基本介紹
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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,
優選的，所述高頻天線單元為單極化天線單元，高頻天線單元上的振子臂有兩個，所述分散式電感為一對微帶彎折線電感，兩個振子臂構成水平極化振子臂或垂直極化振子臂，兩個振子臂之間通過一對微帶彎折線電感進行連線。
優選的，所述高頻天線單元為雙極化天線單元，高頻天線單元上的振子臂有四個，所述分散式電感為兩對微帶彎折線電感，其中兩個振子臂構成-45度極化振子臂，-45度極化振子臂通過一對微帶彎折線電感進行連線，另外兩個振子臂構成+45度極化振子臂，+45度極化振子臂通過另一對微帶彎折線電感進行連線；所述兩對微帶彎折線電感之間交叉連線。
優選的，所述微帶彎折線電感上兩兩相鄰的微帶彎折線之間留有間隙，且微帶彎折線電感嵌入到振子臂之間。優選的，所述高頻天線單元還包括介質板，所述振子臂和分散式電感位於介質板的同一層。優選的，所述低頻天線單元為單極化天線單元，低頻天線單元上的振子臂有兩個，兩個振子臂構成水平極化振子臂或垂直極化振子臂；所述分散式電容為金屬貼片，所述金屬貼片設定在兩個振子臂的中間，且與兩個振子臂相靠近而無接觸。
優選的，所述低頻天線單元為雙極化天線單元，低頻天線單元上的振子臂有四個，其中兩個振子臂構成-45度極化振子臂，另外兩個振子臂構成+45度極化振子臂；所述分散式電容為金屬貼片，所述金屬貼片設定在四個振子臂的中間，且與四個振子臂相靠近而無接觸。優選的，所述金屬貼片為圓盤形結構、十字形結構、矩形結構或四角星形結構。
優選的，所述低頻天線單元還包括介質板，所述振子臂位於介質板的其中一層，所述分散式電容位於介質板的另一層。優選的，所述H型微帶線枝節由水平枝節和兩個垂直枝節組成，水平枝節與饋線連線，兩個垂直枝節連線在水平枝節的兩端，並貼合饋線垂直延伸。
有益效果
《高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列》相對於2017年5月之前的技術具有如下的有益效果：
1、該發明的高頻天線單元通過分散式電感將振子臂之間進行連線，利用感性電抗在低頻短路，高頻開路的特性，改變了原來的諧振電流路徑，實現了對低頻雜波的調控和抑制，低頻天線單元通過分散式電容將振子臂之間進行連線，協同H型微帶線枝節，利用容性電抗在低頻開路，高頻短路的特性，實現對高頻雜波的調控和抑制，在不級聯濾波器的情況下，實現了在異頻天線單元距離較小，地板較小的情況下的高隔離度，避免了濾波器插損，同時實現了在寬頻帶內的穩定方向圖，而且去耦結構並不額外增加天線單元的體積。
2、該發明的兩種濾波天線單元在兼顧天線電路性能和匹配性能的前提下，可以組合成多列天線陣，低頻天線單元置於地板中間，高頻天線單元為一個時，置於地板的一邊，高頻天線單元為多個時，分別置於地板的兩邊，如此安排，可以在較小地板下，獲得良好的輻射性能和良好的匹配隔離特性。
3、該發明的高頻天線單元中，分散式電感採用微帶彎折線電感，可以抑制單極化或雙極化天線在低頻的寄生諧振，微帶彎折線電感通過摺疊來增加電感量並減少體積，同時微帶彎折線電感上兩兩相鄰的微帶彎折線之間留有間隙，避免互相接觸短路，方便嵌入到振子臂之間。
4、該發明的高頻天線單元中，分散式電感和振子臂位於介質板的同一層，而不影響天線極化的隔離，這避免了介質板下層走線和過孔，便於加工。
5、該發明的低頻天線單元中，分散式電容採用金屬貼片，金屬貼片位於振子臂中間，與振子臂互相靠近而無電氣接觸，可以實現方便實現單極化或雙極化天線振子臂之間的容性耦合，從而實現諧波抑制而不影響極化隔離。
6、該發明的低頻天線單元中，振子臂位於介質板的其中一層，分散式電容位於介質板的另一層，如此可以方便通過改變金屬貼片的大小，來調節連線振子臂的電容大小，同時避免和振子臂接觸短路，從而實現雜波控制和改善天線匹配調整，同時也避免過孔，便於加工。
7、該發明的低頻天線單元中，在巴倫上的H型微帶線枝節的水平枝節與饋線連線，兩個垂直枝節連線在水平枝節的兩端，並貼合饋線垂直延伸，以緊湊的體積集成在巴倫上，具有小型化和易於加工的優點；H型微帶線枝節具有寬頻諧波抑制特性，可以抑制巴倫的高頻諧波，再配合金屬貼片，可以通過調整連線位置和兩個垂直枝節的長度，方便地實現低頻天線單元的整體高頻諧波的控制和抑制，此外還成為匹配網路的一部分，方便實現天線阻抗匹配，而不占用額外體積，極化振子臂由於饋電位置的不同造成的匹配差異性，也可以通過調整H型微帶線枝節位置來方便補償。
附圖說明
圖1為該發明實施例1的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列俯視結構圖。
圖2為該發明實施例1的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列正面結構圖。
圖3為該發明實施例1的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列中高頻天線單元的立體分解結構圖。
圖4為圖3中A處的放大圖。
圖5為該發明實施例1的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列中低頻天線單元的立體分解結構圖。
圖6為該發明實施例1的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列的的S參數曲線圖。
圖7為該發明實施例1的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列的高頻水平方向方向圖的仿真結果圖。
圖8為該發明實施例1的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列的低頻水平方向方向圖的仿真結果圖。
圖9為該發明實施例2的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列俯視結構圖。
其中，1-第一高頻天線單元，2-第二高頻天線單元，3-低頻天線單元，4-地板，5-介質板，6-第一振子臂，7-第二振子臂，8-第三振子臂，9-第四振子臂，10-第一巴倫，11-第一微帶彎折線電感，12-第二微帶彎折線電感，13-第三微帶彎折線電感，14-第四微帶彎折線電感，15-第二介質板，16-第五振子臂，17-第六振子臂，18-第七振子臂，19-第八振子臂，20-第二巴倫，21-金屬貼片，22-饋線，23-H型微帶線枝節，24-水平枝節，25-第一垂直枝節，26-第二垂直枝節。
權利要求
1.高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列，其特徵在於：包括至少一個高頻天線單元、一個低頻天線單元和地板；所述高頻天線單元為一個時，置於地板的一邊，高頻天線單元為多個時，分別置於地板的兩邊，高頻天線單元包括多個振子臂和巴倫，振子臂之間通過分散式電感進行連線，並通過巴倫進行饋電；所述低頻天線單元置於地板中間，低頻天線單元包括多個振子臂和巴倫，振子臂之間通過分散式電容進行連線，並通過巴倫進行饋電，該巴倫上設有饋線和H型微帶線枝節，H型微帶線枝節與饋線連線。
2.根據權利要求1所述的高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列，其特徵在於：所述高頻天線單元為單極化天線單元，高頻天線單元上的振子臂有兩個，所述分散式電感為一對微帶彎折線電感，兩個振子臂構成水平極化振子臂或垂直極化振子臂，兩個振子臂之間通過一對微帶彎折線電感進行連線。
3.根據權利要求1所述的高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列，其特徵在於：所述高頻天線單元為雙極化天線單元，高頻天線單元上的振子臂有四個，所述分散式電感為兩對微帶彎折線電感，其中兩個振子臂構成-45度極化振子臂，-45度極化振子臂通過一對微帶彎折線電感進行連線，另外兩個振子臂構成+45度極化振子臂，+45度極化振子臂通過另一對微帶彎折線電感進行連線；所述兩對微帶彎折線電感之間交叉連線。
4.根據權利要求2或3所述的高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列，其特徵在於：所述微帶彎折線電感上兩兩相鄰的微帶彎折線之間留有間隙，且微帶彎折線電感嵌入到振子臂之間。
5.根據權利要求1所述的高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列，其特徵在於：所述高頻天線單元還包括介質板，所述振子臂和分散式電感位於介質板的同一層。
6.根據權利要求1所述的高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列，其特徵在於：所述低頻天線單元為單極化天線單元，低頻天線單元上的振子臂有兩個，兩個振子臂構成水平極化振子臂或垂直極化振子臂；所述分散式電容為金屬貼片，所述金屬貼片設定在兩個振子臂的中間，且與兩個振子臂相靠近而無接觸。
7.根據權利要求1所述的高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列，其特徵在於：所述低頻天線單元為雙極化天線單元，低頻天線單元上的振子臂有四個，其中兩個振子臂構成-45度極化振子臂，另外兩個振子臂構成+45度極化振子臂；所述分散式電容為金屬貼片，所述金屬貼片設定在四個振子臂的中間，且與四個振子臂相靠近而無接觸。
8.根據權利要求6或7所述的高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列，其特徵在於：所述金屬貼片為圓盤形結構、十字形結構、矩形結構或四角星形結構。
9.根據權利要求1所述的高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列，其特徵在於：所述低頻天線單元還包括介質板，所述振子臂位於介質板的其中一層，所述分散式電容位於介質板的另一層。
10.根據權利要求1所述的高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列，其特徵在於：所述H型微帶線枝節由水平枝節和兩個垂直枝節組成，水平枝節與饋線連線，兩個垂直枝節連線在水平枝節的兩端，並貼合饋線垂直延伸。
實施方式
- 實施例1
如圖1～圖5所示，該實施例提供了一種高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列，包括第一高頻天線單元1、第二高頻天線單元2、低頻天線單元3和地板4，即該實施例是三列天線陣列，從圖1和圖2中可以看到，三個天線單元均置於地板4上，且位於同一水平面，所述第一高頻天線單元1和第二高頻天線單元2分別置於地板4的兩邊，低頻天線單元3置於地板4的中間，如此安排，可以在較小地板下，獲得良好的輻射性能和良好的匹配隔離特性；由於頻率的不同，三個天線單元的振子臂高度也有所不同，中間的低頻頻段天線單元3為低頻故高度比較高，而兩邊的第一高頻天線單元1、第二高頻天線單元2為高頻，因此高度比較低；第一高頻天線單元1、第二高頻天線單元2和低頻天線單元3均為雙極化天線單元。
所述第一高頻天線單元1和第二高頻天線單元2工作於高頻段（如1710-2690兆赫），且結構尺寸相同，以其中一個高頻天線單元為例，從圖3和圖4中可以看到，包括第一介質板5、第一振子臂6、第二振子臂7、第三振子臂8、第四振子臂9和第一巴倫10，四個振子臂之間通過分散式電感進行連線，並通過第一巴倫10進行饋電，第一巴倫10為雙極化巴倫；所述分散式電感為兩對微帶彎折線電感，即四個微帶彎折線電感，分別為第一微帶彎折線電感11、第二微帶彎折線電感12、第三微帶彎折線電感13和第四微帶彎折線電感14。
在該實施例中，第一振子臂6和第三振子臂8構成-45度極化振子臂，第一微帶彎折線電感11和第三微帶彎折線電感13構成一對微帶彎折線電感連線-45度極化振子臂，可以抑制-45度極化的天線在低頻的寄生諧振；第二振子臂7和第四振子臂9構成+45度極化振子臂，第二微帶彎折線電感12和第四微帶彎折線電感14連線+45度極化振子臂，可以抑制+45度極化的天線在低頻的寄生諧振，至此，第一高頻天線單元1和第二高頻天線單元2的±45度的極化濾波可以分別獨立實現；四個微帶彎折線電感通過摺疊來增加電感量並減少體積，同時四個微帶彎折線電感上兩兩相鄰的微帶彎折線之間留有間隙，避免互相接觸短路，由於存在間隙，方便將四個微帶彎折線電感嵌入到四個振子臂之間。
兩對微帶彎折線電感之間可以交叉連線，無需額外過孔，同時兩對微帶彎折線電感和±45度極化振子臂位於第一介質板5的同一層，該實施例均位於第一介質板5的上層，而不影響天線兩個±45度極化振子臂的隔離，這避免了第一介質板5的下層走線和過孔，便於加工。
從以上所述可知，該實施例的高頻天線單元通過兩對微帶彎折線電感將四個振子臂之間進行連線，利用感性電抗在低頻短路，高頻開路的特性，改變了原來的諧振電流路徑，實現了對低頻雜波的調控和抑制。
所述低頻天線單元3工作於低於兩個高頻天線單元工作頻段的低頻段（如690-960兆赫），從圖5中可以看到，包括第二介質板15、第五振子臂16、第六振子臂17、第七振子臂18、第八振子臂19和第二巴倫20，第五振子臂16、第六振子臂17、第七振子臂18和第八振子臂19之間通過分散式電容連線，並通過第二巴倫20進行饋電；所述分散式電容為金屬貼片21。
在該實施例中，第五振子臂16和第七振子臂18構成-45度極化振子臂，第六振子臂17和第八振子臂19構成+45度極化振子臂；金屬貼片21為圓盤形結構、，以圓盤形結構為例，其設定在四個振子臂的中間，且與四個振子臂相靠近而無接觸，可以實現±45度兩種極化振子臂之間的容性耦合，從而實現諧波抑制而不影響極化隔離。
±45度極化振子臂位於第二介質板15的其中一層，圓盤形結構位於第二介質板15的另外一層，該實施例的±45度極化振子臂位於第二介質板15的上層，圓盤形結構位於第二介質板15的下層，如此可以方便通過改變圓盤形結構的大小，來調節連線振子臂的電容大小，同時避免和振子臂接觸短路，從而實現雜波控制和改善天線匹配調整，同時也避免過孔，便於加工。
第二巴倫20為雙極化巴倫，有四個面，在任意兩個相鄰的面上分別設有一饋線22和一H型微帶線枝節23，H型微帶線枝節23由水平枝節24、第一垂直枝節25和第二垂直枝節26組成，水平枝節24與饋線22連線，第一垂直枝節25和第二垂直枝節26連線在水平枝節24的兩端，並貼合饋線22垂直延伸，以緊湊的體積集成在第二巴倫20上，具有小型化和易於加工的優點；H型微帶線枝節23具有寬頻諧波抑制特性，可以抑制第二巴倫20的高頻諧波，再配合圓盤形結構，可以通過調整連線位置和兩個垂直枝節的長度，方便地實現低頻天線單元3的整體高頻諧波的控制和抑制，此外還成為匹配網路的一部分，方便實現天線阻抗匹配，而不占用額外體積；低頻天線單元3的±45度極化振子臂由於饋電位置的不同造成的匹配差異性，也可以通過調整H型微帶線枝節23位置來方便補償。
從以上所述可知，該實施例的低頻天線單元3通過圓盤形結構將四個振子臂之間進行連線，協同第二巴倫20的H型微帶線枝節23，利用容性電抗在低頻開路，高頻短路的特性，實現對高頻雜波的調控和抑制。
該實施例提供超過40％頻寬的諧波抑制，在不級聯濾波器的情況下，實現了在異頻天線單元距離較小，地板較小的情況下的高隔離度，避免了濾波器插損，同時實現了在寬頻帶內的穩定方向圖，而且去耦結構並不額外增加天線單元的體積；由於具有良好的雜波抑制性能，在該實施例中，兩個高頻天線單元與低頻天線單元之間的間隔僅僅為100毫米，地板4的寬度為280毫米，這樣就可以保證隔離和輻射性能。
如圖6所示，為該實施例提供的一種抑制諧波的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列的S參數，可以看出低頻（690-960兆赫）天線單元的高頻雜波被抑制後，對高頻天線單元在1710-2690兆赫頻段的耦合降低到-40分貝以下，和普通陣列對比，提升超過30分貝。高頻（1710-2690兆赫）天線單元的低頻雜波被抑制後，對低頻天線單元在690-960兆赫頻段的耦合降到-30分貝以下，和普通陣列對比，提升超過了20分貝。
如圖7所示，為該發明實施例提供的一種抑制諧波的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列的高頻水平方向方向圖，選取了1710-2690兆赫四個有代表性的頻點方向圖。可以看出，10分貝波瓣基本滿足120度的波瓣寬度，同時3分貝波瓣寬度也在56-71度之間。另外，0度交叉極化大於12分貝，±60度交叉極化大於8分貝。
如圖8所示，為該發明實施例提供的一種抑制諧波的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列的低頻水平方向方向圖，選取了690-960兆赫四個有代表性的頻點方向圖。可以看出，10分貝波瓣基本滿足120度的波瓣寬度，同時3分貝波瓣寬度也在64-71度之間。另外，0度交叉極化大於12分貝，±60度交叉極化大於8分貝。
該實施例具有如下優點：
1）濾波天線單元之間間距小，異頻單元間距僅僅為100毫米；地板小，地板只有280毫米，為當前工業界較高水平；
2）該天線陣列適用於頻率690-960兆赫頻段和1710-2690兆赫頻段，具有超過40％的雜波抑制性能，高、低頻天線單元耦合度都在-30分貝以下。
3）該天線單元在小體積的前提下，實現了方向圖不畸變的特性，基本滿足基站方向圖要求。
4）容易加工，安裝方便，並且不需要額外的電路載入。
- 實施例2
如圖9所示，該實施例的高異頻隔離寬頻雙頻雙極化基站天線陣列，包括一個高頻天線單元1、一個低頻天線單元2和地板3，即該實施例是兩列天線陣列，兩個天線單元均置於地板3上，且位於同一水平面，高頻天線單元1置於地板3的一邊，低頻天線單元2置於地板3的中間，該實施例的高頻天線單元1和低頻天線單元2均為雙極化天線單元，具體結構同實施例1。
- 實施例3
該實施例提供了一種高異頻隔離寬頻雙頻單極化基站天線陣列，第一高頻天線單元1和第二高頻天線單元2為單極化天線單元，即振子臂有兩個，所述分散式電感為一對微帶彎折線電感，兩個振子臂構成水平極化振子臂或垂直極化振子臂，兩個振子臂之間通過一對微帶彎折線電感進行連線；同樣地，低頻天線單元3為雙極化天線單元，即振子臂有兩個，兩個振子臂構成水平極化振子臂或垂直極化振子臂；所述分散式電容為金屬貼片，所述金屬貼片設定在兩個振子臂的中間，且與兩個振子臂相靠近而無接觸；第一巴倫和第二巴倫為單極化巴倫，第二巴倫的其中一個面上設有一饋線22和一H型微帶線枝節23。其餘同實施例1。
- 實施例4
該實施例的主要特點是：第一高頻天線單元1和第二高頻天線單元2為單極化天線單元，低頻天線單元3為雙極化天線單元；或第一高頻天線單元1和第二高頻天線單元2為雙極化天線單元，低頻天線單元3為單極化天線單元。其餘同實施例1。
綜上所述，該發明適用於無線移動通信基站領域，可套用於各類無線通信系統的接收和發射設備中，由於該發明的濾波特性，特別適用於在開闊複雜的多頻段多制式通信場景中，工作在690-960兆赫和1710-2690兆赫的基站天線；同時受益於濾波特性與輻射特性的集成，該發明也適用於無線移動通信系統設備的一體化和集成化，降低設計要求，提高通信設備抗鄰頻干擾的能力。
榮譽表彰
2021年11月，《高異頻隔離寬頻雙頻基站天線陣列》獲得第八屆廣東專利獎金獎。
