CN102683902B - 一种超材料双极化的射频基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超材料双极化的射频基站天线，通过在第一馈线、第二馈线、第一馈线与金属微结构之间、第二馈线与金属微结构之间、金属微结构这五个位置的至少一个上设置供电子元件嵌入的空间，可以通过改变嵌入的电子元件的性能对天线的性能进行微调，设计出满足适应性及通用性的要求的天线。

Description

一种超材料双极化的射频基站天线

技术领域

本发明涉及一种双极化射频天线，更具体地说，涉及一种超材料双极化的射频基站天线。

背景技术

双极化天线是一种新型天线技术，传统的双极化天线是通过组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下，因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量；一般GSM数字移动通信网的定向基站(三扇区)要使用9根天线，每个扇形使用3根天线(空间分集，一发两收)，如果使用双极化天线，每个扇形只需要1根天线；同时由于在双极化天线中，±45°的极化正交性可以保证+45°和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求(≥30dB)，因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30cm；另外，双极化天线具有电调天线的优点，在移动通信网中使用双极化天线同电调天线一样，可以降低呼损，减小干扰，提高全网的服务质量。如果使用双极化天线，由于双极化天线对架设安装要求不高，不需要征地建塔，只需要架一根直径20cm的铁柱，将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可，从而节省基建投资，同时使基站布局更加合理，基站站址的选定更加容易。

天线在不同的产品中工作的环境及电磁特性存在较大的差异性，将会导致天线性能在设计和使用中存在较大的差异，所以要求设计出的天线必须具有较强的适应性及通用性。综上所述，原有的技术在使用中将就会遇到通用性及性能差异性的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对天线在不同产品中工作环境及电磁特性存在较大的差异性，导致天线性能在设计和使用中存在较大的差异，提供一种超材料双极化的射频基站天线，该天线具有较强的适应性及通用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超材料双极化的射频基站天线，包括第一馈线、第二馈线、金属片以及可短接点，所述金属片上镂刻有金属微结构，所述双极化射频天线预设有供电子元件嵌入的空间。

进一步地，所述空间设置在第一馈线、第二馈线、第一馈线与金属微结构之间、第二馈线与金属微结构之间、金属微结构这五个位置的至少一个上。

进一步地，所述空间设置在金属微结构的走线上，所述电子元件嵌入在金属微结构的走线上。

进一步地，所述空间设置在金属微结构的走线间隔内，所述电子元件嵌入在金属微结构的走线间隔内。

进一步地，所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。

进一步地，所述感性电子元件电感值的范围在0-5uH之间。

进一步地，所述容性电子元件电容值的范围在0-2pF之间。

进一步地，所述空间为形成在射频天线上的焊盘。

进一步地，所述第一馈线及第二馈线采用不同的极化工作模式。

进一步地，所述第一馈线相对于金属微结构馈电位置的不同得到水平极化工作模式，所述第二馈线相对于金属微结构馈电位置的不同得到垂直极化工作模式。

实施本发明的可调节双极化射频天线，相对于现有的天线，具有以下有益效果：通过在第一馈线、第二馈线、第一馈线与金属微结构之间、第二馈线与金属微结构之间、金属微结构这五个位置的至少一个上设置供电子元件嵌入的空间，可以通过改变嵌入的电子元件的性能对天线的性能进行微调，设计出满足适应性及通用性的要求的天线。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中超材料射频天线的结构示意图；

图2是以图1为基础通过改变馈线的位置得到的不同极化方式的天线；

图3是本发明中可调节双极化射频天线在馈线上预留嵌入电子元件的空间的示意图；

图4是可调节双极化射频天线在馈线和金属微结构之间预留嵌入电子元件的空间的示意图；

图5是可调节双极化射频天线中在金属微结构的走线上预留嵌入电子元件的空间的示意图；

图6是可调节双极化射频天线中在金属微结构的走线间隔内预留嵌入电子元件的空间的示意图；

图7是可调节双极化射频天线中在第一馈线、第二馈线、第一馈线与金属微结构之间、第二馈线与金属微结构之间、金属微结构这五个位置都预留嵌入电子元件的空间的示意图。

具体实施方式

图1为现有的超材料射频天线结构示意图，包括馈线1、金属片2以及可短接点3，馈线1和金属片2通过可短接点3连接，金属片2上镂刻有金属微结构10，所述金属微结构可以是互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构、互补式弯折线结构中的一种以及通过前面几种结构衍生、复合、组合或组阵得到的金属微结构。上面的几种微结构具体可参考专利号为CN201490337的中国专利申请。

图2是以图1为基础通过改变馈线的位置得到不同极化方式的天线，图2(a)引入的馈电方式得到的天线极化方式为垂直极化；图2(b)引入的馈电方式得到的天线极化方式为水平极化；上述两种形式为单极化天线形式。图2(c)引入的馈线方式得到的天线极化方式为水平极化与垂直极化的双极化形式，每一种馈电方式对应的极化工作模式不同，一种极化方式应用于接收机，另一种极化方式应用于发射器。

如图3至图6所示，本发明中的可调节双极化射频天线包括第一馈线11、第二馈线12、金属片4，金属片4上镂刻有金属微结构100，所述可调节射频天线在第一馈线11、第二馈线12、第一馈线11与金属微结构100之间、第二馈线12与金属微结构100之间、金属微结构100这五个位置的至少一个上预设有嵌入电子元件的空间，用于调节天线的工作频率，需要嵌入的电子元件的种类根据具体的需要在相应的空间嵌入不同的电子元件，预留的空间采取焊盘的形式。在空间未被利用的情况下，可以通过导线将空间电连通。例如，空间在采用焊盘的形式的时候，在焊盘未焊接有电子元件时，可用导线将其连通，保证其电连接。本发明的所述第一馈线11及第二馈线12采用不同的极化工作模式，以实现双极化。所述第一馈线相对于金属微结构馈电位置的不同得到水平极化工作模式，所述第二馈线相对于金属微结构馈电位置的不同得到垂直极化工作模式。

上述的电子元件通常为感性电子元件、容性电子元件或者电阻，当然也可以是其组合。

下面分五个实施例来详细介绍本发明。

实施例一

如图3所示，在本实施例中，在第一馈线11及第二馈线12上分别预设有嵌入感性电子元件和/或电阻的空间31、空间32，预设的嵌入电子元件空间的位置可以是第一馈线11及第二馈线12上的任意位置，并且可以有多个。可在空间31及空间32中嵌入感性电子元件，以改变第一馈线11及第二馈线12上的电感值。运用公式：f＝1/(2p√LC)，可知电感值的大小和工作频率的平方成反比，所以当需要的工作频率为较低工作频率时，通过适当的嵌入电感或感性电子元件实现。本实施例中，加入的感性电子元件的电感值范围在0-5uH之间，若太大交变信号将会被感性元件消耗从而影响到天线的辐射效率。此种射频天线具有多个频段的良好辐射特性，五个主要辐射频率从900MHz一直分布到5.5GHz，几乎涵盖了GSM、CDMA、蓝牙、WLan(IEEE802.11协议)、GPS、TD-LTE等各个主要的通信频率，具有非常高的集成度且可通过对馈线上的电感值进行调节达到改变天线工作频率的目的。当然，也可以在空间31与空间32中嵌入两个电阻，以改善天线的辐射电阻。当然空间31及空间32也可以是分别嵌入一个电阻以及一个感性电子元件，即实现了工作频率的调节，又能改善天线的辐射电阻。当然空间31与空间32中也可以只在其中加入电子元件，另一个空间用导线短接。

实施例二

如图4所示，在本实施例中，在第一馈线11与金属微结构100之间、第二馈线12与金属微结构100之间预设有嵌入容性电子元件的空间41、空间42，预设的嵌入电子元件空间的位置可以是第一馈线11与金属微结构100之间、第二馈线12与金属微结构100之间的任意位置。图4中空间41和空间42为本实施例中嵌入容性电子元件的空间，第一馈线11、第二馈线12与金属片4之间本身具有一定的电容，这里通过嵌入容性电子元件调节第一馈线11、第二馈线12与金属片4之间的信号耦合，运用公式：f＝1/(2p√LC)，可知电容值的大小和工作频率的平方成反比，所以当需要的工作频率为较低工作频率时，通过适当的嵌入电容或感性电子元件实现。本实施例中，加入的容性电子元件的电容值范围通常在0-2pF之间，不过随着天线工作频率的变化嵌入的电容值也可能超出0-2pF的范围。当然也可以在第一馈线11、第二馈线12与金属微结构100之间预设多个空间。

实施例三

如图5所示，在本实施例中，在金属微结构100的走线上预留有嵌入感性电子元件和/或电阻的空间，嵌入电子元件的空间不仅仅局限于图中给出的空间51和空间52，其他位置只要满足条件均可。此处嵌入感性电子元件的目的是增加金属微结构内部谐振结构的电感值，从而对天线的谐振频率及工作带宽起到调节的作用；与实施例一相同，此处嵌入电阻的目的是改善天线的辐射电阻。至于是嵌入感性电子元件还是电阻，则根据需要而定。另外在未嵌入电子元件的空间中，采用导线短接。

实施例四

如图6所示，在本实施例中，在金属微结构的走线间隔内预留有嵌入容性电子元件的空间，嵌入电子元件的空间不仅仅局限与图6中给出的空间61，其他位置只要满足条件均可。嵌入的容性电子元件可以改变金属微结构的谐振性能，最终改善天线的Q值及谐振工作点。作为公知常识，我们知道，通频带BW与谐振频率w0和品质因数Q的关系为：BW＝wo/Q，表明，Q大则通频带窄，Q小则通频带宽。Q＝wL/R＝1/wRC其中：Q是品质因素；w是电路谐振时的电源频率；L是电感；R是串的电阻；C是电容，由Q＝wL/R＝1/wRC公式可知，Q和C呈反比，因此，可以通过加入容性电子元件来减小Q值，使通频带变宽。

实施例五

如图7所示，在本实施例中，可调的双极化节射频天线在在第一馈线11、第二馈线12、第一馈线11与金属微结构100之间、第二馈线12与金属微结构100之间、金属微结构100这五个位置上都设置供电子元件嵌入的空间，当然在实施例中给出的位置并不是唯一性的，具体实施方式与实施例一至四的原理一致。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种超材料双极化的射频基站天线，其特征在于，所述超材料双极化的射频基站天线包括第一馈线、第二馈线、金属片，所述金属片上镂刻有金属微结构，所述双极化射频天线预设有供电子元件嵌入的空间，所述空间设置在第一馈线、第二馈线、第一馈线与金属微结构之间、第二馈线与金属微结构之间、金属微结构这五个位置的至少一个上，或者所述空间设置在金属微结构的走线上且所述电子元件嵌入在金属微结构的走线上，或者所述空间设置在金属微结构的走线与走线之间的间隔内且所述电子元件嵌入在金属微结构的走线与走线之间的间隔内；

所述第一馈线及第二馈线采用不同的极化工作模式以实现双极化。

2.根据权利要求1所述的超材料双极化的射频基站天线，其特征在于，所述电子元件为感性电子元件、容性电子元件或者电阻。

3.根据权利要求2所述的超材料双极化的射频基站天线，其特征在于，所述空间为形成在射频天线上的焊盘。

4.根据权利要求2所述的超材料双极化的射频基站天线，其特征在于，所述感性电子元件电感值的范围在0-5uH之间。

5.根据权利要求2所述的超材料双极化的射频基站天线，其特征在于，所述容性电子元件电容值的范围在0-2pF之间。