一种辐射系统及天线阵列技术方案

本实用新型专利技术涉及一种辐射系统及其天线阵列，其中辐射系统包括具有碗状结构的低频辐射器、设置于低频辐射器的碗状结构内部的高频辐射器以及设置于高频辐射器下方的超材料反射器。超材料反射器包括设置于高频辐射器下方的超表面以及设置于超表面下方的实心金属平面。

A radiation system and antenna array

The utility model relates to a radiation system and an antenna array, wherein the radiation system comprises a bowl shaped low frequency radiator, a high frequency radiator arranged inside the bowl shaped structure of the low-frequency radiator, and a metamaterial reflector set under the high-frequency radiator. The supermaterial reflector includes a Supersurface set at the bottom of the high frequency radiator and a solid metal plane set below the Supersurface.

【技术实现步骤摘要】
一种辐射系统及天线阵列
本技术主要涉及一种辐射系统，更具体地涉及在两个波段工作的辐射系统及其天线阵列。
技术介绍
移动通信领域常常同时存在几种不同的通信技术。例如，当前有第二代（2G）和第三代（3G）网络共存于移动通信网络中。为了向不同网络的用户提供服务，移动通信基站需要具有不同频率的通信能力，即在不同波段的通信能力。因此，一种辐射和/或接收的结构如天线，用于移动通信基站时可能需要包括不同频率的辐射单元以用于不同的网络，例如具有高频单元和低频单元的辐射结构，也称为双波段辐射结构。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种辐射系统，包括一低频辐射器以及其内部的高频辐射器，从而使得辐射器系的整体高底降低，低频辐射器与高频辐射器之间有良好的隔离度。本技术的另一目的在于提供具有双频辐射系统的天线阵列，其具有较小尺寸以及良好的隔离特性。为获得上述目的，本技术提供一种辐射系统包括具有碗状结构的低频辐射器、设置于碗状结构低频辐射器内的高频辐射器、以及位于高频辐射器下方以及位于低频辐射器的碗状结构内部的超材料反射器（metamaterialreflector）。超材料反射器包括设置于高频辐射器下方的超表面（metasurface）以及位于超表面下方的金属反射面。进一步地，超表面与高频辐射器下表面之间的距离为0.01λh~0.15λh，超表面与金属反射面之间的距离小于0.2λh，其中λh是高频辐射器的工作波长。进一步地，一系统底座设置于低频辐射器的辐射器底座上方，且系统底座的底部连接于辐射器底座；系统底座的顶端连接于给高频辐射器馈电的巴伦；系统底座为圆筒形；给高频辐射器馈电的巴伦的一部分位于圆筒形系统底座的内部；系统底座将高频辐射器定位及保持高频辐射器的辐射面比低频辐射器辐射面高度相同或较低。进一步地，所述金属反射面为实心金属平面；超表面和金属反射面各设有一开孔，以供巴伦穿过；巴伦不直接接触超表面而直接接触金属反射面。进一步地，超材料反射器进一步地包括位于超表面和金属反射面之间的介质材料层；超表面小于低频辐射器的孔径尺寸而大于高频辐射器的孔径尺寸；所述超表面是平面或曲面。进一步地，超表面和金属反射面共同反射高频辐射器朝向低频辐射器的大部分辐射；超材料反射器在高频辐射器的工作频率范围内形成辐射磁导体；所述超表面是具有所需的亚波长厚度和电磁特性的人造板材构成的电磁超表面。进一步地，超表面包括排列于一个平面内的多个金属单元；各金属单元的尺寸小于0.25λh，其中λh是高频辐射器的工作波长。进一步地，至少两个相邻的金属单元相互间隔开；每个金属单元与相邻金属单元的间距小于0.1λh；至少两对相邻的金属单元有不同的间距；至少两个金属单元具有不同尺寸和/或形状；每一金属单元具有方形、长方形、圆形、L形、螺旋形或方框形中的一种形状。进一步地，超表面进一步地包括介质板，金属单元布置在介质板上。进一步地，超表面包括多个亚层，每一亚层包括排列在一个平面内的多个金属单元，每一金属单元的尺寸小于0.25λh，其中λh是高频辐射器的工作波长。进一步地，金属反射面的边长小于0.3λL，其中λL是低频辐射器的工作波长；高频辐射器的辐射面与低频辐射器的辐射面高度相同或较低。进一步地，所述低频辐射器包括双极化辐射装置，该双极化辐射装置具有四个导电偶极辐射组件形成于辐射器底座上；各偶极辐射组件包括一对巴伦与辐射器底座连接；每一根巴伦连接于一条支臂；一条加载段固定于支臂的一末端；各支臂包括第一臂部以及第二臂部；第一臂部的一末端固定于相应的巴伦，第一臂部的另一末端连接于所述第二臂部；第一、第二臂部之间的内角等于或小于135°；加载段位于所述第二臂部自由端且向上和向下延伸至预定长度；第一臂部的实际长度、第二臂部的实际长度以及加载段的有效长度的总和等于0.25λL；一对加载段相互平行且间隔。进一步地，所述辐射系统进一步地包括设置于低频辐射器下方的下反射器；下反射器包括平行于超材料反射器的主反射板；下反射器进一步地包括至少一个辅助反射板，主反射板与辅助反射板之间的角度为90°~180°；各辅助反射板的高度约为0.05λL~0.2λL，其中λL是低频辐射器的工作波长。本技术还提供一种天线阵列，包括排列成阵列的多个辐射单元，所述多个辐射单元包括至少一个如上所述的辐射系统。更进一步地，所述天线阵列包括至少一个双频辐射单元以及至少一个交替布置的单波段辐射单元。所述至少一个双频辐射单元各包括一个具有碗状结构的低频辐射器、设置于低频辐射器的碗状结构内部的第一高频辐射器、以及设置于第一高频辐射器下方以及低频辐射器的碗状结构内部的第一超材料反射器。第一超材料反射器包括设置于第一高频辐射器下方的第一超表面（firstmetasurface）以及设置于第一超表面下方的第一实心金属平面板。所述至少一个单波段辐射单元各包括第二高频辐射器和设置于第二高频辐射器下方的第二超材料反射器。第二超材料反射器包括设置于第二高频辐射器下方的第二超表面和设置于第二超表面下方的第二实心金属平面。本技术还提供一种辐射系统包括一个辐射器，还进一步包括设置于所述辐射器下表面下方的超材料反射器；所述超材料反射器包括设置于所述辐射器下表面下方的超表面以及设置于所述超表面下方的金属反射面。进一步地，所述辐射器为高频辐射器或低频辐射器；超表面与高频辐射器下表面之间的距离为0.01λh~0.15λh，超表面与金属反射面之间的距离小于0.2λh，其中λh是高频辐射器的工作波长；超材料反射器形成辐射磁导体，所述超表面是具有所需的亚波长厚度和电磁特性的人造板材构成的电磁超表面；超表面包括排列于一个平面内的多个金属单元，各金属单元的尺寸小于0.25λh。本技术具有以下有益效果：超材料反射器能够反射大部分高频辐射器朝向低频辐射器方向的辐射，在一定频带内形成良好的辐射磁导体，即在高频辐射器的工作频率范围内，可提供低频辐射器与高频辐射器之间的良好隔离，改善高频辐射器的辐射特性，特别是提高高频辐射器的增益。进一步地，超材料反射器对低频辐射器的辐射性能影响很小，即，使用超材料反射器，可以提高高频辐射器的辐射性能且并未牺牲低频辐射器的辐射性能。更进一步地，因为超材料反射器，高频辐射器可设置于低频辐射器的碗状结构内部，因此辐射系统的整体高度降低。本技术的特点和有益效果，一部分揭露于后文的描述中，而一部分可从从说明书的描述明显可知，或可通过说明书的实践而了解。这些特点和优点可通过后述权利要求中特别指出的元件及其结合而实现。附图说明需要理解的是，上述一般说明和以下详细描述仅用于示范性及解释，并不是对本技术范围进行限制。说明书附图作为说明书的一部分，作为本技术的几个实施例的图解，连同说明书一起解释了本技术的原理。图1A是本技术实施例的辐射系统的剖视图。图1B是本技术实施例的辐射系统的平面图。图1C是本技术实施例的辐射系统的立体图。图2是图1A-1C所示辐射系统的低频辐射器的立体图。图3是图1A-1C所示辐射系统的部分结构的立体图。图4是本技术另一实施例的辐射系统的部分结构的立体图。图5是本技术实施例的天线阵列的立体图。具体实施方式本技术实施例揭露了在两个波段工作的辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射系统，包括具有碗状结构的低频辐射器和设置于低频辐射器的碗状结构内部的高频辐射器；其特征在于，进一步包括设置于高频辐射器下方及低频辐射器碗状结构内部的超材料反射器；该超材料反射器包括：设置于高频辐射器下方的超表面以及设置于所述超表面下方的金属反射面。

【技术特征摘要】
2016.11.09 CN PCT/CN2016/1051771.一种辐射系统，包括具有碗状结构的低频辐射器和设置于低频辐射器的碗状结构内部的高频辐射器；其特征在于，进一步包括设置于高频辐射器下方及低频辐射器碗状结构内部的超材料反射器；该超材料反射器包括：设置于高频辐射器下方的超表面以及设置于所述超表面下方的金属反射面。2.如权利要求1所述的辐射系统，其特征在于，超表面与高频辐射器下表面之间的距离为0.01λh~0.15λh，超表面与金属反射面之间的距离小于0.2λh，其中λh是高频辐射器的工作波长。3.如权利要求1所述的辐射系统，其特征在于，一系统底座设置于低频辐射器的辐射器底座上方，且系统底座的底部连接于辐射器底座；系统底座的顶端连接于给高频辐射器馈电的巴伦；系统底座为圆筒形；给高频辐射器馈电的巴伦的一部分位于圆筒形系统底座的内部；系统底座将高频辐射器定位及保持高频辐射器的辐射面比低频辐射器辐射面高度相同或较低。4.如权利要求3所述的辐射系统，其特征在于，所述金属反射面为实心金属平面；超表面和金属反射面各设有一开孔，以供巴伦穿过；巴伦不直接接触超表面而直接接触金属反射面。5.如权利要求1所述的辐射系统，其特征在于，超材料反射器进一步地包括位于超表面和金属反射面之间的介质材料层；超表面小于低频辐射器的孔径尺寸而大于高频辐射器的孔径尺寸；所述超表面是平面或曲面。6.如权利要求1所述的辐射系统，其特征在于，超表面和金属反射面共同反射高频辐射器朝向低频辐射器的大部分辐射；超材料反射器在高频辐射器的工作频率范围内形成辐射磁导体；所述超表面是具有所需的亚波长厚度和电磁特性的人造板材构成的电磁超表面。7.如权利要求1所述的辐射系统，其特征在于，超表面包括排列于一个平面内的多个金属单元；各金属单元的尺寸小于0.25λh，其中λh是高频辐射器的工作波长。8.如权利要求7所述的辐射系统，其特征在于，至少两个相邻的金属单元相互间隔开；每个金属单元与相邻金属单元的间距小于0.1λh；至少两对相邻的金属单元有不同的间距；至少两个金属单元具有不同尺寸和/或形状；每一金属单元具有方形、长方形、圆形、L形、螺旋形或方框形中的一种形状。9.如权利要求7所述的辐射系统，其特征在于，超表面进一步地包括介质板，金属单元布置在介质板上。10.如权利要求1所述的辐射系统，其特征在于，超表面包括多个亚层，每一亚层包括排列在一个平面内的多个金属单元，每一金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁灿，郭英杰，秦培元，吴中林，
申请(专利权)人：广东通宇通讯股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44