CN109861009B - 基站天线及通信基站系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基站天线，与多个直列辐射单元错开的错位辐射单元可起到收窄波束宽度的作用，从而使得波宽变窄。因此，在相同波宽要求下，相邻天线阵列之间的间距可缩小。但是，错位辐射单元也会导致边界不对称，从而使得波束发散。电信号通过频率衰减器时，频率越高损耗越大。因此，通过在错位辐射单元所在的天线通道引入频率衰减器，可使移相器提供给错位辐射单元的低频点功率基本保持不变，而高频点功率显著变小，从而解决错位辐射单元带来的高频点波宽窄、而低频点波宽宽的问题，提升了波束的收敛性。因此，上述基站天线在实现小型化的同时还可保证辐射指标。此外，本发明还提供一种通信基站系统。

Description

基站天线及通信基站系统

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，特别涉及一种基站天线及通信基站系统。

背景技术

在当前2G、3G和4G多种网络共存的通信大环境下，800MHz和900MHz双低频基站天线成为电信和联通的主流型号。而随着建站空间愈发紧张，对基站天线小型化的要求也越来越高。为了实现基站天线小型化，天线底板宽度越来越窄。在有限底板宽度内并排排布两列低频辐射单元，则会导致两列辐射单元之间的耦合度较强、相互影响较大，进而导致波束宽度变宽。

目前，一般通过优化反射板形状、改变辐射单元的排列方式来实现减小小型化双低频基站天线的波束宽度的目的。但是，现有的方式又会导致天线边界不对称性，进而会带来频段内波宽发散、高频点的波宽比低频点波宽明显较窄等问题。因此，现有的小型化基站天线的辐射指标较差。

发明内容

基于此，有必要针对现有小型化基站天线辐射指标较差的问题，提供一种能兼顾小型化及辐射指标的基站天线及通信基站系统。

一种基站天线，包括：

至少两个并列设置的天线阵列，每个所述天线阵列包括多个直列辐射单元及错位辐射单元，所述多个直列辐射单元形成直线队列，所述错位辐射单元相对于所述直线队列错开；

与所述天线阵列一一对应的移相器，每个所述移相器包括多个输出端口，且所述多个输出端口分别与对应的所述天线阵列中的所述多个直列辐射单元及所述错位辐射单元一一对应地电连接，以形成多个天线通道；及

频率衰减器，设置于所述错位辐射单元所在的所述天线通道上。

在其中一个实施例中，任一所述天线阵列的所述错位辐射单元，与相邻所述天线阵列的所述直线队列位于同一直线上。

在其中一个实施例中，每个所述天线阵列中的所述错位辐射单元位于所述直线队列的一端。

在其中一个实施例中，任一个所述天线阵列中的所述错位辐射单元及另一个所述天线阵列中的所述多个直列辐射单元等间隔设置。

在其中一个实施例中，还包括反射板，至少两个所述天线阵列均安装于所述反射板的表面，且，至少两个所述天线阵列以所述反射板的中轴线为对称轴呈轴对称分布。

在其中一个实施例中，所述移相器包括PCB板及形成于所述PCB板上的印制线路，所述多个输出端口与所述印制线路电连接。

在其中一个实施例中，所述频率衰减器为覆设于所述印制线路上的介质材料。

在其中一个实施例中，所述介质材料的介电常数大于3。

在其中一个实施例中，还包括直线天线阵列，所述直线天线阵列由多个辐射单元沿直线排列形成，所述直线天线阵列与所述天线阵列并列设置。

一种通信基站系统，包括如上述优选实施例中任一项所述的基站天线。

上述基站天线，与多个直列辐射单元错开的错位辐射单元可起到收窄波束宽度的作用，从而使得波宽变窄。因此，在相同波宽要求下，相邻天线阵列之间的间距可缩小。但是，错位辐射单元也会导致边界不对称，从而使得波束发散。电信号通过频率衰减器时，频率越高损耗越大。因此，通过在错位辐射单元所在的天线通道引入频率衰减器，可使移相器提供给错位辐射单元的低频点功率基本保持不变，而高频点功率显著变小，从而解决错位辐射单元带来的高频点波宽窄、而低频点波宽宽的问题，提升了波束的收敛性。因此，上述基站天线在实现小型化的同时还可保证辐射指标。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中基站天线的结构示意图；

图2为图1所示基站天线中移相器的内部结构示意图；

图3为移相器的输出功率仿真示意图；

图4为未引入频率衰减器时时基站天线的方向图仿真示意图；

图5为图1所示基站天线的方向图仿真示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明提供了一种通信基站系统及基站天线100，该通信基站系统包括基站天线100。此外，为实现基站的功能，通信基站系统显然还可包括信号收发装置、馈电网络装置等。

请一并参阅图2，本发明较佳实施例中的基站天线100包括天线阵列110、移相器120及频率衰减器130。

天线阵列110至少为两个，且并列设置。天线阵列110的个数决定基站天线100工作频率的数量。对于本实施例中的双低频天线而言，天线阵列110为两列。进一步的，每个天线阵列110包括多个直列辐射单元(图未标)及错位辐射单元(图未标)。多个直列辐射单元沿直线排列，从而形成直线队列。错位辐射单元相对于直线队列错开。即，错位辐射单元偏离于上述直线队列所在的直线。

其中，直列辐射单元与错位辐射单元的结构及功能可完全相同，都是用于信号的辐射及接收的辐射单元。名称的不同，只是为了对排列方式不同的辐射单元进行区别。如图1所示，本实施例中的每个天线阵列110包括4个直列辐射单元及1个错位辐射单元。辐射单元11a、11b、11c、11d形成直线队列，故称之为直列辐射单元，而辐射单元11e则称之为错位辐射单元。

需要指出的是，根据工作频率数量及频谱宽度的不同要求，基站天线100中辐射单元的数量及形式也可相应调整。例如：

在一个实施例中，基站天线100还包括直线天线阵列(图未示)。直线天线阵列由多个辐射单元沿直线排列形成，直线天线阵列与天线阵列110并列设置。其中，构成直线天线阵列的辐射单元与直列辐射单元及错位辐射单元的结构及功能可完全相同。

在本实施例中，基站天线100还包括反射板140，至少两个天线阵列110均安装于反射板140的表面。

具体的，反射板140一般为金属板状结构，可反射电磁波，从而起到提升基站天线100收发效率的作用。同时，反射板140还可对辐射单元起到支撑作用，从而便于天线阵列110的组装。

进一步的，在本实施例中，至少两个天线阵列110以反射板140的中轴线为对称轴呈轴对称分布。

具体的，对称分布的天线阵列可提升基站天线100的对称性。本实施例中的反射板140呈矩形，且两个天线阵列110分别位于中轴线的两侧。因此，有助于提升基站天线100的辐射指标。

移相器120与天线阵列110一一对应。即，移相器120与天线阵列110的数量相同。对于本实施例中的双低频天线而言，由于天线阵列110为两列，故移相器120也为两个。图1中仅示出一个移相器120，另一个未示出。此外，由于每个移相器120与对应的天线阵列110的连接方式均相同，故后续将仅选择一对移相器120及天线阵列110进行描述。

进一步的，每个移相器120包括多个输出端口121，且多个输出端口121分别与对应的天线阵列110中的多个直列辐射单元及错位辐射单元一一对应地电连接，以形成多个天线通道。如图1所示，本实施例中的移相器120具有5个输出端口121a、121b、121c、121d及121e，并分别与辐射单元11a、11b、11c、11d及11e电连接。

移相器120用于对天线阵列110进行电调及移相，每一个天线通道内均可实现一路信号的收发。错位辐射单元可起到收窄波束宽度的作用，从而使得波宽变窄。因此，在相同波宽要求下，相邻天线阵列110之间的间距可缩小，从而实现基站天线100的小型化设计。

在本实施例中，移相器120包括PCB板123及形成于PCB板123上的印制线路125，多个输出端口121与印制线路125电连接。

具体的，移相器120还具有输入端口(图未标)，印制线路125可以是微带线结构等。其中，印制线路125具有多个分支，且分别与多个输出端口121实现电连接。输入端口与每个输出端口121之间的电长度存在差异，从而实现每个输出端口121输出相位的不同。上述采用印制电路板形式的移相器120具有体积小的优点，从而进一步有利于基站天线100的小型化设计。

频率衰减器130设置于错位辐射单元所在的天线通道上。具体在本实施例中，频率衰减器130设置于辐射单元11e及输出端口121e构成的天线通道上。频率衰减器130可以是电容式或电阻式衰减器。电信号通过频率衰减器130时，频率越高的部分损耗越大。

错位辐射单元会导致边界不对称，从而使得波束发散。如图4所示，在未引入频率衰减器130时，工作频段内最高频点的波宽比最低频点的波宽窄9度，波束比较发散。如图3所示，通过引入频率衰减器130，可使移相器120提供给错位辐射单元的低频点功率基本保持不变，而高频点功率显著变小，从而解决错位辐射单元带来的高频点波宽窄、而低频点波宽宽的问题。

如图5所示，引入频率衰减器130后，工作频段内最高频点的波宽与最低频点的波宽相差不到1度，有效地提升了波束的收敛性。

在本实施例中，频率衰减器130为覆设于印制线路125上的介质材料。

具体的，介质材料覆设于印制线路125与输出端口121e连接的分支上。其中，介质材料与印制线路125可直接接触设置。由于馈电信号在高介电常数的介质材料中传播时，频率越高损耗越大，故从输出端口121e输出的信号高频点的功率比低频点的功率低。

而且，采用介质材料作为频率衰减器130时，只需将介质材料覆设于印制线路125相应的位置即可，而无需对移相器120的结构做过多改变。因此，在加工基站天线100时可直接沿用现有的移相器120，从而降低成本并便于加工。

进一步的，为了使得输出信号的高频点功率尽可能降低，本实施例中，介质材料的介电常数大于3。

具体在本实施例中，任一天线阵列110的错位辐射单元，与相邻天线阵列110的直线队列位于同一直线上。

如图1所示，天线阵列110为两个，且两个天线阵列110的错位辐射单元与彼此的直线队列位于同一直线上。因此，两个天线阵列110相互配合，形成了两列沿直线排列的辐射单元。此时，两列沿直线排列的辐射单元便于空间合理利用，从而进一步利于基站天线100的小型化。

进一步的，在本实施例中，每个天线阵列110中的错位辐射单元位于直线队列的一端。

如图1所示，错位辐射单元位于每个天线阵列110头部和尾部。此时，多个天线阵列110的直线队列部分是对称的，只有头部或尾部产生不对称，故有利于提升基站天线100整体的对称性，从而进一步改善辐射指标。

需要指出的是，在其他实施例，错位辐射单元还可以位于每个天线阵列110的中部。

进一步的，在本实施例中，任一个天线阵列110中的错位辐射单元及另一个天线阵列110中的多个直列辐射单元等间隔设置。因此，基站天线100的对称性可进一步提升，从而进一步改善辐射指标。

上述基站天线100，与多个直列辐射单元错开的错位辐射单元可起到收窄波束宽度的作用，从而使得波宽变窄。因此，在相同波宽要求下，相邻天线阵列110之间的间距可缩小。但是，错位辐射单元也会导致边界不对称，从而使得波束发散。电信号通过频率衰减器130时，频率越高损耗越大。因此，通过在错位辐射单元所在的天线通道引入频率衰减器130，可使移相器120提供给错位辐射单元的低频点功率基本保持不变，而高频点功率显著变小，从而解决错位辐射单元带来的高频点波宽窄、而低频点波宽宽的问题，提升了波束的收敛性。因此，上述基站天线100在实现小型化的同时还可保证辐射指标。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基站天线，其特征在于，包括：

至少两个并列设置的天线阵列，每个所述天线阵列包括多个直列辐射单元及错位辐射单元，所述多个直列辐射单元形成直线队列，所述错位辐射单元相对于所述直线队列错开；

与所述天线阵列一一对应的移相器，每个所述移相器包括多个输出端口，且所述多个输出端口分别与对应的所述天线阵列中的所述多个直列辐射单元及所述错位辐射单元一一对应地电连接，以形成多个天线通道，所述移相器包括PCB板及形成于所述PCB板上的印制线路，所述多个输出端口与所述印制线路电连接；及

频率衰减器，所述频率衰减器为覆设于所述印制线路上的介质材料，所述频率衰减器设置于所述错位辐射单元所在的所述天线通道上，用于使所述移相器提供给所述错位辐射单元的低频点功率基本保持不变，而高频点功率变小。

2.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，任一所述天线阵列的所述错位辐射单元，与相邻所述天线阵列的所述直线队列位于同一直线上。

3.根据权利要求2所述的基站天线，其特征在于，每个所述天线阵列中的所述错位辐射单元位于所述直线队列的一端。

4.根据权利要求3所述的基站天线，其特征在于，任一个所述天线阵列中的所述错位辐射单元及另一个所述天线阵列中的所述多个直列辐射单元等间隔设置。

5.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，还包括反射板，至少两个所述天线阵列均安装于所述反射板的表面，且至少两个所述天线阵列以所述反射板的中轴线为对称轴呈轴对称分布。

6.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述直列辐射单元与所述错位辐射单元的结构及功能完全相同。

7.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述移相器还具有输入端口；所述印制线路为微带线结构。

8.根据权利要求1所述的基站天线，其特征在于，所述介质材料的介电常数大于3。

9.根据权利要求1至8任一项所述的基站天线，其特征在于，还包括直线天线阵列，所述直线天线阵列由多个辐射单元沿直线排列形成，所述直线天线阵列与所述天线阵列并列设置。

10.一种通信基站系统，其特征在于，包括如上述权利要求1至9任一项所述的基站天线。