用于偶极的副反射器和馈电器件的制作方法

本发明涉及一种天线单元，尤其涉及一种适用于紧凑型多频段天线阵列的天线单元。本发明还涉及一种适用于mimo操作的多频段天线。本发明还涉及一种用于这种天线单元的偶极的馈电器件，尤其是巴伦器件形式的馈电器件。

背景技术：

蜂窝移动通信系统通常需要支持由监管机构确定的各种频段。使用多个频段需要使用适于各个频段的物理特性的不同天线单元。此外，当在同一个基站天线中使用多个频段时，出现诸如不同频段之间的干扰的共存问题。

天线位置通常是空间受限的，特别是对于蜂窝移动通信系统而言，因此为不同频段使用多个单独的天线通常是不可取的。此外，天线系统的站点升级和新部署面临着严格的规则。规则通常发展得慢于其监管的技术。

随着新技术(特别是lte系统)的部署，天线需要支持多端口和/或阵列配置。在一些配置中，需要支持4×4甚至8×8mimo。此外，需要支持新频段。因为用于新空口技术的天线(如果可能的话)应尽可能适应于现有的设置，所以这些天线需要高度集成。要求不同频段共存于同一孔内。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种改进的天线单元的概念，其中，该天线单元克服了一个或多个现有技术中的上述问题。本发明的另一目的是提供一种多频段天线的概念，其中，该多频段天线克服了一个或多个现有技术中的上述问题。此外，本发明的一个目的是提供一种巴伦器件的概念，其中，该巴伦器件克服了一个或多个现有技术中的上述问题。

本发明的第一方面提供了一种天线单元，该天线单元包括反射板、辐射单元，该辐射单元包括巴伦器件和用于工作在第一频段的偶极器件，其中，偶极器件通过巴伦器件连接到反射板。从偶极器件到反射板的距离大于第一频段的中心频率的波长的1/4。此外，巴伦器件包括短路，该短路与偶极器件的距离为上述波长的0.15倍到0.35倍，包括端值在内。该天线单元还包括围绕辐射单元并且布置在反射板和偶极器件之间的副反射器。副反射器包括用于连接到反射板的底部、宽于底部的顶部、以及开口，巴伦器件通过开口穿过副反射器。

因为副反射器提供了对称环境并且屏蔽了周围环境中(例如，来自其他天线单元)的非对称影响，所以该副反射器使偶极内部的辐射图案对称。将偶极升到第一频段的中心频率的波长的1/4以上使对其他辐射单元(特别是那些用于工作在较低频段的辐射单元)的干扰最小化，从而提高天线单元的透明度。此外，改善了与天线阵列中的相邻列的解耦。巴伦器件中提供的短路使巴伦器件的电气长度保持在上述波长的1/4(优选距离)左右。然而，测量的巴伦的物理长度(从偶极器件到反射器)大于上述波长的1/4。

在第一方面的另一实施方式中，副反射器电连接到反射板。这进一步提升了副反射器的隔离效果，提供了更好的汇聚。

在第一方面的另一实施方式中，辐射单元电连接到反射板，而副反射器与辐射单元不直接彼此电连接。

在第一方面的另一实施方式中，顶部包括基部和壁部，其中，壁部包括从基部的边缘延伸的壁。在第一方面的另一实施方式中，基部平行于偶极器件延伸，壁沿从反射板到偶极器件的方向从上述边缘延伸。因此进一步改善了辐射图案。

在第一方面的另一实施方式中，底部和顶部通过管部连接，管部包括上述开口。这是一种结构合理的结构，可以使巴伦器件轻松通过而没有不必要的附加干扰。

在第一方面的另一实施方式中，偶极器件的第一偶极包括第一偶极臂，第一偶极臂连接到巴伦器件的第一巴伦的第一巴伦分支。第一偶极还包括第二偶极臂，第二偶极臂连接到第一巴伦器件的第二巴伦分支。第一巴伦的第一巴伦分支和第二巴伦分支之间存在电流连接以形成第一巴伦的短路。

在第一方面的另一实施方式中，辐射单元是双极化单元，该双极化单元包括具有第一极化的第一偶极和具有与第一极化正交的第二极化的第二偶极。第二偶极还包括第一偶极臂，第一偶极臂连接到巴伦器件的第二巴伦的第一巴伦分支，第二偶极包括第二偶极臂，第二偶极臂连接到第二巴伦的第二巴伦分支。此外，第二巴伦的第一巴伦分支和第二巴伦分支之间存在电流连接以形成第二巴伦的短路。因此，减小了巴伦的电气长度，从而改善了天线单元的整体性能。

在第一方面的另一实施方式中，第一巴伦的短路和第二巴伦的短路都布置为与偶极器件的距离为上述波长的0.15倍到0.35倍，包括端值在内。最有效的距离是上述波长的1/4左右的距离。在给定的范围内，巴伦效应是最有效的。

在第一方面的另一实施方式中，第一短路和第二短路连接，以使巴伦分支都彼此连接。在辐射单元是压铸单元时，该实施方式特别有用。

本发明的第二方面提供了一种多频段天线，该多频段天线包括根据前述权利要求中任一项所述的第一天线单元和不同的第二天线单元，第一天线单元包括第一偶极器件，第二天线单元包括第二偶极器件，其中，第二偶极器件布置在与第一偶极器件大约相同的高度。这可以提高多频段天线的辐射图案的对称性。

在第二方面的另一实施方式中，第二天线单元是多频段天线单元，该多频段天线单元包括用于工作在第二频段的第三偶极或贴片单元，并且其中，第二偶极单元用于工作在与天线单元的第一偶极单元相同的第一频段，其中，第二频段低于第一频段。

本发明的第三方面提供了一种巴伦器件，该巴伦器件包括用于对偶极器件的第一偶极进行馈电的第一电路板和用于对偶极器件的第二偶极进行馈电的第二电路板，其中，第一巴伦的第一短路布置在第一电路板上，第二巴伦的第二短路布置在第二电路板上。电路板包括用于将电路板彼此插入的槽。第一电路板的第一槽以封闭的方式布置在电路板内，第二电路板的第二槽以开放的方式布置。

在第三方面的另一实施方式中，第一槽的近端和第二槽的近端与用于偶极器件的附接部分的距离大约相同。

在第三方面的另一实施方式中，第一短路布置在第一槽的近端，第二短路布置在第二槽的近端。

在第三方面的另一实施方式中，第一槽布置在电路板内的第一短路和用于偶极器件的附接部分之间。因此，第一槽可以牢固地卡持(hold，即，保持)第二偶极器件。

本文使用的术语“水平”、“垂直”、“上方”、“顶部”、和“底部”仅旨在描述元件彼此的相对位置。然而，这些术语无意描述任何双频段天线单元相对于地球表面的方向。双频段天线单元可以朝向相对于地球表面的任何位置。

根据以下描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将显而易见。

附图说明

为了更清楚地描述本发明的实施例的技术特征，下面简要介绍用于描述实施例的附图。以下描述中的附图仅是本发明的一些实施例，但是在不脱离权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对这些实施例进行修改。

图1示出了根据本发明的实施例的天线单元的透视图；

图2示出了根据图1的不具有副反射器的天线单元的透视图；

图3示出了根据本发明的另一实施例的多频段天线的透视图；

图4示出了根据本发明的另一实施例的天线单元的透视图；

图5示出了根据图4的实施例的天线单元的巴伦器件的侧视图；

图6示出了根据本发明的另一实施例的多频段天线的透视图；

图7示出了根据图1的实施例的巴伦器件的第一巴伦的主视图和后视图；

图8示出了根据图1的实施例的巴伦器件的第二巴伦的主视图和后视图；

图9示出了根据本发明的另一实施例的巴伦器件的第一巴伦和第二巴伦的主视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的天线单元10。天线单元10包括辐射单元20和副反射器30。天线单元10还可以包括或至少连接到反射板(图1中未示出)。

辐射单元20包括巴伦(balun，也称为平衡-不平衡变换器)器件40和偶极器件50。偶极器件50基本上是平的，并且巴伦器件40以大体垂直的方式安装在偶极器件50上。巴伦器件40(并且因此，辐射单元20)经由馈电板12连接到反射板。

副反射器30包括底部31，底部31用于连接(特别是电连接)到反射板。与反射板的电连接可以是例如电流连接或电容连接。副反射器30还包括宽于底部的顶部32。设置开口33以用于巴伦器件40穿过副反射器30。顶部32可以例如包括基部34，基部34可以是平的并且可以例如布置为平行于偶极器件50。此外，顶部32可以包括壁部35，壁部35沿着基部34的外边缘延伸并且包括壁36，壁36沿例如从反射板到偶极器件50的方向从该边缘延伸。底部31和顶部32可以通过例如管部37连接，管部37包括开口33。副反射器30和辐射单元20不直接彼此电连接。副反射器30和辐射单元20之间的唯一的连接穿过反射板。例如，副反射器30和辐射单元20都可以连接到地电位。然而，到地电位的这种共同连接是通过反射板建立的。副反射器30可以由分开的金属片制成。例如。管部37可以由第一金属片制成，顶部32可以由与管部37电接触的第二金属片制成。

图2示出了辐射单元20和馈电板12，而未示出副反射器30。偶极器件50包括偶极臂51、52、53、54，这些偶极臂例如围绕公共中心以规则的90°间隔排布。偶极臂51、52、53、54中的两个偶极臂可以形成偶极。例如，第一偶极包括两个相对的偶极臂51、52，第二偶极包括两个相对的偶极臂53、54。第一偶极具有第一极化，第二偶极具有与第一极化正交的第二极化。

在该实施例中，辐射单元20包括载有迹线(wiretrace)的印刷电路板。例如，偶极臂51、52、53、54都是通过在作为偶极器件50的基础的一块印刷电路板上的迹线形成的。

巴伦器件40包括第一巴伦41和第二巴伦42。第一巴伦41包括短路43。

巴伦是一种可以将平衡信号(在与地无关的情况下彼此相对工作的两个信号)转换为不平衡信号(相对地工作的单个信号)的电子器件。在本文描述的实施例中，在偶极臂中的信号是平衡的，而在输入线上的信号是不平衡的。

同样，第二巴伦42包括短路，但是该短路在图2中不可见。第一巴伦41布置在包括槽45、46的第一(巴伦)电路板65上。第二巴伦42布置在包括槽47的第二(巴伦)电路板66上。第二电路板66插入第一电路板65的槽45中。因此，第一电路板65和第二电路板66可以例如相对于彼此垂直布置。馈电板12包括开口14，开口14允许底部31接触反射板而未直接连接到馈电板12。

参考图7和图8，第一电路板65的正面在图7的右侧示出，背面在图7的左侧示出，第一电路板65可以包括两个槽45、46，第二电路板66可以通过这些槽插入。如图7的右侧所示，在第一电路板65的背面载有第一巴伦41。第二电路板66的正面在图8的右侧示出，背面在图8的左侧示出，第二电路板66可以包括两个槽47、48。如图8的右侧所示，在第二电路板66的背面载有第二巴伦42。

此外，在第一电路板65的前侧载有第一传输线71(以迹线的形式)，第一传输线71用作偶极器件50的第一偶极的馈线。在第二电路板66的前侧载有第二传输线72(以迹线的形式)，第二传输线72用作偶极器件50的第二偶极的馈线。

槽48提供了足够的空间以用于将第二电路板66插入第一巴伦41。槽47可以仅是例如用于在插入完成之后将第二电路板66锁定在槽45内的小凹口。

为了卡持第二电路板66，槽45以封闭的方式布置，这意味着槽45在第一电路板65的平面内完全由第一电路板65的材料包围。因此，第二电路板66仅可以在垂直于第一电路板65的方向插入或移除。然而，第二电路板66的槽48以开放的方式布置，以在将第二电路板66插入第一电路板65时允许第一电路板65穿过槽48。因为插入过程包括第一电路板65和第二电路板66之间的相对运动，所以也可以认为将第一电路板65插入第二电路板66。

各个电路板65、66包括短路43、44，短路43、44以大约相同的高度布置在电路板65、66的背面。第一电路板65的短路43将第一巴伦分支61连接到第二巴伦分支62，以形成第一巴伦41。第一巴伦分支61、第二巴伦分支62、短路43可以由布置在第一电路板65的表面上的薄金属层制成。相应地，第二电路板66的短路44将第一巴伦分支63连接到第二巴伦分支64，以形成第二巴伦42。第一巴伦分支63、第二巴伦分支64、短路44也可以由布置在第二电路板66的表面上的薄金属层制成。

短路43和短路44各自分别包括第一巴伦分支61、63和第二巴伦分支62、64之间的电流连接。

槽45、46、47、48的这种布置使巴伦41、42都具有短路43、44。如果槽45、46、47、48都是开放的，则可能难以将短路43、44放置在电路板65、66上的所需位置。特别地，第一槽45和第二槽48分别具有近端，该近端为靠近另一槽的端部的端部，且该两个近端布置为与用于偶极器件50的附接部分67的距离大约相同。短路43、44放置在例如电路板65、66上并且靠近或位于第一槽45和第二槽48的近端。此外，第一槽45可以布置在第一电路板65内并且处在第一短路43和用于偶极器件50的附接部分之间。偶极器件50的附接部分67是电路板65、66的顶部处用于将偶极器件50固定(例如，焊接到电路板65、66)的区域。在图7和图8所示的实施例中，附接部分具有引脚，这些引脚可以穿过载有偶极器件50的电路板中相应的开口。然后，将这些引脚与该电路板上相应的焊垫焊接在一起，以将电路板65、66附接到载有偶极器件50的电路板上。

从图2中可见，第一巴伦分支61可以连接(例如焊接)到偶极臂51，第二巴伦分支62可以连接(例如焊接)到偶极臂52，第一巴伦分支63可以连接(例如焊接)到偶极臂53，第二巴伦分支64可以连接(例如焊接)到偶极臂54。巴伦器件40中，偶极臂51、52、53、54连接到巴伦分支61、62、63、64的一侧是偶极侧68。对侧是连接到反射板的反射器侧69。通常将副反射器30布置为在反射板和短路之间并且与反射板相距一定距离。这可以从图4很好地看到，也可以从图1看到，其中短路比副反射器更靠近辐射单元。

例如，第一电路板65的槽45可以例如布置在短路43和偶极侧68之间。参考图7和图8，巴伦41、42分别由电路板65、66上的印刷迹线形成。特别地，例如在电路板65、66的背面上的传输线提供了所需的巴伦。

图9示出了第一电路板65和第二电路板66的稍加修改的实施例，其中，形成巴伦分支61、62、63、64和短路43、44的金属层的形状可以例如是基本对称的。此外，电路板65、66上的金属层可以具有相似的形状。这些对称的金属层减小了可能的共振的影响。

从偶极器件到反射板的第一距离91可以例如大于第一频段的中心频率的波长的四分之一。从偶极器件到短路43、44中的任一短路的第二距离92可以在上述波长的0.15倍和0.35倍之间。第一距离91和第二距离92的这些值可以适用于本文所示的所有实施例。

如图3所示，天线单元10可以用于多频段天线80。多频段天线80包括第一天线单元10和第二天线单元81。第二天线单元81包括第二偶极器件82，第二偶极器件82布置在与天线单元10的(第一)偶极器件50大约相同的高度。例如，大约可以意味着第二偶极器件82布置在与第一偶极器件50的高度相差例如最多第一频段的中心频率的波长的0.1倍的高度。

此外，多频段天线80可以例如包括第三天线单元83，第三天线单元83包括第三偶极器件84。

第二天线单元81可以例如是用于第二频段的双频段天线单元81，例如用于低于第一频段的频段。第三天线单元83可以例如工作在第一频段、第二频段、或第三不同频段。

第三频段可以高于或低于第一频段，也可以部分重叠。

如图6所示的多频段天线90的另一实施例所示，还可以将第三天线单元83的第三偶极器件84升到与第二偶极器件82和第一偶极器件50相同的高度。在这种情况下，例如也可以为第三天线单元83提供额外的副反射器85。这实现了布置在相同高度的偶极器件50、82、84的高度对称阵列，改善了多频段天线90在第一频段和/或第三频段中的性能。

图4所示的天线单元110的另一实施例遵循相似的构造原理，所以相似的特征由与之前相同或相似的参考标号标示。为了避免不必要的重复，将不再描述具有与之前相同或几乎相同的功能的特征。

天线单元110包括辐射单元120，辐射单元120包括偶极器件150和巴伦器件140。偶极器件150包括偶极臂151、152、153、154。天线单元110还包括副反射器130。

该实施例中的辐射单元120是通过压铸技术制造的，辐射单元120包括同时提供支撑结构的所有固体导电元件。相反，辐射单元20包括电路板65、66上的迹线，其中电路板65、66提供支撑结构。

图5示出了包括凹口147的巴伦器件140。将巴伦器件140压铸使得四个巴伦分支都彼此电连接(短路)，直到凹口147的尖端149形成公共短路143。因为短路143位于尖端149，所以通过凹口147的高度192定义了巴伦器件140的电气长度，巴伦分支例如是实心的。高度192还可以在第一频段的中心频率的波长的0.15倍和0.35倍之间。辐射单元120的总高度191可以例如大于第一频段的中心频率的波长的四分之一。

虽然天线单元10、110，辐射单元20、120，巴伦器件40、140，巴伦41、42和偶极器件50、150的不同实施例在本文中仅通过彼此之间的某些关系公开，当然，本领域技术人员可以在有利情况下将不同的实施例进行组合。特别地，可以将巴伦41、42的不同实施例进行组合以形成不同的巴伦器件40、140，并且不同的巴伦器件40、140可以与不同的偶极器件50、150结合使用以形成不同的辐射单元20、120。

本文所述的本发明的实施例允许构造紧凑型天线80、90和天线阵列。天线单元10、110具有对称的辐射图案并且通过副反射器30屏蔽来自周围天线单元的干扰。

已结合本文的各种实施例描述了本发明。然而，通过研究附图、本公开、和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和影响所公开的实施例的其他变形形式。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。实施例中使用的某些元件的数量可以根据本领域技术人员确定的需求来改变，例如，辐射单元、馈线、偶极器件的数量以及本文给出的数量不应理解为对本发明的限制。在互不相同的从属权利要求中记载了某些措施的仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。虽然已详细描述了本发明及其优点，但是应理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换、变更、修改、组合。

10antennaelement天线单元

12feedingboard馈电板

14opening开口

20radiatingelement辐射单元

30sub-reflector副反射器

31bottomsection底部

32topsection顶部

33opening开口

34basesection基部

35wallsection壁部

36wall壁

37tubularsection管部

40balundevice巴伦器件

41firstbalun第一巴伦

42secondbalun第二巴伦

43short-circuit(firstbalun)短路(第一巴伦)

44short-circuit(secondbalun)短路(第二巴伦)

45slot(firstbalun)槽(第一巴伦)

46slot(firstbalun)槽(第一巴伦)

47slot(secondbalun)槽(第二巴伦)

48slot(secondbalun)槽(第二巴伦)

49tip尖端

50dipoledevice偶极器件

51dipolearm(firstdipole)偶极臂(第一偶极)

52dipolearm(firstdipole)偶极臂(第一偶极)

53dipolearm(seconddipole)偶极臂(第二偶极)

54dipolearm(seconddipole)偶极臂(第二偶极)

61firstbalunbranch(firstbalun)第一巴伦分支(第一巴伦)

62secondbalunbranch(firstbalun)第二巴伦分支(第一巴伦)

63firstbalunbranch(secondbalun)第一巴伦分支(第二巴伦)

64secondbalunbranch(secondbalun)第二巴伦分支(第二巴伦)

65first(balun)circuitboard第一(巴伦)电路板

66second(balun)circuitboard第二(巴伦)电路板

67attachmentportion附接部分

68dipoleside偶极侧

69reflectorside反射器侧

71firsttransmissionline第一传输线

72secondtransmissionline第二传输线

80multibandantenna多频段天线

81secondantennaelement第二天线单元

82seconddipoledevice第二偶极器件

83thirdantennaelement第三天线单元

84thirddipoledevice第三偶极器件

85sub-reflector副反射器

110antennaelement天线单元

120radiatingelement辐射单元

130sub-reflector副反射器

140balundevice巴伦器件

143short-circuit短路

147notch凹口

149tip尖端

150dipoledevice偶极器件

151dipolearm偶极臂

152dipolearm偶极臂

153dipolearm偶极臂

154dipolearm偶极臂