CN108879115A - 集成滤波器的基站辐射单元及天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成滤波器的基站辐射单元及天线，包括支撑件和馈电结构，围绕支撑件设置有多个辐射件，位于相邻两辐射件之间的支撑件上设有隔槽，多个隔槽组合形成容纳凹槽，馈电结构上设置有滤波组件，馈电结构和滤波组件设置在容纳凹槽内；天线包含有该辐射单元。本发明的集成滤波器的基站辐射单元及天线具有良好的带外抑制能力，减少了低频辐射阵列与高频辐射阵列之间的相互影响；通过将滤波组件与馈电片一体化集成设置，在不影响辐射单元辐射特性的基础上，大大简化了辐射单元的整体结构及加工工艺。

Description

集成滤波器的基站辐射单元及天线

技术领域

本发明涉及一种辐射单元，尤其涉及一种集成滤波器的基站辐射单元及包含该辐射单元的天线。

背景技术

如今，第四代移动通信系统已大规模商用，电信800MHz LTE组网，移动2.6GHzTDD4G网络不断扩容，原有的900MHz和1800MHz 2G、3G网络也在同时运营。在这种情况下，可供基站选址的地面资源日益紧张，网络之间的窜扰问题也越发严重，手机等电子设备在多种网络之间来回切换，导致数据传输不稳定、网络卡顿，甚至发生断网现象。因此，提供通信服务的主体面临越来越大的压力，对无线网络进行优化已成为当务之急。

采用小口径多频超宽带天线可以降低基站建站成本，提高天线辐射口面利用效率，但这种天线的高、低频之间易发生相互干扰，影响系统的底部噪声水平，严重降低了整个网络运行的稳定性。因此，如何降低多频天线高低频之间的相互干扰，已成为天线设计领域的重要研究方向。

目前，为了抑制多频天线高低频之间的干扰问题，通常采用的方法为，在高低频天线阵列的主馈线端配备滤波器，滤波器多为PCB滤波器或腔体滤波器。腔体滤波器的体积和重量过大，调试困难；PCB滤波器虽然体积小，但损耗较大，批量一致性差。

申请号为201410216961.6、申请日为2014年5月20日的中国专利“具有抗干扰特性的双频滤波器天线”，采用了辐射单元配置滤波器的技术方案，辐射单元与滤波器单独设计，印制在同一块介质基板上。通过这种方式制造的天线结构复杂，整个加工过程极大的增加了焊点的数量，存在三阶互调的隐患。

公开号为DE102015007503A1、公开日为2016年12月15日的德国专利文件中，提出了将滤波器与辐射单元集成的设计思路，通过将滤波器集成在馈电片上，并与支撑件固定连接，以实现信号的传输。由于此类结构的电磁波传输主模为准TEM模，滤波器会激发高次模，影响低频辐射单元的辐射特性，因此，通过在集成后的滤波器与馈电片结构外侧设置半环形的包裹壁(如图8所示)，以将集成结构包裹在内，屏蔽高次模的干扰。

但是，以上方案虽然能够达到较好的高次模屏蔽效果，降低高次模对低频辐射单元的干扰，但由于集成后的辐射单元整体结构复杂，导致加工工艺复杂，且加工难度大，成品的次品率较高，加工成本大大增加。

发明内容

本发明提供了一种集成滤波器的基站辐射单元及天线，不仅具有优异的信号传输效果和滤波效果，且集成度高、结构简单、尺寸紧凑、易于加工，具体技术方案如下：

一种集成滤波器的基站辐射单元，包括支撑件和馈电结构，围绕支撑件设置有多个辐射件，位于相邻两辐射件之间的支撑件上设有隔槽，多个隔槽组合形成容纳凹槽，馈电结构上设置有滤波组件，馈电结构和滤波组件设置在容纳凹槽内。

进一步，支撑件包括多个支撑部，多个支撑部成旋转对称设置。

进一步，支撑部包括竖直设置的两个侧板，相邻两支撑部相对的两个侧板相互平行，平行的两个侧板之间形成有隔槽。

进一步，支撑部的数量与辐射件的数量相同，每个支撑部上对应设置有一个辐射件，多个辐射件位于同一平面内，多个辐射件围绕支撑件的中轴线呈旋转对称。

进一步，同一支撑部上的两个侧板相互垂直设置。

进一步，位置相邻的两个隔槽相互垂直，位置相对的两个隔槽位于同一直线上，四个支撑部所形成四个隔槽共同组成十字形的容纳凹槽。

进一步，支撑部两个侧板的上端开口处设置有顶板，顶板上设置有连接部，辐射件与连接部相连接，以固定在支撑部上。

进一步，包括底板，多个支撑部的底端固定设置在底板上，使多个支撑部连接为一个整体。

进一步，馈电结构包括至少一个馈电片，滤波组件包括至少一个开路枝节，开路枝节位于容纳凹槽内，固定连接在馈电片上。

进一步，开路枝节的数量为三个，其中两个开路枝节设置在馈电片固定端的外侧，两个开路枝节的弯折部相对弯折，第三个开路枝节设置在馈电片固定端的内侧，位于外侧两开路枝节之间。

进一步，开路枝节的长度为抑制高频的四分之一波长。

进一步，馈电结构包括两个馈电片，两个馈电片垂直交叉叠放，形成十字形结构，十字形馈电片设置在容纳凹槽内。

进一步，滤波组件为阶跃阻抗低通滤波器。

进一步，辐射件为圆柱形的空心筒体结构。

一种天线，包括上述集成滤波器的基站辐射单元。

进一步，包括辐射子阵和反射板，辐射子阵设置在反射板上，辐射子阵包括低频辐射单元和高频辐射单元，低频辐射单元包括四个辐射件，相邻两个辐射件相互垂直，相对的两个辐射件所在的直线或平行于反射板的侧边，或垂直于反射板的侧边，相邻两辐射件之间设置高频辐射单元。

进一步，包括多个辐射子阵，多个辐射子阵顺次排列在反射板上，相邻两个辐射子阵的中间位置设置有两个高频辐射单元，两个高频辐射单元分别设置在反射板的两侧，与辐射子阵中的高频辐射单元对齐设置。

进一步，相邻两个高频辐射单元之间的纵向间距为100mm-120mm，相邻的两个低频辐射单元之间的间距为320mm-340mm。

本发明的集成滤波器的基站辐射单元，具有良好的带外抑制能力，减少了低频辐射阵列与高频辐射阵列之间的相互影响。通过将滤波组件与馈电片一体化集成设置，在不影响辐射单元辐射特性的基础上，大大简化了辐射单元的整体结构及加工工艺。集成滤波组件的馈电片大量减少了焊接的连接方式，有利于生产的一致性及三阶互调的稳定性。

本发明的天线可不限于一个低频辐射单元和两个高频辐射单元阵列的设置形式，能够扩展为多个低频辐射单元和多个高频辐射单元的组阵形式，以实现更多频段的通信，且该天线的电气指标好，安装非常方便，加工、安装成本低。

附图说明

图1为本发明的集成滤波器的基站辐射单元的立体图。

图2为本发明的集成滤波器的基站辐射单元的剖视图。

图3为将集成滤波器的基站辐射单元应用在天线上的结构示意图。

图4为将集成滤波器的基站辐射单元应用在天线上的结构示意图。

图5为本发明的天线的俯视图。

图6为本发明的天线的立体图。

图7为本发明的天线在HFSS仿真中的方向图。

图8为现有技术中的一种辐射单元的结构示意图。

图9为本发明的集成滤波器的基站辐射单元的实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、功能以及具体设计方案，下面结合附图对本发明的集成滤波器的基站辐射单元及天线作进一步详细的描述。

本发明的集成滤波器的基站辐射单元包括支撑件、集成组件和辐射组件，辐射组件与集成组件均设置在支撑件上，支撑件用于支撑并固定辐射组件和集成组件。

集成组件包括馈电片和滤波组件，滤波组件集成在馈电片上，以降低高低频之间的相互干扰。集成组件固定设置在支撑件上。

辐射组件包括多个大小形状相同的辐射件，多个辐射件围绕支撑件固定设置，绕支撑件的中心点呈旋转对称，且位于相邻位置的两个辐射件之间的距离均相等。

位于相邻位置的两个辐射件之间设置有辐射件隔槽，辐射件隔槽可将位于相邻位置的两辐射件间隔开来，以保证辐射单元正常传输信号。集成组件设置在辐射件隔槽内。

实施例一

下面以包含有四个辐射件的辐射单元为例，结合附图，对本发明的集成滤波器的基站辐射单元及天线进行详细的描述。

如图1和图2所示，本发明的集成滤波器的基站辐射单元包括支撑件1，支撑件1包括四个大小形状相同的支撑部11。支撑部11包括竖直设置的两个大小、形状相同的矩形侧板12，两个侧板12的一条长边固定连接，使两侧板12相互垂直设置，形成直角边。

在两侧板12上端形成的开口处水平设置有顶板13，顶板13为等腰直角三角形，腰长与侧板12的短边长度相等。顶板13的两腰与两侧板12的上边缘固定连接，使两侧板12的上部开口闭合。

如图1和图2所示，四个支撑部11呈旋转对称设置，各支撑部11的直角边两两相对。处于相邻位置的两个支撑部11，相靠近的两个侧板12相互平行，使两侧板12之间形成隔槽14；相远离的两个侧板12位于同一水平面上。

四个支撑部11的底端还设有底板15，底板15与各支撑部11的底部边缘固定连接，使四个支撑部11固定连接为一个整体，以形成支撑件1。由于相邻两个支撑部11之间形成有隔槽14，且所形成的四个隔槽14大小形状均相等，因此，四个支撑部11组合在一起，可使支撑件1的中间部位形成十字形的容纳凹槽2。

需说明的是，上述支撑件1可采用模具一体成型的工艺加工制造，也可采用多板件焊接的工艺组装加工成型，本申请中对此不做限定。

如图2所示，容纳凹槽2内固定设置有馈电片3，馈电片3为弯折的细长片状结构，包括固定端31和开放端32，固定端31与开放端32均垂直于底板15。其中，固定端31通过固定座33与底板15固定连接；开放端32成开路状态，不与支撑件1相接触；固定端31与开放端32上端的连接部35呈水平设置。

连接部35的中间开设有卡槽，两个馈电片3的连接部35垂直交叉叠放，通过卡槽相互卡合，形成十字形结构，与十字形的容纳凹槽2形状相匹配。交叉叠放的两个馈电片3嵌设在容纳凹槽2的中心处，各馈电片3与其相邻的侧板12相互平行，且不超出侧板12所覆盖的范围。

固定端31处设有开路枝节34，开路枝节34为细长的条状结构，一端与馈电片3的本体固定连接，另一端向远离馈电片3本体的外部延伸。如图2所示，为了使开路枝节34完全位于隔槽14的内部，不会延伸至相邻两侧板12的外部，可将开路枝节34的末端沿竖直方向弯折设置，使弯折部与固定端31相平行。

开路枝节34可设置成一个或多个，一个或多个开路枝节34与馈电片3一体成型，且与馈电片3位于同一平面上。开路枝节34可设置在固定端31的内侧、外侧或内外两侧，开路枝节34的末端可沿垂直方向向上弯折或向下弯折，本申请中对此不做限定。每个开路枝节34的长度约为抑制高频的四分之一波长。

优选地，如图2所示，开路枝节34设置有三个，其中两个开路枝节34设置在固定端31的外侧，两个开路枝节34的弯折部相对弯折；另一开路枝节34设置在固定端31的内侧，位于外侧两开路枝节34之间。三个开路枝节34均位于相邻两侧板12形成的隔槽14中，没有延伸出相邻两侧板12的外部。

上述的集成设置有开路枝节34的馈电片3设置在容纳凹槽2内，馈电片3与其相邻的四个支撑部侧板12共同形成准带状线结构。准带状线结构可对激发的高次模产生屏蔽效果。

开路枝节34可起到滤波器的作用，通过将开路枝节34集成到馈电片上，既可以简化辐射单元的结构和加工工艺，又能够减小低频辐射阵列与高频辐射阵列之间的相互影响，抑制多频天线高低频之间的干扰。通过将开路枝节34弯折设置，可使馈电片3与开路枝节34均位于隔槽14内，即相邻两侧板12之间，以使馈电片3与开路枝节34得到良好的屏蔽，防止在电磁波传输过程中，开路枝节34激发的高次模影响低频辐射单元的辐射特性。

此外，上述的开路枝节34还可以替换为阶跃阻抗低通滤波器。将高、低特性阻抗线段交替排列，并集成在馈电片的内外两侧，使高、低特性阻抗线段与馈电片成中心对称设置，以减小低频辐射阵列与高频辐射阵列之间的相互影响。由于阶跃阻抗低通滤波器同样设置在支撑件1的隔槽14内，在侧板12的屏蔽作用下，也能够降低滤波器产生的高次模对低频辐射单元辐射特性的影响。

如图2所示，支撑部11的顶板13上设置有突出部16，突出部16位于三角形顶板13的底边中间位置。突出部16上连接有辐射臂4，辐射臂4为圆柱形的空心筒体，水平设置，且与顶板13的底边相垂直。突出部16上固定套设有绝缘材料制成的圆塞，圆塞的外径尺寸与辐射臂4的内径尺寸相配合，辐射臂4套设在圆塞上，以与突出部16固定连接。

四个支撑部11上分别连接有四个辐射臂4，四个辐射臂4位于同一平面，相邻位置的两个辐射臂4相互垂直，相对位置的两个辐射臂4在同一直线上。

位于相对位置的两个辐射臂4为一组，两组辐射臂4形成两对极化正交的偶极子，设置在容纳凹槽2中的两个馈电片3分别与两对偶极子一一对应，馈电片3能够给相对应的一对偶极子馈电。

当馈电片3受到激励后，射频电流经过开路枝节34，开路枝节34可有效抑制带外信号，且不影响低频辐射单元的辐射特性。射频能量由馈电片3处耦合至支撑件1处，再经支撑件1耦合至辐射臂4上，以形成电磁波辐射。

当然，上述辐射臂4还可为其他形状，例如：实心圆柱体结构、空心的矩形筒体结构、镂空的板件结构等，本申请中对此不做限定。

此外，辐射臂4与支撑件1之间，除采用耦合方式连接外，还可以采用直接连接的方式，例如，将支撑件1与辐射臂4一体化成型，或在辐射臂4上加工出固定安装孔，直接安装在辐射臂4上。

图8为现有技术中常见的一种集成有滤波器的辐射单元(即背景技术中所述的公开号为DE102015007503A1的德国专利的实施例之一)，该辐射单元包括四个镂空的矩形辐射臂4a，其功能为将馈电片处的能量以电磁波的形式向外辐射出去，相当于本发明中的辐射臂4。支撑件1a上竖直设置有四个半圆筒形的屏蔽槽14b，四个屏蔽槽14b共同组成了十字形的屏蔽组件，用于屏蔽安装在其内部的馈电片和滤波器，该结构的功能相当于本发明中容纳凹槽2的功能。

图8中，相邻两个辐射臂4a之间形成有隔槽14a，该结构的功能相当于本发明中隔槽14的功能。需要特别说明的是，在天线的设计过程中，相邻两辐射臂之间设置的隔槽结构为常规的必要设计结构，隔槽结构的长度、宽度等尺寸均有相应的计算方法。也就是说，相邻两个辐射臂4(或4a)之间必须设置隔槽14(或14a)，才能够保证辐射单元正常完成电磁波辐射。

结合以上所述的现有设计的辐射单元结构与本发明的辐射单元结构，本发明的集成滤波器的基站辐射单元具有以下优点：

1、辐射单元的结构得到简化。

本发明中的隔槽14(以及由四个隔槽14组成的容纳凹槽2)，将现有技术中的屏蔽槽14b与隔槽14a的功能合二为一，既满足了天线设计中必须包含的隔槽结构的设计要点，同时利用隔槽结构本身，形成能够屏蔽馈电片和滤波组件的屏蔽空间(即容纳凹槽2)，以屏蔽滤波组件激发的高次模。

本发明的辐射单元的设计方式，在不影响辐射单元良好的辐射特性的基础上，对结构进行了简化和优化，使辐射单元的整体结构更加紧凑、轻便，进而使天线的整体结构得到优化。

2、辐射单元的加工工艺得到简化。

如图8所示的现有设计的辐射单元，屏蔽槽14b的侧壁为圆弧形的板件结构，这种圆弧形结构在进行电镀工艺的过程中极易发生电镀不均、镀层厚度不一致的问题，不仅影响零件的整体电镀效果，也增加了加工工艺的难度。

如图1所示的本发明的辐射单元，其支撑件1中不含有曲面结构，用于组成容纳凹槽2的各个表面均为平面。因此，支撑件1在电镀过程中镀层表面均匀、镀层厚度一致，不仅提高了电镀效果，同时简化了辐射单元的加工工艺。

如图5和图6所示的本发明的天线，包括低频辐射单元5、高频辐射单元6和反射板7，低频辐射单元5和高频辐射单元6固定设置在反射板7上。

反射板7为细长的带状结构，多个高频辐射单元6顺次排列在反射板7两侧的侧边位置上。位于同侧的多个高频辐射单元6位于同一直线上，该直线平行于反射板7的侧边，且多个高频辐射单元6之间的间距相等；位于对侧的两个高频辐射单元6位于同一直线上，该直线垂直于反射板7的侧边。

多个低频辐射单元5沿反射板7的中心线顺次排列设置。如图3和图4所示，低频辐射单元5的支撑件1固定设置在四个高频辐射单元6组成的方形阵列中心，低频辐射单元5的四个辐射臂4或平行于反射板7的侧边，或垂直于反射板7的侧边。每个辐射臂4均位于两个高频辐射单元6的中间。其中，垂直于反射板7的侧边的两个辐射臂4，其指向外侧的两端之间的距离与反射板7的宽度相等。

如图5和图6所示，一个低频辐射单元5和四个高频辐射单元6共同组成一个辐射子阵，特别的是，在相邻两个辐射子阵之间，间隔有两个高频辐射单元61，两个高频辐射单元61分别设置在反射板7的两侧，与辐射子阵中的高频辐射单元6位于同一直线上。

以上所述的天线的设置方式，能够最大程度的减少低频辐射单元与高频辐射单元之间的辐射影响，同时有利于减小整个天线的尺寸，使天线的结构更加紧凑。

位于同侧的两个高频辐射单元6之间间距为100mm-120mm，相邻位置的两个低频辐射单元5之间间距为320mm-340mm。优选地，位于同侧的两个高频辐射单元6之间间距为110mm，相邻位置的两个低频辐射单元5之间间距为330mm。

如图7所示，将本发明的天线在HFSS中进行仿真测试，得到图示的低频辐射阵列水平面方向图，可见主极化方向图收敛对称，未见畸变，轴向交叉极化电平值达到-25db以上，±60°极化鉴别率大于7dB，说明本发明的辐射单元未对本发明的天线的方向图产生影响。

实施例二

如图9所示的本发明的集成滤波器的基站辐射单元，其支撑件包括的支撑部呈梯形的柱状结构，梯形柱状结构包括两个竖直设置的侧壁，相邻的两个梯形柱状结构相对的两个侧壁相互平行，两侧壁之间形成有隔槽，集成组件设置在隔槽内。

实施例三

本发明的集成滤波器的基站辐射单元，其支撑件包括六个支撑部，六个支撑部大小形状相同，围绕支撑件的中心线旋转对称，相邻两支撑部之间的距离相等。

相邻两支撑部相对的两个侧板之间形成有隔槽，六个支撑部形成的六个隔槽共同组成星形的容纳凹槽，集成组件设置在容纳凹槽内。

本发明的集成滤波器的基站辐射单元，具有良好的带外抑制能力，减少了低频辐射阵列与高频辐射阵列之间的相互影响。通过将滤波组件与馈电片一体化集成设置，在不影响辐射单元辐射特性的基础上，大大简化了辐射单元的整体结构及加工工艺。集成滤波组件的馈电片大量减少了焊接的连接方式，有利于生产的一致性及三阶互调的稳定性。

本发明的天线可不限于一个低频辐射单元和两个高频辐射单元阵列的设置形式，能够扩展为多个低频辐射单元和多个高频辐射单元的组阵形式，以实现更多频段的通信，且该天线的电气指标好，安装非常方便，加工、安装成本低。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (18)

1.一种集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，包括支撑件和馈电结构，围绕支撑件设置有多个辐射件，位于相邻两辐射件之间的支撑件上设有隔槽，多个隔槽组合形成容纳凹槽，馈电结构上设置有滤波组件，馈电结构和滤波组件设置在容纳凹槽内。

2.如权利要求1所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，支撑件包括多个支撑部，多个支撑部成旋转对称设置。

3.如权利要求2所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，支撑部包括竖直设置的两个侧板，相邻两支撑部相对的两个侧板相互平行，平行的两个侧板之间形成有隔槽。

4.如权利要求2所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，支撑部的数量与辐射件的数量相同，每个支撑部上对应设置有一个辐射件，多个辐射件位于同一平面内，多个辐射件围绕支撑件的中轴线呈旋转对称。

5.如权利要求3所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，同一支撑部上的两个侧板相互垂直设置。

6.如权利要求5所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，位置相邻的两个隔槽相互垂直，位置相对的两个隔槽位于同一直线上，四个支撑部所形成四个隔槽共同组成十字形的容纳凹槽。

7.如权利要求4所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，支撑部两个侧板的上端开口处设置有顶板，顶板上设置有连接部，辐射件与连接部相连接，以固定在支撑部上。

8.如权利要求2-7中任意一项所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，包括底板，多个支撑部的底端固定设置在底板上，使多个支撑部连接为一个整体。

9.如权利要求1所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，馈电结构包括至少一个馈电片，滤波组件包括至少一个开路枝节，开路枝节位于容纳凹槽内，固定连接在馈电片上。

10.如权利要求9所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，开路枝节的数量为三个，其中两个开路枝节设置在馈电片固定端的外侧，两个开路枝节的弯折部相对弯折，第三个开路枝节设置在馈电片固定端的内侧，位于外侧两开路枝节之间。

11.如权利要求9或10所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，开路枝节的长度为抑制高频的四分之一波长。

12.如权利要求9或10所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，馈电结构包括两个馈电片，两个馈电片垂直交叉叠放，形成十字形结构，十字形馈电片设置在容纳凹槽内。

13.如权利要求1所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，滤波组件为阶跃阻抗低通滤波器。

14.如权利要求1所述的集成滤波器的基站辐射单元，其特征在于，辐射件为圆柱形的空心筒体结构。

15.一种天线，其特征在于，包括上述权利要求1-14中任意一项所述的集成滤波器的基站辐射单元。

16.如权利要求15所述的天线，其特征在于，包括辐射子阵和反射板，辐射子阵设置在反射板上，辐射子阵包括低频辐射单元和高频辐射单元，低频辐射单元包括四个辐射件，相邻两个辐射件相互垂直，相对的两个辐射件所在的直线或平行于反射板的侧边，或垂直于反射板的侧边，相邻两辐射件之间设置高频辐射单元。

17.如权利要求16所述的天线，其特征在于，包括多个辐射子阵，多个辐射子阵顺次排列在反射板上，相邻两个辐射子阵的中间位置设置有两个高频辐射单元，两个高频辐射单元分别设置在反射板的两侧，与辐射子阵中的高频辐射单元对齐设置。

18.如权利要求17所述的天线，其特征在于，相邻两个高频辐射单元之间的纵向间距为100mm-120mm，相邻的两个低频辐射单元之间的间距为320mm-340mm。