一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线的制作方法

1.本发明涉及基站天线领域，特别涉及一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线。


背景技术：

2.基站天线是一种进行信号发射与接收的支撑设备，随着基站天线的小型化发展，多通道超宽带天线的水平波束赋形成为基站天线设计中的一道难题。反射板宽度要求越来越窄，致使天线阵列列间距变小，阵列间耦合增大。这些因素严重影响了天线的辐射方向图。如：水平面半功率波束宽度变宽，收敛性变差，增益下降，前后比变差等。通信技术的发展对天线辐射波束的形状提出了越来越高的要求，对于宏基站天线，不仅要满足增益和下倾角的要求，水平波宽也要具有一致性，必须落在一定的角度内，从而满足减少噪声和提高空间分集的要求。目前主要采用“l型阵列+电桥“电桥又被称为定向耦合器来实现这一目的。电桥在基站天线中常用作端口扩展，单元复用，波束成形或构建更为复杂电路，如：多路电桥，butler矩阵等的基本单元。虽然电桥应用十分广泛，然而电桥绝大多数都是3db电桥,即：耦合端和直通端信号强度基本相同，相位相差90度，而基站天线出于波束成形的目的，有时候希望将输入信号分成一路较强的激励信号和一路较弱的激励信号并且这两路信号的强度随频率增加呈斜率分布，而且两路信号之间不能有相位差，将这两路信号分别加载到主阵元和辅助阵元，从而获得期望的辐射波束，这就使得小型化，低损耗，大功分比的小型化斜率功分成为不二之选，面对上述日益增长的基站天线赋形需求，3db电桥已经很难满足要求，而需开发尺寸更小，性能更优，成本更低的小型化斜率功分，可以预见，小型化斜率功分在即将到来的5g时代市场需求将呈现爆发式增长，随着科技的不断发展，人们对于基站天线的制造工艺要求也越来越高。
3.现有的基站天线在使用时存在一定的弊端，现有技术要实现这一目的，主要采用“l型阵列+电桥“实现。现有技术的缺点是：电桥绝大多数都是3db电桥,即：耦合端和直通端信号强度基本相同，相位相差90度。而基站天线出于波束成形的目的，有时候希望将输入信号分成一路较强的激励信号和一路较弱的激励信号并且这两路信号的强度随频率增加呈斜率分布。而且两路信号之间不能有相位差。将这两路信号分别加载到主阵元和辅助阵元，从而获得期望的辐射波束。现有技术只能收窄水平波宽，对波宽的收敛性作用有限。而小型化斜率功分很好的解决了这一问题，这就使得小型化，低损耗，大功分比的小型化斜率功分成为不二之选，面对上述日益增长的基站天线赋形需求，3db电桥已经很难满足要求，而需开发尺寸更小，性能更优，成本更低的小型化斜率功分，可以预见，小型化斜率功分在即将到来的5g时代市场需求将呈现爆发式增长，为此，我们提出一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线，小尺寸，结构简单，低成本，性能优良，在普通功分器的基础上创造性的引入了开路支节，良好的功率分布极大收窄了天线整个频带内低频部分的水平波宽，而对高频部分没有影响，极大提高了天线水平波宽的收敛性并改善了增益和前后比，可以有效解决背景技术中的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线，包括至少两列低频辐射单元阵列、最多四列高频辐射单元阵列、左列阵列、右列阵列与小型化斜率功分，所述低频辐射单元阵列与高频辐射单元阵列均连接有进行馈电的电缆线，所述低频辐射单元阵列上电性设置有第二低频单元与第一低频单元，且第二低频单元与第一低频单元之间连接小型化斜率功分并通过电缆线连接。
8.作为本技术一种优选的技术方案，所述小型化斜率功分上包括一分二功分器，所述一分二功分器上设置有开路支节，所述开路支节上电性连接有输出端口3、输入端口1与输出端口2。
9.作为本技术一种优选的技术方案，所述小型化斜率功分通过一分二功分器进行功率分配，且通过开路支节、输出端口3、输出端口2、输入端口1对功率分配呈喇叭口状斜率分布。
10.作为本技术一种优选的技术方案，所述小型化斜率功分焊接同轴线外导体接地，且接地采用正面铜箔金属化过孔。
11.作为本技术一种优选的技术方案，所述小型化斜率功分上的输出端口3与第一低频单元通过同轴线焊接连接，且输出端口2与第一低频单元通过同轴线焊接连接。
12.作为本技术一种优选的技术方案，所述小型化斜率功分为单层双面pcb板结构，所述小型化斜率功分的电介质相对介电常数为2.2，且pcb板厚度为0.93mm，所述小型化斜率功分上的pcb板正面铜箔接地，且铜箔厚度0.035mm，所述小型化斜率功分上的pcb板在天线背面相互镜像安装。
13.作为本技术一种优选的技术方案，所述小型化斜率功分在698mhz
‑‑
960mhz频率范围内，且曲线随频率升高，呈喇叭口状的斜率分布，且输入端口1驻波小于1.13。
14.作为本技术一种优选的技术方案，所述基站天线阵列上由两列低频和四列高频的直线阵列构成。
15.(三)有益效果
16.与现有技术相比，本发明提供了一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线，具备以下有益效果：该一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线，小尺寸，结构简单，低成本，性能优良，在普通功分器的基础上创造性的引入了开路支节，良好的功率分布极大收窄了天线整个频带内低频部分的水平波宽，而对高频部分没有影响，极大提高了天线水平波宽的收敛性并改善了增益和前后比，使得基站天线的水平面3db波束宽度，在698mhz
‑‑
960mhz频带范围内，波动范围由原来的79
°‑
58
°
收敛到71
°‑
58
°
，使天线的增益最差值提高了0.3db；前后比最差值提高了3db，整个基站天线结构简单，操作方便，使用的效果相对于传统方式更好。
附图说明
17.图1为本发明一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线的整体结构示意图。
18.图2为本发明一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线中a处放大图的结构示意图。
19.图3为本发明一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线中小型化斜率功分的结构示意图。
20.图4为本发明一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线中小型化斜率功分内部端口的结构示意图。
21.图5为本发明一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线中输入端口1的仿真驻波曲线图。
22.图6为本发明一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线中输出端口2和输出端口3的幅度曲线图。
23.图中：1、基站天线阵列；2、电缆线；3、左列阵列；4、低频辐射单元阵列；5、高频辐射单元阵列；6、第二低频单元；7、小型化斜率功分；8、第一低频单元；9、右列阵列；10、一分二功分器；11、输出端口2；12、开路支节；13、输出端口3；14、输入端口1。
具体实施方式
24.下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列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，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.实施例：
28.如图1-6所示，一种小型化斜率功分及基于该斜率功分的基站天线，包括至少两列低频辐射单元阵列4、最多四列高频辐射单元阵列5、左列阵列3、右列阵列9与小型化斜率功分7，低频辐射单元阵列4与高频辐射单元阵列5均连接有进行馈电的电缆线2，低频辐射单元阵列4上电性设置有第二低频单元6与第一低频单元8，且第二低频单元6与第一低频单元
8之间连接小型化斜率功分7并通过电缆线2连接。
29.进一步的，小型化斜率功分7上包括一分二功分器10，一分二功分器10上设置有开路支节12，开路支节12上电性连接有输出端口313、输入端口114与输出端口211。
30.进一步的，小型化斜率功分7通过一分二功分器10进行功率分配，且通过开路支节12、输出端口313、输出端口211、输入端口114对功率分配呈喇叭口状斜率分布。
31.进一步的，小型化斜率功分7焊接同轴线外导体接地，且接地采用正面铜箔金属化过孔。
32.进一步的，小型化斜率功分7上的输出端口313与第一低频单元8通过同轴线焊接连接，且输出端口211与第一低频单元8通过同轴线焊接连接。
33.进一步的，小型化斜率功分7为单层双面pcb板结构，小型化斜率功分7的电介质相对介电常数为2.2，且pcb板厚度为0.93mm，小型化斜率功分7上的pcb板正面铜箔接地，且铜箔厚度0.035mm，小型化斜率功分7上的pcb板在天线背面相互镜像安装。
34.进一步的，小型化斜率功分7在698mhz
‑‑
960mhz频率范围内，且曲线随频率升高，呈喇叭口状的斜率分布，且输入端口114驻波小于1.13。
35.进一步的，基站天线阵列1上由两列低频和四列高频的直线阵列构成。
36.工作原理：本发明包括基站天线阵列1、电缆线2、左列阵列3、低频辐射单元阵列4、高频辐射单元阵列5、第二低频单元6、小型化斜率功分7、第一低频单元8、右列阵列9、一分二功分器10、输出端口211、开路支节12、输出端口313、输入端口114，随着基站天线的小型化发展，超宽带多通道基站天线，尤其对于低频部分要实现小型化，紧凑型非常困难，由于低频波长较大，使得低频辐射单元的几何尺寸也就变得偏大，根据理论要求，要实现良好的水平面辐射方向图，低频列间距要大于等于1个中心频率空气波长，这无疑使得天线的宽度非常大，不利于小型化更增加了风阻。如果一味的减小列间距，将使得天线水平波宽变得很宽，增益降低，前后比变差等等，为了实现这一目的，我们通常采用“l”型阵列，即在主阵列旁边引入一个辅助单元，通过主阵列单元2和辅助单元1在水平面合成一个窄波束，根据方向图乘积原理，最后整个阵列合成一个良好的水平面方向图，对于右列而言，本发明将输入信号分成一路较强的激励信号给低频单元2主阵元和一路较弱的激励信号给低频单元1辅助阵元并且这两路信号的强度随频率增加呈斜率分布。而且两路信号之间相位差为零。将这两路信号分别加载到主阵元和辅助阵元，从而获得了期望的辐射波束。现有技术只能收窄水平波宽，对波宽的收敛性作用有限。而小型化斜率功分7很好的解决了这一问题，在普通功分器的基础上创造性的引入了开路支节12，使得s21和s31的幅度随频率增加呈斜率分布，小尺寸，结构简单，低成本，性能优良，在普通功分器的基础上创造性的引入了开路支节，良好的功率分布极大收窄了天线整个频带内低频部分的水平波宽，而对高频部分没有影响，极大提高了天线水平波宽的收敛性并改善了增益和前后比。
37.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二(一号、二号)等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并
不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
38.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。