CN104701602B - 一种小型化高隔离度接收‑发射天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化高隔离度接收‑发射天线，包括：结构相同的接收天线和发射天线，接收天线包括外壳，外壳内依次设置弧面辐射片、基片和反射板，基片的正面设有激励缝隙，基片的背面设有两路极化正交的交叉线极化天线的传输线，两路极化正交的交叉线极化天线的传输线的外端分别与相移90度等功率分配器的两个输入端相连，相移90度等功率分配器的输出端向外输出交叉圆极化天线信号，交叉线极化天线的传输线激励激励缝隙。本发明的小型化高隔离度接收‑发射天线。利用弧面辐射片使发射天线在近区场形成的电磁波，到达接收天线时，与接收天线的电磁波进行能量的对消，即提高接收‑发射天线的隔离度。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域中天线技术领域，具体地，涉及小型化高隔离度接收-发射天线。
背景技术
隔离度定义为直放站输入端口信号对输出端口信号的衰减度，是功率之比，单位dB。隔离度是无线同频直放站应用中非常重要的工程调整参数，在不同的应用中有着不同的调整，如果不注意，会对网络造成重大影响。
无线同频直放站采用同频放大转发的技术，施主天线和重发天线之间收到和发送的信号频率是一致的，又在开放的环境下收发信号，必然存在着信号的空间耦合。如果这种耦合度不控制在一定的范围内，就有可能引起直放站设备的自激，将对整个网络造成影响。降低耦合的重要方法是提高隔离度，因此也可以说，隔离度问题是用好同频无线直放站的关键问题。
在现有技术中，增大隔离度的主要方法有：选用前后比和旁瓣抑制比大的天线；尽可能增大两天线间的安装距离；两天线尽量采用背对背安装；利用建筑物隔离；微调天线的方位角和倾角；在两天线间安装隔离网；直放站安装时准确利用施主天线与服务天线旁瓣的凹陷位置；选择具有抗振性能的无线直放站，抗振措施能使隔离度有30dB的等效改善，则在大多数情况下可以保证大功率无线直放站的正常使用。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中接收-发射天线隔离度不佳、体积较大的缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种小型化高隔离度接收-发射天线。
根据本发明实施例的小型化高隔离度接收-发射天线，包括：
结构相同的接收天线和发射天线，接收天线包括外壳，外壳内依次设置弧面辐射片、基片和反射板，弧面辐射片的弧面表面呈碗状设置，基片的正面与弧面辐射片相对，基片的正面设有激励缝隙，基片的背面与反射板相对，基片的背面设有两路极化正交的交叉线极化天线的传输线，两路极化正交的交叉线极化天线的传输线的外端分别与相移90度等功率分配器的两个输入端相连，相移90度等功率分配器的输出端向外输出交叉圆极化天线信号，交叉线极化天线的传输线激励激励缝隙。
本发明实施例的小型化高隔离度接收-发射天线，其接收天线与发射天线之间仅相距2.5厘米，即天线处在近区场。利用弧面辐射片使发射天线在近区场形成的电磁波，到达接收天线时，与接收天线的电磁波进行能量的对消，即提高接收-发射天线的隔离度。通过调节弧面辐射片的弧度大小，控制基片的上下距离以及弧面辐射片的弧面开口朝上或朝下，来寻找达到接收天线与发射天线的能量对消点，能量对消越多，可获得更好的隔离度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明小型化高隔离度接收-发射天线的正面示意图；
图2为本发明小型化高隔离度接收-发射天线的背面示意图；
图3为本发明小型化高隔离度接收-发射天线的侧面剖视图；
图4为本发明小型化高隔离度接收-发射天线基片的背面结构示意图，基片背面在基片正面十字激励缝隙对该基片背面的映射位置腐蚀出与该十字激励缝隙形状相同的十字缝隙，该十字缝隙与各传输线支路相连通，该十字缝隙的中央设有圆形金属面，圆形金属面的四周都被传输线所包围。
图5为本发明小型化高隔离度接收-发射天线基片的正面结构示意图；
图6为本发明小型化高隔离度接收-发射天线各部分分解结构示意图；
图7为本发明小型化高隔离度接收-发射天线隔离度测试图，图7中左侧纵轴代表隔离度坐标，右侧纵轴代表驻波比坐标，上部左侧中的纵列2.700、2.400、2.575、2.635分别代表各曲线对应的频率，纵列-62.245、-37.841、-46.904、-75.965分别代表各曲线与其频率对应的隔离度值，曲线1的频率为2.700、隔离度值为-62.245，曲线2的频率为2.400、隔离度值为-37.841，曲线3的频率为2.575、隔离度为-46.904。
主要附图标记说明：
1-弧面辐射片，2-基片，3-反射板，4-接收天线，5-发射天线，6-天线接收端，7-天线发射端，8-外壳，9-第一传输线，10-第二传输线，11-等分二功分器，12-激励缝隙，13-圆形金属面，14-金属过孔，16-相移90度等功率分配器，17-圆极化天线，18-共面线支路，19-十字缝隙，20-金属化孔，21-外壳，曲线1：接收天线驻波比曲线，曲线2：发射天线驻波比曲线，曲线3：接收天线和发射天线之间隔离度曲线。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1-6所示，本发明实施例的小型化高隔离度接收-发射天线包括：一组接收天线4和发射天线5，本实施例以接收天线为例进行说明，发射天线的结构与接收天线完全相同。
接收天线4包括外壳21，外壳21内自上而下依次设置的弧面辐射片1、基片2和反射板3，弧面辐射片1的弧面内表面呈碗状设置，弧面辐射片1的碗状弧面表面可设底部圆面或平面，弧面辐射片1的弧面开口可朝上或朝下。如图3、6所示；基片2的正面与弧面辐射片1相对设置，基片2的背面与反射板3相对设置。
本发明实施例的小型化高隔离度接收-发射天线，是具有高隔离、小型化的同频收发双工一体的天线组合，其接收天线与发射天线之间仅相距2.5厘米，基本不增加天线的尺寸，就可以使接收天线与发射天线之间的隔离度达到55～60dB，如图7所示。
本发明实施例的小型化高隔离度接收-发射天线，其接收天线4与发射天线5之间仅相距2.5厘米，即天线处在近区场。利用弧面辐射片1使发射天线5在近区场形成的电磁波，到达接收天线4时，与接收天线4的电磁波进行能量的对消，即提高接收-发射天线的隔离度。通过调节弧面辐射片1的弧度大小，控制基片2的上下距离以及弧面辐射片1的弧面开口可朝上或朝下，来寻找达到接收天线与发射天线的能量对消点，能量对消越多，可获得更好的隔离度。
基片2的背面设置两路极化正交的交叉线极化天线的传输线，即第一传输线9和第二传输线10，该两路交叉线极化天线的传输线中的信号同频且极化相差90度，该两路交叉线极化天线的传输线一端(即外端)分别连接在相移90度等功率分配器的两输入端，相移90度等功率分配器的输出端(天线接收端6或天线发射端7)向外输出交叉圆极化天线信号。
基片2的正面设有激励缝隙12，该激励缝隙12设置成十字形，基片2的正面除该十字形激励缝隙12之外，其余均大面积覆铜，其覆铜面构成基片2的正面金属面，即金属接地面。基片2的背面除两路极化正交的交叉线极化天线的传输线、基片2正面的激励缝隙12在该基片2反面的映射区域即十字缝隙19之外，其余均大面积覆铜，其覆铜面构成基片2的反面金属面。
其中，本实施例的十字形激励缝隙具体包括正十字形、菱形十字形。需要说明的是，激励缝隙的形状除上述十字形之外，还包括：工字形、一字形、T字形、环形、领结形、锥形、扇形、星形、梯形、多边形等。
基片2背面在基片正面的十字形激励缝隙12的映射位置腐蚀出与该十字激励缝隙形状相同的十字缝隙19，该十字缝隙19与各共面线支路18相连通，该十字缝隙19的中央设有与激励缝隙12形成电容耦合的圆形金属面13，圆形金属面13的四周都被十字缝隙19所包围，即该圆形金属面13与上述基片2的反面金属面并不连通。圆形金属面13可以减少激励缝隙12的长度，有利于实现接收-发射天线的小型化。
两路交叉线极化天线的传输线的另一端(内端，即第一传输线9和第二传输线10)分别通过等分二功分器分成四路传输线支路。
在传输线和传输线支路的周边围绕设置有金属化孔20，金属化孔20将基片正面和反面相连通，将传输线和传输线支路分别转化成正面金属面的共面线和共面线支路18。
采用共面线和共面线支路18，将上述基片2的正面金属面和反面金属面相连通，使二者成为共地面，减少了传输线产生的平面波在电磁场中的干扰，使天线性能更稳定。
四条共面线支路18激励上述十字形激励缝隙12，采用十字形激励缝隙，并利用等分二功分器形成多个馈点，可使天线形成的辐射场更均匀对称。
在共面线支路18的末端分别设有金属化的金属过孔14，四路共面线支路18的末端分别通过金属过孔14与基片的正面金属面连通，即将共面线支路18的末端(输出端)接地，即短路，减少了共面线支路18与激励缝隙12相馈电的四个馈点间的耦合。
本发明实施例的小型化高隔离度接收-发射天线，由第一传输线9和第二传输线10分别传输极化相差90度的两路传输信号，由等分二功分器将每路信号分成两路支路信号，该四条共面线支路同时激励十字形激励缝隙，形成四次馈电，产生的电磁波激励弧面辐射片，在薄层空间内形成多个不同频率的驻波型电磁场，并二次激励弧面辐射片，从而高效率形成所需要的电磁波，向空间传播辐射。薄层空间即激励缝隙12与弧面辐射片1形成的空间，其空间距离小于所在频率的四分之一波长。
本发明实施例的小型化高隔离度接收-发射天线，是在极化相差90度的交叉线极化天线的基础上，通过加入相移90度等功率分配器，使得输出的交叉线极化波在空间中形成交叉圆极化波。发射天线发射的近区场交叉圆极化波，通过空间距离和极化的损耗，使得接收天线获得相应的天线端口隔离度。
本发明实施例的小型化高隔离度接收-发射天线，采用交叉圆极化天线取代交叉线极化天线，由于基站和终端是交叉线极化天线，两根正交的线极化天线接收一个交叉圆极化波时，其极化匹配因子为1，即达到最理想的极化匹配状态，且接收信号功率与收发天线位置无关，不取决于天线的方向，接收端的两根交叉线极化天线接收到的圆极化波的能量始终是相等的。同样的，当交叉圆极化天线接收交叉线极化波时也是如此。交叉圆极化天线取代交叉线极化天线，不仅接收能力比线极化天线好，而且使得天线从两个接头变为一个接头，提高了通道利用率，缩小了体积，节省了成本。
本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图1-图7为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种小型化高隔离度接收-发射天线，其特征在于，包括结构相同的接收天线和发射天线，所述接收天线包括外壳，所述外壳内依次设置弧面辐射片、基片和反射板，所述弧面辐射片的弧面表面呈碗状设置，所述基片的正面与所述弧面辐射片相对，所述基片的正面设有激励缝隙，所述基片的背面与所述反射板相对，所述基片的背面设有两路极化正交的交叉线极化天线的传输线，所述两路极化正交的交叉线极化天线的传输线的外端分别与相移90度等功率分配器的两个输入端相连，所述相移90度等功率分配器的输出端向外输出交叉圆极化天线信号，所述交叉线极化天线的传输线激励所述激励缝隙；
其中，所述小型化高隔离度接收-发射天线利用弧面辐射片使发射天线在近区场形成的电磁波，到达接收天线时，与接收天线的电磁波进行能量的对消。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述弧面辐射片的碗状底部形状包括圆面和平面，所述弧面辐射片的弧面开口可朝上或朝下。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述两路交叉线极化天线的传输线分别通过等分功分器分成四路传输线支路，所述传输线支路分别激励所述激励缝隙的各段缝隙。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述相移90度等功率分配器的两个输入端跨接在所述两路极化正交的交叉线极化天线传输线的输出端。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的天线，其特征在于，所述激励缝隙的形状包括：菱形十字形、工字形、一字形、T字形、环形、领结形、锥形、扇形、星形、多边形。
6.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述基片背面在所述基片正面的激励缝隙的映射位置设置有与所述激励缝隙形状相同的十字缝隙，该十字缝隙与各传输线支路相连通，该十字缝隙的中央设有与所述激励缝隙形成电容耦合的圆形金属面，所述圆形金属面的四周都被所述十字缝隙所包围。
7.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述四路传输线支路的末端分别通过金属过孔与所述基片正面的正面金属面连通。
8.根据权利要求3或7所述的天线，其特征在于，在所述传输线和传输线支路的周边围绕设置有金属化孔，所述金属化孔将所述基片正面的激励缝隙与反面的传输线和传输线支路相连通，所述传输线和传输线支路分别转化成共面线和共面线支路。
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