辐射单元、天线及天线指标优化方法与流程

[0001]
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种辐射单元、天线及天线指标优化方法。


背景技术：

[0002]
近年来，移动通信技术得到了快速发展，各种制式的通信系统共存的场合越来越多，由于各种制式的通信系统有各种不同的工作频段，且随着移动通信系统的逐步推广，通信系统的工作频段进一步展宽，使得移动通信系统对天线频带的要求更宽。此外，为节省基站安装资源，减少网络建设的成本，多种制式合一的通信系统方案受到越来越多的重视并广泛采用。lte700、cdma800mhz、gsm900mhz系统共站共址，就需要天线的工作频带为690-960mhz，使得其能够兼容各个通信系统。
[0003]
相对于790-960mhz宽频辐射，690-960mhz超宽频电路参数设计很难，尤其是隔离度指标，不仅包括辐射单元本身的隔离度设计，也包括天线隔离度的调试。现有多种制式合一的通信系统大多存在隔离度指标较难满足要求的问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明实施例提供一种辐射单元、天线及天线指标优化方法，用以解决或部分解决现有多种制式合一的通信系统大多存在隔离度指标较难满足要求的问题。
[0005]
本发明实施例提供一种辐射单元，包括：基板和设于所述基板上的辐射臂组，所述辐射臂组包括呈中心对称分布的四个辐射臂，沿周向任意相邻的两个辐射臂之间设有极化缝隙，所述基板在相邻两个辐射臂之间的极化缝隙对应处设有开槽，至少一个所述开槽中设有加载介质。
[0006]
在上述方案的基础上，所述加载介质的长度小于等于所述开槽的长度；所述加载介质可拆卸连接于所述开槽中。
[0007]
在上述方案的基础上，所述开槽的宽度小于所述缝隙的宽度；且所述开槽的端部位于所述基板的侧边以内。
[0008]
在上述方案的基础上，所述辐射臂为边框结构。
[0009]
在上述方案的基础上，还包括连接在所述基板下方的支撑巴伦，所述支撑巴伦与所述辐射臂组电气连接。
[0010]
在上述方案的基础上，所述支撑巴伦包括相交的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和所述第二支撑板分别与所述基板垂直相连；所述第一支撑板的第一侧面上设有第一馈电片；所述第二支撑板的第一侧面上设有第二馈电片。
[0011]
在上述方案的基础上，所述第一支撑板的第二侧面在所述第二支撑板的两侧分别设有第一接地面；所述第二支撑板的第二侧面在所述第一支撑板的两侧分别设有第二接地面。
[0012]
在上述方案的基础上，所述第一支撑板的底部设有贯穿底边的第一缝隙槽，所述第二支撑板的顶部设有贯穿顶边的第二缝隙槽，所述第一支撑板和所述第二支撑板在所述
第一缝隙槽和所述第二缝隙槽处相交。
[0013]
本发明实施例还提供一种天线，包括上述辐射单元。
[0014]
本发明实施例还提供一种基于上述天线的天线指标优化方法，包括：通过调节开槽的尺寸、加载介质的尺寸、加载介质的设置部位以及设置数量，对天线中辐射单元以及天线的隔离度进行优化调节；通过调节第一馈电片和第二馈电片对应设置在第一支撑板和第二支撑板上不同侧面的组合，对天线中辐射单元以及天线的隔离度进行优化调节。
[0015]
本发明实施例提供的一种辐射单元、天线及天线指标优化方法，在相邻两个辐射臂之间的极化缝隙中开槽，并在开槽中选择性设置加载介质，可实现隔离度的改善，尤其是宽频中的高频部分隔离度的改善，提升天线性能；且该辐射单元设计结构减少了调试过程中增加过多隔离条造成方向图指标及驻波比的恶化，结构简单，效果明显。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]
图1是本发明实施例提供的辐射单元的整体示意图；
[0018]
图2是本发明实施例提供的辐射单元的俯视示意图；
[0019]
图3是本发明实施例提供的第一支撑板上第一馈电片的示意图；
[0020]
图4是本发明实施例提供的第一支撑板上第一接地面的示意图；
[0021]
图5是本发明实施例提供的第二支撑板上第二馈电片的示意图；
[0022]
图6是本发明实施例提供的第二支撑板上第二接地面的示意图；
[0023]
图7是本发明实施例提供的第一馈电片和第二馈电片的第一组合示意图；
[0024]
图8是本发明实施例提供的第一馈电片和第二馈电片的第二组合示意图；
[0025]
图9是本发明实施例提供的第一馈电片和第二馈电片的第三组合示意图。
[0026]
附图标记：
[0027]
10、辐射臂组；101、第一辐射臂；102、第二辐射臂；103、第三辐射臂；104、第四辐射臂；1041、第四辐射臂和第一辐射臂极化缝隙；1012、第一辐射臂和第二辐射臂极化缝隙；1023、第二辐射臂和第三辐射臂极化缝隙；1034、第三辐射臂和第四辐射臂极化缝隙；20、基板；30、支撑巴伦；301、第一支撑板；3011和3012、第一凸台；3013、第一缝隙槽；3014和3015、第一接地面；302、第二支撑板；3021和3022、第二凸台；3023、第二缝隙槽；3024和3025、第二接地面；40、馈电片组；401、第一馈电片；401a、第一馈电片第一形式；401b、第一馈电片第二形式；401c、第一馈电片第三形式；402、第二馈电片；402a、第二馈电片第一形式；402b、第二馈电片第二形式；402c、第二馈电片第三形式；50、加载介质；501、第一加载介质；502、第二加载介质；503、第三加载介质；504、第四加载介质。
具体实施方式
[0028]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
参考图1，本发明实施例提供一种辐射单元，该辐射单元包括：基板20和设于基板20上的辐射臂组10，辐射臂组10包括呈中心对称分布的四个辐射臂，沿周向任意相邻的两个辐射臂之间设有极化缝隙，基板20在相邻两个辐射臂之间的极化缝隙对应处设有开槽，至少一个开槽中设有加载介质50。
[0030]
参考图2，辐射臂组10具体包括第一对称振子和第二对称振子，第一对称振子由第一辐射臂101和第二辐射臂102组成，第二对称振子由第三辐射臂103和第四辐射臂104组成，四个辐射臂关于相交点旋转对称。第一辐射臂101、第二辐射臂102、第三辐射臂103及第四辐射臂104两两之间设置一个极化缝隙，总共设有四个极化缝隙。四个极化缝隙关于辐射单元中心旋转对称，由辐射单元中心向水平方向或垂直方向外延伸。极化缝隙即为相邻两个辐射臂之间的间隙；即在基板上相邻两个辐射臂相接的侧边之间具有间隙，形成极化缝隙。极化缝隙的形状与辐射臂的侧边形状一致，沿辐射臂的侧边设置。
[0031]
基板20在极化缝隙对应处设有开槽。开槽为在基板20厚度方向上贯穿基板的开口。可在每个极化缝隙对应处均设置开槽，以提升辐射单元的隔离度。可根据性能设计需要，选择性的在开槽中设置加载介质50。加载介质50主要用于调试极化缝隙的等效尺寸。
[0032]
本实施例提供的一种辐射单元，在相邻两个辐射臂之间的极化缝隙中开槽，并在开槽中选择性设置加载介质50，可实现隔离度的改善，尤其是宽频中的高频部分隔离度的改善，提升天线性能；且该辐射单元设计结构减少了调试过程中增加过多隔离条造成方向图指标及驻波比的恶化，结构简单，效果明显。
[0033]
在上述实施例的基础上，进一步地，加载介质50的长度小于等于开槽的长度；加载介质50设置在开槽中，可沿开槽设置。且研究发现，加载介质50的长度不同对隔离度性能的影响也不同，可根据实际性能设计需求，来设置加载介质50的具体长度。加载介质50可拆卸连接于开槽中。便于在开槽中更换不同长度的加载介质50。
[0034]
进一步地，加载介质50可通过螺钉可拆卸连接于开槽中；也可在开槽中设置卡槽，在加载介质50上对应设置卡块，加载介质50和开槽可通过卡块和卡槽可拆卸连接。加载介质50和开槽的具体连接结构不做限定。
[0035]
在上述实施例的基础上，进一步地，开槽的宽度小于缝隙的宽度；避免对辐射臂组10造成影响。且开槽的端部位于基板20的侧边以内。即开槽并没有贯穿基板20的侧边；基板20的侧边在边缘处并没有断开。有利于保证基板的支撑强度。
[0036]
具体的，参考图2，本实施例提供的辐射臂组10包括第一辐射臂101、第二辐射臂102、第三辐射臂103及第四辐射臂104；其中，第一辐射臂101和第三辐射臂103设置在+45
°
或-45
°
方向上呈直线状，形成第一辐射臂组；第二辐射臂102和第四辐射臂104设置在+45
°
或-45
°
方向上呈直线状，形成第二辐射臂组。第四辐射臂104和第一辐射臂101之间的极化缝隙设置为第四辐射臂和第一辐射臂极化缝隙1041；第一辐射臂101和第二辐射臂102之间的极化缝隙设置为第一辐射臂和第二辐射臂极化缝隙1012；第二辐射臂102和第三辐射臂103之间的极化缝隙设置为第二辐射臂和第三辐射臂极化缝隙1023；第三辐射臂103和第四辐射臂104之间的极化缝隙设置为第三辐射臂和第四辐射臂极化缝隙1034。
[0037]
第四辐射臂和第一辐射臂极化缝隙1041上开槽，并加载第一加载介质501；第一辐
射臂和第二辐射臂极化缝隙1012上开槽，并加载第二加载介质502；第二辐射臂和第三辐射臂极化缝隙1023上开槽，并加载第三加载介质503；第三辐射臂和第四辐射臂极化缝隙1034上开槽，并加载第四加载介质504。
[0038]
优选的，极化缝隙的长度等于辐射单元中心到基板20水平或垂直方向末端距离，短度即宽度等于相邻辐射臂边缘之间距离。第四辐射臂和第一辐射臂极化缝隙1041上开槽的尺寸略小于第四辐射臂和第一辐射臂极化缝隙1041。开槽的宽度为0.05-0.1波长；波长由工作频段的中心频点决定。方向是由辐射单元中心位置向基板20侧边边缘延伸；开槽的长度和宽度，是由辐射单元的电气指标决定。而第一加载介质501尺寸和开槽的尺寸是否一致，是否加载或加载的位置，影响所述辐射单元本身的电气指标，尤其是隔离度。
[0039]
优选的，第一辐射臂和第二辐射臂极化缝隙1012、第二辐射臂和第三辐射臂极化缝隙1023、第三辐射臂和第四辐射臂极化缝隙1034，以及相对应的加载介质50，实现方式与第四辐射臂和第二辐射臂极化缝隙1041一致。
[0040]
进一步地，加载介质50为塑料或陶瓷件；加载介质50的介电常数＞1；用于调试所述极化缝隙的等效电长度和宽度。
[0041]
在上述实施例的基础上，进一步地，辐射臂为边框结构。优选的，辐射臂可沿着基板20的边缘设置，有效利用基板面积。
[0042]
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，本实施例提供的一种辐射单元还包括连接在基板20下方的支撑巴伦30，支撑巴伦30与辐射臂组10电气连接。支撑巴伦30设置于辐射臂组10正下方，可为一体化压铸实现，也可为印刷电路结构。对辐射臂组10及基板20起支撑作用，同时与辐射臂组10电气连接，实现接地。
[0043]
在上述实施例的基础上，进一步地，在支撑巴伦30为印刷电路结构时：支撑巴伦30包括相交的第一支撑板301和第二支撑板302，第一支撑板301和第二支撑板302分别与基板20垂直相连。支撑巴伦30上设有馈电片组40。馈电片组40分为﹢45
°
极化和-45
°
极化，对辐射臂组10馈电可通过直接连接，也可实现耦合连接来实现。
[0044]
具体的，参考图3，第一支撑板301的第一侧面上设有第一馈电片401；参考图5，第二支撑板302的第一侧面上设有第二馈电片402。进一步地，第一支撑板301和第二支撑板302在基板20的下方可分别沿辐射臂组10的对角线设置。
[0045]
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图4，第一支撑板301的第二侧面在第二支撑板302的两侧分别设有第一接地面3014和3015；参考图6，第二支撑板302的第二侧面在第一支撑板301的两侧分别设有第二接地面3024和3025。第一支撑板301的第一侧面和第二侧面为相对的两个侧面。因为第一支撑板301和第二支撑板302呈相交态，使得第一支撑板301的第一侧面和第二侧面分别分为了位于第二支撑板302两侧的两部分。同样的，第二支撑板302的第一侧面和第二侧面为相对的两个侧面。第二支撑板302的第一侧面和第二侧面分别分为了位于第一支撑板301两侧的两部分。
[0046]
即第一支撑板301上的第一馈电片401和接地面位于相对两个侧面上。第二支撑板302上的第二馈电片402和接地面同样位于相对两个侧面上。第一支撑板301的第二侧面上在第二支撑板302的一侧设有第一接地面3014，在第二支撑板302的另一侧设有第一接地面3015。第二支撑板302的第二侧面上在第一支撑板301的一侧设有第二接地面3024，在第一支撑板301的另一侧设有第二接地面3025。
[0047]
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3，第一支撑板301的顶部在第二支撑板302的两侧分别连接有第一凸台3011和3012，参考图5，第二支撑板302的顶部在第一支撑板301的两侧分别连接有第二凸台3021和3022，两个第一凸台和两个第二凸台穿过基板20且与四个辐射臂一一对应。基板20上在与第一凸台和第二凸台对应处设有开口，用于供第一凸台和第二凸台穿过。
[0048]
进一步地，第一接地面可延伸至第一凸台处与对应的辐射臂相连接；第二接地面可延伸至第二凸台处与对应的辐射臂相连。
[0049]
在上述实施例的基础上，进一步地，参考图3，第一支撑板301的底部设有贯穿底边的第一缝隙槽3013，参考图5，第二支撑板302的顶部设有贯穿顶边的第二缝隙槽3023，第一支撑板301和第二支撑板302在第一缝隙槽3013和第二缝隙槽3023处相交。
[0050]
具体的，参考图3和图4，本实施例提供的支撑巴伦30由第一支撑板301和第二支撑板302组成，第一支撑板301设置有第一凸台3011和第一凸台3012、第一缝隙槽3013、第一接地面3014和第一接地面3015。在具体实施例中，第一凸台3011和第一凸台3012穿过基板20，并由第一接地面3014和第一接地面3015与第一辐射臂101和第三辐射臂103，或第二辐射臂102和第四辐射臂104实现电气连接。第一接地面3014和第一接地面3015关于第一支撑板301的相对面设置第一馈电片401；第一馈电片401与第一辐射臂101和第三辐射臂103，或第二辐射臂102和第四辐射臂104可直接电气连接，也可不直接的耦合形式连接。
[0051]
参考图5和图6，第二支撑板302设置有第二凸台3021和第二凸台3022、第二缝隙槽3023、第二接地面3024和第二接地面3025。在具体实施例中，第二凸台3021和第二凸台3022穿过基板20，并由第二接地面3024和第二接地面3025与第一辐射臂101和第三辐射臂103，或第二辐射臂102和第四辐射臂104实现电气连接。第二接地面3024和第二接地面3025关于第二支撑板302的相对面设置第二馈电片402；第二馈电片402与第一辐射臂101和第三辐射臂103，或第二辐射臂102和第四辐射臂104可直接电气连接，也可不直接的耦合形式连接。
[0052]
第一支撑板301和第二支撑板302相互垂直设置在辐射单元正下方，在具体实施例中，将第一支撑板301通过第一缝隙槽3013和第二缝隙槽3023穿过第二支撑板302实现相互垂直放置。
[0053]
进一步地，第一支撑板301上的第一馈电片401的第一端在第二支撑板的一侧延伸至第一支撑板301的底部；第二端穿过第二支撑板302。第二支撑板302上的第二馈电片402的第一端在第一支撑板的一侧延伸至第二支撑板的底部；第二端穿过第一支撑板。具体的，第一馈电片401的第一端和第二馈电片402的第一端沿周向对应位于第一支撑板301和第二支撑板302的同一侧，参考图7；或者，第一馈电片401的第一端和第二馈电片402的第一端相对设置，参考图8；或者，第一馈电片401的第一端和第二馈电片402的第一端相背设置，参考图9。
[0054]
图7为第一馈电片第一形式401a和第二馈电片第一形式402a的设置示意图，即沿支撑巴伦30的周向，在第一馈电片401的第一端位于第一支撑板301的前侧或后侧时，第二馈电片402的第一端对应位于第二支撑板302的前侧或后侧。图8为第一馈电片第二形式401b和第二馈电片第二形式402b的设置示意图，即第一馈电片的第一端和第二馈电片的第一端对应设置在第一支撑板和第二支撑板相对的侧面上。图9为第一馈电片第三形式401c和第二馈电片第三形式402c的设置示意图，即第一馈电片的第一端和第二馈电片的第一端
对应设置在第一支撑板和第二支撑板相背的侧面上。
[0055]
进一步地，基板20、第一支撑板301和第二支撑板302可选用低成本的fr-4，仅为辐射臂组10和馈电片组以及接地面的载体，其本身特性稳定，对辐射单元影响较小。
[0056]
在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种天线，该天线包括上述任一实施例所述的辐射单元。其中，辐射单元中对极化缝隙中加载介质的数量及位置，是由天线阵列的性能决定。
[0057]
在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基于上述天线的天线指标优化方法，该天线指标优化方法包括：通过调节开槽的尺寸、加载介质的尺寸、加载介质的设置部位以及设置数量，对天线中辐射单元及天线的隔离度进行优化调节。通过调节第一馈电片和第二馈电片对应设置在第一支撑板和第二支撑板上不同侧面的组合，对天线中辐射单元及天线的隔离度进行优化调节。即在馈电片组40为印刷电路结构时，馈电片设置于支撑板不同面的组合可实现辐射单元隔离度的改善。
[0058]
在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种辐射单元、天线及天线指标优化方法，旨在解决宽频天线中隔离度的改善，从根本上提升天线特性，包括：辐射臂组10，基板20、支撑巴伦30、馈电片组40、加载介质50；辐射臂组10由两对相互交叉且呈
±
45
°
方向放置的对称振子组成，由印刷电路结构实现，并覆于基板20上，形成辐射主体部分。相邻辐射臂两两之间设置四个极化缝隙，宽度约等于0.05-0.1波长，波长由工作频段的中心频点决定。
[0059]
极化缝隙沿水平或垂直方向设置，在极化缝隙上设置一个尺寸小于极化缝隙的缝隙开槽，开槽的大小由电路参数设计所决定，通过在缝隙开槽内选择性加载介质，可实现隔离度的改善，尤其是宽频中的高频部分隔离度的改善；加载介质50是辐射臂组10中的极化缝隙间的加载件，主要调试极化缝隙的等效尺寸。
[0060]
支撑巴伦30可采用一体化压铸成型结构，也可采用印刷电路结构，对辐射主体起到支撑及电气接地作用。馈电片组40分为﹢45
°
馈电和-45
°
馈电，两两馈电之间相互交叉，且不相交；和辐射主体可直接连接，也可耦合连接，实现对辐射主体的馈电。将馈电片组40为印刷电路设置在支撑板上时，设置于支撑板不同面时，隔离度不相同，通过对比仿真，可实现隔离度的最优。通过对馈电片组两个极化的布局方向以及在辐射臂组之间开槽并加载高介电常数的介质的方法，来实现辐射单元电路参数的优化，尤其是隔离度的改善。
[0061]
进一步地，本实施例提供的改善隔离度指标的辐射单元设置结构，较适用于印刷电路结构的辐射单元。本实施例主要针对印刷结构的辐射单元，提供了两种隔离度优化方案，一种是通过优化馈电结构来优化辐射单元本身隔离度，一种是通过辐射单元的极化缝隙开槽及加载介质来改善辐射单元本身及天线阵列的隔离度。设计减少了调试过程中增加过多隔离条造成方向图指标及驻波比的恶化，结构简单，效果明显。
[0062]
本实施例通过提供一种辐射单元及天线，解决了现有技术中超宽频辐射单元本身的隔离度以及阵列天线中隔离度的改善，减小了调试难度，结构简单，容易实现。
[0063]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。