CN103236579B - 一种多模宽带谐振天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模宽带谐振天线，包括基板和直立设置在基板上表面的两对的信号板，两对信号板并列分布，其中一对信号板与基板上表面之间具有上反射地板，每一对信号板上开有对称的矩形切槽。基板的下表面还包括一块下反射地板，该下反射地板覆盖基板的整个下表面。本多模宽带谐振天线低成本、高成品率。与已有技术的LTE天线设计相比，在同等单元数目下，具有较好的增益。采用上述结构的多模宽带谐振天线，有效拓宽了带宽，改善了频带内性能。与现有技术比较，本多模宽带谐振天线结构简单，需要调整的参数较少，容易加工设计，适合工程应用。可应用于1.75Ghz—2.6Ghz的LTE手机基站中。

Description

一种多模宽带谐振天线

技术领域

本发明属于无线通讯中天线的应用领域，尤其涉及一种多模宽带谐振天线。

背景技术

无线传输的产品的日益普及，使用者可以不受环境的限制利用无线传输装置来传输或接收数据以及信息，对于无线传输装置而言，不论是个人数字助理、移动电话或是笔记型计算机等等，天线是无线传输装置中一项相当重要的组件，因为天线的质量对无线传输及接收的质量，有着相当大的影响。

基站天线作为实现移动通信网络覆盖的核心设备之一，是移动通信系统的重要组成部分，直接决定着基站网络的覆盖和信号传输，对于移动通信系统的运行质量至关重要。随着现代市场需求的不断推进，移动通信技术过去30年间获得了迅猛发展，移动通信技术实现了1G、2G、3G的快速发展。尤其目前正加速向3G+、4G推进，移动通信技术将向着高速，智能，宽频化发展，尤其是TD-LTE（支持频段为F(1880～1920MHz)、A(2010～2025MHz)、D(2500～2690MHz)和E(2300～2400MHz)）的提出，要求基站天线向着超宽频方向发展。

尺寸要比之前普通的2G天线大两倍左右。根据调查，由于智能天线尺寸的增大使得公众易3TD-LTE-Advanced（LTE-AdvancedTDD制式），是中国继TD-SCDMA之后，提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技术。它吸纳了TD-SCDMA的主要技术元素，但它将提供更宽的带宽，差不多几十兆的下载速度，可以进行更多的数据业务。2009年10月26日，工信部在网站上发布信息称，中国自主知识产权的TD-LTE成功入围国际电信联盟的4G候选标准。TD-LTE技术系统的理论数据吞吐能力可以达到下行100mbps，上行50mbps，其速度约为现有普通3G网络的几十倍，同时具有高宽带和高移动性的技术特点，适合承载高数数据业务。在性能方面，TD-LTE在系统带宽、网络时延、移动性方面都有了跨越式的提高；在应用方面，TD-LTE是移动互联网的重要解决方案，能够满足用户移动无线宽带的需求，可以为用户提供高清视频下载、在线互动游戏、高清视频会议等多种业务。如果TD-LTE最终成为国际标准，参与各方会集中更多资源来推动TD-LTE产业化，或将加速产业链的商用化进程。不管是国家还是企业都在大力推进自主知识产权的TD-SCDMA与TD-LTE技术的产业化和国标化。而与之相配套的TD-LTE基站天线的研发与产业化也势在必行。TD-LTE基站天线作为系统的重要组成部分，用于移动通信信号的发送与接收，为移动通信用户提供优质的信号覆盖，其重要性尤为显著。

目前，TD-SCDMA与TD-LTE室外基站普遍采用了智能天线技术，其天线形成新的辐射担忧，TD基站天线的面积问题也是困扰基站建设的问题之一。可以预计，TD小型化基站天线和美化天线将在未来的网络建设中起到越来越重要的作用。基站天线的小型化：就目前的天线技术发展状况来讲，天线的小型化、集成化可应用很多种技术：如双极化天线技术、介质天线技术、多天线（MIMO）技术、有源天线技术、新型的电磁材料天线技术、等离子天线技术等。从宽带天线来看，国内外已经掌握了DCS/3G（1710-2170MHz）共用的宽频带基站天线的设计和批量生产技术。双极化天线，双频电调天线等产品也已经进入国内厂商的标准产品目录。电调天线设计和生产在国内基本已经成熟。例如德国凯仕林公司继首先研发推出双极化天线后，又推出了双频双极化天线，2004年推出三频双极化电调天线，

但是基于TD-SCDMA天线发展和演变而来的TD-SCDMA与TD-LTE超宽频带的多系统共用基站天线产品还处于初期研发阶段。而随着4G网络的推行，要求尺寸小，宽频带、高增益等优势的LTE手机基站天线的设计势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种体积小、频带宽的多模宽带谐振天线。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多模宽带谐振天线，包括基板和直立设置在基板上表面的两对的信号板，两对信号板并列分布，其中一对信号板与基板上表面之间具有上反射地板。

每一对信号板上开有对称的切槽，切槽呈矩形结构。

基板的下表面还包括一块下反射地板，该下反射地板覆盖基板的整个下表面。

上反射地板和下反射地板共同的侧端，伸出信号板的端面，下反射地板的另一侧端与信号板齐平。

本多模宽带谐振天线采用最为成熟和简单的PCB加工工艺，实现了低成本、高成品率的要求。

本多模宽带谐振天线具有两对信号板，信号板上开有对称的切槽，与已有技术的LTE天线设计相比，在同等单元数目下，具有较好的增益。

采用上述结构的多模宽带谐振天线，有效拓宽了带宽，改善了频带内性能。通过电磁仿真的结果表明，本多模宽带谐振天线具有高性能的宽带优点并且具有很强的实用性。

与现有技术比较，本多模宽带谐振天线结构简单，需要调整的参数较少，容易加工设计，适合工程应用。

综上所述，本多模宽带谐振天线技术手段简便易行。可应用于1.75Ghz—2.6Ghz的LTE手机基站中。

附图说明

图1-a是本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的俯视图。

图1-b是实施例1的正视图。

图1-c是实施例1、实施例2的侧视图

图2是实施例2的正视图。

图3-a是实施例3的正视图。

图3-b是实施例3、实施例4的测视图。

图4是实施例4的正视图。

图5是本发明中的LTE单元构成天线阵的简化图。

图6是实施例1的电磁仿真曲线。

图7是实施例2的电磁仿真曲线。

图8是实施例3的电磁仿真曲线。

图9是实施例4的电磁仿真曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例1

图1-a、图1-b所示，本发明多模宽带谐振天线，包括基板3和直立设置在基板3上表面的两对的信号板2，两对信号板2并列分布，其中一对信号板2与基板3上表面之间具有上反射地板1，构成了天线的主要部分。信号的输入或输出端为G-S-G结构的共面波导，以保证信号的有效传输。天线信号的发射或者接受部由信号板完成，该信号板2也称偶极子（完全对称）。信号由基板3（高频PCB）上表面底端通过SMA头接（图中未示出）入或接出，通过50欧姆共面波导实现阻抗匹配。基板3的厚度为0.8mm,其有效介电常数2.55，该基板3加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足该LTE天线低造价的要求。

天线各部分的设计参数直接影响和最终决定天线的总体效果和性能。在本实施例中,关键参数上反射地板1的长度为40mm，宽为76mm,信号板2的长度为78mm，宽度为25mm,缝隙为0.3mm。

通过计算和电磁场仿真，对上述多模谐振宽带天线进行了验证仿真。图6给出了该天线在1-3.5Ghz频率范围内的输入回拨损耗曲线。S11（输入回拨损耗）在1.75GHZ-2.7GHZ频段范围内，其值都小于-10db,并且有两个谐振点，（5）是第一个谐振点，（6）是第二个谐振点。仿真说明该具有良好的性能，满足LTE手机基站建设的要求。

实施例2

本实施例，除下述特征外，其他特征与实施例1相同。

如图2所示，为了增加带宽以及进一步实现该LTE天线在频带内的性能，在每一对信号板2上还开有对称的切槽4，切槽4呈矩形结构。

同样地，各个参数对天线的性能均有影响。其中关键参数上反射地板1长度为39.7mm，宽为74mm，信号板2的长度为78mm，宽度为25mm，信号板2的切槽4的长度为25mm，宽度为3mm，缝隙为0.6mm。

通过计算和电磁场仿真，对上述多模谐振宽带天线进行了验证仿真。图7给出了该天线在1-3.5Ghz频率范围内的输入回拨损耗曲线。S11（输入回拨损耗）在1.75GHZ-2.6GHZ频段范围内，其值都小于-12db,并且有三个谐振点，（7）是第一个谐振点，（8）是第二个谐振点，(9)是第三个谐振点。仿真结果显示，本实施例通过切槽引入了一个新的谐振点，进一步增加了带宽，改善了带内性能。

实施例3

本实施例，除下述特征外，其他特征与实施例1相同。

如图3-a、3-b（侧视图）所示，为了使天线的最大增益方向在Z轴的正方向，使其可以组成天线阵更高效率地应用在手机基站中，本实施例在基板3的下表面增加了一块下反射地板5，该下反射地板5覆盖基板3的整个下表面；上反射地板1和下反射地板5共同的侧端，伸出信号板2的端面，下反射地板5的另一侧端与信号板2齐平。

同样地，各个参数对天线的性能均有影响。其中关键参数下反射地板5长度x0为40.5mm，宽为76mm。信号板2的长度为76mm，宽度为25mm缝隙为1mm。

通过计算和电磁场仿真，对上述多模谐振宽带天线进行了验证仿真。图8给出了该天线在1-3.5Ghz频率范围内的输入回拨损耗曲线。S11（输入回拨损耗）在2.1GHZ-2.7GHZ频段范围内，其值都小于-10db,并且有两个谐振点，（10）是第一个谐振点，（11）是第二个谐振点。仿真结果显示，加了地板的本例中保证了天线的最大增益方向在Z轴正方向。但是带宽相对较小。

实施例4

本实施例，除下述特征外，其他特征与实施例2相同。

如图4、3-b（侧视图）所示，为了进一步增加带宽和改善带内性能，本实施例在带有对称切槽4的信号板2的基础上，在基板3的下表面增加了一块下反射地板5，该下反射地板5覆盖基板3的整个下表面；上反射地板1和下反射地板5共同的侧端，伸出信号板2的端面，下反射地板5的另一侧端与信号板2齐平。

同样地，各个参数对天线的性能均有影响。其中，关键参数下反射地板5长度为45.6mm，宽为92mm，信号板2的长度为90mm，宽度为34mm，切槽4的长度为33mm，宽度为3mm。

通过计算和电磁场仿真，对上述多模谐振宽带天线进行了验证仿真。图9给出了该天线在1-3.5Ghz频率范围内的输入回拨损耗曲线。S11（输入回拨损耗）在1.75GHZ-2.7GHZ频段范围内，其值都小于-12db,并且有三个谐振点，（12）是第一个谐振点，（13）是第二个谐振点，(14)是第三个谐振点。仿真结果显示，本例通过切槽4引入了一个新的谐振点，进一步增加了带宽，改善了带内性能。

所有的仿真结果说明，所涉及的四种的天线能够满足LTE手机基站天线应用于1.75-2.7GHZ的宽带高速无线通讯系统的要求。

图5是LTE单元构成天线阵的简化图；图1-a可同时作为实施例1至4的俯视图。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多模宽带谐振天线，其特征在于：包括基板和直立设置在基板上表面的两对的信号板，两对信号板并列分布，其中一对信号板与基板上表面之间具有上反射地板；每一对信号板上开有对称的切槽；基板的下表面还包括一块下反射地板，该下反射地板覆盖基板的整个下表面；在两对信号板之间的基板上层表面设置有G-S-G结构的共面波导进行信号馈电；天线信号的发射或接收由两对信号板完成，信号板为对称偶极子结构，与偶极子一侧振子相对应的大致一半基板面积的基板上表面覆盖设置有上反射地板。

2.根据权利要求要求1所述的多模宽带谐振天线，其特征在于：所述切槽呈矩形结构，所述上反射地板长度为39.7mm，宽为74mm；信号板的长度为78mm，宽度为25mm，信号板的切槽长度为25mm，宽度为3mm，缝隙为0.6mm；所述下反射地板长度为45.6mm，宽为92mm。

3.根据权利要求要求2所述的多模宽带谐振天线，其特征在于：上反射地板和下反射地板共同的侧端，伸出信号板的端面，下反射地板的另一侧端与信号板齐平。