CN103703620A - 宽带双极化阵列天线及基站 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种宽带双极化阵列天线及基站，该宽带双极化阵列天线包括天线单元、金属反射板和金属隔离板，天线单元通过金属隔离板隔开，其中，天线单元包括馈电片和双层辐射贴片，馈电片，第一端设置在双层辐射贴片的底层辐射贴片上，形成馈电点，第二端与馈电结构相连，形成馈电端口；双层辐射贴片中底层辐射贴片的上表面设置开槽，在开槽范围内开孔固定连接馈电片的所述第一端，用于形成容性电抗。本发明实施例，在阵列天线的底层辐射贴片的上表面设置开槽实现容性电抗，使得该阵列天线的双层辐射贴片中各辐射贴片的谐振容易实现，从而使得该阵列天线能够实现宽带化，且宽带性能较好。

Description

宽带双极化阵列天线及基站

技术领域

本发明实施例涉及无线通信技术，尤其涉及一种宽带双极化阵列天线及基站。

背景技术

随着无线通信技术的迅猛发展，对于天线的频宽和性能要求越来越高。无论是军事通信还是民用通信系统，都有高性能基站天线的需求。

现有技术中天线的尺寸和带宽，是制约通信系统小型化的主要障碍。天线尺寸的减小意味着天线其它性能，例如，带宽和效率的降低。因此，通信系统小型化设计需要在天线的性能参数，例如，方向性系数、增益、辐射效率、极化和带宽等性能参数中寻求折衷，这样就有必要设计出宽频带高性能的阵列天线。

发明内容

本发明实施例提供一种宽带双极化阵列天线及基站，以实现阵列天线的宽带化和高性能化。

第一方面，本发明实施例提供一种宽带双极化阵列天线，包括天线单元和金属反射板，还包括金属隔离板，所述天线单元通过所述金属隔离板隔开，其中，所述天线单元包括馈电片和双层辐射贴片，

所述馈电片，第一端设置在所述双层辐射贴片的底层辐射贴片上，形成馈电点，第二端与馈电结构相连，形成馈电端口；

所述双层辐射贴片中底层辐射贴片的上表面设置开槽，在所述开槽范围内开孔固定连接所述馈电片的所述第一端，用于形成容性电抗。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述开槽的形状为封闭结构，所述馈电片的第一端固定连接在所述封闭结构开槽的通孔中。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，各所述天线单元中所述馈电点的个数为2个；

两个馈电点分别独立邻近所述底层辐射贴片上表面的同一侧边设置，且两个馈电点在所述底层辐射贴片的对角线上，以实现±45°极化；或，两个馈电点分别独立邻近所述底层辐射贴片上表面的相邻侧边设置，且两个馈电点在所述相邻侧边的中心轴线上，以实现水平垂直极化。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，各所述天线单元间的馈电点位置相同或不同。

结合第一方面、第一方面的第一种至第三种可能的实现方式中的任意一种，在第一方面的第四种可能的实现方式中，各所述天线单元之间设置至少一个所述金属隔离板。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，各所述天线单元间的间距不等，在较大间距中金属隔离板的数量大于较小间距中金属隔离板的数量。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，各所述天线单元周围的金属隔离板围设形成正方形隔离空间。

第二方面，本发明实施例提供一种基站，包括如第一方面任一项所述的宽带双极化阵列天线。

本发明实施例，在阵列天线的底层辐射贴片的上表面、馈电点周围设置开槽实现容性电抗，使得该阵列天线的双层辐射贴片中各辐射贴片的谐振容易实现，从而使得该阵列天线能够实现宽带化，且宽带性能较好，例如，相比于设置开槽前，阵列天线的驻波比降低等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明宽带双极化阵列天线实施例一的整体结构示意图；

图2为本发明宽带双极化阵列天线实施例一中天线单元的结构示意图；

图3为本发明宽带双极化阵列天线实施例一中2*2面阵结构的示例图；

图4为本发明宽带双极化阵列天线实施例一中底层辐射贴片上馈电点位置的一示例图；

图5为本发明宽带双极化阵列天线实施例一中底层辐射贴片上馈电点位置的另一示例图；

图6为本发明宽带双极化阵列天线实施例二中第一馈电端口为输入端口时自身的反射系数曲线图；

图7为本发明宽带双极化阵列天线实施例二中第一馈电端口为输入端口时，与其它相邻天线单元馈电端口的隔离度曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明宽带双极化阵列天线实施例一的整体结构示意图，图2为本发明宽带双极化阵列天线实施例一中天线单元的结构示意图。本发明实施例提供一种宽带双极化阵列天线，该宽带双极化阵列天线可集成在基站中。其中，该阵列天线中天线单元可以为一个或多个，多个天线单元可以规则排列成线阵或面阵，也可以随机排列。本实施例中以2*2天线单元规则排列的面阵结构为例进行说明，如图3所示。

如图1和图2所示，该宽带双极化阵列天线包括天线单元100、金属反射板200和金属隔离板300，各个天线单元100通过金属隔离板300隔开，其中，每个天线单元100包括馈电片110和双层辐射贴片120（如图2中所示，双层辐射贴片120包括顶层辐射贴片123和底层辐射贴片121），馈电片110的第一端设置在双层辐射贴片120的底层辐射贴片121上，形成馈电点111（图中未示出），馈电片110的第二端与馈电结构（图中未示出）相连，形成馈电端口（图中未示出）；双层辐射贴片120中底层辐射贴片121的上表面设置开槽122，在开槽122范围内开孔固定连接馈电片110的第一端，用于形成容性电抗。

具体地，阵列天线的谐振都可以等效成LC谐振电路，本发明通过在双层辐射贴片120上设置开槽122来引入容性电抗，使得阵列天线的谐振容易实现，并且能够实现宽带化。

本发明实施例，在阵列天线的底层辐射贴片的上表面、馈电点周围设置开槽实现容性电抗，使得该阵列天线的双层辐射贴片中各辐射贴片的谐振容易实现，从而使得该阵列天线能够实现宽带化，且宽带性能较好，例如，相比于设置开槽前，阵列天线的驻波比降低等。

每层辐射贴片的结构一般包括板状的介质层，在介质层的上表面贴附有导电层，例如通常是铜层。底层辐射贴片的开槽可以开设在上表面的导电层中，即开槽仅贯通导电层。

开槽的形状可以有多种，位置也可以有多种变化，能够根据需求在辐射贴片上形成合适的容性电抗即可。例如开槽为条形、圆形，位于辐射贴片的边缘或内部等。

优选的，开槽122的形状为封闭结构，馈电片110的第一端固定连接在该封闭结构开槽的通孔中。如图1所示，开槽122的位置在底层辐射贴片121上的馈电点111四周，开槽122的内壁恰好抵接在馈电片110的第一端。开槽122的形状可以选择圆环形、矩形环等封闭结构，在此不对其进行限制。

其中，各天线单元100中馈电点111的个数优选为2个，两个馈电点111分别独立邻近底层辐射贴片121上表面的同一侧边设置，且两个馈电点111在该底层辐射贴片121的对角线上，以实现±45°极化；或，两个馈电点111分别独立邻近底层辐射贴片121上表面的相邻侧边设置，且两个馈电点111在该底层辐射贴片121两相邻侧边的中心轴线上，以实现水平垂直极化。

所谓邻近同一侧边设置，即两个馈电点沿着同一个侧边排列设置，例如图4所示，两个馈电点21和22在底层辐射贴片20上沿着同一个侧边排列错开设置。邻近相邻侧边设置，即每个馈电点分别对应一个侧边，例如，设置在侧边的中心处，且两个侧边相邻接，例如图5所示，两个馈电点31和32在底层辐射贴片30上分别对应一个侧边，错开设置在侧边的中心处，且两个侧边相邻接。本发明实施例中，根据馈电点的位置，在馈电点周围设置开槽，两个开槽相互独立错开设置，可有效增加双极化的隔离度，避免双极化的相互干扰。

需要说明的是，在本发明所有实施例中，极化的方式是由馈电点的位置决定的，即馈电点的位置决定了极化方式。又由于开槽的位置依赖于馈电点的位置，且由于馈电点是由馈电片的第一端设置在双层辐射贴片的底层辐射贴片上形成的，所以，在具体实现过程中，根据所设计宽带双极化阵列天线的实际极化需求，设置馈电点在底层辐射贴片上的位置，从而确定开槽的实际位置。

另需说明的是，在本发明任意实施例中，相邻天线单元100间间距可以不等。更进一步地，相邻天线单元100间间距可以大于或等于二分之一波长。优选是部分天线单元100间的间距等于二分之一波长，另一部分天线单元100间的间距大于二分之一波长。

进一步地，各天线单元100间的馈电点111位置相同或不同。例如，每个天线单元100中，馈电点111的数量为两个，邻近天线单元100的同一侧边设置；且各天线单元中馈电点111邻近的侧边为相同位置的侧边，或者对置的侧边，或者相邻的侧边，本领域技术人员可以理解为天线单元中馈电点的位置是根据极化需求设置的。在设计阵列天线时，该阵列天线所采用的天线单元间，相邻天线单元的馈电点位置可以按不同方向的旋转，典型的旋转角度是90°和180°，以在阵列天线中实现不同的天线馈电摆放位置和姿势，通过将馈电点位置旋转不同的角度，如90°或者180°，在保证阵列天线的极化方式不变的情况下，将不同天线单元的馈电点位置的距离拉开，从而达到提高不同天线单元之间的隔离度的目的。

更进一步地，各天线单元100之间设置至少一个金属隔离板300。在各天线单元100间的间距不等时，在较大间距中金属隔离板300的数量大于较小间距中金属隔离板300的数量。如图3中所示，由于该阵列天线中水平布阵方向和垂直布阵方向上各天线单元100间距不同，使得金属隔离板300在天线单元100四周形成一个矩形，导致各天线单元100的两个极化模式的正交性恶化，进一步使得同天线单元的异极化隔离度降低。在此，采用增加金属隔离板300的方法，使得各天线单元100周围的金属隔离板围设形成正方形隔离空间，进而使得金属隔离板对天线单元的正交性影响最小，从而改善了同天线单元的异极化的隔离度，最终保证阵列天线极化的正交性和阵列天线辐射特性的对称性，并且该种设置方式可适用于±45°极化和水平垂直极化的两种极化实现方式。

实施例二

本发明实施例中宽带双极化阵列天线采用如图3所示的结构，其中，双层辐射贴片选用相对介电常数为4的介质板，馈电片选用铜片，水平方向和垂直方向的金属隔离板均选用铝板。

过以下仿真进一步说明本发明提供的宽带双极化阵列天线的性能：

1、仿真内容

利用仿真软件对该宽带双极化阵列天线进行仿真，通过观察其馈电端口的驻波比和馈电端口之间的隔离度，得出仿真结果。

2、仿真结果

图6为本发明宽带双极化阵列天线实施例二中第一馈电端口为输入端口时自身的反射系数曲线图，图7为本发明宽带双极化阵列天线实施例二中第一馈电端口为输入端口时，与其它相邻天线单元馈电端口的隔离度曲线图。在图3所示的阵列天线结构中，第一馈电端口所在的天线单元与第三馈电端口和第四馈电端口所在的天线单元，以及第五馈电端口和第六馈电端口所在的天线单元相邻。由于第七馈电端口和第八馈电端口所在的天线单元距离第一馈电端口所在的天线单元较远，各馈电端口之间的干扰可忽略，因此，在这里不对其进行考虑。

从图6和图7中可以看出，在2.300GHz-2.690GHz频段中，输入端口，即第一馈电端口的反射系数（S1,1）在-15.4dB以下；同天线单元的异极化隔离度（S1,2），即第一馈电端口和第二馈电端口之间的隔离度在-18.9dB以下；列间的同极化隔离度（S1,3），即第一馈电端口和第三馈电端口之间的隔离度在-19.2dB以下；列间的异极化隔离度（S1,4），即第一馈电端口和第四馈电端口之间的隔离度在-27.1dB以下；列内的同极化隔离度（S1,5），即第一馈电端口和第五馈电端口之间的隔离度在-22.8dB以下；列内的异极化隔离度（S1,6）在-19.58dB，即第一馈电端口和第六馈电端口之间的隔离度。

通过以上数据说明，本发明实施例提供的宽带双极化阵列天线中各天线单元之间的隔离度很好，从而实现阵列天线双极化的正交性，以及该阵列天线辐射特性的对称性。

本发明实施例还提供一种基站，包括本发明任意实施例所提供的宽带双极化阵列天线，用以通过该宽带双极化天线高性能地接收和/或发射信号。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种宽带双极化阵列天线，包括天线单元和金属反射板，其特征在于，还包括金属隔离板，所述天线单元通过所述金属隔离板隔开，其中，所述天线单元包括馈电片和双层辐射贴片，

所述馈电片，第一端设置在所述双层辐射贴片的底层辐射贴片上，形成馈电点，第二端与馈电结构相连，形成馈电端口；

所述双层辐射贴片中底层辐射贴片的上表面设置开槽，在所述开槽范围内开孔固定连接所述馈电片的所述第一端，用于形成容性电抗。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

所述开槽的形状为封闭结构，所述馈电片的第一端固定连接在所述封闭结构开槽的通孔中。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：

各所述天线单元中所述馈电点的个数为2个；

两个馈电点分别独立邻近所述底层辐射贴片上表面的同一侧边设置，且两个馈电点在所述底层辐射贴片的对角线上，以实现±45°极化；或，两个馈电点分别独立邻近所述底层辐射贴片上表面的相邻侧边设置，且两个馈电点在所述相邻侧边的中心轴线上，以实现水平垂直极化。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，各所述天线单元间的馈电点位置相同或不同。

5.根据权利要求1-4任一所述的天线，其特征在于，各所述天线单元之间设置至少一个所述金属隔离板。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于：

各所述天线单元间的间距不等，在较大间距中金属隔离板的数量大于较小间距中金属隔离板的数量。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于：

各所述天线单元周围的金属隔离板围设形成正方形隔离空间。

8.一种基站，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的宽带双极化阵列天线。

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