CN104134851B - 宽频带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽频带天线；通过优良的结构设计，创造性的将半导体运用到振子片上，将半导体结构与振子结合，通过不断的实验，设计长方形的金属振子片以及外围设有半导体圈，以及金属振子片上的结构设计，其辐射信号流在金属振子片流向长度和速度都得到较大改善，通过大量计算机软件的仿真得出其具有工作频带达到了3000MHz，完全满足4G对频率要求标准，相对带宽达到65.9%，且其具有良好的增益、前后比、交叉极化比特性。
Description
技术领域
本发明涉及天线领域，具体涉及一种宽频带天线。
背景技术
目前，4G网络越来越普及，有些国家也出现了5G网络；从运营商的角度来讲，为节省投资及考虑后续如何实现可扩容性、兼容性、多系统、多制式共存已越来越成为一种趋势。如此对基站天线也提出了更高的要求，为满足不同制式的频率，2000~3000MHz频段等超宽频带基站天线被广泛提出；而要实现基站天线的宽带化，首先要面临的就是作为其核心部件的辐射单元的带宽扩展问题，如何在整个宽带频带内，保持较高增益、波束收敛一致性、良好的前后比及高交叉极化比是一个不小的挑战；尤其是超宽频带问题，满足5G和4G（LTE）等高频段要求的振子和以该振子制作的天线均是亟需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种超宽辐射频率、良好的前后比以及高交叉极化特性的宽频带天线。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：宽频带天线，包括有反射板，以及设于反射板上的多个辐射单元，所述辐射单元包括有一支撑巴伦板，所述支撑巴伦板上设有两组、每组两个、呈长方形的金属振子片；上下两个金属振子片为一组，用于辐射垂直极化信号，左右两个金属振子片为一组，用于辐射水平极化信号；上下两个金属振子片之间设有第一馈电带线，左右两个金属振子片之间设有第二馈电带线；所述支撑巴伦板上设有第一同轴电缆馈电孔，所述第一同轴电缆馈电孔与第一馈电带线电连接；所述支撑巴伦板上还设有第二同轴电缆馈电孔，所述第二同轴电缆馈电孔与第二馈电带线电连接；每个金属振子片的边缘设有外隔离圈，每个金属振子片上靠近两侧分别设有多个并排设置的第一隔离阻断孔，每个金属振子片上的中部还设有多个并排设置的第二隔离阻断孔，第二隔离阻断孔均为矩形；所述外隔离圈为半导体，所述第一隔离阻断孔以及第二隔离阻断孔内均填充设有半导体；每个金属振子片远离支撑巴伦板的一侧设有用于整流的整流结构，所述整流结构为矩形，所述整流结构包括有多个并排设置的整流槽，整流槽之间设有整流道；所述整流槽内也均填充设有半导体。
其中，所述第一隔离阻断孔为矩形；所述第一隔离阻断孔的上下边的长度均为4mm-7mm。
其中，所述半导体为砷化镓半导体。
其中，每个金属振子片的厚度为2mm-2.5mm。
其中，所述第二隔离阻断孔的上下边的长度为22mm-25mm。
其中，所述第一隔离阻断孔的数量为八个。
其中，所述第二隔离阻断孔的数量为五个。
其中，所述第一同轴电缆馈电孔与第二同轴电缆馈电孔的距离大于4cm。
其中，所述支撑巴伦板为圆形；所述支撑巴伦板为PCB板，其直径为10cm。
其中，所述金属振子片的宽为6cm。
本发明的有益效果为：通过优良的结构设计，创造性的将半导体运用到振子片上，将半导体结构与振子结合，通过不断的实验，设计长方形的金属振子片以及外围设有半导体圈，以及金属振子片上的结构设计，其辐射信号流在金属振子片流向长度和速度都得到较大改善，通过大量计算机软件的仿真得出其具有工作频带达到了3000MHz，完全满足4G以及下一代5G对频率要求标准，相对带宽达到65.9%，且其具有良好的增益、前后比、交叉极化比特性。
附图说明
图1是本发明的辐射单元的俯视图；
图2是图1的局部放大图；
图3是辐射信号在遇到整流机构的分流图；
图4是本发明的辐射单元的剖面图；
图5是本发明的带宽仿真实验数据图；
图6是本发明的增益仿真实验数据图；
图7是本发明的俯视图；
图1至图7中的附图标记说明：1-支撑巴伦板；10-收敛缺口；2-反射板；11-第一馈电带线；12-第二馈电带线；11a-第一同轴电缆馈电；12a-第二同轴电缆馈电；3-金属振子片；4-外隔离圈；5-整流结构；51-整流道；6-第一隔离阻断孔；7-第二隔离阻断孔；9-阻扰孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
如图1至图7所示，本实施例所述的宽频带天线，包括有反射板2，以及设于反射板上的多个辐射单元，所述辐射单元包括有一支撑巴伦板1，所述支撑巴伦板1上设有两组、每组两个、呈长方形的金属振子片3；上下两个金属振子片3为一组，用于辐射垂直极化信号，左右两个金属振子片3为一组，用于辐射水平极化信号；上下两个金属振子片3之间设有第一馈电带线11，左右两个金属振子片3之间设有第二馈电带线12；所述支撑巴伦板1上设有第一同轴电缆馈电11a孔，所述第一同轴电缆馈电11a孔与第一馈电带线11电连接；所述支撑巴伦板1上还设有第二同轴电缆馈电12a孔，所述第二同轴电缆馈电12a孔与第二馈电带线12电连接；每个金属振子片3的边缘设有外隔离圈4，每个金属振子片3上靠近两侧分别设有多个并排设置的第一隔离阻断孔6，每个金属振子片3上的中部还设有多个并排设置的第二隔离阻断孔7，第二隔离阻断孔7均为矩形；所述外隔离圈4为半导体，所述第一隔离阻断孔6以及第二隔离阻断孔7内均填充设有半导体；每个金属振子片3远离支撑巴伦板1的一侧设有用于整流的整流结构5，所述整流结构5为矩形，所述整流结构5包括有多个并排设置的整流槽，整流槽之间设有整流道51；所述整流槽内也均填充设有半导体。本实施例所述的宽频带天线中，所述第一隔离阻断孔6为矩形；所述第一隔离阻断孔6的上下边的长度均为4mm-7mm。进一步的，第一同轴电缆馈电11a孔的同轴电缆与其馈电连接后，与第一馈电带线11连接实现馈电，同理，第二同轴电缆馈电12a孔的同轴电缆与其馈电连接后，与第二馈电带线12连接实现馈电，辐射电流分布式扩散，其信号走向通过第一隔离阻断孔6以及第二隔离阻断孔7后，其具备了较高的收敛性和超高增益以及超宽的频带，通过计算机软件仿真，其纵向增益达到了近13dBi；所述第二隔离阻断孔7均为矩形，使其具有良好的增益扩展性，横向增益也接近6dBi；通过大量计算机软件的仿真得出其具有工作频带达到了3000MHz，高于目前4G频率范围，所述信号扰流较大的情况下，其在金属振子片3远离支撑巴伦板1的一侧设有用于整流的整流结构5，所述整流结构5为矩形，所述整流结构5包括有多个并排设置的整流槽，整流槽之间设有整流道51，经过整流通道，其具备了更加平稳的边缘辐射信号，通过计算机软件仿真得知，使其增益更加稳定，收敛比高，前后比突出的特点；每个金属振子片3的边缘设有外隔离圈4，所述外隔离圈4为半导体，外隔离圈4为半导体能有效增加振子隔离度，其通过计算机软件仿真得知，其隔离度达到50db，远高于普通振子，运用半导体的外隔离圈4，其还具备较优的波束收敛一致性。所述第一隔离阻断孔6以及第二隔离阻断孔7内均填充设有半导体，增加了增益性，进一步的增加了频率带宽，通过大量计算机软件的仿真得出其具有工作频带达到了近3000MHz；通过优良的结构设计，创造性的将半导体运用到振子片上，将半导体结构与振子结合，通过不断的实验，设计长方形金属振子片3以及外围设有半导体圈，以及金属振子片3上的结构设计，其辐射信号流在金属振子片3流向长度和速度都得到较大改善，通过大量计算机软件的仿真得出其具有工作频带达到了3000MHz，完全满足4G以及下一代5G对频率要求标准，相对带宽达到65.9%，且其具有良好的增益、前后比、交叉极化比特性。所述金属振子片3呈长方形，每个角为倒角结构，可在保持电流展宽更宽的情况下，保持振子片间的最大距离，增加其隔离性，增强振子件的抗干扰能力。
本实施例所述的宽频带天线中，所述半导体为砷化镓半导体；通过实验以及计算机软件仿真得知，砷化镓半导体的效果最佳，其优良的半导体特性增加了本发明的频带范围和提高了振子辐射稳定性。
本实施例所述的宽频带天线中，每个金属振子片3的厚度为2mm-2.5mm；通过多次的仿真实验及结构设计调整，当金属振子片3的厚度为2mm-2.5mm时，其辐射电流最为平稳，辐射最为稳定，不易产生驻波等干扰波段，收敛性一致。
所述第二隔离阻断孔7的上下边的长度为22mm-25mm；通过多次的仿真实验及结构设计调整，所述第二隔离阻断孔7的上下边的长度为22mm-25mm时，在最少杂波产生的限制下其延长电流效果最好，因而其最容易满足超宽的辐射带宽。所述第一隔离阻断孔6的数量为八个；所述第二隔离阻断孔7的数量为五个，通过计算机仿真，此数量时，其效果更佳。
所述第一同轴电缆馈电11a孔与第二同轴电缆馈电12a孔的距离大于4cm；所述支撑巴伦板1为圆形；所述支撑巴伦板1为PCB板，其直径为10cm；如此设计，通过计算机软件仿真得知，其隔离度更大。
所述金属振子片3的每一条边长为6cm；当每一条边长为6cm时，其纵向长度正好为辐射波长的半波长度，因此其稳定性好，不产生杂波。
本实施例所述的宽频带天线中，所述两个相邻的第二隔离阻断孔7之间还设有多个阻扰孔9，所述阻扰孔9内填充设有半导体；所述阻扰孔9能进一步增加扰流效果，增加带宽，通过计算机软件仿真得知，其能增加约3%带宽。
本实施例所述的宽频带天线中，所述外隔离圈4的靠近整流机构的一侧设有V形的收敛缺口10，其能有效增加收敛性和隔离度，通过计算机仿真，其表现有良好的收敛性。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。
Claims (8)
1.一种宽频带天线，包括有反射板（2），以及设于反射板上的多个辐射单元，所述辐射单元包括有一支撑巴伦板（1），其特征在于：所述支撑巴伦板（1）上设有两组、每组两个、呈长方形的金属振子片（3）；上下两个金属振子片（3）为一组，用于辐射垂直极化信号，左右两个金属振子片（3）为一组，用于辐射水平极化信号；上下两个金属振子片（3）之间设有第一馈电带线（11），左右两个金属振子片（3）之间设有第二馈电带线（12）；所述支撑巴伦板（1）上设有第一同轴电缆馈电（11a）孔，所述第一同轴电缆馈电（11a）孔与第一馈电带线（11）电连接；所述支撑巴伦板（1）上还设有第二同轴电缆馈电（12a）孔，所述第二同轴电缆馈电（12a）孔与第二馈电带线（12）电连接；每个金属振子片（3）的边缘设有外隔离圈（4），每个金属振子片（3）上靠近两侧分别设有多个并排设置的第一隔离阻断孔（6），每个金属振子片（3）上的中部还设有多个并排设置的第二隔离阻断孔（7），第二隔离阻断孔（7）均为矩形；所述外隔离圈（4）为半导体，所述第一隔离阻断孔（6）以及第二隔离阻断孔（7）内均填充设有半导体；每个金属振子片（3）远离支撑巴伦板（1）的一侧设有用于整流的整流结构（5），所述整流结构（5）为矩形，所述整流结构（5）包括有多个并排设置的整流槽，整流槽之间设有整流道（51）；所述整流槽内也均填充设有半导体；
每个金属振子片（3）的厚度为2mm-2.5mm；
所述第二隔离阻断孔（7）的上下边的长度为22mm-25mm。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带天线，其特征在于：所述第一隔离阻断孔（6）为矩形；所述第一隔离阻断孔（6）的上下边的长度均为4mm-7mm。
3.根据权利要求1所述的一种宽频带天线，其特征在于：所述半导体为砷化镓半导体。
4.根据权利要求1所述的一种宽频带天线，其特征在于：所述第一隔离阻断孔（6）的数量为八个。
5.根据权利要求1所述的一种宽频带天线，其特征在于：所述第二隔离阻断孔（7）的数量为五个。
6.根据权利要求1所述的一种宽频带天线，其特征在于：所述第一同轴电缆馈电（11a）孔与第二同轴电缆馈电（12a）孔的距离大于4cm。
7.根据权利要求1所述的一种宽频带天线，其特征在于：所述支撑巴伦板（1）为圆形；所述支撑巴伦板（1）为PCB板，其直径为10cm。
8.根据权利要求1所述的一种宽频带天线，其特征在于：所述金属振子片（3）的宽为6cm。
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