CN115000726B - 一种反射阵列天线及基站 - Google Patents

Abstract

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及到一种反射阵列天线及基站。反射阵列天线包括：基板和多个反射天线单元；所述基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面具有至少一个安装区，每个所述安装区中设有呈阵列分布的多个所述反射天线单元；每个所述反射天线单元包括一个二极管、相移延迟线和辐射贴片组，所述二极管的一端与辐射贴片组连接，所述二极管的另一端与所述相移延迟线连接，所述相移延迟线用于接地；所述辐射贴片组包括沿列的方向设置的至少两个辐射贴片。本申请中的反射阵列天线能够满足覆盖盲区范围的需求，还可降低有源器件的使用，从而降低反射阵列天线的成本。

Description

一种反射阵列天线及基站

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及到一种反射阵列天线及基站。

背景技术

随着通信行业的高速发展，通信系统的容量不断的增大，工作频段也越来越高，为了保证通信质量，需要增设更多的基站，以提高信号覆盖的范围。

在通信网络的信号覆盖过程中，为减少部署基站个数与成本，可采用增加反射阵天线来进行盲区覆盖。但是，在采用有源反射阵的方式进行覆盖时，由于有源反射阵列中的有源器件，会导致成本的增加。

因此，亟待一种天线能够解决上述的问题。

发明内容

本申请提供了一种反射阵列天线，能够满足覆盖盲区范围的需求，还可降低有源器件的使用，从而降低反射阵列天线的成本。

第一方面，本申请提供了一种反射阵列天线，包括基板和多个反射天线单元，基板具有相对设置的第一表面和第二表面，其中，第一表面和第二表面相对设置可以理解为第一表面和第二表面均与基板的延展方向平行，且第一表面在第二表面的投影与第二表面重合；第一表面上设有至少一个安装区，每个安装区中设置有呈阵列分布的多个反射天线单元，其中，以呈阵列分布的反射天线单元的行的方向为水平方向，以呈阵列分布的反射天线单元的列的方向为竖直方向；每个反射天线单元可以包括一个二极管、相移延迟线和辐射贴片组，二极管的一端与辐射贴片组连接，二极管的另一端与相移延迟线连接，相移延迟线用于接地；辐射贴片组包括沿列的方向设置的至少两个辐射贴片。

由于，沿列的方向至少两个辐射贴片连接于一个二极管，因此，在等面积的安装区中，二极管使用的数量降低，进而可以降低反射阵列天线的复杂度以及成本。另外，在二极管处于导通状态时，在行的方向(水平方向)上，每个反射天线单元均对应有一个二极管，进而可以保证反射阵列天线在行的维度(水平维度)的覆盖角度，以使反射阵列天线能够将盲区覆盖。

其中，相移延迟线的设置可以在二极管处于闭合状态时，改变反射天线单元的长度，进而可以改变反射天线单元的反射相位。

在一些可能的实施例中，反射阵列天线还包括直流偏置线，直流偏置线设置于基板的第二表面，直流偏置线与辐射贴片组连接，直流偏置线为反射天线单元提供电流输入，使电流导入至辐射贴片组。

在一些可能的实施例中，为了保证流入辐射贴片组中电流为直流电，反射阵列天线还包括多个交流电隔断单元，交流电隔断单元与反射天线单元一一对应设置，在一对反射天线单元与交流电隔断单元中，一个交流电隔断单元将直流偏置线与对应的反射天线单元的辐射贴片连接。由于交流电隔断单元的设置，可以将交流电阻隔，保证了流入至辐射贴片组中的电流为直流电，且此种方式中，每列反射天线单元可以对应有一根直流偏置线，一根直流偏置线上可以连接有多个交流电隔断单元，或每行反射天线单元可以对应有一根直流偏置线，一根直流偏置线上可以连接有多个交流电隔断单元。多跟直流偏置线分别与电源连接。

需要说明的是，交流电隔断单元具体可以为扇形枝节，或者其他的形状的枝节，此处不进行列举，只要能够将交流电阻隔即可。

在一些可能的实施例中，由于辐射贴片设置于基板的第一表面，直流偏置线位于基板的第二表面，交流电阻隔单元将直流偏置线与辐射贴片连接时，需要穿过基板，因此，为了使交流电隔断单元能够便捷的与辐射贴片连接，在基板上形成有的多个金属化过孔。

需要说明的是，金属化过孔的数量与反射天线单元的数量相同。且金属化过孔具体可以通过刻蚀的方式形成。

在一些可能的实施例中，基板具体可以包括第一介质层基板、第一地板和第二介质层基板，第一地板设置在第一介质层基板和第二介质层基板之间，且相移延迟线远离二极管的一端与第一地板连接，以使反射阵列天线形成回路。

在基板上形成金属化过孔的过程中，可以在第一介质层基板、第二介质层基板和第一地板上分别设置有多个第一过孔、第二过孔和第三过孔，多个第一过孔、第二过孔以及多个第三过孔一一对应，以形成金属化过孔，为了使交流电隔断单元在穿过金属化过孔时，与第一地板绝缘，可以在第三过孔内涂有绝缘材料，以防止交流电隔断单元与第一地板接触；而相移延迟线需要与第一地板连接，因此，可以在第一介质层基板上还设置有第四过孔，以便于相移延迟线穿过第四过孔与第一地板连接。

或者，在具体设置多个第一过孔、第二过孔和第三过孔时，将第二过孔的孔径设置为小于第三过孔的孔径，这样，交流电隔断单元在将直流偏置线与辐射贴片组连接时，交流电隔断单元需要穿过第二过孔、第三过孔以及第一过孔与辐射贴片连接，由于，第二过孔的孔径小于第三过孔的孔径，因此，交流电隔断单元为了保证能够穿过第二过孔，需要将交流电隔断单元穿过第二过孔的部分的尺寸设置成小于或等于第二过孔的孔径，而第二过孔的孔径又小于第三过孔的过孔，这样，交流电隔断单元穿过第二过孔的部分再穿过第三过孔时，并不会与第三过孔接触(即不会与第一地板接触)，从而防止交流电隔断单元与第一地板连接。

需要说明的是，第一介质基板、第一地板和第二介质层基板可以通过压合的方式压合为一个整体。

在一些可能的实施例中，辐射贴片组可以包括两个辐射贴片，两个辐射贴片可以串联连接，两个辐射贴片中的一个辐射贴片与交流电隔断单元连接，两个辐射贴片中的另一个与二极管的一端连接，二极管的另一端通过相移延迟线接地(与基板中的第一地板连接)，以使每个反射天线单元形成一个回路。

需要说明的是，辐射贴片组包括的辐射贴片具体还可以三个或者四个，辐射贴片的数量能够满足在二极管断开或导通状态下，反射幅度和反射相位在设定的范围中，且能够进行水平正负60°扫描，以及垂直正负10°扫描即可。

另外，辐射贴片组包括的两个辐射贴片也可以是并联设置。

在一些可能的实施例中，具体将辐射贴片设置于基板上时，只要辐射贴片能够满足反射阵列天线在水平维度的覆盖角度，以使反射阵列天线能够将盲区覆盖即可。具体而言，辐射贴片与基板的第一表面的夹角可以在0°-180°之间。在设置时，辐射贴片可以与基板的第一表面可以平行设置；或，辐射贴片也可以与基板的第一表面垂直设置；或者辐射贴片还可以与基板的第一表面呈44°-46°设置。而在设置的过程中，辐射贴片与基板的第一表面实际的角度可以与设定的角度存在一定的误差，且该误差范围可以在正负1-3°之间，例如：当辐射贴片与基板的第一表面的设定角度为45°时，辐射贴片与基板的第一表面的角度可以为42°、43°、44°、45°、46°、47°或48°中的任意一个。

具体来说，辐射贴片可以与基板呈45°设置，或者辐射贴片以任意的形式设置于基板的第一表面。

需要说明的是，辐射贴片采用金属材质；辐射贴片可以为多种的形状，例如：辐射贴片为矩形、圆形、菱形或椭圆形等等。

在一些可能的实施例中，设置于基板第一表面的安装区为多个，多个安装区可以沿行的方向排列，沿行的方向，相邻的两个安装区之间的间隔大于两列反射天线单元之间的间距。减少基板第一表面上反射天线单元数量，进而降低了有源器件的数量。

第二方面，本申请还提供一种基站，该基站包括上述任一技术方案中的反射阵列天线。在反射阵列中，每个反射天线单元包括至少两个沿列的方向设置的辐射贴片，且沿列方向设置的至少两个辐射贴片连接于一个二极管，这样，反射阵列天线中使用的二极管的数量较少，从而降低了反射阵列天线的成本，由于，基站包括了该反射阵列天线，因此，基站的成本也随之降低。

附图说明

图1为无源反射阵应用于基站的结构示意图；

图2为本申实施例提供的反射阵列天线的一种结构示意图；

图3为本申实施例提供的反射阵列天线中辐射贴片组的结构示意图；

图4为本申实施例提供的反射阵列天线的又一种结构示意图；

图5为本申实施例提供的反射阵列天线中直流偏置线的结构示意图；

图6为本申实施例提供的反射阵列天线中基板的结构示意图；

图7为本申实施例提供的反射阵列天线中反射幅度的仿真图；

图8为本申实施例提供的反射阵列天线中反射相位的仿真图；

图9为本申实施例提供的反射阵列天线水平扫描的仿真图一；

图10为本申实施例提供的反射阵列天线水平扫描的仿真图二；

图11为本申实施例提供的反射阵列天线水平扫描的仿真图三；

图12为本申实施例提供的反射阵列天线垂直扫描的仿真图。

附图标记：

10-基板；11-第一介质基板；12-第一地板；13-第二介质层基板；20-反射天线单元；21-辐射贴片组；210-辐射贴片；22-二极管；23-相移延迟线；30-直流偏置线；40-交流电隔断单元。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

目前，参照图1，为了提高通信的质量以及信号覆盖的范围，需要建设更多的基站，而建站建设的数量越多，所需要的成本就越多，为了降低基站的数量，以降低成本，可以通过增加无源反射阵天线以对盲区进行覆盖。具体地，在距离基站天线设定距离的位置设置有无源反射阵天线，且无源反射阵天线与基站天线的连线与水平面的夹角为20°，无源反射阵天线可以将基站天线的信号反射至设定距离以及角度(40°)内的接收设备上，以使接收设备能够接收到信号。

但是，在上述的方式中的无源反射阵天线不能实现波束扫描，不能满足多变的环境需求。

为此，本申请提供一种反射阵列天线，能够满足覆盖盲区范围的需求，还能够进行波束扫描，以适应多变的环境需求。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

参照图2和图3，本申请实施例提供中的反射阵列天线，包括基板10和多个反射天线单元20，基板10具有相对设置的第一表面和第二表面，在第一表面上设置有多个安装区，每个安装区中均设置有呈阵列分布的多个反射天线单元20；每个反射天线单元20包括辐射贴片组21、相移延迟线23和一个二极管22，二极管22的一端与辐射贴片组21连接，二极管22的另一端与相移延迟线23连接，相移延迟线23用于接地。具体来说，参照图2，呈阵列分布的多个反射天线单元20行的方向为水平方向，以呈阵列部分的多个反射天线单元20列的方向为竖直方向，辐射贴片组21可以包括沿列的方向(竖直方向)设置的至少两个辐射贴片210。在二极管22处于导通状态时，沿列的方向，一个二极管可以驱动至少两个辐射贴片210，因此，在等面积的安装区中，可以使二极管22的使用数量降低，进而可以降低反射阵列天线的复杂度以及成本。另外，在行的方向(水平方向)上，每个发射天线单元20包括一个二极管，当二极管22处于闭合状态时，信号还需要经过相移延迟线23的距离，因此，可以使反射阵列天线在水平方向上按照预定的角度进行扫描，以保证反射阵列天线能够覆盖足够的范围。

需要说明的是，相移延迟线23的设置，可以在二极管22处于闭合状态时，改变反射天线单元20的长度，进而可以改变反射天线单元20的反射相位，以使反射阵列天线能够达到预设的反射相位。

继续参照图3，在一些可能的实施例中，每个辐射贴片组21中包括的辐射贴片210的数量为可以为两个，两个辐射贴片210可以串联连接，串联连接的两个辐射贴片210中，一个辐射贴片210与二极管22连接，另一个辐射贴片用于接入电流。当辐射贴片组21中的辐射贴片210的数量为两个时，且两个辐射贴片210串联连接时，由于，两个辐射贴片210是沿列的方向(竖直方向)排布的，在行的方向(水平方向)上，两个辐射贴片210为一行，因此，在行的方向上，二极管的数量并未减少，以使反射阵列天线在水平方向可以按照预定的角度扫描，使反射阵列天线的信号覆盖盲区。

需要说明的是，辐射贴片组中的辐射贴片还可以为三个或者四个，只要是能够反射阵列天线在工作频段中的反射相位、反射幅度、以及能够在预设的角度进行水平扫描和垂直扫描即可。

参照图4和图5，在一些可能的实施例中，反射阵列天线还包括直流偏置线30，直流偏置线30位于基板的第二表面，直流偏置线30用于与辐射贴片组连接。具体而言，直流偏置线30可以沿行的方向或者是列的方向设置，在将直流偏置线30与辐射贴片组中的一个辐射贴片210连接时，每个反射天线单元中的一个辐射贴片组对应一个交流电隔断单元40，交流电隔断单元40的一端穿过基板与位于基板第一表面的辐射贴片组连接，交流电隔断单元40的另一端与直流偏置线30连接，以使直流偏置线30中的电流经过交流电隔断单元40后流入辐射贴片组；由于，反射天线单元在工作时需要直流电，因此，在直流偏置线30与辐射贴片组之间设有交流电隔断单元40，以保证进入到辐射贴片组中的电流为直流电。此时，将二极管22闭合，进入到辐射贴片组中电流可以经过二极管22以及相移延迟线23至接地端，以形成一个闭合的回路。

需要说明的是，交流电隔断单元40具体可以为扇形枝节(不限于扇形)。

在上述的实施例中，为了便于交流电隔断单元穿过基板与辐射贴片组连接，在基板上设有多个金属化过孔，多个金属化过孔呈阵列分布于基板上，每个金属化过孔与辐射贴片组中的一个贴片相对应。在将直流偏置线与辐射贴片连接时，交流电隔断单元的一端直接穿过金属化过孔即可以与辐射贴片组中的辐射贴片连接，从而降低天线的安装难度。

参照图6，在一些可能的实施例中，基板具体可以包括第一介质层基板11、第一地板12和第二介质层基板13，其中，第一地板12设置在第一介质层基板11和第二介质层基板13之间，且第一介质层基板11、第一地板12和第二介质层基板13之间可以通过压合的方式制备。在基板上形成金属化过孔时，由于第一地板12与相移延迟线连接，第一地板12作为接地端，且在将电流传输至辐射贴片组时，交流电隔断单元需要穿过金属化过孔与辐射贴片组连接，为了防止直流偏置线中的电流在传输的过程中产生短路，可以将金属化过孔与第一地板绝缘设置，以防止交流电隔断单元在穿过金属化过孔时与第一地板12接触。

需要说明的是，在基板上形成金属化过孔的过程中，第一介质层基板11、第二介质层基13板和第一地板12上分别设置有多个第一过孔、第二过孔和第三过孔，多个第一过孔、第二过孔以及多个第三过孔一一对应，以形成金属化过孔，为了使交流电隔断单元在穿过金属化过孔时，与第一地板12绝缘，可以在第三过孔内涂有绝缘材料，以防止交流电隔断单元与第一地板12接触；或者，将第二过孔的孔径设置为小于第三过孔的孔径，这样，交流电隔断单元在将直流偏置线与辐射贴片组连接时，交流电隔断单元需要穿过第二过孔、第三过孔以及第一过孔与辐射贴片连接，由于，第二过孔的孔径小于第三过孔的孔径，因此，交流电隔断单元为了保证能够穿过第二过孔，需要使交流电隔断单元穿过第二过孔的部分的尺寸小于或等于第二过孔的孔径，而第二过孔的孔径又小于第三过孔的过孔，交流电隔断单元穿过第二过孔的部分再穿过第三过孔时，并不会与第三过孔接触(即不会与第一地板接触)，以防止交流电隔断单元与第一地板12连接。

另外，为了使相移延迟线与第一地板12连接，而相移延迟线位于基板的第一表面一侧，可以在第一介质层基板11上还设置有多个第四过孔，第四过孔的设置可以便于相移延迟与第一地板12连接。

在上述的实施例中，具体将辐射贴片设置于基板的第一表面时，辐射贴片垂直设置于基板的第一表面，辐射贴片也可以与基板的第一表面平行设置，或者是辐射贴片还可以与基板的第一表面呈45°设置。只要是具有该辐射贴片的反射天线阵列能够进行水平扫描，将信号覆盖盲区覆盖信号即可。

另外，辐射贴片可以为矩形、菱形、圆形或椭圆形等等，此处不进行列举。

为了更好的说明本方案中的反射天线阵列能够在减小二极管(有源器件)的同时，还能够满足覆盖的范围，图7为以辐射贴片组中的辐射贴片的数量为两个，两个辐射贴片为串联连接，工作频段在3.6GHz-3.8GHz为例的反射相位仿真图，图7以辐射贴片组中的辐射贴片的数量为两个，两个辐射贴片为串联连接，工作频段在3.6GHz-3.8GHz为例的反射相位的仿真图；且根据图7和图8可知，两个串联的辐射贴片在工作频段在3.6GHz-3.8GHz内满足180±20°，同时在工作频段内反射损耗小于1dB。

图9-图11为对反射天线阵列进行水平±60°扫描的仿真图，图12为对反射天线阵列进行垂直±10°扫描的仿真图。根据图9-12可知，反射阵列天线的水平波束可以实现0°，±10°，±20°，±30°，±40°，±50°，±60°扫描；反射阵列天线的垂直波束可以实现0°，±10°扫描。说明辐射贴片组包括两个串联的辐射贴片时，形成的反射阵列天线在水平方向和垂直方向的波束扫描均能够在预设的范围中进行扫描，保证了反射阵列天线在降低有源器件使用时，还能够满足覆盖盲区范围的需求，降低反射阵列天线的成本。

在一些可能的实施例中，安装区具体的数量可以为多个，多个安装区可以沿行的方向间隔分布，其中，每个安装区中相邻两列的反射天线单元的间隔相同，且沿行的方向，相邻的两个安装区之间的间距大于两列反射天线单元之间的间距，这样，在基板的第一表面上设置多个安装区即可减小至少一个列反射天线单元，从而降低有源器件的使用数量。

在具体实施的过程中，每个辐射贴片组中包括的辐射贴片的数量可以为两个，两个辐射贴片也可以并联连接，并联连接的两个辐射贴片中，每个辐射贴片的一端与均与二极管连接，每个辐射贴片的另一端均用于接入电流。当辐射贴片组中的辐射贴片的数量为两个时，且两个辐射贴片并联连接时，由于，两个辐射贴片是沿列的方向(竖直方向)排布的，在行的方向(水平方向)上，两个辐射贴片为一行，因此，在行的方向上，二极管的数量并未减少，以使反射阵列天线在水平方向可以按照预定的角度扫描，使反射阵列天线的信号覆盖盲区。

第二方面，本申请还提供一种基站，该基站包括上述任一技术方案中的反射阵列天线。在反射阵列中，每个反射天线单元包括至少两个沿列的方向设置的辐射贴片，且沿列方向设置的至少两个辐射贴片连接于一个二极管，这样，反射阵列天线中使用的二极管的数量较少，从而降低了反射阵列天线的成本，由于，基站包括了该反射阵列天线，因此，基站的成本也随之降低。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种反射阵列天线，其特征在于，包括：基板和多个反射天线单元；

所述基板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面具有至少一个安装区，每个所述安装区中设有呈阵列分布的多个所述反射天线单元；

每个所述反射天线单元包括一个二极管、相移延迟线和辐射贴片组，所述二极管的一端与辐射贴片组连接，所述二极管的另一端与所述相移延迟线连接，所述相移延迟线用于接地；

其中，所述辐射贴片组包括沿列的方向设置的至少两个辐射贴片；

所述辐射贴片为两个，两个所述辐射贴片串联连接，所述二极管的一端与位于一端的辐射贴片连接。

2.根据权利要求1所述的反射阵列天线，其特征在于，还包括直流偏置线，所述直流偏置线设置于所述基板的第二表面，所述直流偏置线用于与位于另一端的所述辐射贴片连接。

3.根据权利要求2所述的反射阵列天线，其特征在于，还包括与所述反射天线单元一一对应设置的交流电隔断单元，每一对所述反射天线单元与所述交流电隔断单元中，每一个所述交流电隔断单元将所述直流偏置线与对应的所述反射天线单元的辐射贴片连接。

4.根据权利要求3所述的反射阵列天线，其特征在于，所述基板上设有多个金属化过孔，所述交流电隔断单元穿过所述金属化过孔与所述辐射贴片连接。

5.根据权利要求4所述的反射阵列天线，其特征在于，所述基板包括第一介质层基板、第一地板和第二介质层基板；

所述第一地板设置于所述第一介质层基板和所述第二介质层基板之间。

6.根据权利要求5所述的反射阵列天线，其特征在于，所述金属化过孔与所述第一地板绝缘设置。

7.根据权利要求3-6任一项所述的反射阵列天线，其特征在于，所述辐射贴片为两个，其中一个所述辐射贴片与所述二极管连接，另一个所述辐射贴片与所述交流电隔断单元连接。

8.根据权利要求3-6任一项所述的反射阵列天线，其特征在于，所述交流电隔断单元为扇形枝节。

9.根据权利要求1-6任一项所述的反射阵列天线，其特征在于，所述辐射贴片与所述基板平行设置；或，

所述辐射贴片与所述基板垂直设置；或，

所述辐射贴片与所述基板的夹角为44°-46°。

10.根据权利要求1-6任一项所述的反射阵列天线，其特征在于，所述辐射贴片为矩形、圆形或菱形。

11.根据权利要求1-6任一项所述的反射阵列天线，其特征在于，基板第一表面具有多个安装区，且多个安装区沿第一方向排列，沿第一方向，每相邻的两个所述安装区的间距大于相邻的两个所述反射天线单元的间距。

12.一种基站，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的反射阵列天线。