抑制异频散射的低频辐射单元及基站天线的制作方法

1.本实用新型涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种抑制异频散射的低频辐射单元及基站天线。


背景技术：

2.随着全球通信领域建设的日益完善，在基站天线建设中往往要求阵列天线能够覆盖多个频段。要求一副天线具有多频和宽频特性，使其能够覆盖现有和将来可能用到的所有移动通信频段。同时，为了便于基站选址，节约空间资源，各运营商对基站天线的小型化提出更高的要求。
3.现有的多频阵列天线中，低频辐射单元常嵌套在高频辐射单元中，以实现基站天线的小型化。当高低频辐射单元之间的距离较小时，低频辐射单元会耦合高频辐射单元的辐射能量，并将耦合的能量进行二次辐射。低频辐射单元二次辐射的电磁波与高频辐射单元辐射的电磁波相互叠加产生最终的高频方向图。由于低频辐射单元二次辐射的电磁波的空间相位与高频辐射单元辐射电磁波的空间相位存在差异，导致最终叠加出来的高频方向图发生畸变。
4.随着基站天线尺寸的不断减小，低频阵列天线、高频阵列天线之间的耦合加剧。低频阵列天线、高频阵列天线之间若存在较强的耦合，会导致高低频之间的端口隔离度恶化，同时基站天线的方向图也会发生畸变，性能恶化严重。传统的双频双极化基站天线为了实现良好的异频隔离需要级联滤波器，该方案虽然可解决高低频之间的端口隔离度问题，但级联滤波器并不能改善因异频耦合导致方向图畸变的问题，同时级联滤波器的方式还会增加损耗，降低基站天线的增益。
5.综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。


技术实现要素：

6.针对上述的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种抑制异频散射的低频辐射单元及基站天线，其能够降低低频辐射单元在高频频段的雷达散射截面值，抑制低频辐射单元对高频方向图的影响，从而改善高频方向图。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供一种抑制异频散射的低频辐射单元，包括介质基板、辐射体、耦合馈电结构和巴伦馈电结构；
8.所述辐射体和所述耦合馈电结构均设于所述介质基板上；
9.所述耦合馈电结构包括四个对称分布的耦合馈电单元，每个所述耦合馈电单元包括基片，所述基片的两侧分别向外延伸设有一个封闭环组，每个所述耦合馈电单元的两个所述封闭环组之间形成空隙，且每个所述封闭环组包括至少两个封闭环；
10.所述辐射体包括四个辐射臂，所述四个辐射臂分别对称设于四个所述封闭环组的所述空隙内；
11.所述巴伦馈电结构设于所述介质基板下方，所述巴伦馈电结构的底端连接微带转
接线，所述巴伦馈电结构的顶端连接所述耦合馈电结构。
12.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，四个所述耦合馈电单元的所述基片对称排列；每个所述基片为多边形、圆形、半圆形、椭圆形或不规则形；所述封闭环为多边形、圆形、半圆形、椭圆形或不规则形。
13.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，所述耦合馈电单元的所述基片呈底角为45度的等腰梯形，四个所述基片按照十字型对称排列且围成正方形；每个所述基片的两个底角端分别向外延伸设有一个三角形封闭环组，每个所述耦合馈电单元的两个所述三角形封闭环组之间形成所述空隙，每个所述三角形封闭环组包括至少两个三角形封闭环。
14.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，所述三角形封闭环组包括与所述基片的所述底角端连接的第一边和第二边，所述第一边与所述基片的斜边在同一直线上，所述第二边与所述基片的底边相互垂直；每个所述耦合馈电单元的两个所述三角形封闭环组的所述第二边之间形成所述空隙。
15.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，每个所述封闭环组上设有至少一个枝节和金属化过孔，所述枝节通过所述金属化过孔与封闭环连接。
16.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，所述枝节为l形或t形。
17.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，每个所述辐射臂包括至少两个矩形辐射段，每相邻两个所述矩形辐射段通过一弯折线段连接。
18.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，所述矩形辐射段的宽度大于所述弯折线段的宽度。
19.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，每个所述辐射体的各个所述矩形辐射段的长度和/或宽度相同或不同；每个所述辐射体的各个所述弯折线段的长度和/或宽度相同或不同。
20.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，所述介质基板包括第一方形基板，所述第一方形基板的四个侧边中间处分别向外延伸出一矩形臂；所述辐射体的所述四个辐射臂分别设于所述第一方形基板和所述矩形臂上。
21.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，所述介质基板包括第二方形基板和十字型基板，所述耦合馈电结构设于所述第二方形基板上；所述十字型基板叠加设于所述第二方形基板上，且所述辐射体的所述四个辐射臂分别设于所述十字型基板上。
22.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，所述巴伦馈电结构包括第一垂直基板、第二垂直基板和水平基板，所述第一垂直基板和所述第二垂直基板相互正交，且所述第一垂直基板和所述第二垂直基板的顶端与所述介质基板垂直连接，所述第一垂直基板和所述第二垂直基板的底端与所述水平基板垂直连接；所述水平基板上设有两个所述微带转接线；所述第一垂直基板和所述第二垂直基板上分别设有阶梯阻抗匹配微带线，所述阶梯阻抗匹配微带线的顶端与所述耦合馈电结构连接，所述阶梯阻抗匹配微带线的底端与所述微带转接线连接。
23.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，所述阶梯阻抗匹配微带线由多段不同宽度的微带线连接组成。
24.根据本实用新型所述的抑制异频散射的低频辐射单元，所述第一垂直基板和所述
第二垂直基板上分别设有垂直微带地；所述水平基板上设有水平微带地和两个同轴馈电端口。
25.本实用新型还提供一种基站天线，包括有反射板，所述反射板上分布设有多个高频辐射单元和多个如任一项上述的抑制异频散射的低频辐射单元，所述抑制异频散射的低频辐射单元嵌套插入所述高频辐射单元的中间。
26.本实用新型抑制异频散射的低频辐射单元包括介质基板、辐射体、耦合馈电结构和巴伦馈电结构；所述耦合馈电结构包括四个对称分布的耦合馈电单元，每个耦合馈电单元包括基片，所述基片的两侧分别向外设有一个封闭环组，两个封闭环组之间形成空隙，且每个封闭环组包括至少两个封闭环；优选在每个封闭环组上设有至少一个l形或t形的枝节。本实用新型将大的封闭环组拆解为多个小的封闭环以及增加枝节，可以降低低频辐射单元在高频频段的雷达散射截面值，能够抑制异频散射。所述辐射体包括四个辐射臂，所述四个辐射臂分别对称设于四个封闭环组的空隙内，优选每个辐射臂包括至少两个矩形辐射段，每相邻两个矩形辐射段通过一弯折线段连接，本实用新型将辐射体上加载弯折线段可进一步降低在高频频段的雷达散射截面值。借此，本实用新型能够降低低频辐射单元在高频频段的雷达散射截面值，抑制低频辐射单元对高频方向图的影响，从而改善高频方向图。
27.更好的是，本实用新型巴伦馈电结构采用阶梯阻抗匹配微带线，所述阶梯阻抗匹配微带线可展宽天线的阻抗带宽，实现宽频带特性，本实用新型将具有低雷达散射截面值的耦合馈电结构、具有低雷达散射截面值的辐射体以及具有宽频特性的巴伦馈电结构组合，可在较宽频带内实现低雷达散射截面值特性，减小低频辐射单元耦合的高频辐射能量，抑制低频辐射单元对高频方向图的影响，实现具有抑制异频散射的宽频带双极化的低辐射单元和基站天线。
附图说明
28.图1是本实用新型实施例的抑制异频散射的低频辐射单元的结构示意图；
29.图2a～图2c是本实用新型实施例的低频辐射单元的耦合馈电结构的示意图；
30.图3是本实用新型实施例的低频辐射单元的耦合馈电结构的rcs随频率变化的曲线图；
31.图4是本实用新型实施例的低频辐射单元的辐射体结构的示意图；
32.图5是本实用新型实施例的低频辐射单元的巴伦馈电结构的示意图；
33.图6是本实用新型实施例的低频辐射单元的辐射体结构的rcs随频率变化的曲线图；
34.图7是本实用新型实施例的低频辐射单元的耦合馈电结构、辐射体结构组合后的rcs随频率变化的曲线图；
35.图8是本实用新型实施例的低频辐射单元的驻波比vswr和隔离度s21随频率变化的曲线图。
具体实施方式
36.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释
本实用新型，并不用于限定本实用新型。
37.需要说明的，本说明书中针对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但是不是每个实施例必须包含这些特定特征、结构或特性。此外，这样的表述并非指的是同一个实施例。进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。
38.此外，在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可以用不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此系包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。
39.图1～2以及图4～5示出了本实用新型实施例提供的抑制异频散射的低频辐射单元的结构，所述抑制异频散射的低频辐射单元100包括介质基板10、辐射体20、耦合馈电结构30和巴伦馈电结构40，所述辐射体20和耦合馈电结构30均设于介质基板10上。
40.所述耦合馈电结构30包括四个对称分布的耦合馈电单元31，如图2b或2c所示，每个耦合馈电单元31包括金属材质制成的基片311，基片311的两侧分别向外延伸设有一个封闭环组312，每个耦合馈电单元31的两个封闭环组312之间形成空隙313，且每个封闭环组312包括至少两个封闭环3121。优选的是，四个耦合馈电单元31的基片311对称排列。每个基片311为多边形、圆形、半圆形、椭圆形或不规则形等，封闭环3121为多边形、圆形、半圆形、椭圆形或不规则形等。所述封闭环组312和封闭环3121均可由金属材质制成。本实用新型将大的封闭环组312拆解为多个小的封闭环组3121，可以降低低频辐射单元100在高频频段的rcs(radar cross section，雷达散射截面)值，能够抑制异频散射。
41.所述辐射体20包括四个辐射臂21，如图1和图4所示，四个辐射臂21分别对称设于四个封闭环组312的空隙313内。所述巴伦馈电结构40设于介质基板10下方，如图1和图5所示，巴伦馈电结构40的底端连接微带转接线44，巴伦馈电结构40的顶端连接耦合馈电结构30，巴伦馈电结构40用于为抑制异频散射的低频辐射单元100进行激励馈电。
42.本实用新型抑制异频散射的低频辐射单元100利用将大的封闭环组312拆解为多个小的封闭环组3121，降低其在高频频段的rcs值，抑制低频辐射单元对高频方向图的影响，从而改善高频方向图。
43.如图2a～2c所示的实施例中，所述耦合馈电结构30包括四个对称分布的耦合馈电单元31，每个耦合馈电单元31的基片311呈底角为45度的等腰梯形，四个基片311按照十字型对称排列且围成正方形。每个基片311的两个底角端分别向外延伸设有一个三角形封闭环组312，每个耦合馈电单元31的两个三角形封闭环组312之间形成空隙313，每个三角形封闭环组312包括至少两个三角形封闭环3121，本实施例中，每个三角形封闭环组312包括两个三角形封闭环3121。但实际上三角形封闭环3121的具体个数不受限制，每个三角形封闭环组312可根据实际需求包括三个、四个、五个等任意多个三角形封闭环3121。优选的是，所述三角形封闭环组312包括与基片311的底角端连接的第一边和第二边，第一边与基片311
的斜边在同一直线上，第二边与基片311的底边相互垂直。每个耦合馈电单元31的两个三角形封闭环组312的第二边之间形成空隙313。本实施例将低频辐射单元100中大的三角形封闭环组312拆解为多个小的三角形封闭环组312，可以降低低频辐射单元100在高频频段的rcs值，能够抑制异频散射。
44.如图2c所示，每个封闭环组312上优选设有至少一个枝节314和金属化过孔315，枝节314通过金属化过孔315与封闭环3121连接。优选的是，枝节314为l形或t形。本实施例在封闭环3121上增加一个l形枝节314，可以进一步降低低频辐射单元100在高频频段的rcs值。当然，封闭环3121上增加的枝节314的个数并不受具体限制，可以根据实际需要增加二个、三个等任意个数的枝节314。
45.本实用新型耦合馈电结构30的改进过程见图2和图3所示，首先只选用四个封闭环组312连接的结构作为耦合馈电结构，见图2a，每个封闭环组312不包含封闭环3121，采用该耦合馈电结构有利于基站天线的阻抗带宽。该结构在高频频段的2.2ghz
‑
2.69ghz频段范围内的雷达散射截面rcs较大，见图3，可见该结构对高频2.2ghz
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2.69ghz频段的影响较大。
46.为了减小耦合馈电结构对高频段的影响，将耦合馈电结构的封闭环组312拆解为两个三角形封闭环3121，见图2b，其对应的雷达散射截面rcs见图3，可明显的看出，图2b结构在2.2
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2.69ghz频段范围内的rcs明显减小很多。但是，图2b结构在1.7
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1.95ghz频段处的rcs略高。
47.在图2b结构的基础上，本实用新型又增加了l形枝节314，并通过金属化过孔315与三角形封闭环3121连接，见图2c，该结构有利于降低1.7
‑
1.95ghz频段范围内的rcs值，见图3，所述耦合馈电结构30最终实现在宽频带1.71
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2.69ghz频段范围的低rcs特性。
48.如图4所示的实施例中，所述辐射体20包括四个结构相同的辐射臂21，辐射臂21可耦合电磁波并进行辐射。四个辐射臂21分别对称叠加设于四个封闭环组312的空隙313内。每个辐射臂21包括至少两个矩形辐射段211，矩形辐射段211，且每相邻两个矩形辐射段211通过一弯折线段212连接。本实施例中，每个辐射臂21包括三个矩形辐射段211和两个弯折线段212，但每个辐射臂21的矩形辐射段211和弯折线段212的个数并不受具体限制，可以根据实际需求设置为任意个数。优选的是，矩形辐射段211的宽度大于弯折线段212的宽度。更好的是，每个辐射体20的各个矩形辐射段211的长度和/或宽度相同或不同，具体需要综合考虑其rcs和阻抗特性。每个辐射体20的各个弯折线段212的总长度和/或宽度相同或不同。本实用新型通过调节矩形辐射段211和弯折线段212的长宽尺寸，可达到在较宽的频带内实现低rcs的设计目的。
49.图6是本实用新型实施例的低频辐射单元的辐射体结构的rcs随频率变化的曲线图，其给出了降低天线辐射体rcs值的过程，当基站天线的辐射体为一段完整的金属片时，其在高频段的雷达散射截面rcs较大，当将辐射体20改为有二个矩形辐射段211和一个弯折线段212后辐射体20的雷达散射截面rcs有所减小。当将辐射体20改为三个矩形辐射段211和二个弯折线段212后，辐射体20的雷达散射截面rcs进一步减小。
50.本实用新型采用耦合馈电的方式实现了低频辐射单元的阻抗带宽的宽频化，可在较宽频带内实现低rcs特性，减小低频辐射单元耦合的高频辐射能量，抑制低频辐射单元对高频方向图的影响，改善高频方向图。具体而言，本实用新型将耦合馈电结构30的封闭环组312拆解为多个封闭环3121以及增加枝节314的方案，达到耦合馈电结构30的宽频带低rcs
的目的。同时，同时将辐射体20上加载弯折线段212实现辐射体20的宽频带低rcs的目的，将具有宽带低rcs的耦合馈电结构30和具有宽带低rcs的辐射体20相结合，结合后的整体结构依然具有低rcs特性，见图7。图7给出了普通的耦合馈电天线的低频辐射单元结构与本实用新型的低rcs的低频辐射单元100的对比，可明显看出，本实用新型的低频辐射单元100具有宽频带低rcs的特性，其对高频段的辐射方向图影响更小。
51.如图1、图2和图4所示，优选介质基板10包括第一方形基板11，第一方形基板11的四个侧边中间处分别向外延伸出一个矩形臂12。辐射体20的四个辐射臂21分别设于第一方形基板11和矩形臂12上。该实施例中，第一方形基板11和矩形臂12一体成型。或者在另一实施例中，介质基板10包括第二方形基板和十字型基板，耦合馈电结构30设于第二方形基板上。十字型基板叠加设于第二方形基板上，且辐射体20的四个辐射臂21分别设于十字型基板上。该实施例中，第二方形基板和十字型基板并非一体成型，而是相互叠加的结构。
52.如图5所示，所述巴伦馈电结构40优选包括第一垂直基板41、第二垂直基板42和水平基板43，第一垂直基板41和第二垂直基板42相互正交，且第一垂直基板41和第二垂直基板42的顶端与介质基板10垂直连接，第一垂直基板41和第二垂直基板42的底端与水平基板43垂直连接。水平基板43上设有两个水平的微带转接线44。第一垂直基板41和第二垂直基板42上分别设有垂直的阶梯阻抗匹配微带线45，阶梯阻抗匹配微带线45的顶端与耦合馈电结构30连接，阶梯阻抗匹配微带线45的底端与微带转接线44连接。阶梯阻抗匹配微带线45具有宽频带的匹配作用，通过调节每段微带线枝节的长度和宽度，可调节对应段的阻抗值，实现在较宽频带内的阻抗匹配。本实用新型耦合馈电结构30和阶梯阻抗匹配的巴伦馈电结构40可展宽天线的阻抗带宽，实现具有宽频带特性的基站天线。
53.优选的是，阶梯阻抗匹配微带线45由多段不同宽度的微带线连接组成，多段不同宽度的微带线构成阶梯状微带线结构。本实施例中，阶梯阻抗匹配微带线45由五段不同宽度的微带线451～455连接组成，但实际上阶梯阻抗匹配微带线45中不同宽度的微带线的个数并不受限制，可以根据实际需求设置为任意个数。更好的是，第一垂直基板41和第二垂直基板42上分别设有垂直微带地46。水平基板43上设有水平微带地47和两个同轴馈电端口48。本实用新型的低频辐射单元100的s参数特性较为良好，其在降低辐射单元雷达散射截面rcs的情况下保证了辐射单元的阻抗特性也具有宽频特性。见图8，本实用新型低频辐射单元100在698
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960mhz频段范围内的驻波比vswr小于1.5，隔离度s21小于
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22db。
54.本实用新型还提供一种基站天线，包括有反射板，所述反射板上分布设有多个高频辐射单元和多个如图1～2以及图3～4所示的抑制异频散射的低频辐射单元100，所述抑制异频散射的低频辐射单元100嵌套插入高频辐射单元的中间。
55.综上所述，本实用新型抑制异频散射的低频辐射单元包括介质基板、辐射体、耦合馈电结构和巴伦馈电结构；所述耦合馈电结构包括四个对称分布的耦合馈电单元，每个耦合馈电单元包括基片，所述基片的两侧分别向外设有一个封闭环组，两个封闭环组之间形成空隙，且每个封闭环组包括至少两个封闭环；优选在每个封闭环组上设有至少一个l形或t形的枝节。本实用新型将大的封闭环组拆解为多个小的封闭环以及增加枝节，可以降低低频辐射单元在高频频段的雷达散射截面值，能够抑制异频散射。所述辐射体包括四个辐射臂，所述四个辐射臂分别对称设于四个封闭环组的空隙内，优选每个辐射臂包括至少两个矩形辐射段，每相邻两个矩形辐射段通过一弯折线段连接，本实用新型将辐射体上加载弯
折线段可进一步降低在高频频段的雷达散射截面值。借此，本实用新型能够降低低频辐射单元在高频频段的雷达散射截面值，抑制低频辐射单元对高频方向图的影响，从而改善高频方向图。更好的是，本实用新型巴伦馈电结构采用阶梯阻抗匹配微带线，所述阶梯阻抗匹配微带线可展宽天线的阻抗带宽，实现宽频带特性，本实用新型将具有低雷达散射截面值的耦合馈电结构、具有低雷达散射截面值的辐射体以及具有宽频特性的巴伦馈电结构组合，可在较宽频带内实现低雷达散射截面值特性，减小低频辐射单元耦合的高频辐射能量，抑制低频辐射单元对高频方向图的影响，实现具有抑制异频散射的宽频带双极化的低辐射单元和基站天线。
56.当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。