波器20可以有兩個濾波器外殼200相互結合成整體外殼，且整體外殼可設計成柱狀，如長方體柱狀。PCB 21很好地覆蓋在整體外殼的頂端。
作為舉例，每一帶通濾波器20有一金屬濾波器外殼200且為方形。每一帶通濾波器20的頂端為一頂板28（如圖5），帶通濾波器20的一個輸出端23設定在頂板28上，而其輸入端22設定在帶通濾波器20的濾波器外殼200的底板（未標號）。兩個帶通濾波器20的整體外殼的頂板上設有兩個輸出端23，底板上對應設有兩個輸入端22。
在輻射集成天線單元10中，PCB/濾波器蓋21（如圖1-2）的形狀與兩個組合帶通濾波器20的兩個對齊頂板28相匹配，因此作為示例性實施例，其具有矩形形狀。PCB/濾波器蓋21覆蓋在兩個組合帶通濾波器20的長方柱體的整體外殼上。兩反射壁21a和21b（如圖2）相互平行，自兩個組合帶通濾波器20的邊緣延伸，支撐濾波器20的腔體，同時用作反射壁能夠控制輻射元件1產生3分貝波束方位。特別地，兩平行反射壁21a和21b自PCB/濾波器蓋21兩相對邊緣延伸，且其高度控制波束寬度。
PCB 21焊接於兩個濾波器20頂板28並蓋住兩濾波器20的頂端。可以理解，將濾波器20與PCB 21固定的固定方式可以是夾持、插入方式、螺紋或其它似類固定方式。在該實施例中，兩個諧振器帶通濾波器20的濾波器蓋21用作天線單元的PCB以及兩個輻射元件1的反射板。因此不需要額外的反射器，從而減輕重量且節約成本。
作為一種實施例，如圖7所示，每一輻射元件1具有雙極化，且包括輻射板11以及在輻射板11下垂直支撐的巴倫12（如圖3-4）。每一個極化具有兩個臂111和一個巴倫12，因此實施例的每一輻射元件1有四個臂111和兩個巴倫12。四個臂111形成輻射板11，其具有頂部輻射面110暴露於環境中，且例如為方形。兩巴倫12相互交叉，將輻射板11豎直地支撐在兩巴倫12的頂端，且自PCB 21的頂面210向上豎直延伸。在該實施例中，兩個輻射元件1形成±45°極化。
每一巴倫12包括一個基板13，主饋線14印製於基板13的一個表面；且輔助饋線15印製於基板13的另一個表面，因此，通過基板13及其兩相對表面上分別印製的主饋線14和輔助饋線15，形成了巴倫12的三層結構。主饋線14用作來自給定源的信號輸入的饋送和傳送點，輔助饋線15作為主饋線14的接地支撐。主饋線14的頂端140延伸穿過輻射板11至頂部輻射面110且與對應的輻射臂111電連線。且輔助饋線15的頂端150延伸穿過輻射板11至頂部輻射面110且與對應的輻射臂111電連線。
主饋線14內形成一個主槽141。一個副槽142與所述主槽141相鄰，該兩組合槽很好地實現低頻截止。換言之，這種組合能夠消除更高的頻率；因此輻射元件1將以較低的頻率工作。槽141，142可以配置為正方形、矩形、圓形或其他形狀，其可以進行低頻截止，以消除較高的頻率。在該示例性實施例中，槽141，142是方形，且所述主槽141尺寸更大。
根據該實施例，主饋線14自巴倫12的底端向頂端向上沿著巴倫12的高度延伸。作為示例性實施例，主饋線14是具有一定長度的直線，自巴倫12的底端延伸至一定高度後分成兩條分支且向上延伸圍成方形的主槽141，且繼續向上延伸且在在方形主槽141旁邊形成方形副槽142，最後兩條分支合併為一條延伸至輻射板11。方形副槽142和方形主槽141通過二者之間的一段水平饋電線隔開或連線。
根據該實施例，輔助饋線15也從巴倫12底端沿巴倫12的高度向頂端延伸。兩個第三槽151（如圖3-4中的標示）沿輔助饋線15蝕刻而成，用作共振特性的改善以及兩個極化之間的隔離。槽151蝕刻在輔助饋線15內能夠激發主饋線14缺陷接地；從而提高共振。作為示例性實施例，所述兩個第三槽151沿著輔助饋線並排且為長方形。槽151為長槽。
一個極化的輔助饋線15直接對著另一極化的主饋線14；這樣，槽151也可以改善從一個極化到另一個的信號泄漏，因此，所述兩個極化之間的隔離提高。每一輻射元件1，有兩個主饋線14以及相應地兩個輔助饋線15，每一極化都有一對由一個主饋線14和一個輔助饋線15組成，該對主饋線14和輔助饋線15分別位於所述極化的巴倫12的正反兩面。作為示例性實施例，每一輻射元件1的饋線14、15布置的方式為：一個極化的主饋線14位於一個巴倫12的一個面上，正對著另一個極化的輔助饋線15，該另一個極化的輔助饋線15位於另一個巴倫12的另一個面上。所述兩個第三槽151，主、副槽141和142能使天線單元低頻輻射且切斷高頻率，從而改進天線單元10的連線埠間隔離。
再次參照圖2和7，PCB 21的頂面210上印製有兩個雙向功分網路25。兩個雙向功分網路25（圖2隻顯示了一個極化）支撐於PCB/濾波器蓋21上，分別與雙極化兩個輻射元件1對應的兩個帶通濾波器20電連線。兩個輻射元件1的同一極化通過雙向功分網路25連線。所述兩個濾波器20的兩個輸入端22可以連線到一組發射器/接收器單元。每一雙向功分網路25有一個輸入端250和兩個輸出端251。輸入端250連線於帶通濾波器20的輸出端23，且所述兩個輸出端251分別連線於具有同一極化的兩個輻射元件1的主饋線26。
所述集成天線單元10，其緊湊的帶通濾波器20連線到輻射元件1，利用緊湊的帶通組件21作為輻射元件支撐板。簡要地，集成順序特性（integrating order property）是從帶通濾波器20到輻射元件1。因此，在帶通濾波器20上不需要低通濾波；從而改善傳統的帶通設計的複雜性以及提高成本效應。此外，作為濾波器蓋的PCB 21也起輻射元件1的反射板/反射器的作用。
進一步地參照圖8-9，多陣列天線100是通過配置多陣列集成天線單元10而獲得，且包括在多個帶通濾波器20上的多列輻射元件1。多個帶通濾波器20集成為一個大的濾波器主體22，且多個PCB 21的每一個覆蓋於兩個濾波器20且將兩個輻射元件1支撐於其上。每一集成天線單元10具有上述相同的結構。多個帶通濾波器20的輸入端可以連線到一個射頻單元。從而獲得多陣列有源天線。如圖9，多個PCB/濾波器蓋/反射器21已從多陣列天線100移除以清楚地分析和顯示在所述大的濾波器主體22上的多陣列的輻射元件1。
圖9-10分別說明了一個輻射元件1的回波損耗和已實現增益。從這些圖可見，我們可以實現輻射元件1的低頻操作特點。
榮譽表彰
2021年11月，《輻射集成天線單元及多陣列天線》獲得第八屆廣東專利獎銀獎。
