CN103296424A - 一种基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线 - Google Patents

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Abstract

一种基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线，包括介质基板、位于介质基板反面的接地板以及位于介质基板正面的单极子馈线和弯折馈线，接地板的中心开有通透的带缝隙的圆槽，单极子馈线在接地板上的投影从圆槽的边缘延伸至内部，弯折馈线的一条边在接地板上的投影与缝隙垂直相交，且该边在缝隙上具有弯折结构，本发明利用圆槽天线的两个简并TE模式产生两个正交极化；一个极化由类似单极子的微带线激励产生，另一个极化首先由微带线激励一条较窄的长方形缝隙在其中形成电场，然后由缝隙将电场耦合到圆槽天线上，本发明可覆盖更宽的频带，并且在所有的工作频带内两个极化之间具有很高的隔离度，同时结构简单，成本低廉，可一次成型，工艺一致性好。

Description

一种基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别涉及一种基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线。
背景技术
现代移动通信领域正经历着前所未有的快速发展，新的技术标准不断被提出，例如用于第二代移动通讯的GSM、第三代移动通信的UMTS、无线局域网WLAN/WiMax标准，以及第四代LET标准等，随之而来的变化是移动通信所要求覆盖的频段越来越宽。另一方面，为了对抗信号的多径衰落以及提高信道的传输容量，移动通讯基站普遍采用双极化天线，利用天线的极化特性实现天线分集或MIMO特性。因此，宽频带双极化天线的设计近年来逐渐成为研究的热点。
目前，大部分的双极化天线都是基于微带天线的形式。为了实现宽频带或覆盖多频带，往往采用多个微带层叠的结构，即让每片微带覆盖某一个通信频带；同时，为了实现两个极化端口之间的高隔离度，馈电方式往往会采用特殊的立体结构，例如L形探针耦合馈电、同轴桥接馈电等。然而，绝大部分的这类天线还不能覆盖最近提出的通信频段，如LTE2500。而基于微带形式的天线所存在的共性问题是结构相对复杂，组装起来不方便，而复杂的结构带来的另一个问题是天线制作成本的提高。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线，可以覆盖现有的多个移动通信频带，具有结构简单，成本低廉，产品一次成型，工艺一致性好等特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线，包括：
介质基板3；
位于介质基板3正面的单极子馈线1和弯折馈线2；
位于介质基板3反面的接地板4
所述接地板4的中心开有通透的带缝隙5的圆槽6，单极子馈线1在接地板4上的投影从圆槽6的边缘延伸至内部，弯折馈线2的一条边在接地板4上的投影与缝隙5垂直相交，且该边在缝隙5上具有弯折结构。
所述介质基板3材料为Teflon，介电常数2.65，损耗正切值为0.002。
所述单极子馈线1的宽度具有一个阶梯变化，投影于圆槽6内部的部分宽度大于投影于圆槽6边缘的部分。
所述弯折馈线2的弯折角为90°。
所述弯折结构为“几”字形，折角均为90°。
所述缝隙5为长方形。
本发明的原理是：利用圆槽天线的两个简并TE11模式产生两个正交极化；其中一个极化由类似单极子的微带线激励产生，另一个极化首先由微带线激励一条较窄的长方形缝隙，在其中形成电场，然后由缝隙将电场耦合到圆槽天线上。整个天线由单片双面印刷电路板制作而成。圆槽（包括缝隙）在电路板的一面被腐蚀，两条微带线则位于电路板的另一面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：天线可以覆盖更宽的频带，包括GSM1800/1900、UMTS、WLAN/WiMax、LTE2500，并且在所有的工作频带内两个极化之间具有很高的隔离度。同时，由于天线结构简单，仅由一块电路板、利用光刻工艺一次成型，不需要额外的组装，在保证工艺一致性的同时还大大降低了制作成本。
附图说明
图1为天线的分层结构图。
图2为天线的俯视图，并标出了相应尺寸。
图3为结构2的局部放大图。
图4给出了天线在2.0GHz的测试方向图，其中图（a）为信号从弯折馈线2进入，远场E面(xz平面)方向图；图（b）为信号从弯折馈线2进入，远场H面(yz平面)方向图；图（c）为信号从单极子馈线1进入，远场H面(xz平面)方向图；图（d）为信号从单极子馈线1进入，远场E面(yz平面)方向图。
图5给出了天线测量所得S参数。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线，包括介质基板3、位于介质基板3反面的接地板4以及位于介质基板3正面的单极子馈线1和弯折馈线2。其中，介质基板3材料为Teflon，介电常数2.65，损耗正切值为0.002，板厚为1毫米。接地板4的中心开有通透的圆槽6，圆槽6的边沿又连接一个窄长的长方形缝隙5。在空间上，单极子馈线1在接地板4上的投影从圆槽6的边缘延伸至内部，弯折馈线2的一条边在接地板4上的投影与缝隙5垂直相交，且该边在缝隙5上具有弯折结构，跨过缝隙5即可，而另一条边与该边垂直，并延伸至接地板4的边沿。在结构上，单极子馈线1的宽度具有一个阶梯变化，投影于圆槽6内部的部分宽度大于投影于圆槽6边缘的部分。而弯折馈线2在缝隙5上的弯折结构为“几”字形，折角均为90°。
如图2和图3所示，具体尺寸可以选择如下：介质基板3和接地板4的截面均为边长150mm的正方形，单极子馈线1的窄部宽度为2.73mm，宽部宽度为8.0mm，窄部总长37mm，其中投影在接地板4的部分长度为35mm，投影在圆槽6上的部分长度为2mm，宽部总长24mm，投影在圆槽6上。圆槽6的半径为30mm，长方形的缝隙5连接在其边沿，长度为25mm，宽度为8mm。弯折馈线2的两条边宽度均为2.73mm，其中一条边上设置“几”字形弯折结构，该边分为窄部和宽部，其中宽部长度10mm，与另一条边垂直连接，“几”字形弯折结构设置于窄部，宽度收窄为1.2mm，窄部与宽部连接的一端有1mm投影在接地板4上，另一端有5.8mm投影在接地板4上，也即跨过缝隙5之后又延伸一部分，“几”字形弯折结构在中间部分，投影在缝隙5上，弯折高度为4.8mm，间隙0.36mm，与缝隙5的底部间距为5.0mm。
在实际移动通信基站系统中，将一路经过功放放大之后的无线通信信号（带宽在1.70至2.71GHz之间）通过第一个SMA接头接入单极子馈线1，接头的内导体接单极子馈线1，外导体接接地板4。该路信号将在圆槽6中产生沿y方向的电场，因此远场极化方向沿y方向。图4c和图4d给出了该极化状态下、频率为2.0GHz时天线的E面和H面方向图。
将另一路经过功放放大之后的无线通信信号通过第二个SMA接头接入弯折馈线2，接头的内导体接弯折馈线2，外导体接接地板4。该路信号将首先在缝隙5中产生沿x方向的电场，该电场耦合至圆槽6中，从而在圆槽6中产生沿x方向的电场，因此远场极化方向沿x方向。图4a和图4b给出了该极化状态下、频率为2.0GHz时天线的E面和H面方向图。
图5可以看到，两个极化测量所得带宽都覆盖了1.70至2.71GHz，隔离度高于33dB。因此可以覆盖GSM1800/1900、UMTS、WLAN/WiMax、LTE2500等频段。

Claims (6)

1.一种基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线，包括：
介质基板（3）；
位于介质基板（3）正面的单极子馈线（1）和弯折馈线（2）；
位于介质基板（3）反面的接地板（4）
其特征在于，
所述接地板（4）的中心开有通透的带缝隙（5）的圆槽（6），单极子馈线（1）在接地板（4）上的投影从圆槽（6）的边缘延伸至内部，弯折馈线（2）的一条边在接地板（4）上的投影与缝隙（5）垂直相交，且该边在缝隙（5）上具有弯折结构。
2.根据权利要求1所述的基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线，其特征在于，所述介质基板（3）材料为Teflon，介电常数2.65，损耗正切值为0.002。
3.根据权利要求1所述的基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线，其特征在于，所述单极子馈线（1）的宽度具有一个阶梯变化，投影于圆槽（6）内部的部分宽度大于投影于圆槽（6）边缘的部分。
4.根据权利要求1所述的基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线，其特征在于，所述弯折馈线（2）的弯折角为90°。
5.根据权利要求1所述的基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线，其特征在于，所述弯折结构为“几”字形，折角均为90°。
6.根据权利要求1所述的基于单片双面印刷电路板的宽带双极化天线，其特征在于，所述缝隙（5）为长方形。
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