高圆度的基站天线及基站设备的制作方法

1.本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种高圆度的基站天线及基站设备。


背景技术：

2.随着5g时代的到来，小基站，一种具备结构小巧、功耗低、布置简单的无线收发装置，可以有效地填补5g宏基站不断衍生出的信号盲区，如购物广场，医院等一些大型人流密集地区。
3.作为小基站信号收发的核心部件——天线单元(多为pifa天线，常见弹片和fpc(flexible printed circuit)两种结构，由辐射体、馈电探针和短路探针组成)，为了迎合市场低成本、高集成、一体化的发展趋势，且为了有效保证天线之间的隔离度，多天线(mimo)常常被放置于装置的各边沿处，采用fpc结构天线，集成于一体化支架上。以往，在支架底端会加载对应的pcb板，用以调节匹配，以及改变pifa天线的馈电探针和短路探针的方位以此来实现天线高圆度的性能。例如，在公开号为cn112421215a的中国专利公开文件中提出了一种高圆度的室内小基站及天线单元，其中由于每个天线都有一个馈电网络，需要加载pcb板来实现，会增加天线单元的成本。
4.另外，根据项目设计流程，馈电焊盘和接地焊盘的位置往往会在天线设计出来之前确定，从而限制了想通过改变两探针(馈电探针和短路探针)的方位来优化天线不圆度的途径，且随着宽频、高频的使用，天线水平方向上的不圆度将会成为天线设计过程中的一大障碍，亟待解决。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种高圆度的基站天线及基站设备，可改善天线水平方向上的不圆度。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高圆度的基站天线，包括天线支架和至少一个的天线单元，所述天线单元包括辐射体、馈电探针和短路探针；所述辐射体设置于所述天线支架上；所述辐射体呈具有开口的环形，所述馈电探针的一端与所述辐射体的开口的一端连接，所述短路探针的一端与所述辐射体的开口的另一端连接；所述辐射体沿环形方向的长度大于或等于一个波长长度。
7.本发明还提出一种基站设备，包括如上所述的高圆度的基站天线。
8.本发明的有益效果在于：辐射体的周长大于或等于天线波长，相当于环形天线中的大环天线，利用其电流分布呈纵向(环面方向)周期分布、横向(与环面垂直的方向)均匀分布，以及宽频特性，减少周围金属环境的影响，改善电磁能量水平方向上的辐射，从而解决无线收发装置中天线在宽频、高频条件下水平方向上不圆度差的问题。本发明可改善无线收发装置中的天线水平不圆度，并且由于自身宽频特性，适用于多种频段，如，1.8g、2.1g、2.6g、3.5g、4.7g等常见的sub
‑
6g频段。
附图说明
9.图1为本发明实施例一的高圆度的基站天线的结构示意图；
10.图2为本发明实施例一的rf板的结构示意图；
11.图3为本发明实施例一的天线单元的结构示意图；
12.图4为本发明实施例二的高圆度的基站天线的结构示意图；
13.图5为图1和图4的天线结构在satimo暗室中获取的水平方向上(theta＝80
°
)的不圆度示意图；
14.图6为图1和图4的天线结构工作于2.6g频段时在satimo暗室中获取的水平方向上(theta＝80
°
)的不圆度示意图。
15.标号说明：
16.1、天线支架；2、天线单元；3、rf板；4、寄生单元；
17.21、辐射体；22、馈电探针；23、短路探针；
18.211、第一面；212、第二面；213、第三面；214、第四面；
19.31、馈电探针焊盘；32、短路探针焊盘。
具体实施方式
20.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
21.请参阅图1，一种高圆度的基站天线，包括天线支架和至少一个的天线单元，所述天线单元包括辐射体、馈电探针和短路探针；所述辐射体设置于所述天线支架上；所述辐射体呈具有开口的环形，所述馈电探针的一端与所述辐射体的开口的一端连接，所述短路探针的一端与所述辐射体的开口的另一端连接；所述辐射体沿环形方向的长度大于或等于一个波长长度。
22.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可改善天线水平方向上的不圆度，且适用于不同工作频段，具备多频通用的特性。
23.进一步地，还包括rf板，所述rf板上设有与各天线单元一一对应的馈电探针焊盘和短路探针焊盘；所述馈电探针的另一端与所述馈电探针焊盘连接，所述短路探针的另一端与所述短路探针焊盘连接。
24.由上述描述可知，通过直接将天线的馈电探针与短路探针与rf板连接，可去除pcb板，降低天线的成本。
25.进一步地，所述rf板上还设有射频信号源、匹配线和天线地，所述馈电焊盘通过所述匹配线与所述射频信号源连接，所述短路焊盘与所述天线地连接。
26.由上述描述可知，馈电探针焊盘与射频信号源连接，实现射频信号的注入，短路探针焊盘与天线地电连接，从而形成一股环形电流，实现天线的有效电磁辐射。
27.进一步地，所述辐射体包括依次连接的第一面、第二面、第三面和第四面，所述馈电探针的一端与所述辐射体的第一面连接，所述短路探针的一端与所述辐射体的第四面连接；所述馈电探针和短路探针位于所述辐射体的同一侧。
28.由上述描述可知，馈电探针和短路探针位于辐射体的同一侧，从而形成一个类环形结构。
29.进一步地，所述第一面、第二面、第三面和第四面沿环形方向的总长度大于或等于一个波长长度；所述第一面、第二面、第三面和第四面的宽度均大于或等于八分之一的波长长度，且小于或等于二分之一的波长长度。
30.进一步地，所述第一面、第二面、第三面和第四面的宽度均为四分之一的波长长度。
31.由上述描述可知，在满足高圆度的基础上，为了获取更优的匹配性能，可以调节辐射体的各个面的宽度，即调节其阻抗值，实现能量的匹配传输，以及电磁信号的高效辐射。通过设置合适的宽度，避免失配，同时避免恶化天线水平不圆度。
32.进一步地，还包括与各天线单元一一对应的寄生单元，所述寄生单元设置于所述天线支架上，且位于所述辐射体的与环形方向垂直的一侧；所述辐射体与所述寄生单元耦合。
33.由上述描述可知，通过在辐射体的周围设置寄生单元，可改善辐射体上电流分布的异常情况，起到进一步优化水平不圆度的效果。
34.进一步地，所述寄生单元与所述辐射体的水平间距小于或等于1mm。
35.由上述描述可知，若间距过大，辐射体对寄生单元的耦合较弱，会导致优化水平不圆度的效果欠佳。
36.进一步地，所述寄生单元的形状为矩形，所述矩形的长度为3
‑
8mm，宽度为3
‑
8mm。
37.由上述描述可知，通过采用矩形形状的寄生单元，更易调节；若寄生单元的尺寸太小，会导致优化水平不圆度的效果不佳，若尺寸太大，会导致电流分布更加异常的情况出现，反而会恶化天线水平不圆度。
38.本发明还提出一种基站设备，包括如上所述的高圆度的基站天线。
39.实施例一
40.请参照图1
‑
3，本发明的实施例一为：一种高圆度的基站天线，适用于室内小基站。
41.如图1所示，包括rf板(射频电路板，图1中未示出)、天线支架1和至少一个的天线单元2，各天线单元2分别设置于天线支架1上。本实施例以工作于3.5g(3.3ghz～3.8ghz)的4t天线(4发射天线)为例进行说明，即本实施例包括四个天线单元2，天线支架1整体呈工字形，四个天线单元2分别位于“工”字中两横的左右两边。每个天线单元2均包括辐射体21、馈电探针22和短路探针23，所述辐射体21设置于所述天线支架1上。
42.如图2所示，所述rf板3上设有与各天线单元一一对应的馈电探针焊盘31和短路探针焊盘32。
43.如图3所示，所述辐射体21呈具有开口的环形，包括依次连接的第一面(内侧面)211、第二面(顶面)212、第三面(外侧面)213和第四面(底面)214。结合图1
‑
3所示，馈电探针22的一端与辐射体21的第一面211连接，另一端与馈电探针焊盘31连接；短路探针23的一端与辐射体21的第四面214连接，另一端与短路探针焊盘32连接。
44.进一步地，馈电探针22和短路探针23位于辐射体21的同一侧，使得天线单元形成一个类环形的结构。同时，同一天线单元2的馈电探针22和短路探针23位于天线支架1的同一侧。
45.本实施例中，辐射体采用fpc材料，贴覆在天线支架上。天线支架的作用即用于固定辐射体，因此天线支架的结构外形会根据辐射体的外形变化而变化。为了防止fpc起翘，
会在天线支架上加载热熔柱，保证fpc可以很好地贴覆在天线支架上，并且还可以起到易于装配和防止错位的作用。
46.进一步地，所述rf板上还设有射频信号源、匹配线和天线地(图中均未示出)，所述馈电焊盘通过所述匹配线与所述射频信号源连接，所述短路焊盘与所述天线地连接。
47.本实施例中，射频信号源可产生3.5g射频信号，依次通过匹配线和馈电探针馈入辐射体，依次流经第一面、第二面、第三面和第四面，再流经短路探针，最后到天线地，形成一股环形电流，从而天线实现有效电磁辐射。
48.进一步地，所述辐射体21的周长(即沿环形方向的长度)≥λ，λ为天线波长，即第一面211、第二面212、第三面213和第四面214沿环形方向的总长度大于或等于一个波长长度。
49.也就是说，辐射体相当于环形天线中的大环天线，因此其金属表面电流分布呈纵向(环面方向)周期分布、横向(与环面垂直的方向)均匀分布(天线辐射方向水平全向，即主辐射方向与环面相切)，以及宽频特性(多模谐振)，能更好地克服周围金属环境的影响，改善电磁能量水平方向上的辐射，解决在无线收发装置(如小基站)中常规pifa天线在宽频、高频条件下水平方向上不圆度差的问题。
50.进一步地，在满足高圆度的基础上，为了获取更优的匹配性能，可以调节辐射体的第一面、第二面、第三面和第四面的宽度(即环形方向的垂直方向上的长度)，即调节其阻抗值，实现能量的匹配传输，以及电磁信号的高效辐射。各个面的宽度不一定相同，但不宜过小也不宜过大，宽度太小会失配，宽度太大会严重影响电流分布，从而恶化天线水平不圆度。优选地，所述第一面211、第二面212、第三面213和第四面214的宽度的取值范围均为λ/8
‑
λ/2，λ为天线波长。
51.可以看出，辐射体21的纵向尺寸与横向尺寸均与其所实现的频率的波长相关。其中，当辐射体21的纵向尺寸(即沿环形方向的长度)为一个波长长度时，优选地，辐射体21的各个面的横向尺寸(即与环面垂直的方向的尺寸)约为四分之一的波长长度，即所述第一面211、第二面212、第三面213和第四面214的宽度(即与环形方向垂直的长度)均为四分之一的波长长度。
52.但在实际场景中，考虑到产品空间的原因，纵向尺寸会小于一倍波长，为了满足天线辐射要求，此时需要加大各个面的横向尺寸，通过此方式拉长电流流经路径，使得电流流经路径的长度≥λ，λ为天线波长。由于周边金属环境，天线电流分布强度不能达到理想中的分布均匀，故各个面宽度延伸时，两侧延伸的长度会有所差异，因环境而变。
53.本实施例覆盖的工作频段为3.5g(3.3ghz～3.8ghz)。在其他实施例中，可以通过改变辐射体的纵向(环面方向)尺寸或横向(与环面垂直的方向)尺寸，实现覆盖不同的工作频段，如sub
‑
6g频段中，常见的1.8g(1.71～1.88ghz)、2.1g(1.92～2.17ghz)、2.6g(2.496～2.69ghz)、4.7g(4.4～5ghz)等频段。其中，当纵向尺寸固定时，为了实现频偏，可以直接调节辐射体各个面的横向尺寸(即各个面的宽度)，但要保证各个面的宽度在八分之一波长至二分之一波长之间。
54.本实施例中，通过使辐射体的周长大于或等于天线波长，相当于采用了环形天线中的大环天线，利用其电流分布特性以及宽频特性，减少周围金属环境的影响，改善电磁能量水平方向上的辐射，从而解决无线收发装置中天线在宽频、高频条件下水平方向上不圆度差的问题；通过调节辐射体各个面的宽度，可在满足高圆度的基础上，获取更优的匹配性
能；通过直接将天线的馈电探针与短路探针与rf板连接，可去除pcb板，降低天线的成本。
55.实施例二
56.请参照图4
‑
6，本实施例是实施例一的进一步拓展，相同之处不再累述，区别在于，还包括与各天线单元一一对应的寄生单元。
57.如图4所示，所述寄生单元4设置于所述天线支架1上，且位于所述辐射体21的与环形方向垂直的一侧，具体地，位于辐射体的第二面(顶面)的宽度方向上的一侧；所述辐射体21与所述寄生单元4耦合。
58.优选地，所述寄生单元4与所述辐射体21的第二面的水平间距小于或等于1mm。若间距过大，辐射体对寄生单元的耦合较弱，会导致优化水平不圆度的效果欠佳。
59.本实施例中，所述寄生单元4的形状为矩形，在其他实施例中也可以为其他形状，但矩形更易调节。通过适当调节寄生单元的尺寸，也可改善辐射体上电流分布的异常情况，起到进一步优化水平不圆度的效果。若寄生单元的尺寸太小，会导致优化水平不圆度的效果不佳，若尺寸太大，会导致电流分布更加异常的情况出现，反而会恶化天线水平不圆度。因此优选地，所述寄生单元4的长度为3
‑
8mm，宽度为3
‑
8mm。
60.图5为实施例一的天线结构和本实施例的天线结构在satimo暗室中获取的水平方向上(theta＝80
°
)的不圆度示意图，从图中可以看出，当天线工作于3.5g频段时，天线水平方向上不圆度小于7db，基本能够满足运营商小基站通信的要求。
61.另外，图6为实施例一的天线结构和本实施例的天线结构工作于2.6g(2.496ghz～2.69ghz)时，在satimo暗室中获取的水平方向上(theta＝80
°
)的不圆度示意图，从图中可以看出，当天线工作于2.6g频段时，天线水平方向上不圆度也可以实现小于7db。
62.可以看出，本发明的天线结构具备多频通用的特性。
63.综上所述，本发明提供的一种高圆度的基站天线及基站设备，通过使辐射体的周长大于或等于天线波长，相当于采用了环形天线中的大环天线，利用其电流分布特性以及宽频特性，减少周围金属环境的影响，改善电磁能量水平方向上的辐射，从而解决无线收发装置中天线在宽频、高频条件下水平方向上不圆度差的问题；通过调节辐射体各个面的宽度，可在满足高圆度的基础上，获取更优的匹配性能；通过在辐射体的周围设置寄生单元，可改善辐射体上电流分布的异常情况，起到进一步优化水平不圆度的效果；通过直接将天线的馈电探针与短路探针与rf板连接，可去除pcb板，降低天线的成本。
64.本发明极好地改善了无线收发装置中的天线水平不圆度，并且由于自身宽频特性，适用于多种频段，如，1.8g、2.1g、2.6g、3.5g、4.7g等常见的sub
‑
6g频段。
65.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。