CN104916910B - 一种基于耦合馈电结构的双极化基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于耦合馈电结构的双极化基站天线，包括介质基板，所述介质基板下表面设置辐射单元及馈电单元，所述辐射单元与馈电单元物理上隔开，具有间隙，所述介质基板上表面设置馈线，所述介质基板下方设置反射板。利用不同端口激励时四个辐射单元的合成电流分别为+45°和‑45°方向的原理来实现基站天线的双极化特性，其中馈电结构和辐射单元物理上分开，调节辐射单元可以移动天线的谐振点，调节馈电结构和馈电结构与辐射单元之间的间隙则可以调节阻抗匹配。

Description

一种基于耦合馈电结构的双极化基站天线

技术领域

本发明涉及天线领域，特别涉及一种基于耦合馈电结构的双极化基站天线。

背景技术

在移动通信系统中，基站天线扮演着重要的角色，基站天线是通信系统中的电信号和空间中的电磁波之间的转换器，其性能的好坏将影响到整个移动通信系统的通信质量；由于基站天线实际所处的环境很复杂，电磁波在这种复杂的环境下传播会存在多径衰落问题，使得基站天线接收到的干扰信号较大，所以常采用双极化基站天线来克服多径衰落。

随着移动通信技术的快速发展，如今的移动通信系统是2G/3G/4G多个制式共存的，这就要求基站天线能够覆盖更宽的频带，基站天线通常是以对称振子为原型变化而来的，对称振子的频带较窄，在通带内只有一个谐振频点，很难实现较宽的频带，常常需要改变天线的馈电结构以及激励方式来获得较宽的频带。

发明内容

为了克服现有技术存在缺点与不足，本发明提供一种基于耦合馈电结构的双极化基站天线。

本发明采用如下技术方案：

一种基于耦合馈电结构的双极化基站天线，包括介质基板，所述介质基板下表面设置辐射单元及馈电单元，所述辐射单元与馈电单元物理上隔开，具有间隙，所述介质基板上表面设置馈线，所述介质基板下方设置反射板。

所述辐射单元包括第一、第二、第三及第四辐射枝节，相邻辐射枝节相互垂直；

所述馈电单元包括第一、第二、第三及第四馈电枝节，分别设置在相邻辐射枝节的中间位置；

所述辐射单元及馈电单元均关于介质基板中心对称。

还包括同轴馈线，所述同轴馈线包括第一、第二同轴馈线，所述馈线包括第一及第二馈线，所述第一、第二同轴馈线的底端均与穿过反射板的信号源连接，所述第一同轴馈线顶端的外导体与第三馈电枝节连接，其内导体穿过介质基板与第一馈线连接，然后再穿过介质基板与第四馈电枝节连接，形成+45°极化激励；

所述第二同轴馈线顶端的外导体与第二馈电枝节连接，其内导体穿过介质基板与第二馈线连接，然后再穿过介质基板与第一馈电枝节连接，形成-45°极化激励。

还包括两根短路金属柱，分别为第一、第二短路金属柱，并与第一、第二同轴馈线构成巴伦。

所述介质基板与反射板的距离为中心频率的四分之一波长。

还包括翻边，设置在反射板的四周边沿。

所述第一、第二、第三及第四辐射枝节的结构均相同，所述辐射枝节为蛇形、阶梯型或矩形；

所述第一、第二、第三及第四馈电枝节的结构均相同，均为蛇形、阶梯型或环形结构。

所述第一、第二、第三及第四辐射枝节长度小于四分之一波长。

所述四个馈电枝节为阶梯型，延长馈电枝节与四个辐射枝节的耦合路径。

本发明的有益效果：

(1)通过新型耦合馈电结构实现了天线的馈电结构和辐射单元独立可控的宽带双极化基站天线，天线有两个谐振点，可以提高天线的带宽；

(2)采用介质基板具有设计简单，成本较低等优点；

(3)本发明提出的双极化基站天线占用空间较小，比较容易在一块介质基板上实现多频双极化基站天线，可以满足实际的多制式通信要求。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1的局部结构示意图；

图3是本发明实施例1实现+45°极化的耦合馈电原理示意图；

图4是本发明实施例1实现-45°极化的耦合馈电原理示意图；

图5是本发明实施例1工作在660MHz-980MHz频段的S参数仿真曲线；

图6是本发明实施例1工作在660MHz-980MHz频段的电压驻波比VSWR仿真曲线；

图7是本发明实施例1工作在660MHz-960MHz频段的半功率波瓣宽度仿真曲线；

图8是本发明实施例1工作在660MHz-960MHz频段的增益仿真曲线；

图9是本发明实施例2的结构示意图；

图10是本发明实施例3的结构示意图；

图11是本发明实施例4的结构示意图。

图中示出：

1-第一辐射枝节，2-第二辐射枝节，3-第三辐射枝节，4-第四辐射枝节，5-第一馈电枝节，6-第二馈电枝节，7-第三馈电枝节，8-第四馈电枝节，9-介质基板，10-反射板，11-翻边，12-第一同轴馈线，13-第二同轴馈线，14-第一短路金属柱，15-第二短路金属柱，16-第一过孔，17-第二过孔，18-第一馈线，19-第二馈线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1、图2所示，一种基于耦合馈电结构的双极化基站天线，包括介质基板9及同轴馈线，所述介质基板9下方设置反射板10，反射板10四周边沿设置翻边11，反射板10和翻边11的材料可以是铜，铝，银等金属材料，位于介质基板下表面的辐射单元及馈电单元，位于介质基板上表面的馈线，其中，第一、第二、第三及第四辐射枝节1、2、3、4构成辐射单元，第五、第六、第七及第八馈电枝节5、6、7、8构成双极化基站天线的馈电单元，所述第一、第二、第三及第四辐射单元中，相邻辐射单元相互垂直，所述第一、第二、第三及第四馈电枝节分别设置在相邻辐射枝节的中间位置，并与相邻辐射枝节的距离相等，馈电单元与辐射单元在物理上隔开，具有一定间隙，通过这个间隙耦合激励辐射单元，控制馈电单元与辐射单元之间的间隙就可以很好的实现阻抗匹配，并且第一、第二、第三及第四的馈电枝节尺寸相比于第一、第二、第三及第四辐射枝节要小很多，这样就不会占用太大的空间。

所述同轴馈线包括第一及第二同轴馈线12、13，均采用特征阻抗为50Ω的同轴线，所述第一同轴馈线12的底端与穿过反射板的信号源连接，其顶端部分的外导体与第三馈电枝节7连接，内导体穿过介质基板与第二馈线19连接，然后再经过第二过孔17穿过介质基板与第四馈电枝节8连接，完成+45°极化激励；

同样，第二同轴馈线13的底端部分与穿过反射板10信号源连接，第二同轴馈线13的顶端部分的外导体与第二馈电枝节6相连，内导体则穿过介质基板9与第一馈线18相连，再经过第一过孔16穿过介质基板与第一馈电枝节5相连，完成-45°极化激励；

还包括两根短路金属柱，分别为第一、第二短路金属柱14、15，和同轴馈线12，13一起构成了巴伦，可以平衡辐射单元上的电流并且提高端口之间的隔离。

本实施例中的辐射枝节为矩形，馈电枝节为阶梯型，相邻馈电枝节之间的距离在0.3mm-0.5mm内，辐射枝节的长度小于四分之一波长，馈电枝节小于八分之一波长。

利用不同端口激励时四个辐射单元的合成电流分别为+45°和-45°方向的原理来实现基站天线的双极化特性，其中馈电结构和辐射单元物理上分开，调节辐射单元可以移动天线的谐振点，调节馈电结构和馈电结构与辐射单元之间的间隙则可以调节阻抗匹配。

图3为本发明第一实施例双极化基站天线实现+45°极化的耦合馈电原理：第三及第四馈电枝节7，8加激励时，图中箭头表示各单元的电流方向，根据耦合原理可知：第一辐射枝节1上的电流方向与第三馈电枝节7的水平部分相反，第一馈电枝节5的水平部分电流方向又与第一辐射枝节1相反；第三辐射枝节3上的电流方向与第三馈电枝节7的垂直部分相反，第二馈电枝节6的垂直部分电流方向又与第三辐射枝节3相反；第四辐射枝节4上的电流方向与第四馈电枝节8的垂直部分相反，第一馈电枝节5的垂直部分电流方向又与第四辐射枝节4相反；第二辐射枝节2上的电流方向与第四馈电枝节8的水平部分相反，第二馈电枝节6的水平部分电流方向又与第二辐射枝节2相反。其中馈电单元和与馈电单元正对的同样长度的辐射单元上的电流相位相反，所以在远场产生的电磁场可以抵消，剩下的4个辐射枝节的电流合成方向正好是+45°方向，就构成了+45°极化基站天线。

同理，图4为双极化基站天线实现-45°极化的耦合馈电原理：第一、第二馈电枝节5，6加激励时，图中箭头表示各单元的电流方向，根据耦合原理可知：第二辐射枝节2上的电流方向与第二馈电枝节6的水平部分相反，第四馈电枝节8的水平部分电流方向又与第二辐射枝节2相反；第三辐射枝节3上的电流方向与第二馈电枝节6的垂直部分相反，第三馈电枝节7的垂直部分电流方向又与第三辐射枝节3相反；第四辐射枝节4上的电流方向与第一馈电枝节5的垂直部分相反，第四馈电枝节8的垂直部分电流方向又与第四辐射枝节4相反；第一辐射枝节1上的电流方向与第一馈电枝节5的水平部分相反，第三馈电枝节7的水平部分电流方向又与第一辐射枝节1相反。其中馈电结构和与馈电结构正对的同样长度的辐射单元上的电流相位相反，所以在远场产生的电磁场可以抵消，剩下的4个辐射枝节的电流合成方向正好是-45°方向，就构成了-45°极化基站天线。

图5是第一实施例工作在660MHz-980MHz频段的回波损耗和隔离度仿真曲线，S11是输入端口1的回波损耗，S22是输入端口2的回波损耗，S21是两个输入端口的传输系数，天线出现了两个谐振频点：高频谐振点由辐射单元控制，低频谐振点由馈电结构以及耦合间隙控制，天线实现了很好的匹配；图6是第一实施例在660MHz-980MHz频段的电压驻波比仿真曲线，VSWR1表示输入端口1的电压驻波比,VSWR2表示输入端口2的电压驻波比，两个输入端口的驻波比都小于1.5；图7是第一实施例在660MHz-960MHz频段的半功率波瓣宽度仿真曲线，其中Port1表示输入端口1的水平面半功率波瓣宽度，Port2表示输入端口2的水平面半功率波瓣宽度，在整个频段范围内，半功率波瓣宽度都在65°±5°；图8是第一实施例在660MHz-960MHz频段的增益仿真曲线，其中Port1表示输入端口1激励的增益，Port2表示输入端口2激励的增益，在整个频段内，天线的增益都在8dBi以上。

实施例2

如图9所示，馈电枝节为环形结构，其余同实施例1。

实施例3

如图10所示，辐射枝节及馈电枝节为蛇形结构，其中辐射枝节的尺寸比例更小。

实施例4

如图11所示，本实施例的双极化基站天线的主要特点有：所述四个辐射枝节1，2，3，4为阶梯形结构，延长四个馈电枝节5，6，7，8与四个辐射单元1，2，3，4的耦合路径，从而使得馈电枝节5，6，7，8和辐射枝节1，2，3，4的长度减小，其余同第一实施例。

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所述实施例的限制，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 (7)

1.一种基于耦合馈电结构的双极化基站天线，其特征在于，包括介质基板，所述介质基板下表面设置辐射单元及馈电单元，所述辐射单元与馈电单元物理上隔开，具有间隙，所述介质基板上表面设置馈线，所述介质基板下方设置反射板；

所述辐射单元包括第一、第二、第三及第四辐射枝节，相邻辐射枝节相互垂直；

所述馈电单元包括第一、第二、第三及第四馈电枝节，分别设置在相邻辐射枝节的中间位置，与相邻辐射枝节的距离相等，馈电单元与辐射单元在物理上隔开，具有间隙；

所述辐射单元及馈电单元均关于介质基板中心对称；

第一、第二、第三及第四的馈电枝节尺寸小于第一、第二、第三及第四辐射枝节；

还包括同轴馈线，所述同轴馈线包括第一、第二同轴馈线，所述馈线包括第一及第二馈线，所述第一、第二同轴馈线的底端均与穿过反射板的信号源连接，所述第一同轴馈线顶端的外导体与第三馈电枝节连接，其内导体穿过介质基板与第一馈线连接，然后再穿过介质基板与第四馈电枝节连接，形成+45°极化激励；

所述第二同轴馈线顶端的外导体与第二馈电枝节连接，其内导体穿过介质基板与第二馈线连接，然后再穿过介质基板与第一馈电枝节连接，形成-45°极化激励。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括两根短路金属柱，分别为第一、第二短路金属柱，并与第一、第二同轴馈线构成巴伦。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述介质基板与反射板的距离为中心频率的四分之一波长。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括翻边，设置在反射板的四周边沿。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一、第二、第三及第四辐射枝节的结构均相同，所述辐射枝节为蛇形、阶梯型或矩形；

所述第一、第二、第三及第四馈电枝节的结构均相同，均为蛇形、阶梯型或环形结构。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一、第二、第三及第四辐射枝节长度小于四分之一波长。

7.根据权利要求5所述的基站天线，其特征在于，所述四个馈电枝节为阶梯型，延长馈电枝节与四个辐射枝节的耦合路径。