一种辐射臂、双极化辐射单元及基站天线的制作方法

1.本发明涉及天线技术领域，尤其是一种辐射臂、双极化辐射单元及基站天线。


背景技术：

2.698～960mhz低频辐射单元在中国广电、中国移动700mhz和中国联通900mhz的5g nr基站中广泛应用，承担着农村地区、城乡结合部广大区域5g网络低成本基础信号覆盖的关键任务。现有700mhz/900mhz振子普遍存在增益低，驻波和隔离较差，对sub-6ghz中高频段特别是1710～2690mhz散射干扰强烈的问题，严重影响包含700mhz/900mhz的基站天线的生产和5g低频组网用户体验。与此同时，低散射、高增益、高隔离、轻量化的新型辐射单元的开发也是基站天线集成化、轻量化和小型化迫切需要解决的问题，事关5g网络建设成效和天线及通信设备制造业关键技术升级。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种辐射臂、双极化辐射单元及基站天线，旨在提供一种适用于低频段的双极化辐射单元，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
4.第一方面，提供一种辐射臂，所述辐射臂包括：介质板、设置在所述介质板正面的多段间隔设置的贴片、以及设置在所述介质板背面且位于相邻贴片之间的扼流线，所述扼流线为低通高阻滤波器，相邻两个贴片通过所述扼流线的电磁耦合效应建立电流通路。
5.在一些实施例中，所述扼流线包括高阻段和位于所述高阻段两端的耦合段，所述耦合段的法线方向投影与所述贴片重合；相邻两个贴片通过所述高阻段两端的耦合段的电磁耦合效应以非接触方式建立电流通路。
6.在一些实施例中，所述高阻段为镂空结构，所述镂空结构呈工字形。
7.在一些实施例中，所述辐射臂中各个贴片的中心线按次序连接形成一段圆弧，所述圆弧的垂直等分线构成所述辐射臂的对称轴，所述贴片及所述扼流线对称排列在所述对称轴两侧。
8.第二方面，提供一种双极化辐射单元，所述双极化辐射单元包括四个如权利要求1至4任一所述的辐射臂，四个所述辐射臂围设成圆环形的辐射面，其中两个相对设置的辐射臂形成+45
°
偶极子，另外两个相对设置的辐射臂形成-45
°
偶极子。
9.在一些实施例中，所述双极化辐射单元还包括：巴伦组件和地板，所述巴伦组件的两端分别与所述辐射面和所述地板垂直连接，所述辐射面、巴伦组件以及地板均为双面覆金属的印制电路板。
10.在一些实施例中，所述辐射臂开设有第一槽口，所述第一槽口位于所述对称轴两侧的贴片区域，所述地板开设有第二槽口，所述巴伦的上下两端均具有一对凸起，且分别垂直插入所述第一槽口和所述第二槽口。
11.在一些实施例中，所述巴伦组件包括四个巴伦，所述巴伦的一面设置有第一接地
面，所述地板的下表面设置有第二接地面；四个所述巴伦的第一接地面的一端分别与四个所述辐射臂的对称轴两侧的贴片一一对应的焊接，另一端分别与所述第二接地面焊接。
12.在一些实施例中，所述巴伦的另一面设置有第一微带线，所述地板的上表面设置有两个功分器，两个所述功分器均采用微带线结构，所述第一微带线的一端与所述辐射臂耦合，另一端与所述功分器的等功率分支连接。
13.第三方面，提供一种基站天线，包括第二方面任一项所述的双极化辐射单元。
14.本发明的有益效果：本发明公开了一种辐射臂、双极化辐射单元及基站天线，圆环形高增益低散射
±
45
°
双极化辐射单元的技术方案。该方案采用低通高阻扼流线耦合分段的贴片作为辐射臂，辐射臂呈四分之一圆弧形，四个辐射臂首尾连接组成圆环形辐射面。其中两个相对设置的辐射臂形成+45
°
偶极子，另外两个相对设置的辐射臂形成-45
°
偶极子；极化方向相同的辐射臂通过巴伦及功分器连接在一起合并成一个极化方向的辐射单元，从而形成
±
45
°
双线性极化辐射单元。本发明公开的双极化辐射单元适用于低频段，具有高增益低散射的优点；为698～960mhz低频单元的性能优化和大规模生产提供了一条切实可行的技术方案，对于促进700m/900m 5g nr基站建设具有重要价值。
附图说明
15.图1是一实施例提供的辐射臂的结构示意图；
16.图2是一实施例提供的辐射臂的正面示意图；
17.图3是一实施例提供的辐射臂的背面示意图；
18.图4是一实施例提供的扼流线的结构示意图；
19.图5是一实施例提供的双极化辐射单元的整体结构示意图；
20.图6是一实施例提供的双极化辐射单元的另一整体结构示意图；
21.图7是一实施例提供的地板的正面示意图；
22.图8是一实施例提供的巴伦的一面示意图；
23.图9是一实施例提供的巴伦的另一面示意图；
24.图10是一实施例提供的基站天线的方向图。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例和附图，对本发明作进一步的描述。
26.在本发明的描述中，若干的含义是不定量，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
27.在本发明的描述中，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，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
28.参考图1至图3，如图1所示，所述辐射臂100包括：介质板110、设置在所述介质板110正面的多段间隔设置的贴片120、以及设置在所述介质板110背面且位于相邻贴片120之间的扼流线130，所述扼流线130为低通高阻滤波器，相邻两个贴片120通过所述扼流线130
的电磁耦合效应建立电流通路。
29.需要说明的是，本实施例中，相邻贴片120通过扼流线130的电磁耦合以非接触方式电路连接，所述扼流线130采用低通高阻滤波器，从而适用于低频段且具有低散射的优势。
30.参考图2，在一些实施例中，所述辐射臂100中的各个贴片120划分为两组贴片组件，所述贴片组件包括多个间隔设置的贴片120，两组所述贴片组件对称地排列在所述辐射臂100的垂直等分线两侧，且所述贴片组件中的多个贴片120由近及远地依次排列在所述垂直等分线两侧。
31.参考图2和图3，在一些实施例中，所述辐射臂100中各个贴片120的中心线按次序连接形成一段圆弧，所述圆弧的垂直等分线构成所述辐射臂100的对称轴，所述贴片120及所述扼流线130对称排列在所述对称轴两侧。
32.参考图3和图4，在一些实施例中，所述扼流线130包括高阻段131和位于所述高阻段131两端的耦合段132，所述耦合段132的法线方向投影与所述贴片120重合；相邻两个贴片120通过所述高阻段131两端的耦合段132的电磁耦合效应以非接触方式建立电流通路。
33.需要说明的是，本实施例中，扼流线130设置在印制电路板的另外一面且位于相邻的两段贴片120之间，利用电磁场耦合将相邻的两段贴片120以非接触方式连接在一起。
34.在一些实施例中，所述高阻段131为镂空结构，所述镂空结构呈工字形。
35.需要说明的是，在一些实施例中，所述高阻段131为镂空结构，所述镂空结构呈工字形。高阻段131由左右两条向外开口的细线组成，将两端的耦合段132连接在一起。本实施例中，通过采用镂空结构，使所述高阻段131的线宽明显小于所述耦合段132的线宽。从而通过耦合段132与高阻段131共同构成低通高阻滤波器，能够对中高频杂波散射(1710～2690mhz)散射杂波进行抑制，从而减少本实施例中低频的双极化辐射单元对中高频天线的影响。
36.如图5所示，本发明实施例提供的一种双极化辐射单元，所述双极化辐射单元包括四个如上述任一实施例所述的辐射臂100，四个所述辐射臂100围设成圆环形的辐射面10，其中两个相对设置的辐射臂100形成+45
°
偶极子，另外两个相对设置的辐射臂100形成-45
°
偶极子。
37.在一些实施例中，所述辐射面10由4个相同的辐射臂100组成，其中每一个辐射臂100大体呈1/4圆弧形，四个所述辐射臂100依次首位连接组成圆环形的辐射面10，则同一辐射臂100所属的贴片120中心线按次序连接在一起大体上形成一段1/4圆弧，所述1/4圆弧的垂直等分线构成辐射臂100的对称轴(图中虚线所示)，贴片120及扼流线130对称排列在上述对称轴两侧。在一些实施例中，四个所述辐射臂100的介质板110一体成型。所述+45
°
偶极子和所述-45
°
偶极子正交设置，均包含两个四分之一圆弧形辐射臂100，极化方向相同的辐射臂100通过功分器进行矢量合并成为双极化辐射单元的一个极化方向，最终得到698～960mhz的
±
45
°
双线性极化辐射单元。
38.如图6所示，在一些实施例中，所述双极化辐射单元还包括：巴伦组件20和地板30，所述巴伦组件20的两端分别与所述辐射面10和所述地板30垂直连接，所述辐射面10、巴伦组件20以及地板30均为双面覆金属的印制电路板。
39.结合图7，在一些实施例中，所述辐射臂100开设有第一槽口140，所述第一槽口140
位于所述对称轴两侧的贴片120区域，所述地板30开设有第二槽口310，所述巴伦组件20包括四个巴伦，所述巴伦的上下两端均具有一对凸起210，且分别垂直插入所述第一槽口140和所述第二槽口310。
40.需要说明的是，本实施例中，所述辐射臂100的对称轴两侧存在两个贴片120，所述巴伦的上下两端均具有一对凸起210，一个凸起210对应一个贴片120，所述巴伦上端的一对凸起210垂直插入所述辐射臂100上两个贴片120的第一槽口140，所述巴伦下端的凸起210垂直插入所述第二槽口310。四个所述巴伦上端的一对凸起210分别垂直插入四个所述辐射臂100的第一槽口140，四个所述巴伦上端的一对凸起210分别垂直插入所述地板30的第二槽口310。
41.结合图8，在一些实施例中，所述巴伦的一面设置有第一接地面220，所述地板30的下表面设置有第二接地面；四个所述巴伦的第一接地面220的一端分别与四个所述辐射臂100的对称轴两侧的贴片120一一对应的焊接，另一端分别与所述第二接地面焊接。
42.需要说明的是，本实施例中，一共包含四个与所述辐射面10垂直的巴伦，一个巴伦连接一个辐射臂100，所述辐射臂100的对称轴两侧存在两个贴片120，每个辐射臂100上的两个贴片120各自焊接对应的巴伦上的第一接地面220。
43.结合图9，在一些实施例中，所述巴伦的另一面设置有第一微带线230，所述地板30的上表面设置有两个功分器，两个所述功分器均采用微带线结构，所述第一微带线230的一端与所述辐射臂100耦合，另一端与所述功分器的等功率分支连接。
44.需要说明的是，本实施例中，所述第一微带线230通过耦合方式向辐射臂100加载射频信号。所述地板30的上表面加工有第二微带线，所述第二微带线包括两个功分器，相应的，还设置有分别与两个功分器对应的匹配电路，所述功分器通过采用微带线结构，将地板30的上表面加工的第二微带线与巴伦上的第一微带线230焊接在一起，使所述功分器和匹配电路与所述巴伦上的第一微带线230进行连接。其中，所述+45
°
偶极子中的两个辐射臂100分别通过各自对应的巴伦上的和第一微带线230一个功分器的两个等功率分支连接在一起，共同构成所述双极化辐射单元的+45
°
线性极化辐射单元，对应的功分器总口作为所述双极化辐射单元中的+45
°
端口。所述45
°
偶极子中的两个辐射臂100分别通过各自对应的巴伦上的第一微带线230和另外一个功分器的两个等功率分支连接在一起共同构成所述双极化辐射单元的-45
°
线性极化辐射单元，对应的功分器总口作为所述双极化辐射单元中的-45
°
端口。
45.下面以具体实施例对本发明的技术方案进行说明：
46.图5是本发明所公开之双极化辐射单元的三维视图。该辐射单元工作在698～960mhz频段，具有
±
45
°
双线性极化方向。如图5所示，本实施例中的双极化辐射单元包括位于顶部的圆环形辐射面10，位于底部的地板30，以及位于中间的巴伦，所述巴伦通过两端的凸起210分别与辐射面10上的槽口、地板30上的槽口垂直插接。位于顶部的圆环形辐射面10由四个1/4圆弧形辐射臂100依次首尾连接组成。辐射臂100由双面覆金属的印制电路板制成，其一面加工有相互隔开的多段贴片120，另外一面加工有扼流线130，所述贴片120和扼流线130均为金属图案。
47.图5中的双极化辐射单元包含第一辐射臂101、第二辐射臂102、第三辐射臂103和第四辐射臂104，以及第一巴伦201、第二巴伦202、第三巴伦203和第四巴伦204；按照极化方
向分为+45
°
偶极子和-45
°
偶极子两组，其中+45
°
偶极子包含第一辐射臂101和第三辐射臂103，-45
°
极化包含第二辐射臂102和第四辐射臂104。第一辐射臂101～第四辐射臂104分别通过各自的1/4圆弧的垂直等分线两侧的槽口与第一巴伦201～第四巴伦204顶部的凸起210垂直插接并与设置在巴伦上的接地面焊接在一起。第一巴伦201～第四巴伦204同样由双面覆金属的印制电路板制成，该印制电路板的一面加工有微带线对第一辐射臂101～第四辐射臂104加载激励信号，印制电路板的另外一面加工有接地面。
48.第一巴伦201～第四巴伦204分别通过底部凸起210与开设在地板30上的槽口垂直插接，第一巴伦201～第四巴伦204的微带线与地板30上的微带线焊接在一起，第一巴伦201～第四巴伦204的接地面与地板30上的接地面焊接在一起。
49.需要说明的是，第一辐射臂101跟第二辐射臂102完全相同，第一辐射臂101跟第三辐射臂103镜像对称，第二辐射臂102跟第四辐射臂104镜像对称。第一巴伦201跟第二巴伦202完全相同，第一巴伦201跟第三巴伦203镜像对称，第一巴伦201跟第四巴伦204镜像对称。
50.如图2所示，图2给出了贴片组件的金属图案，所述贴片组件由多段相互隔离的分段贴片120组成，所述贴片120采用金属图案，且各个贴片120的中心线顺次连接后大致呈1/4圆弧形。所述1/4圆弧的垂直等分线构成辐射臂100的对称轴(图2中虚线所示)，所述辐射臂100包含两组贴片组件，所述贴片组件包括第一贴片121、第二贴片122、第三贴片123和第四贴片124，两组所述贴片组件对称地排列在所述辐射臂100的垂直等分线两侧，且所述贴片组件中的第一贴片121、第二贴片122、第三贴片123和第四贴片124由近及远地依次排列在所述垂直等分线两侧。
51.在一实施例中，所述贴片组件和所述巴伦组件20一一对应的连接，示例性的，所述第一贴片121开有矩形槽供第一巴伦201顶部的凸起210插入和焊接。
52.图4给出第一辐射臂101所包含的扼流线130金属图案。扼流线130在印制电路板的另外一面且位于相邻的两段贴片120之间，利用电磁场耦合将相邻的两段贴片120以非接触方式连接在一起。
53.示例性地，每组贴片组件中的四个贴片120对应三条扼流线130，三条扼流线130由近及远地依次排列在1/4圆弧的垂直等分线两侧。
54.图8和图9分别给出第一巴伦201的第一微带线230和第一接地面220的金属图案。第一微带线230呈“γ”形，通过耦合方式向第一辐射臂101加载射频信号。第一巴伦201的顶部有两个矩形凸起210，通过所述矩形凸起210插入第一辐射臂101上的槽口并将第一巴伦201上的接地面与第一辐射臂101焊接在一起。类似地，第一巴伦201底部有两个矩形凸起210，通过所述矩形凸起210插入地板30上的槽口并将第一巴伦201与地板30焊接在一起。
55.图7给出了地板30的第二微带线的金属图案。第二微带线包含第一功分器321和第二功分器322，第一功分器321和第二功分器322均为等功率分配一进二出微带线功分器，第二微带线还包含相应的阻抗匹配电路。更具体地，所述第一功分器321的两个等功率分支分别与第一巴伦201的第一微带线230和第三巴伦203的第一微带线230连接，从而将+45
°
偶极子中的第一辐射臂101和第二辐射臂102合并在一起，相应地，第一功分器321的总口成为本发明的+45
°
极化端口。所述第二功分器322的两个等功率分支分别与第二巴伦202的第一微带线230和第四巴伦204的第一微带线230连接，从而将-45
°
偶极子中的第二辐射臂102和第
四辐射臂104合并在一起，相应地，第二功分器322的总口成为本发明的-45
°
极化端口。
56.根据本发明的第三方面，提出一种基站天线，该基站天线包括上述任一实施例中的双极化辐射单元。
57.需要说明的是，本发明提供的实施例中，该双极化辐射单元的具体结构参照上述实施例，由于本发明的基站天线采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
58.参考图10，图10是本发明双极化辐射单元的辐射方向图。图中给出了698mhz、825mhz和960mhz三个频率的归一化辐射方向图，三个频率半功率角分别是53
°
，51
°
和43
°
。本发明在698～960mhz增益为9.5～11dbi。
59.本发明实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
60.本领域技术人员可以理解的是，图中示出的技术方案并不构成对本发明实施例的限定，本发明的说明书及上述附图中的术语第一、第二、第三、第四等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语包括和具有以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
61.应当理解，在本发明中，至少一个(项)是指一个或者多个，多个是指两个或两个以上。和/或，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符/一般表示前后关联对象是一种或的关系。以下至少一项(个)或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c，或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
62.以上参照附图说明了本发明实施例的优选实施例，并非因此局限本发明实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明实施例的权利范围之内。