多频天线及基站的制作方法

1.本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种多频天线及基站。


背景技术：

2.相关技术中，多频段天线以板状天线结构为主，且集成的多个辐射阵元为了获得高增益、窄波束特性，还需要集成大量的馈电网络与移相器等器件，导致多频段天线的整体尺寸大、重量重。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种多频天线及基站，旨在解决现有技术中多频段天线的整体尺寸大、重量重的技术问题。
4.为实现上述目的，第一方面，本发明提出的一种多频天线，包括：
5.反射板；
6.振子单元，振子单元设置于反射板的一侧，且振子单元包括至少两个高频振子与至少一个低频振子，且至少两个高频振子与至少一个低频振子均沿反射板的长度方向交替且彼此间隔设置；以及
7.至少两个龙勃透镜，龙勃透镜设置于振子单元背离反射板的一侧，且相邻龙勃透镜彼此紧密连接；
8.其中，龙勃透镜与高频振子一一对应设置。
9.可选的，多频天线还包括：
10.功分器，功分器与所有低频振子连接；以及
11.至少一个合路器，合路器与至少两个高频振子中的一者连接。
12.可选的，低频振子设置为十字交叉型双极化天线振子，低频振子在反射板上的投影和高频振子在反射板上的投影彼此不重叠。
13.可选的，功分器包括：
14.第一功分器，第一功分器与所有低频振子的+45
°
极化端连接；以及
15.第二功分器，第二功分器与所有低频振子的-45
°
极化端连接。
16.可选的，合路器包括：
17.第一合路器，第一合路器与至少两个高频振子的任一者连接；以及
18.第二合路器，第二合路器与至少两个高频振子的另一者连接，且第二合路器的工作频率与第一合路器的工作频率不同。
19.可选的，高频振子设置为压铸型交叉偶极天线或者平面印刷电路板交叉偶极振子。
20.可选的，相邻高频振子之间的低频振子距离相邻高频振子中的每一个高频振子的距离相等。
21.可选的，每一个龙勃透镜的球心均位于对应高频振子的辐射方向上的正前方，且
龙勃透镜的球半径等于低频振子与相邻的高频振子之间的距离。
22.可选的，低频振子的工作频段为880-960mhz，高频振子101的工作频段为1710-2690mhz。
23.可选的，高频振子包括4个，低频振子包括3个，第一合路器的工作频率为1800m和d频段，第二合路器的工作频率设置为fa频段和d频段。
24.第二方面，本发明还提供了一种基站，包括上述的多频天线。
25.本发明技术方案通过采用至少两个龙勃透镜代替相关技术中需要大量布置的移相器与馈电网络等复杂器件来缩减了多频天线的体积和重量。并通过将至少两个高频振子和至少一个低频振子交替并间隔排成一列，且将龙勃透镜与高频振子一一对应设置并彼此紧密连接，使高频振子和低频振子的信号均可以通过龙勃透镜辐射出去，从而仍然可以达到高增益、窄波束的辐射效果。即本发明提供的多频天线的体积和重量都得到了较大的缩减，以满足天线小型化的要求。
26.本发明技术方案提供的基站也具有上述效果。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
28.图1为本发明多频天线一实施例的主视图；
29.图2为本发明多频天线一实施例的左视图；
30.图3为本发明多频天线一实施例的功分器连接示意图，其中，该多频天线具有两端口900m工作频段；
31.图4为本发明多频天线一实施例的合路器连接示意图，其中，该多频天线获得了1800m频率的两端口单波束、fa频段的两端口单波束以及d频段的八端口(集束)单波束；
32.图5为本发明多频天线一实施例的900m工作频段水平面方向图，其中，图5a为h-plane上的辐射图；图5bv-plane上的辐射图；
33.图6为本发明多频天线一实施例的1800m工作频段水平面方向图，其中，图6a为h-plane上的辐射图；图6b为v-plane上的辐射图；
34.图7为本发明多频天线一实施例的fa频段水平面方向图，其中，图7a为h-plane上的辐射图；图7b为v-plane上的辐射图；
35.图8为本发明多频天线一实施例的d频段水平面方向图，其中，图8a为h-plane上的辐射图；图8b为v-plane上的辐射图。
36.附图标号说明：
37.标号名称标号名称10反射板20振子单元21高频振子22低频振子30龙勃透镜40功分器41第一功分器42第二功分器
51第一合路器52第二合路器
38.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
43.相关技术中，多频段天线以板状天线结构为主，且集成的多个辐射阵元为了获得高增益、窄波束特性，还需要集成大量的馈电网络与移相器等器件，导致多频段天线的整体尺寸大、重量重。如相关技术中板状天线结构的900m/1800m/fa/d多频段多端口天线，需要集成多个辐射阵元来获得高增益、窄波束特性，由此需要布置大量的馈电网络与移相器等器件，不仅存在调试难度大的问题，还增加了人工成本和物料成本。且900m/1800m/fa/d多频段多端口天线，即2+2+2+8多端口天线长度可达1.9m，重量约32公斤，尺寸和重量均较大，难以满足天线小型化的要求。
44.为此，本发明实施例提供了一种多频天线与基站，该多频天线采用至少两个龙勃透镜代替相关技术中需要大量布置的移相器与馈电网络等复杂器件来作为实现高增益、窄波束的载体，从而使得天线的重量和体积都得到较大地减少，满足天线小型化的要求，更有利用应用于通信领域的现网建设中。
45.下面结合一些具体实施例进一步阐述本发明实施例的发明构思。
46.参阅图1和图2，本实施例提出一种多频天线，包括：反射板10、振子单元20以及至少两个龙勃透镜30。
47.振子单元20包括至少两个高频振子21与至少一个低频振子22，至少两个高频振子21与至少一个低频振子22均设置于反射板10的一侧，至少两个高频振子21与至少一个低频
振子22均沿反射板10的长度方向交替且彼此间隔设置。龙勃透镜30设置于振子单元20背离反射板10的一侧，且相邻龙勃透镜30彼此紧密连接。其中，龙勃透镜30与高频振子21一一对应设置。
48.其中，高频振子21与低频振子22均固定设置于反射板10的同一侧侧壁上。且所有高频振子21与所有低频振子22均沿反射板10的长度方向交替且间隔布置呈一列。如反射板10竖直布置，此时，高频振子21与低频振子22在竖直方向上布置呈一列。本实施例中，所有高频振子21与所有低频振子22均沿反射板10的长度方向一一交替布置，还可使得本实施例提供的多频天线可集成足够数量的高频振子21或者低频振子22，以确保天线的辐射性能满足需求。
49.龙勃透镜30为多层不同介电常数组成的球体，其介电常数从球心到外表面逐渐减少。龙勃透镜30还可为柱体，柱体的轴线平行于反射板10，如反射板10竖直布置时，柱状龙勃透镜30水平布置。多个龙勃透镜30设置于振子单元20背离反射板10的一侧，即振子单元20位于龙勃透镜30和反射板10之间，且位于龙勃透镜30的入射端一侧。龙勃透镜30与高频振子21一一对应设置，从而龙勃透镜30可以汇聚对应高频振子21发出的高频信号，以向目标覆盖区域发送高增益的窄波束。且本实施例中，由于龙勃透镜30为球状或者柱状，龙勃透镜30与高频振子21一一对应设置还可避免龙勃透镜30在反射板10的宽度方向上的尺寸过大，以满足天线小型化的的要求。
50.且相邻龙勃透镜30彼此紧密连接，如球状的龙勃透镜30可彼此相切，柱状的龙勃透镜30可彼此平行布置且侧壁紧贴。相邻龙勃透镜30彼此紧密连接，可使得相邻高频振子21之间的低频振子22发出的低频信号仍然可通过位于其辐射方向的前方的龙勃透镜汇聚，以向目标覆盖区域发送高增益的窄波速，避免低频振子22的信号从相邻龙勃透镜30之间的间隙辐射出去。
51.因此，本实施例通过将至少两个高频振子21和至少一个低频振子22交替并间隔排成一列，且将龙勃透镜30与高频振子21一一对应设置，使高频振子21和低频振子22的信号均可以通过龙勃透镜30汇聚并辐射出去，从而仍然可以达到高增益、窄波束的辐射效果。且相较于板状天线等相关技术中需要大量布置的移相器与馈电网络等复杂器件，本实施例采用龙勃透镜30后获得的多频天线的体积以及重量更小。
52.在一实施例中，多频天线还包括：功分器40以及至少一个合路器，功分器40与所有低频振子22连接。合路器与至少两个高频振子21中的一者连接。
53.参阅图3和图4，本实施例中，多频天线通过功分器40和合路器将不同振子的频段合路，有利于缩小多频段的天线体积，有利于集成到小型化的无线设备上，方便安装。
54.且本实施例中，功分器40与所有低频振子22的端口连接，从而提高了低频信号的增益效果。
55.在一实施例中，低频振子22设置为十字交叉型双极化天线振子，低频振子22在反射板10上的投影和高频振子21在反射板10上的投影彼此不重叠。
56.本实施例中，参阅图2，低频振子22设置为十字交叉型双极化天线振子，即低频振子22具有+45
°
极化端以及-45
°
极化端。且低频振子22在反射板10上的投影和高频振子21在反射板10上的投影彼此不重叠，即+45
°
极化端以及-45
°
极化端的投影均不与高频振子21在反射板10上的投影重叠，从而减小各振子之间的耦合影响，进而减小本实施例的多频天线
的多个频段信号之间的干扰，提升天线的辐射指标以及电路指标。
57.在一实施例中，功分器40包括：第一功分器41和第二功分器42。第一功分器41与所有低频振子22的+45
°
极化端连接；第二功分器42与所有低频振子22的-45
°
极化端连接。
58.参阅图3，本实施例中，低频振子22均为
±
45
°
极化的双极化振子，采用第一功分器41合路所有低频振子22的+45
°
极化端发出的低频信号，并采用第二功分器42合路所有低频振子22的-45
°
极化端发出的低频信号，从而可以抑制低频信号的信道衰落，降低误码率，增加无线系统的覆盖范围。
59.在一实施例中，为了获得多个频段的信号，合路器包括：第一合路器51以及第二合路器52。第一合路器51与至少两个高频振子21的任一者连接。第二合路器52与至少两个高频振子21的另一者连接，且第二合路器52的工作频率与第一合路器51的工作频率不同。
60.本实施例中，通过两个工作频率不同的合路器分别与不同的高频信号连接，从而可获得不同的工作频段的信号。
61.参阅图4，本实施例中，高频振子21设置为压铸型交叉偶极天线或者平面印刷电路板交叉偶极振子。因此，第一合路器51也可设置为两个，其中一个与高频振子21的+45
°
极化端连接，以获得+45
°
的目标频段信号，另一个与该高频振子21的-45
°
极化端连接，以获得-45
°
的目标频段信号。容易理解的，第二合路器52也可设置为两个，从而获得与第二合路器52的工作频段对应的+45
°
的目标频段信号与-45
°
的目标频段信号。
62.在一实施例中，相邻高频振子21之间的低频振子22距离该相邻高频振子21中的每一个高频振子21的距离相等。
63.参阅图1和图2，本实施例中，高频振子21和低频振子22等距间隔布置呈一列，在高频振子21与龙勃透镜30一一对应布置的情况下，可使得龙勃透镜30在反射板10上的投影可以完全覆盖高频振子21和低频振子22的投影，从而龙勃透镜可以较好地汇聚低频振子22的信号，避免低频振子22的信号从相邻龙勃透镜之间的间隙辐射出去。
64.在一实施例中，每一个龙勃透镜30的球心均位于对应高频振子21的辐射方向上的正前方，且龙勃透镜30的球半径等于低频振子22与相邻的高频振子21之间的距离。
65.参阅图2，每一个龙勃透镜30的球心与对应高频振子21位于同一水平直线上。本实施例中，该布置方式使得十字交叉型双极化天线振子结构的低频振子22的中心位于相邻龙勃透镜30的正后方，其极化端均分别延伸至相邻龙勃透镜30的后方，从而确保低频振子22的信号可以被龙勃透镜30汇聚并向目标辐射区域辐射出去。
66.在示出的一具体实施例方式中：
67.为了获得900m/1800m/fa/d频段的信号，本实施例中，十字交叉型双极化天线振子结构的低频振子22的工作频段为880-960mhz，压铸型交叉偶极天线或者平面印刷电路板交叉偶极振子结构的高频振子21101的工作频段为1710-2690mhz。参阅图1和图2，本实施例中，反射板10为长方形的金属板，其厚度约为2-3mm。且反射板10竖直布置。综合考虑低频天线的增益以及端口数量，本实施例中高频振子21包括4个，低频振子22包括3个，4个高频振子21和3个低频振子22沿竖直方向交替并等距间隔布置呈一列。
68.每个高频振子21的正前方布置一个龙勃透镜30，龙勃透镜30的球半径为400mm，相邻龙勃透镜30的球面彼此紧密接触，即相切。且本实施例中，4个龙勃透镜30也沿竖直方向布置呈一列。龙勃透镜的下表面与高频振子21的上表面相距10mm左右。低频振子22也位于
龙勃透镜30的入射端一侧，从而其任一极化端均位于龙勃透镜30与反射板10之间。由此，每个高频振子21的辐射方向都指向其前方的龙勃透镜30，从而高频振子21发出的高频信号可通过对应的龙勃透镜30汇聚后辐射出去。而每个低频振子22的极化端发出的信号分别被相邻两个龙勃透镜30的汇聚后辐射出去。
69.参阅图3，为了提高低频信号的增益，将三个低频振子22的同极化端口分别与功分器40的三个输入端口连接，由此可获得双端口的900m工作频段。如，三个低频振子22的+45
°
极化端与第一功分器41的三个输入端口连接，由此可获得+45
°
端口的900m工作频段。三个低频振子22的-45
°
极化端与第二功分器42的三个输入端口连接，由此可获得-45
°
端口的900m工作频段。
70.参阅图4，为了获得1800m的工作频段，使用工作频率为1800m和d频的第一合路器51，并将第一合路器51连接其中一个高频振子21。
71.参阅图4，为了获得fa的工作频段,使用工作频率为fa频段和d频段的第二合路器52连接另一个高频振子21。且由于高频振子21为压铸型交叉偶极天线或者平面印刷电路板交叉偶极振子结构，因此高频振子21也具有+45
°
极化端和-45
°
极化端，因此，第一合路器51和第二合路器52均设置有两个，以分别获得1800m频率的
±
45
°
两端口单波束以及fa频段的
±
45
°
两端口单波束。
72.参阅图4，d频段的四个端口由剩下不被占用的两个高频振子21101提供，再加上第一合路器51和第二合路器52的4个d频段的端口，从而可获得d频段的八端口(集束)单波束。
73.参阅图5至图8分别展示了该具体实施例提供的多频多端口天线在900m/1800m/fa/d的方向图，其中，图5为该具体实施例的900m工作频段水平面方向图，其中，图5a为h-plane上的辐射图；图5bv-plane上的辐射图；图6为该具体实施例的1800m工作频段水平面方向图，其中，图6a为h-plane上的辐射图；图6b为v-plane上的辐射图；图7为该具体实施例的fa频段水平面方向图，其中，图7a为h-plane上的辐射图；图7b为v-plane上的辐射图；图8为该具体实施例的d频段水平面方向图，其中，图8a为h-plane上的辐射图；图8b为v-plane上的辐射图。由此可以看出，本实施例提供的多频天线具有较高的旁瓣抑制电平和前后比，即可实现高增益和窄波束特性。
74.该实施例提供的多频天线可将天线尺寸缩减到1.3m，重量缩减到18公斤，采用龙伯透镜实现融合900m/1800m/fa/d的多频段多端口龙伯透镜天线。与实现相同频段的天线长度可达1.9m、重量约32公斤的板状天线相比，本实施例无需复杂的移相器以及馈电网络，天线转换效率高，同时重量和体积都大地减少，更有利用应用于多制式高铁场景通信领域中。
75.第二方面，本发明还提供了一种基站，包括上述的多频天线。该多频天线的具体结构参照上述实施例，由于本基站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。
76.如本技术实施例提供的多频天线可作为基站天线安装在4g或者5g基站上，5g基站设置在高铁轨道等设施设备附近，用于为高铁提供4g或者5g无线信号覆盖。
77.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。