CN102332635B

CN102332635B - 微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线

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Publication number: CN102332635B
Application number: CN2010105294164A
Authority: CN
Inventors: 庄昆杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: CN201868566U; CN102332635A

Abstract

微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，天线罩内自上而下依次具有第一空气介质层、第一金属辐射片、第二空气介质层、接地金属片、第一介质基片、双极微带激励线、第三空气介质层、金属反射底板，第一金属辐射片通过螺杆与天线罩连接，第一介质基片的下端面设有前端相互正交且不接触的双极微带激励线，接地金属片开有两个相互正交且不接触的受激辐射微槽，两个受激辐射微槽与双极微带激励线的前端分别正交对应。将多层辐射结构的双极化微带天线设计在一个相对较小的体积内，布局巧妙，结构紧凑。可有效节省天线安装成本和维护成本，在移动通信和互联网技术领域中得到广泛应用。

Description

微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线

技术领域

本发明涉及一种天线装置，特别是一种微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，属于移动通信和互联网技术的天线技术领域。

背景技术

近年来，随着移动通信技术和互联网技术的迅猛发展，一批批新的热点技术产生，如移动互联网、无线宽带局域网、城域网、物联网等应运而生，迫切需要采用多天线技术（即多输入多输出MIMO技术）来提高无线通信信道传输信息的容量和数据传输速率。而目前所有传统的微波低波段微带阵列天线均由单极化微带天线单元组成线性阵列，存在着工作效率低、体形庞大笨重、安装维护困难的缺点，远不能适应移动通信技术的发展对天线技术的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服传统的微波低波段微带天线的缺点，提供一种工作频带宽、增益高、交叉极化隔离度好的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，其特征是天线罩内自上而下依次具有第一空气介质层、第一金属辐射片、第二空气介质层、接地金属片、第一介质基片、双极微带激励线、第三空气介质层、金属反射底板，所述第一金属辐射片通过螺杆与天线罩连接，所述接地金属片的下端面与第一介质基片的上端面贴合成一体，并与固定在金属反射底板上的空心金属支座固定连接，所述第一介质基片的下端面设有前端相互正交且不接触的双极微带激励线，所述接地金属片的上端面开有两个相互正交且不接触的受激辐射微槽，所述两个受激辐射微槽与双极微带激励线的前端分别正交对应。

本发明进一步的技术方案如下：

1）、具有位于第二空气介质层中的第二金属辐射片和第二介质基片，所述第二金属辐射片的下端面与第二介质基片的上端面贴合成一体，并与固定在金属反射底板上的空心金属支座固定连接，在第二介质基片的下方形成第四空气介质层。该技术方案有利于进一步展宽天线的工作频带宽度特性。

2）、具有位于第二空气介质层中的第二金属辐射片和介质基片座，所述第二金属辐射片固定在介质基片座上，介质基片座固定在空心金属支座上，在第二金属辐射片的下方形成第四空气介质层。该技术方案同样有利于进一步增大天线的工作频带宽度。

3）、所述螺杆与第一金属辐射片中心固定连接，并通过天线罩中心的内螺纹孔与天线罩螺纹连接。该技术方案有利于在天线罩外面通过旋转螺杆微调第一金属辐射片与受激辐射微槽之间的高度，方便调节天线输入输出端口电压驻波比，与微带激励线阻抗匹配，提高天线增益。

4）、所述第二金属辐射片与第一金属辐射片之间还具有平行于第一金属辐射片的第三金属辐射片，所述第三金属辐射片与第二金属辐射片、空心金属支座绝缘，第三金属辐射片与第二金属辐射片之间形成第五空气介质层。

5）、所述双极化天线单元具有与第三金属辐射片下端面贴合的第三介质基片，所述第三介质基片通过绝缘支座固定于第二介质基片上方。

6）、所述第一金属辐射片为圆形，方便调节天线输输入输出端口电压驻波比，与微带激励线阻抗匹配，提高天线增益。

7）、所述第二金属辐射片为圆形或方形，方便调节天线输入输出端口电压驻波比，与微带激励线阻抗匹配，提高天线增益。

8）、所述接地金属片上的两个受激辐射微槽尺寸相等，呈双“H”形，双“H”形的中间横臂相互正交。该技术方案有利于将双极化受激辐射微槽开在面积较小的接地金属片上，用以实现天线的小型化。

9）、所述双“H”形受激辐射微槽的“H”形中间横臂与接地金属片的X轴或Y轴的夹角为正、负45度或正、负90度。

本发明充分利用接地金属片的有效面积，用以实现天线的小型化。小型化的关键在于2个微槽能公用一个金属辐射片！此外，使用介质基片缩小了体积。

本发明的有益效果如下：将多层辐射结构的双极化微带天线设计在一个相对较小的体积内，布局巧妙，结构紧凑。实践证明本发明天线工作频相对带宽可达20%以上，增益高9dBi，双极化交叉隔离度好（30dB），一对双极化天线单元就能支持一个2×2的MIMO系统，由于体积小、重量轻，因此对天线安装空间和承重要求低，加工制作和安装、维护都比较方便，宜于组成天线阵列，可有效节省天线安装成本和维护成本，在移动通信和互联网技术领域中得到广泛应用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例1剖视图。

图2为本发明实施例1去掉天线罩后的俯视图。

图3为本发明实施例2剖视图。

图4为实施例1反射系数与隔离度测试曲线图。

图5为实施例2反射系数与隔离度测试曲线图。

图6本发明实施例3剖视图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线（为TD-SCDMA双极化天线，TD-SCDMA频段1880～1920 MHz、2010～2025 MHz），如图1、图2所示，其天线罩1内自上而下依次具有第一空气介质层2、第一金属辐射片3、第二空气介质层4、接地金属片5、第一介质基片6、双极微带激励线7、7＇、第三空气介质层8、金属反射底板9，所述第一金属辐射片3通过螺杆10与天线罩1连接，所述接地金属片5铺覆在第一介质基片6的上端面，并与固定在金属反射底板9上的空心金属支座11固定连接，所述第一介质基片6的下端面敷设有前端相互正交且不接触的双极微带激励线7，所述接地金属片5的上端面开有两个相互正交且不接触的受激辐射微槽12、12＇，所述两个受激辐射微槽12、12＇与双极微带激励线7、7＇的前端分别正交对应。本例中，第一金属辐射片3为圆形，螺杆10与第一金属辐射片3中心固定连接，并通过天线罩1中心的内螺纹孔与天线罩1螺纹连接。该技术方案有利于在天线罩外面通过旋转螺杆微调第一金属辐射片与受激辐射微槽之间的高度，方便调节天线输入输出端口电压驻波比，与微带激励线阻抗匹配，提高天线增益。圆形的金属辐射片在调节过程中只存在高度变化量，因此调节更方便。

如图2所示，接地金属片5上的两个受激辐射微槽12、12＇尺寸相等，呈双“H”形，双“H”形的中间横臂相互正交。该技术方案有利于将双极化受激辐射微槽开在面积较小的接地金属片上，用以实现天线的小型化。双“H”形受激辐射微槽12、12＇的“H”形中间横臂与接地金属片的X轴或Y轴的夹角为正、负45度。该技术方案有利于将双极化受激辐射微槽开在面积较小的接地金属片上，用以实现天线的小型化。

如图4所示，为天线实测的反射系数曲线图，S11为端口1的反射系数，S22为端口2的反射系数。可以看出在TD-SCDMA频段内双极化工作的两个端口的反射系数均小于-17dB，带宽指标均达到要求（相对带宽大于8%）。图中还给出了双极化天线两端口间的实测隔离度曲线图，S21(S12)为端口1和端口2之间的隔离度，可以看出在带宽范围内隔离度小于-32dB。测试结果表明，双极化天线的两个端口互相隔离效果理想，可以彼此独立的工作。

经实测，天线增益在测试频率1900MHz时的增益为8.9dBi，theta面半功率波瓣宽度为83°。

实施例2：

本实施例的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线（覆盖TD-SCDMA频段和WCDMA频段， WCDMA频段1920～1980 MHz、2110～2170 MHz，TD-SCDMA频段1880～1920 MHz、2010～2025 MHz。），如图3所示，其以实施例1的结构为基础，还设有位于第二空气介质层4中的第二金属辐射片13和第二介质基片14，所述第二金属辐射片13的下端面与第二介质基片14的上端面贴合成一体，并与固定在金属反射底板9上的空心金属支座11固定连接，在第二介质基片14的下方形成第四空气介质层15。该技术方案有利于进一步增大天线的工作频带宽度。所述第二金属辐射片13为圆形，方便调节天线输入输出端口的电压驻波比，与微带激励线阻抗匹配，提高天线增益。

如图5所示，图中给出天线实测的反射系数曲线图，可以看出在TD-SCDMA和WCDMA频段内双极化工作的两个端口的反射系数均小于-17dB，带宽指标均达到要求。可知由于第二片辐射片的加入，使该天线在原有单片辐射片带宽效果及各项性能指标不变的基础上有效展宽了天线的工作频带宽度特性，相对带宽达到22.5%。图中还给出了双极化天线两端口间的实测隔离度曲线图，可以看出在带宽范围内隔离度小于-32dB。测试结果表明，双极化天线的两个端口互相隔离效果理想，可以彼此独立的工作。

此外，还有一种于本例方案等同的技术方案，即第二空气介质层中设置第二金属辐射片和介质基片座，第二金属辐射片固定在介质基片座上，介质基片座固定在空心金属支座上，在第二金属辐射片的下方形成第四空气介质层。该技术方案同样有利于进一步增大天线的工作频带宽度。

实施例3：

如图6所示，其以实施例2的结构为基础，在第二金属辐射片13与第一金属辐射片3之间还设有第三金属辐射片18和第三介质基片17，第三金属辐射片18平行于第一金属辐射片3，所述第三金属辐射片18与第二金属辐射片13、空心金属支座11绝缘，第三金属辐射片18的下端面与第三介质基片17的上端面贴合成一体，并与固定在第二介质基片上14的绝缘支座19固定连接，在第三介质基片17的下方形成第五空气介质层16。

测试结果表明，实施例3在实施例2中天线原有电气性能指标不变的前提下工作带宽进一步展宽，相对带宽可达40%左右。

此外，还有一种与本例方案等同的技术方案，即第二金属辐射片与第一金属辐射片之间设有平行于第一金属辐射片的第三金属辐射片，所述第三金属辐射片与第二金属辐射片、空心金属支座绝缘，第三金属辐射片与第二金属辐射片之间形成第五空气介质层。该技术方案同样有利于进一步增大天线的工作频带宽度。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，其特征是天线罩内自上而下依次具有第一空气介质层、第一金属辐射片、第二空气介质层、接地金属片、第一介质基片、双极微带激励线、第三空气介质层、金属反射底板，所述第一金属辐射片通过螺杆与天线罩连接，所述接地金属片铺覆在第一介质基片的上端面，并与固定在金属反射底板上的空心金属支座固定连接，所述第一介质基片的下端面设有前端相互正交且不接触的双极微带激励线，所述接地金属片开有两个在接地金属片厚度方向贯通的、相互正交且不接触的受激辐射微槽，所述两个受激辐射微槽与双极微带激励线的前端分别正交对应，所述螺杆与第一金属辐射片中心固定连接，并通过天线罩中心的内螺纹孔与天线罩螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，其特征是：具有位于第二空气介质层中的第二金属辐射片和第二介质基片，所述第二金属辐射片的下端面与第二介质基片的上端面贴合成一体，并与固定在金属反射底板上的空心金属支座固定连接，在第二介质基片的下方形成第四空气介质层。

3.根据权利要求1所述的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，其特征是：具有位于第二空气介质层中的第二金属辐射片和介质基片座，所述第二金属辐射片固定在介质基片座上，介质基片座固定在空心金属支座上，在第二金属辐射片的下方形成第四空气介质层。

4.根据权利要求2或3所述的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，其特征是：所述第二金属辐射片与第一金属辐射片之间还具有平行于第一金属辐射片的第三金属辐射片，所述第三金属辐射片与第二金属辐射片、空心金属支座绝缘，第三金属辐射片与第二金属辐射片之间形成第五空气介质层。

5.根据权利要求4所述的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，其特征是：所述微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线具有与第三金属辐射片下端面贴合的第三介质基片，所述第三介质基片通过绝缘支座固定于第二介质基片上方。

6.根据权利要求1所述的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，其特征是：所述第一金属辐射片为圆形。

7.根据权利要求2或3所述的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，其特征是：所述第二金属辐射片为圆形或正方形中的一种。

8.根据权利要求1所述的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，其特征是：所述接地金属片上的两个受激辐射微槽尺寸相等，呈双“H”形，双“H”形的中间横臂相互正交，所述双“H”形受激辐射微槽的“H”形中间横臂与接地金属片的X轴或Y轴的夹角为正、负45度。

9.根据权利要求1所述的微波低波段多频带高增益双极化小型微带天线，其特征是：所述接地金属片上的两个受激辐射微槽尺寸相等，呈双“H”形，双“H”形的中间横臂相互正交，所述双“H”形受激辐射微槽的“H”形中间横臂与接地金属片的X轴或Y轴的夹角为正、负90度。