CN103972647A - 一种具有可简易安装特性的宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有可简易安装特性的宽带天线，包括介质基板以及直立设置在介质基板上表面的两对信号金属板，所述两对信号金属板左右对称构成一对偶极子，其中左边的一对信号金属板与介质基板上表面之间设有一对金属地板，右边的一对信号金属板与介质基板上表面之间设有一信号金属块，所述信号金属块将右边的一对信号金属板固定；所述一对金属地板分别为第一金属地板和第二金属地板，所述介质基板上表面还设有一信号金属条，所述信号金属条位于第一金属地板与第二金属地板之间，并与信号金属块连接形成馈电结构。本发明的宽带天线结构简单、低成本、易加工、体积小、频带宽，可应用于1.75Ghz～2.7Ghz的LTE手机基站中。

Description

一种具有可简易安装特性的宽带天线

技术领域

本发明涉及一种宽带天线，尤其是一种具有可简易安装特性的宽带天线，属于无线通信领域。

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-Advanced TDD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

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种具有可简易安装特性的宽带天线，该天线结构简单、低成本、易加工、体积小、频带宽，可应用于1.75Ghz～2.7Ghz的LTE手机基站中。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：包括介质基板以及直立设置在介质基板上表面的两对信号金属板，所述两对信号金属板左右对称构成一对偶极子，其中左边的一对信号金属板与介质基板上表面之间设有一对金属地板，右边的一对信号金属板与介质基板上表面之间设有一信号金属块，所述信号金属块将右边的一对信号金属板固定；所述一对金属地板分别为第一金属地板和第二金属地板，所述介质基板上表面还设有一信号金属条，所述信号金属条位于第一金属地板与第二金属地板之间，并与信号金属块连接形成馈电结构。

作为一种优选方案，所述两对信号金属板之间具有第一缝隙，所述信号金属块设置在靠近第一缝隙的位置上。

作为一种优选方案，所述左边的一对信号金属板之间具有第二缝隙，所述右边的一对信号金属板之间具有第三缝隙，所述信号金属条穿过第二缝隙与信号金属块连接。

作为一种优选方案，所述信号金属块的形状为矩形，其长度为4～6mm，宽度为35～5.5mm。

作为一种优选方案，所述介质基板下表面设有第三金属地板，所述第三金属地板覆盖介质基板的整个下表面。

作为一种优选方案，所述介质基板上表面的一对金属地板、介质基板和介质基板下表面的第三金属地板共同的侧端，伸出左边的一对信号金属板的端面，所述介质基板和介质基板下表面的第三金属地板的另一侧端与右边的一对信号金属板齐平。

作为一种优选方案，所述介质基板是有效介电常数为2.55的介质基板，其厚度为0.6～1.2mm。

作为一种优选方案，所述两对信号金属板均采用表面覆盖有金属材料的PCB板。

作为一种优选方案，所述PCB板采用FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布和共烧陶瓷任意一种材料构成。

作为一种优选方案，所述信号金属板、信号金属块、信号金属条、第一金属地板、第二金属地板和第三金属地板采用的金属材料为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明的宽带天线具有两对信号金属板，在其中右边的一对信号金属板与介质基板上表面之间增加一个信号金属块，这个信号金属块可以与信号金属条形成的馈电结构，以达到更好馈电和改善带内性能的效果；此外，这个信号金属块可以作为焊盘，从而简化加工步骤，使加工厂能简单地完成加工。

2、本发明的宽带天线与现有技术的设计相比，具有两对信号金属板，通过两对信号金属板构成一对偶极子，以实现天线信号的发射或接收，在天线阵同等单元数目下，具有较好的增益。

3、本发明的宽带天线与现有技术的设计相比，可以达到四模谐振天线，有效拓宽带宽，改善频带内性能，从电磁仿真的结果表明，该天线具有高性能的宽带优点并且具有很强的实用性。

4、本发明的宽带天线的介质基板加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足该宽带天线低造价的要求。

5、本发明的宽带天线与现有技术比较，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，尤其是应用于1.75Ghz～2.7Ghz的LTE手机基站中。

附图说明

图1为本发明实施例1的宽带天线正视图。

图2为本发明实施例1的宽带天线左视图。

图3为本发明实施例1的宽带天线俯视图。

图4为本发明实施例1的宽带天线构成的天线阵简化图。

图5为本发明实施例1的宽带天线电磁仿真曲线图。

其中，1－介质基板，2－信号金属板，3－第一金属地板，4－第二金属地板，5－第一缝隙，6－第二缝隙，7－第三缝隙，8－第三金属地板，9－信号金属块，10-信号金属条。

具体实施方式

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本实施例的宽带天线包括介质基板1以及直立设置在介质基板1上表面的两对信号金属板2，所述两对信号金属板2均采用表面覆盖有金属材料的PCB板，且左右对称构成一对偶极子，在左边的一对信号金属板2与介质基板1上表面之间设有一对金属地板，所述一对金属地板分别为第一金属地板3和第二金属地板4；所述两对信号金属板2之间具有第一缝隙5，所述左边的一对信号金属板2之间具有第二缝隙6，所述右边的一对信号金属板2之间具有第三缝隙7；

为了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，在所述介质基板下表面增加了第三金属地板8，所述第三金属地板8覆盖介质基板1的整个下表面，所述介质基板1上表面的一对金属地板(第一金属地板3和第二金属地板4)、介质基板1和介质基板1下表面的第三金属地板8共同的侧端，伸出左边的一对信号金属板2的端面，所述介质基板1和介质基板1下表面的第三金属地板8的另一侧端与右边的一对信号金属板2齐平；同样的，为更好馈电和改善带内性能，在右边的一对信号金属板2与介质基板1上表面之间增加一信号金属块9，所述信号金属块9的形状为矩形，它将右边的一对信号金属板2固定，并设置在靠近第一缝隙5的位置上；所述介质基板2上表面还设有一信号金属条10，所述信号金属条10位于第一金属地板3与第二金属地板4之间，所述信号金属条10穿过第二缝隙6与信号金属块9连接形成馈电结构；

所述介质基板1的有效介电常数为2.55，厚度为0.8mm，其加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足该宽带天线低造价的要求。

所述第一金属地板3、第二金属地板4、位于它们之间的信号金属条10以及与信号金属条10连接的信号金属块9构成共面波导结构，该共面波导结构形成一条传输线，作为信号的输入端或输出端，以保证信号的有效传输；天线信号的发射或接收由两对信号金属板2完成，信号从介质基板1上表面底端通过SMA头(图中未示)接入或接出，通过50Ω共面波导实现阻抗匹配。

本实施例中，所述PCB板采用FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布和共烧陶瓷任意一种材料构成。所述信号金属板2、信号金属块9、信号金属条10、第一金属地板3、第二金属地板4和第三金属地板8采用的金属材料为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。

由本实施例的宽带天线构成的天线阵简化图如图4所示。

本实施例的宽带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，所述第一金属地板3和第二金属地板4的长度和宽度相同，长度为55mm，宽度为45mm；所述第三金属地板8的长度为110mm，宽度为96mm；所述第一缝隙5的宽度为2.5mm；所述第二缝隙6和第三缝隙7的宽度均为2mm；所述两对信号金属板2中每一块信号金属板2的长度为49.75mm，宽度为31mm；所述信号金属条10的长度为47.5mm，宽度为1.4mm；所述信号金属块9的长度为5mm，宽度为4.9mm。

通过计算和电磁场仿真，对本实施例的宽带天线进行了验证仿真，图5给出了该天线在1.5～3.5Ghz频率范围内的输入端口回波损耗曲线(即S11参数)在1.75GHz～2.7GHz频段范围内，其值都小于－10dB，并且有四个非常明显的谐振点。

仿真说明该发明具有较长的带宽，较大的增益，性能良好，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。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：包括介质基板以及直立设置在介质基板上表面的两对信号金属板，所述两对信号金属板左右对称构成一对偶极子，其中左边的一对信号金属板与介质基板上表面之间设有一对金属地板，右边的一对信号金属板与介质基板上表面之间设有一信号金属块，所述信号金属块将右边的一对信号金属板固定；所述一对金属地板分别为第一金属地板和第二金属地板，所述介质基板上表面还设有一信号金属条，所述信号金属条位于第一金属地板与第二金属地板之间，并与信号金属块连接形成馈电结构。

2.根据权利要求1所述的一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：所述两对信号金属板之间具有第一缝隙，所述信号金属块设置在靠近第一缝隙的位置上。

3.根据权利要求1所述的一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：所述左边的一对信号金属板之间具有第二缝隙，所述右边的一对信号金属板之间具有第三缝隙，所述信号金属条穿过第二缝隙与信号金属块连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：所述信号金属块的形状为矩形，其长度为4～6mm，宽度为3.5～5.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：所述介质基板下表面设有第三金属地板，所述第三金属地板覆盖介质基板的整个下表面。

6.根据权利要求5所述的一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：所述介质基板上表面的一对金属地板、介质基板和介质基板下表面的第三金属地板共同的侧端，伸出左边的一对信号金属板的端面，所述介质基板和介质基板下表面的第三金属地板的另一侧端与右边的一对信号金属板齐平。

7.根据权利要求1所述的一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：所述介质基板是有效介电常数为2.55的介质基板，其厚度为0.6～1.2mm。

8.根据权利要求1所述的一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：所述两对信号金属板均采用表面覆盖有金属材料的PCB板。

9.根据权利要求8所述的一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：所述PCB板采用FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布和共烧陶瓷任意一种材料构成。

10.根据权利要求5所述的一种具有可简易安装特性的宽带天线，其特征在于：所述信号金属板、信号金属块、信号金属条、第一金属地板、第二金属地板和第三金属地板采用的金属材料为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。