基站天线的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种基站天线。


背景技术：

2.随着5g和物联网技术的不断发展，万物互联的时代终将来临。物联网中大量通信节点的建立和通信需要较大的成本和功耗。在物联网应用中，低成本和低功耗是需要考虑的关键问题。低频段信号具有衰减小，绕射能力强，传播距离远等优点。相同功率下，低频信号比高频能传输更远的距离，从而实现更广泛的覆盖。农村地广人稀，低频段覆盖减少了所需建设的基站数量，同时基站天线不需要采用大规模多输入多输出(massive mimo)和波束赋形等技术，有利于降低了基站的功耗从而减少农村5g覆盖的成本。
3.现有的基站天线一般采用两种方案解决去耦合的问题，方案一是增加阵列单元间距，降低单元之间的互耦；方案二是采用阵列解耦表面，去耦电路或者隔离槽等解耦技术。方案一存在的缺点是，增加天线单元的间距，会导致阵列尺寸增大，在基站天线中，较大间距则会导致天线的安装难度增大。方案二存在的缺点是，需要采用额外的解耦元件，阵列解耦表面需要占用额外的空间，同时设计难度较大；去耦电路设计复杂，隔离槽适用于微带天线等应用。
4.可见，传统的扇区设计为了获得更好的隔离度，通常采用增加天线单元间距的方法，需要占用较大的空间，也增加了基站天线的安装和维护的成本。而低频段天线的尺寸较大，紧凑的设计对基站天线小型化具有重要的意义。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种基站天线，可以实现基站天线的紧凑结构设计。本技术的技术方案如下：
6.根据本技术实施例的第一方面，提供一种基站天线，包括：至少一层天线单元，位于同一层的两个相邻的所述天线单元之间设置共享的至少一个金属棒。
7.在本技术的一些实施例中，所述金属棒平行于所述天线单元的极化方向。
8.在本技术的一些实施例中，所述天线单元的两侧为弯折结构形成侧边。
9.在本技术的一些实施例中，所述基站天线包括多层上下设置的所述天线单元，相邻层的所述天线单元交错设置。
10.在本技术的一些实施例中，所述金属棒的轴心与基站天线的中心支撑杆的轴心的距离的优选范围为100
‑
160mm。
11.在本技术的一些实施例中，所述金属棒的长度的优选范围为220
‑
560mm。
12.在本技术的一些实施例中，所述金属棒的半径的优选范围为6
‑
20mm。
13.在本技术的一些实施例中，所述天线单元上设有天线罩。
14.在本技术的一些实施例中，所述基站天线的每层至少包括两个所述天线单元。
15.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
16.本技术的基站天线通过相邻天线单元共享金属棒的结构，将金属棒同时作为反射器和解耦结构，实现了基站天线的紧凑设计结构；同时进一步将天线单元进行折弯设计，进一步实现紧凑设计。本技术提供了一种结合紧凑，低成本，低功耗的扇区分布基站天线，是5g低频基站应用的一个优质选择。
17.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理，并不构成对本技术的不当限定。
19.图1是根据本技术实施例1示出的基站天线的示意图，具体为三单元巴仑馈电结构。
20.图2是根据本技术实施例2示出的基站天线的示意图，具体为三单元非巴仑馈电结构。
21.图3是根据本技术实施例3示出的基站天线的示意图，具体为多金属棒结构。
22.图4是根据本技术实施例4示出的基站天线的示意图，具体为多天线单元结构。
23.图5是根据本技术实施例5示出的基站天线的示意图，具体为多层天线单元结构。
24.图6是根据本技术实施例6示出的基站天线的侧视图，具体为多层天线单元结构。
25.图7是根据本技术实施例7示出的基站天线的示意图，具体为具有天线罩的结构。
26.图8的(a)、(b)分别为驱动单元whems的电流模型和电流等效模型图。
27.图9是根据本技术实施例1示出的基站天线的金属棒的解耦原理图。
28.图10的(a)、(b)分别示出了传统基站间距d和本技术实施例的紧凑结构基站天线的天线单元之间的间距d。
29.图11是有金属棒的基站天线与无金属棒的基站天线的隔离度比较示意图。
30.图12的(a)、(b)、(c)分别为本技术实施例示出的700mhz、750mhz、800mhz天线单元的h面(xoy面)方向图。
31.图13是本技术实施例示出的有金属棒的基站天线的天线阻抗带宽示意图。
32.图14是根据本技术实施例1示出的基站天线的金属棒的尺寸参数的示意图。
33.图15(a)、(b)、(c)分别表示本技术实施例的金属棒的中心距d、高度h、半径r对隔离度的影响的示意图。
34.图16是根据本技术实施例1示出的基站天线的极化方向图。
35.附图标记说明：
[0036]1‑
天线单元，2
‑
金属棒，3
‑
天线罩。
具体实施方式
[0037]
为了使本领域普通人员更好地理解本技术的技术方案，下面将结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0038]
下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本技术的描述中，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技术中的具体含义。
[0039]
下面参考图1
‑
图7描述本技术示例性实施例示出的基站天线。所述基站天线包括至少一层天线单元，位于同一层的两个相邻的所述天线单元之间设置共享的至少一个金属棒。
[0040]
所述基站天线可以为多层、多单元结构，且两个相邻的所述天线单元之间设置共享一个金属棒，也可以选择设置共享多个金属棒。其中多个金属棒的固定结构根据整体结构做出合理性设计。
[0041]
实施例1，如图1所示，所述基站天线的单层天线单元为三单元巴仑馈电设计结构。
[0042]
实施例2，如图2所示，所述基站天线的单层天线单元为三单元非巴仑馈电设计结构。
[0043]
实施例3，如图3所示，所述基站天线的两个相邻的所述天线单元之间设置两个金属棒。
[0044]
所述基站天线的单层设置至少两个所述天线单元，可以是三个、四个、甚至更多个。例如，实施例4，如图4所示，所述基站天线的单层设置4个天线单元。
[0045]
实施例5，如图5所示，所述基站天线设置两层的天线单元结构，其中，相邻层的所述天线单元交错设置。
[0046]
实施例6，如图6所示，所述基站天线设置三层的天线单元结构，其中，相邻层的所述天线单元交错设置。
[0047]
在本技术的一些实施例中，所述金属棒平行于所述基站天线的极化方向。
[0048]
其中，天线极化是描述天线辐射电磁波矢量空间指向的参数。由于电场与磁场有恒定的关系，故一般都以电场矢量的空间指向作为天线辐射电磁波的极化方向。天线的极化分为线极化、圆极化和椭圆极化。如图16所示，本技术实施例的基站天线采用线极化中的垂直极化，图中箭头方向表示极化方向。从图16中可以看出，金属棒和极化之间的关系为平行于极化。且所述金属棒会产生平行于极化的电流i，i产生的磁场可以抵消所述天线单元在相邻天线单元处产生的磁场，从而实现隔离。
[0049]
本技术实施例的两个相邻的所述天线单元之间只需要一根金属棒就可以实现隔离。所述金属棒不仅作为隔离器，同时也作为反射器影响天线辐射性能，提高了元件利用率。
[0050]
所述金属棒的基本功能是作为反射器，采用金属棒作为反射器的基站天线具有低风阻的优点。
[0051]
本技术实施例通过相邻所述天线单元共用金属棒来减少传统的基站天线的解耦结构所需占用的空间大的问题；同时，本技术的相邻所述天线单元将共用金属棒作为去耦结构来解决相邻扇区单元的互耦问题，从而进一步减小所述天线单元之间的间距，实现基站天线的紧凑设计。
[0052]
将共用金属棒作为去耦结构的理论依据如下：
[0053]
间距越小，天线单元之间相互耦合就会越大。在扇区阵列天线中，金属棒和所述天线单元的驱动单元之间存在强互耦，金属棒会影响其电流分布。利用这种强互耦可以调节相邻天线单元之间的耦合电流，从而实现阵列解耦，此时金属棒的作用表现为隔离器。
[0054]
本技术一示例性实施例的基站天线以宽带高效的电磁结构(whems)作为驱动单元，同轴线作为馈线，金属棒作为寄生元件，电压巴仑用来平衡馈电，实现扇区覆盖。
[0055]
电流耦合主要产生在天线单元相邻的部分，驱动单元whems的电流模型和电流等效模型如图8所示。电磁结构whems是一个对称结构，其电流分布也是对称的，这里只分析相邻驱动单元半边结构的电流耦合。将半个驱动单元等效为一个偶极子和寄生单元，金属棒解耦原理图如图9所示。其中，1和2代表左半部分天线，4和5代表右半部分天线，3代表共用金属棒。i1和i2满足公式1，i3和i4满足公式2。
[0056][0057][0058]
互阻抗能够对耦合电流定性分析。将电流和阻抗建立阻抗方程，如公式3。其中z
ii
表示第i个元件的自阻抗，z
ij
表示第i个元件和第j个元件的互阻抗，i
i
表示第i个元件中的电流，u1为元件1的激励电压，u5为元件5的激励电压。
[0059][0060][0061]
将公式1、2带入到公式3中化简得出i1和i5之间的关系，如公式4所示。i1和i5通过天线单元、共用金属棒的自阻抗、互阻抗产生相互影响。
[0062]
从公式4可以看出，与金属棒相关的参数z
33
、z
23
成为影响i1和i5重要因素。调节共用金属棒的长度h，可以改变自阻抗z
33
；调节金属棒和天线单元之间的距离可以改变互阻抗z
i3
、z
3i
。金属棒的长度h和位置可以调节相邻天线单元之间的耦合电流，从而提高隔离度。
[0063]
如图14所示，所述金属棒的轴心与基站天线的中心支撑杆的轴心的距离d对隔离度的影响，如图15(a)所示，距离d的优选范围为100
‑
160mm；例如，在700
‑
800mhz的5g频段，距离d优选140mm。
[0064]
所述金属棒的长度h对隔离度的影响，如图15(b)所示，长度h的优选范围为220mm
‑
560mm，例如，在700
‑
800mhz的5g频段，长度h优选360mm。
[0065]
所述金属棒的半径r对隔离度的影响，如图15(c)所示，半径r的优选范围为6
‑
20mm，例如，在700
‑
800mhz的5g频段，半径r优选13mm。
[0066]
在本技术的一些实施例中，所述天线单元的两侧为弯折结构形成侧边，通过弯折减小天线单元的尺寸，进一步实现紧凑设计，可选的，如图1
‑
图5所示，所述侧边为l型。
[0067]
通过共用金属棒的结构，且将天线单元进行折弯处理，实现基站天线的紧凑结构设计，图10中(a)示出了传统基站的相邻天线单元之间的间距d，d>1λ；而图10中(b)示出了本技术实施例1的相邻天线单元之间的间距d，d<0.2λ。可见本技术实施例示出的基站天线在结构的紧凑设计上有了很大的提升。
[0068]
可选的，在本技术实施例7中，所述天线单元上设有天线罩。
[0069]
本技术实施例示出的基站天线通过共用金属棒作为解耦结构，比传统的没有金属棒的基站天线在隔离度上有很大提升。例如，在700
‑
800mhz的5g频段，共用金属棒结构的隔离度比没有金属棒结构的提升了28db，减少了相邻所述天线单元之间的相互耦合，实现了扇区天线的紧凑设计。隔离度比较示意图如图11所示。
[0070]
本技术实施例示出的基站天线通过共用金属棒作为解耦结构，结构紧凑，且能够满足5g 700mhz频段的覆盖应用。图12中(a)、(b)、(c)分别为700mhz、750mhz、800mhz基站天线的h面(xoy面)方向图。其中，扇区单元的方向图如图12所示，能够满足5g700mhz频段的覆盖应用。
[0071]
本技术实施例1示出的基站天线的天线阻抗带宽如图13所示，天线阻抗带宽为0.66
‑
1.09ghz(49％)。
[0072]
根据本技术实施例的基站天线，具有如下有益效果：满足结合紧凑，低成本，低功耗的设计需求，且馈电简单，结构稳固，重量轻，是5g低频基站应用的一个优质选择。
[0073]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0074]
尽管已经示出和描述了本技术的多个实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同限定。