低互耦不等功分器及基站天线

技术领域

本发明涉及通信装置技术领域，尤其涉及一种低互耦不等功分器及基站天线。

背景技术

近年来，天线逐渐向小型化方向发展，如天线缩短的宽度、长度。对于多通道天线来说，天线宽度变窄带来的主要问题是天线列间距变小，天线的水平波宽变宽。天线的水平波宽是衡量天线覆盖效果的指标之一，水平波宽变宽，容易产生越区覆盖，覆盖效果变差等问题。

通常，在小型化天线中，天线的优化方案有两种，第一种是在水平方向并联一个同类型辐射单元，使两个辐射单元并联的方向图变窄后和主阵列方向图合成，但是这种方案会增加辐射单元的数量和天线的长度；第二种是采用“斜拉式”组阵方式，保证了天线的长度尺寸不增加，但是由于各频点的波宽特性，在宽频带内，无法实现波束收敛。

发明内容

本发明提供一种低互耦不等功分器及基站天线，用以解决现有技术中小型化天线无法实现波束收敛的问题。

第一方面，本发明提供一种低互耦不等功分器，包括：介质基板和设于所述介质基板上的输入传输线、第一输出传输线、第二输出传输线以及隔离电阻；

所述第一输出传输线和所述第二输出传输线与所述输入传输线连接，所述隔离电阻连接于所述第一输出传输线和所述第二输出传输线；

所述输入传输线设有输入端，所述第一输出传输线设有第一输出端，所述第二输出传输线设有第二输出端，所述输入端、所述第一输出端以及所述第二输出端位于所述介质基板的同一侧边缘处，所述隔离电阻靠近所述边缘处。

根据本发明提供的一种低互耦不等功分器，所述介质基板在所述边缘处设置有多个焊盘，多个所述焊盘分别与所述输入端、所述第一输出端以及所述第二输出端一一对应；

每个所述焊盘设有金属化过孔，每个所述焊盘通过对应的所述金属化过孔与所述介质基板上的接地面连接。

根据本发明提供的一种低互耦不等功分器，所述隔离电阻与所述边缘之间的距离小于等于18～22mm。

根据本发明提供的一种低互耦不等功分器，所述介质基板上设置有安装孔和连接件中的至少一者；

在所述介质基板上设置有所述安装孔的情况下，紧固件穿设于所述安装孔，以将所述介质基板连接于功能器件上；

在所述介质基板上设置有所述连接件的情况下，所述介质基板通过所述连接件连接于功能器件上。

第二方面，本发明提供一种基站天线，包括：反射板、第一移相器、第二移相器、第一天线阵列、第二天线阵列以及所述的低互耦不等功分器，所述低互耦不等功分器包括第一低互耦不等功分器和第二低互耦不等功分器；

所述第一天线阵列和所述第二天线阵列并排设置于所述反射板，所述第一天线阵列和所述第二天线阵列包括多个辐射单元；

所述第一移相器的输出端口与所述第一低互耦不等功分器的输入端连接，所述第一低互耦不等功分器的第一输出端连接所述第一天线阵列中第N个辐射单元，所述第一低互耦不等功分器的第二输出端连接所述第二天线阵列中第N+1个辐射单元；

所述第二移相器的输出端口与所述第二低互耦不等功分器的输入端连接，所述第二低互耦不等功分器的第一输出端连接所述第二天线阵列中第N个辐射单元，所述第二低互耦不等功分器的第二输出端连接所述第一天线阵列中第N+1个辐射单元。

根据本发明提供的一种基站天线，所述第一天线阵列和所述第二天线阵列包括M个辐射单元，M≥3；

其中，M-1≥N≥1。

根据本发明提供的一种基站天线，所述第一低互耦不等功分器设于所述第一天线阵列中第N个辐射单元和第N+1个辐射单元之间；

所述第二低互耦不等功分器设于所述第二天线阵列中第N个辐射单元和第N+1个辐射单元之间。

根据本发明提供的一种基站天线，所述第一移相器的输出端口通过第一同轴线缆与所述第一低互耦不等功分器的输入端连接，所述第一低互耦不等功分器的第一输出端通过第二同轴线缆连接于所述第一天线阵列中第N个辐射单元，所述第一低互耦不等功分器的第二输出端通过第三同轴线缆连接于所述第二天线阵列中第N+1个辐射单元；和/或，

所述第二移相器的输出端口通过第四同轴线缆与所述第二低互耦不等功分器的输入端连接，所述第二低互耦不等功分器的第一输出端通过第五同轴线缆连接于所述第二天线阵列中第N个辐射单元，所述第二低互耦不等功分器的第二输出端通过第六同轴线缆连接于所述第一天线阵列中第N+1个辐射单元。

根据本发明提供的一种基站天线，所述第三同轴线缆和所述第六同轴线缆相交设置。

本发明提供的低互耦不等功分器及基站天线，输入端用于输入主路信号，主路信号经第一输出传输线和第二输出传输线的第一输出端和第二输出端输出，且第一输出端和第二输出端输出信号的功率不同，以完成功率分配功能，同时第一输出端和第二输出端设置有隔离电阻，可以降低第一输出端和第二输出端的互耦，进一步提升波束收敛的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。

图1是本发明提供的低互耦不等功分器的结构示意图；

图2是本发明提供的低互耦不等功分器的功率比仿真示意图；

图3是本发明提供的基站天线的结构示意图；

图4是本发明提供的基站天线的水平波宽测试数据示意图。

附图标记：

1、介质基板；101、焊盘；1011、金属化过孔；102、安装孔；

2、输入传输线；201、输入端；

3、第一输出传输线；301、第一输出端；

4、第二输出传输线；401、第二输出端；

5、隔离电阻；

6、反射板；

701、第一移相器；702、第二移相器；703、隔离条；

801、第一天线阵列；802、第二天线阵列；

901、第一低互耦不等功分器；902、第二低互耦不等功分器；

10、辐射单元；

1101、第一同轴线缆；1102、第二同轴线缆；1103、第三同轴线缆；1104、第四同轴线缆；1105、第五同轴线缆；1106、第六同轴线缆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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发明实施例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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，本发明提供的一种低互耦不等功分器，是将信号能量分成了两路，使并联的第一输出传输线3和第二输出传输线4具有不同的输出功率，且低互耦不等功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度，以降低第一输出端301和第二输出端401的互耦，进一步提升波束收敛效果。

耦合是指能量从一个介质(例如一个金属线、光导纤维)传播到另一种介质的过程，而低耦合就是把两个介质尽可能的把依赖的部分降低到最小，不要让两个系统产生强依赖，以此保证低互耦不等功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。

如图1所示，本发明实施例的低互耦不等功分器，包括：介质基板1和设于介质基板1上的输入传输线2、第一输出传输线3、第二输出传输线4以及隔离电阻5。通常情况下，介质基板1采用印制电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)，PCB板具有高密度化、高可靠性等优点，能使系统小型化、轻量化，让信号传输更加快速。

第一输出传输线3和第二输出传输线4与输入传输线2连接，隔离电阻5连接于第一输出传输线3和第二输出传输线4，其中，上述传输线可以为微带线，微带线的体积小、重量轻、使用频带宽，且微带线的可靠性高、制造成本低，能够把高频信号能进行较有效地传输。上述传输线也可以采用慢波结构，慢波结构具有工作电压低、频带宽、效率高和易于加工等优点，同时微带曲折线慢波结构可以与固态电路进行良好的匹配，提高了信号传输的效率。

输入传输线2设有输入端201，第一输出传输线3设有第一输出端301，第二输出传输线4设有第二输出端401，输入端201、第一输出端301以及第二输出端401位于介质基板1的同一侧边缘处，隔离电阻5靠近边缘处。输入端201、第一输出端301以及第二输出端401沿介质基板1的长度方向依次设置，又或者可以沿介质基板1的宽度方向依次设置，其中，第一输出传输线3和第二输出传输线4相邻设置。

由于第一输出传输线3和第二输出传输线4相邻设置，为了防止信号传输出现跳跃和不稳定的情况，所以设置有隔离电阻5与第一输出传输线3和第二输出传输线4连接，即隔离电阻5的一端与第一输出传输线3连接，另一端与第二输出传输线4连接，且隔离电阻5的设置位置靠近第一输出端301和第二输出端401。隔离电阻5由于电阻的特性，即其对所有的信号具有阻碍作用，同时会增大对信号的衰减量，且隔离电阻5不消耗任何功率。

具体来讲，隔离电阻5是在两种电路之间连接的电阻器，使电阻器在两种电路之间存在电压降，避免两种电路间直接短路，在电路必须接通有电流流过，而电路两端电压不能相等的情况下，接入隔离电阻5，利用隔离电阻5存在电压降得特性，这样电阻器两端的电压便不相等。当信号在第一输出端301处发生反射时，反射信号功率一部分经过隔离电阻5传至第二输出端401，另外一部分功率反射回输入端201，并在支线处再度分配，重新传输至第一输出端301和第二输出端401，由于阻抗变换线的长度为四分之一波长，则当反射信号到达第二输出端401时的电长度相差180°，所以在第二输出端401处，第一输出传输线3和第二输出传输线4的信号幅度相等、相位相反、彼此抵消，从而实现第一输出端301和第二输出端401之间的相互隔离。

可以理解的是，从隔离电阻5处开始，第一输出传输线3和第二输出传输线4每边都是四分之一波长，信号走完这两个四分之一波长后到达隔离电阻5的另一端，但此时，在隔离电阻5两端信号的电压正好相反，一起走了二分之一个波长，可以在隔离电阻5上消耗，这样到达了隔离的目的，从而降低第一输出端301和第二输出端401的耦合，进一步提升波束收敛的效果。

如图2所示，在工作频段内，低频段处第一输出端301和第二输出端401的功率比接近1.2:1，在高频段处第一输出端301和第二输出端401的功率比接近4:1，由此可见，本发明实施例提供的低互耦不等功分器能在不同的频段实现异频输出的效果。

在本发明实施例中，输入传输线2的输入端201用于输入主路信号，主路信号经第一输出传输线3和第二输出传输线4的第一输出端301和第二输出端401输出，且第一输出端301和第二输出端401输出信号的功率不同，以完成功率分配功能，同时第一输出端301和第二输出端401设置有隔离电阻5，可以降低第一输出端301和第二输出端401的互耦，进一步提升波束收敛的效果。

在可选的实施例中，如图1所示，介质基板1在边缘处设置有多个焊盘101，多个焊盘101分别与输入端201、第一输出端301以及第二输出端401一一对应。

每个焊盘101设有金属化过孔1011，每个焊盘101通过对应的金属化过孔1011与介质基板1上的接地面(图中未示出)连接。

示例性地，焊盘101可以为开窗焊盘，开窗焊盘具有焊接方便，易于进行表面处理和焊接的优点，且便于加工；焊盘101也可以为十字花焊盘，由于焊盘101需与接地面连接，十字花焊盘可以减少连接地线面积，减慢散热速度，方便焊接。

在可选的实施例中，如图1所示，隔离电阻5与边缘之间的距离小于等于18～22mm。

由于第一输出端301与第二输出端401也是设置在介质基板1的边缘处，而隔离电阻5需设置于第一输出传输线3和第二输出传输线4之间，为了避免隔离电阻5与第一输出端301和第二输出端401串接造成短路，又因为隔离电阻5需要在第一输出传输线3和第二输出传输线4输出信号之前起到隔离的作用，所以隔离电阻5又不能与第一输出端301与第二输出端401离得太远，因此隔离电阻5应当与介质基板1的边缘保持一定的距离以提高电路的稳定性。

在可选的实施例中，如图1所示，介质基板1上设置有安装孔102和连接件(图中未示出)中的至少一者。

具体地，在介质基板1上设置有安装孔102的情况下，紧固件穿设于安装孔102，以将介质基板1连接于功能器件上，其中紧固件可以为螺钉、螺柱、螺栓等，功能器件可以为天线反射板，即介质基板1通过安装孔102，使用螺钉与天线反射板进行固定。

在介质基板1上设置与连接件的情况下，介质基板1通过连接件连接于功能器件上，该连接件可以为金属框架，通过在介质基板1的周侧安装金属框架的方式，将介质基板1固定在天线反射板上。

此外，如图3所示，本发明实施例还提供一种基站天线，包括：反射板6、第一移相器701、第二移相器702、第一天线阵列801、第二天线阵列802以及上述的低互耦不等功分器，低互耦不等功分器包括第一低互耦不等功分器901和第二低互耦不等功分器902。

需要说明的是，第一天线阵列801、第二天线阵列802、第一低互耦不等功分器901以及第二低互耦不等功分器902都沿反射板6的宽度方向或长度方向设置于反射板6的同一侧，可以采用绝缘塑胶件以及金属螺钉将其固定在反射板6上。其中反射板6可以提高天线接收信号的灵敏度，同时还能起到阻挡、屏蔽来着背面方向的其他电波，避免干扰，通常反射板6由铝板或PCB板组成。

为了预防各种天线的互相干扰，增强天线的间隔度效果，在第一移相器701和第二移相器702各设置有隔离条703。第一移相器701设置于反射板6靠近第一天线阵列801的一侧，第二移相器702设置于反射板6靠近第二天线阵列802的一侧。

第一天线阵列801和第二天线阵列802并排设置于反射板6，第一天线阵列801和第二天线阵列802包括多个辐射单元10。辐射单元10主要用于无线电波的发射和接收。其中，第一低互耦不等功分器901设置于第一天线阵列801中的第N个辐射单元10和第N+1个辐射单元10之间，第二低互耦不等功分器902设置于第二天线阵列802中的第N个辐射单元10和第N+1个辐射单元10之间。

具体来讲，第一移相器701的输出端口(图中未示出)与第一低互耦不等功分器901的输入端201连接，第一低互耦不等功分器901的第一输出端301连接第一天线阵列801中第N个辐射单元10，第一低互耦不等功分器901的第二输出端401连接第二天线阵列802中的第N+1个辐射单元10。

第二移相器702的输出端口与第二低互耦不等功分器902的输入端201连接，第二低互耦不等功分器902的第一输出端301连接第二天线阵列802中第N个辐射单元10，第二低互耦不等功分器902的第二输出端401连接第一天线阵列801中第N+1个辐射单元10。

如图4所示，在宽频段内，通过第一低互耦不等功分器901和第二低互耦不等功分器902的使用，可以将天线辐射的水平波束宽度收敛至59°～69°。

需要说明的是，水平波束宽度是指在水平方向上，在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角，水平波束宽度是基站天线常用的一个重要参数，因此，在一定范围内通过对基站水平波束宽度的调节，可以达到改善基站天线辐射覆盖质量的目的，而本发明提供的基站天线，可以将天线辐射的水平波束宽度收敛至59°～69°，所以使基站天线具有良好的辐射范围，提高了基站天线的使用性能。

在本发明实施例中，基站天线采用了斜拉阵列，并在此基础上设置了低互耦不等功分器，使第一天线阵列801和第二天线阵列802中的辐射单元10呈现不同频点不等功分特性，在不增加辐射单元10数量和基站天线长度的基础上，收敛宽频条件下的波束收敛。

在可选的实施例中，第一天线阵列801和第二天线阵列802包括M个辐射单元10，M≥3，其中，M-1≥N≥1。若辐射单元10的数量过少，则会影响基站天线的性能，因为低互耦不等功分器设于两个辐射单元10之间，又因为M-1≥N≥1，所以第N个辐射单元10不是第一天线阵列801或第二天线阵列802的首个辐射单元10。

在可选的实施例中，如图3所示，第一低互耦不等功分器901设于第一天线阵列801中第N个辐射单元10和第N+1个辐射单元10之间；第二低互耦不等功分器902设于第二天线阵列802中第N个辐射单元10和第N+1个辐射单元10之间。

由于低互耦不等功分器是设置于第N个辐射单元10和第N+1个辐射单元10之间，所以第一低互耦不等功分器901可以将信号输出给第一天线阵列801和第二天线阵列802，而不是单向的只能输出给第一天线阵列801，同理，第二低互耦不等功分器902可以将信号传递给第一天线阵列801和第二天线阵列802，而不仅仅只能传输给第二天线阵列802。这种设置方式，提高了信号传输的效率，同时在没有增加天线长度以及辐射单元10数量的情况下，使天线的结构更加紧凑、小巧，并同样能达到收敛宽频条件下波束收敛的效果。

在可选的实施例中，如图3所示，第一移相器701的输出端口通过第一同轴线缆1101与第一低互耦不等功分器901的输入端201连接，第一低互耦不等功分器901的第一输出端301通过第二同轴线缆1102连接于第一天线阵列801中第N个辐射单元10，第一低互耦不等功分器901的第二输出端401通过第三同轴线缆1103连接于第二天线阵列802中第N+1个辐射单元10。

同理，第二移相器702的输出端口通过第四同轴线缆1104与第二低互耦不等功分器902的输入端201连接，第二低互耦不等功分器902的第一输出端301通过第五同轴线缆1105连接于第二天线阵列802中第N个辐射单元10，第二低互耦不等功分器902的第二输出端401通过第六同轴线缆1106连接于第一天线阵列801中第N+1个辐射单元10。

以下以第一低互耦不等功分器901的第一输出端301通过第二同轴线缆1102连接于第一天线阵列801中第N个辐射单元10为例进行说明。第二同轴线缆1102的第一端的内芯与第一输出端301连接，第二同轴线缆1102的第一端的外芯与第一输出端301对应的焊盘101连接。

同轴线缆易于接线和安装，并且具有良好的抗电磁干扰能力，承载信号的电磁场仅存在于内外导体之间的空间中，这意味着与其他类型的传输线不同，同轴电缆可以安装在金属物体旁边而不会断电。通常情况下，同轴线缆的内导体连接上述端口用于传输信号，外导体接地，外导体接地时，外电场不会影响到内部，内电场也不会影响到外部，有屏蔽内外信号互相干扰的好处，并且还能提高信号质量以及信号传输速率。

在可选的实施例中，第三同轴线缆1103和第六同轴线缆1106相交设置，由于第一低互耦不等功分器901的第二输出端401通过第三同轴线缆1103连接于第二天线阵列802中第N+1个辐射单元10，第二低互耦不等功分器902的第二输出端401通过第六同轴线缆1106连接于第一天线阵列801中第N+1个辐射单元10，又因为第一低互耦不等功分器901是处于第一天线阵列801的，第二低互耦不等功分器902是处于第二天线阵列802的，所以不可避免的，第三同轴线缆1103和第六同轴线缆1106会相交连接，从而在不增加天线长度的条件下优化水平面波束宽度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。