CN104638347A

CN104638347A - 一种宽带双极化平面基站天线

Info

Publication number: CN104638347A
Application number: CN201510047058.6A
Authority: CN
Inventors: 李融林; 崔悦慧; 莫小龙
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: CN104638347B

Abstract

本发明公开了一种宽带双极化平面基站天线，包括：天线辐射单元、反射板、第一馈线和第二馈线，所述天线辐射单元通过支撑结构固定在反射板的上方，所述天线辐射单元为平面结构，所述天线辐射单元具有+45°极化振子、-45°极化振子和介质基板，所述+45°极化振子与-45°极化振子相互正交；所述+45°极化振子包括一对+45°半波振子、+45°共面微带线和+45°极化振子馈线，所述-45°极化振子包括一对-45°半波振子、-45°共面微带线和-45°极化振子馈线。具有大带宽、高隔离度、辐射方向图稳定和高增益、结构新颖简单和便于大规模制造等优点。

Description

一种宽带双极化平面基站天线

技术领域

本发明涉及一种移动通信基站天线技术，特别涉及一种宽带双极化平面基站天线。

背景技术

通信技术飞速发展，移动通信系统由2G系统发展为3G系统，而4G系统于2014年已经进入普及阶段，中国移动计划建成70万个4G基站，中国联通将建10万个4G基站，而中国电信4G基站建设初步规划超6万，中国现阶段普遍存在2G、3G和4G(LTE)移动通信系统大量共存的局面，因此，可同时支持2G、3G和4G(LTE)移动的移动通信基站天线具有巨大的实用价值和市场价值。双极化天线运用极化分集、频率复用等技术，在基站天线中具有广泛应用；目前，双极化基站天线可分为平面结构和立体结构二类，立体结构的基站天线包括多层结构的贴片天线和直立振子天线，需要复杂的馈电结果及支撑结构，平面结构的基站天线也没有实现直接馈电而需要附件的馈电结果用以实现宽带性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种宽带双极化平面基站天线，平面天线直接馈电实现了宽带特性，结构十分简单，性能好，有利于大规模制造。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种宽带双极化平面基站天线，包括天线辐射单元、反射板、第一馈线和第二馈线，所述天线辐射单元通过支撑结构固定在反射板的上方，其特征在于，所述天线辐射单元为平面结构，所述天线辐射单元具有+45°极化振子、-45°极化振子和介质基板，所述+45°极化振子包括一对+45°半波振子、+45°共面微带线和+45°极化振子馈线，所述-45°极化振子包括一对-45°半波振子、-45°共面微带线和-45°极化振子馈线，所述+45°极化振子和-45°极化振子相互正交不连接，所述+45°极化振子的并联半波振子和+45°共面微带线与-45°极化振子馈线蚀刻于介质基板正面；所述-45°极化振子的并联半波振子和-45°共面微带线与+45°极化振子馈线蚀刻于介质基板的背面；所述+45°极化振子与+45°极化振子馈线通过金属化过孔连接，所述-45°极化振子与-45°极化振子馈线通过金属化过孔连接。

本发明的宽带双极化平面天线用一个辐射单元实现了±45°双极化，所述天线辐射单元是轴对称结构，所述天线辐射单元具有对称轴，所述对称轴穿过天线辐射单元的中心，所述对称轴包括+45°对称轴和-45°对称轴，位于+45°对称轴上的+45°极化振子用于实现+45°极化；位于-45°对称轴上的-45°极化振子用于实现-45°极化；所述+45°极化和-45°极化之间的极化隔离可达35dB。

所述辐射单元优选并联半波振子结构，并联半波振子结构有助于天线获取宽带、高增益和良好的辐射性能。所述并联半波振子结构可分解为二个半波振子结构，半波振子长0.4λ₀～0.6λ₀。

所述馈电结构十分简单，所述并联半波振子用一段微带线馈电直接馈电，所述微带线的特性阻抗为50Ω，所述微带线的一端通过金属化过孔与所述并联半波振子连接，另一端与所述馈线相连。

任何对所述直接馈线结构所做的变形，任何改变振子形状或者并联方式的变形，其基本形式都仍可被看作是直接馈电的并联半波振子结构。

所述支撑结构为绝缘支撑结构，所述绝缘支撑结构的高度取决于天线辐射体距离反射板的高度，高度范围为0.1λ₀～0.5λ₀，其中，λ₀为自由空间频率2.2GHz对应的波长。所述绝缘支撑结构为塑料棒或木棒。

所述天线的反射板为平板的结构。

本发明的天线采用并联半波振子结构，用一段微带线直接馈电。所述天线包括辐射单元、反射板和二条馈线。所述辐射单元通过绝缘支撑结构固定在反射板的正上方。所述辐射单元包括+45°极化振子、-45°极化振子和介质基板，所述+45°极化振子和-45°极化振子相互正交且不相连，分别蚀刻于介质基板的正反面。所述+45°极化振子包括一对+45°半波振子、+45°共面微带线和+45°极化振子馈线，所述一对-45°半波振子、-45°共面微带线和-45°极化振子馈线。+45°极化振子的一对半波振子通过+45°极化振子的+45°共面微带线并联，并由+45°极化馈线直接馈电。-45°极化振子的一对半波振子通过-45°极化振子的-45°共面微带线并联，并由-45°极化馈线直接馈电。该天线具有大带宽、高隔离度、辐射方向图稳定、高增益的特点，且结构新颖简单，便于大规模制造。

本发明的工作原理：本发明用一个天线辐射单元就实现了±45°双极化，用一段50Ω的微带线给一对并联半波振子直接馈电，结构十分简单，平面结构有利于大规模制造；具有可覆盖1710-2690MHz的带宽和35dB的高隔离度；获取了高增益和良好的辐射性能；该宽带双极化平面天线适用于2G、3G、LTE(4G)移动通信系统。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、±45°双极化平面天线由+45°极化振子和-45°极化振子构成，每个极化振子包括一对半波振子、一段共面微带线和一段微带馈线；每对半波振子通过共面微带线并联，用一段微带馈线直接馈电；天线的辐射单元蚀刻在一块介质基板上，结构简单，便于大规模制造。

2、天线采用并联半波振子结构，有利于天线获得宽带、高增益和良好的辐射特性。

3、用微带线直接并联半波振子馈电，不用耦合馈电，也不用宽带巴伦等复杂馈电结构就能获得带宽性能。

附图说明

图1是本发明的宽带双极化平面天线的三维结构图。

图2是本发明的宽带双极化平面天线的正视图。

图3是本发明的宽带双极化平面天线的剖面图。

图4是本发明的宽带双极化平面天线的带宽。

图5是本发明的宽带双极化平面天线的水平面方向图。

其中，1表述天线辐射单元；2表述反射板；3A表述第一馈线；3B表述第二馈线；4表示支撑结构；5表示+45°极化振子；6表示-45°极化振子；7表示介质基板；8A表示一对+45°半波振子；8B表示一对-45°半波振子；9A表示+45°共面微带线；9B表示-45°共面微带线；10表示+45°极化振子馈线；11表示-45°极化振子馈线；12A表示+45°金属化过孔；12B表示-45°金属化过孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明宽带双极化平面天线包括辐射单元1，反射板2，馈线3和支撑结构4；天线辐射单元1通过支撑结构4固定于反射板2的正上方，距离42mm。

如图2所示，为宽带双极化平面天线辐射单元正面俯视图，辐射单元1包括+45°极化振子5和-45°极化振子6，+45°极化振子5和-45°极化振子6相互正交，蚀刻于同一块介质基板7上；介质基板7采用高频板材RO4350B，厚度1.52mm，相对介电常数3.48。一对+45°半波振子8A、+45°共面微带线9A和+45°极化振子馈线10构成了+45°极化振子5，一对-45°半波振子8B、-45°共面微带线9B和-45°极化振子馈线11构成了-45°极化振子6。一对+45°半波振子8A、+45°共面微带线9A和-45°极化振子馈线11蚀刻于介质基板的上表面，一对-45°半波振子8B、-45°共面微带线9B和+45°极化振子馈线10蚀刻于介质基板的下表面。一对+45°半波振子8A通过+45°共面微带线9A并联并由+45°极化振子馈线10直接馈电。一对-45°半波振子8B通过-45°共面微带线9B并联并由-45°极化振子馈线11直接馈电。

如图3所示，+45°极化振子馈线10的长度为8.8mm，其宽度为3.4mm，对应的特征阻抗50Ω。+45°极化振子馈线10一端通过金属化过孔12A与+45°共面微带线9A相连，另一端与第一馈线3A连接，第一馈线3A的内芯穿过非金属化通孔13A与+45°极化振子馈线10焊接，第一馈线3A的外导体与+45°共面微带线9A焊接。-45°极化振子馈线11的长度为8.8mm，其宽度为3.4mm，对应的特征阻抗50Ω。-45°极化振子馈线11一端通过金属化过孔12B与-45°共面微带线9B相连，另一端与第一馈线3B连接，第一馈线3B的内芯穿过非金属化通孔13B与+45°极化振子馈线11焊接，第一馈线3B的外导体与-45°共面微带线9B焊接。

反射板2的宽度为120mm，可采用铝板、铜板等板材。

如图4所示，是本实施例实测所得天线带宽，由此图得出结论，本发明的宽带双极化平面天线具有1.7-2.7GHz的带宽，回波损耗达-15dB，可完全覆盖1710-2690MHz频段，并且在该宽带上，极化隔离度在35dB以上。

如图5所示，是本实施例实测所得的天线水平面方向图，由此图得出结论，本发明的宽带双极化平面天线具有稳定的辐射方向图，辐射前后比也在15dB以上。

本实施例仅用一个辐射单元就可以实现±45°双极化，紧凑的平面结构，制作简单、有利于基站天线小型化；带宽大、可完全覆盖1710-2690MHz，隔离度优于35dB；二种极化方式下水平面和垂直面辐射方向图稳定，增益高，十分合适用作移动通信基站天线。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的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

1.一种宽带双极化平面基站天线，包括：天线辐射单元、反射板、第一馈线和第二馈线，所述天线辐射单元通过支撑结构固定在反射板的上方，其特征在于，所述天线辐射单元为平面结构，所述天线辐射单元具有+45°极化振子、-45°极化振子和介质基板，所述+45°极化振子与-45°极化振子相互正交；所述+45°极化振子包括一对+45°半波振子、+45°共面微带线和+45°极化振子馈线，所述-45°极化振子包括一对-45°半波振子、-45°共面微带线和-45°极化振子馈线；所述一对+45°半波振子、+45°共面微带线和-45°极化振子馈线均蚀刻在介质基板的正面，所述一对-45°半波振子、-45°共面微带线和+45°极化振子馈线均蚀刻在介质基板的背面；所述一对+45°半波振子通过+45°共面微带线并联，所述一对-45°半波振子通过-45°共面微带线并联。

2.根据权利要求1所述的宽带双极化平面基站天线，其特征在于，所述天线辐射单元为并联半波振子结构，所述半波振子的长度范围为：0.4λ₀～0.6λ₀。

3.根据权利要求1所述的宽带双极化平面基站天线，其特征在于，所述+45°极化振子由+45°极化振子馈线直接馈电，-45°极化振子由-45°极化振子馈线直接馈电；+45°极化振子馈线的一端通过金属化过孔与+45°共面微带线相连，+45°极化振子馈线的另一端与第一馈线相连；-45°极化振子馈线的一端通过金属化过孔与-45°共面微带线相连，-45°极化振子馈线的另一端与第二馈线相连。

4.根据权利要求1所述的宽带双极化平面基站天线，其特征在于，所述支撑结构为绝缘支撑结构，所述反射板为平板结构。

5.根据权利要求4所述的宽带双极化平面基站天线，其特征在于，所述绝缘支撑结构为塑料棒。

6.根据权利要求1～5任一项所述的宽带双极化平面基站天线，其特征在于，所述+45°极化振子馈线和-45°极化振子馈线均为微带线，所述+45°极化振子馈线的特征阻抗和-45°极化振子馈线的特征阻抗均为50欧姆。