CN105024145B - 一种小型高增益微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型高增益微带天线，解决了现有小型化基站天线结构复杂、加工困难、宽带小等问题。该小型高增益微带天线包括天线接地板（9），四个设置在所述天线接地板（9）上并通过四路功分器连接且具有设置有双“U”型槽的微带金属贴片（1）的天线辐射单元，所述天线辐射单元呈两行两列布置在所述天线接地板（9）上并通过不同半径的金属探针对其馈电。本发明具有体积小、制作简单、宽带大、辐射方向图稳定和增益高优点，十分适合应用于移动通信基站天线。

Description

一种小型高增益微带天线

技术领域

本发明涉及移动基站天线领域，属于移动通信的天线技术领域，尤其是涉及一种小型高增益微带天线。

背景技术

随着FDD-LTE技术的不断成熟以及国家对FDD-LTE牌照的发放，自此中国移动通信业开始进入全面4G时代。天线作为无线通信系统核心的部件之一，其性能的好坏直接影响到整个通信网络质量和用户体验。然而，传统的微波阵列天线存在体形庞大笨重、安装维护困难等缺点，不能适应移动通信技术的发展对基站天线技术的要求。

目前，实现小型化基站天线设计的方法主要有两种：第一种为使用中心馈电的振子天线，第二种为使用改进的微带贴片天线。第一种振子需要巴伦馈电，馈电结构和振子结构复杂，加工难度大；第二种需要采用多层结构，宽带较小且难以实现天线低剖面。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供了一种小型高增益微带天线。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种小型高增益微带天线，包括天线接地板，四个设置在所述天线接地板上并通过四路功分器连接且具有设置有双“U”型槽的微带金属贴片的天线辐射单元；所述四个天线辐射单元呈两行两列布置在所述天线接地板上并通过不同半径的金属探针对其馈电。

进一步的，所述天线辐射单元包括设置在所述天线接地板上的介质基板，通过支柱固定在所述介质基板上的所述微带金属贴片，相互连接且位于所述微带金属贴片与介质基板之间的第一圆柱金属探针和第二圆柱金属探针，以及第一微带馈线；

进一步的，所述第一圆柱金属探针的顶部与所述微带金属贴片连接，所述第二圆柱金属探针底部与所述第一微带馈线的末端连接，所述第一微带馈线的另一端连接所述四路功分器；

进一步的，所述微带金属贴片由所述第一微带馈线通过第一圆柱金属探针和第二圆柱金属探针馈电。

进一步的，所述第一圆柱金属探针的半径大于所述第二圆柱金属探针的半径；所述第一圆柱金属探针的顶部与所述微带金属贴片的中心连接，所述第二圆柱金属探针底部与特性阻抗为50Ω的所述第一微带馈线连接。

进一步的，所述第二圆柱金属探针和第一圆柱金属探针分别对应第一匹配段和第二匹配段；

进一步的，所述第一匹配段和第二匹配段均垂直于所述微带金属贴片，所述第一匹配段半径为1.5mm，长为5mm，所述第二匹配段半径2mm，长为8.97mm。

进一步的，所述天线接地板中间开有凹形槽，所述介质基板嵌入所述凹形槽内且上表面与所述天线接地板的凸面持平。

进一步的，所述微带金属贴片上开设有两个“U”型槽：第一“U”型槽和第二“U”型槽，所述第一“U”型槽的水平部分长为35mm，宽为4mm，垂直部分长为45mm，宽为12mm；所述第二“U”型槽的水平部分长为70mm，垂直部分长为37mm，宽为3mm；

进一步的，所述第一“U”型槽和第二“U”型槽的开口方向相同且所述第一“U”型槽位于所述第二“U”型槽内，二者的水平部分均平行于所述微带金属贴片的长边，垂直部分均平行于所述微带金属贴片的短边。

进一步的，所述四路功分器由三个双线二分器呈树状串联组成，其中一个双线二分器末端留有一小段开路枝节且该双线二分器通过开路枝节与另外两个双线二分器相连。

进一步的，所述天线接地板的一侧边留有一开口，所述开口内部安装有射频接头，所述射频接头与所述第二微带馈线的始端相连接。

进一步的，所述天线辐射单元之间的间距为135mm。

进一步的，所述天线接地板为方形，其宽度为250mm；所述微带金属贴片长为76mm，宽为60mm。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明采用双“U”形槽微带贴片作为辐射体，通过不同半径的金属探针对其馈电，天线带宽能够覆盖FDD-LTE、WCDMA(1.7GHz-2.2GHz)通信系统的工作频段，真正意义上实现了微带天线带宽化。同时，本发明具有结构简单、剖面低、质量轻的优点，只需将介质基板直接固定在设备表面上即可，且馈电网络由三个双线二分器呈树状串联组成，天线增益可达14.5dBi。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为本发明的仿真VSWR图。

图4为本发明在1.86GHz的辐射方向图。

图5为本发明在1.94GHz的辐射方向图。

图6为本发明在2.13GHz的辐射方向图。

图7为本发明中天线单元B1侧视图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-微带金属贴片，2-第一“U”型槽，2′-第二“U”型槽，3-第一圆柱金属探针，4-第二圆柱金属探针，5-第一微带馈线，6-开路枝节，7-圆形通孔，8-介质基板，9-天线接地板，10-射频接头，11-支柱，12-第二微带馈线。

具体实施方式

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种小型高增益微带天线，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

如图1～7所示，本实施例提供了一种小型高增益微带天线，包括天线接地板，四个设置在所述天线接地板上并通过四路功分器连接且具有设置有双“U”型槽的微带金属贴片的天线辐射单元；所述四个天线辐射单元呈两行两列布置在所述天线接地板上并通过不同半径的金属探针对其馈电。为了方便描述，将四个天线辐射单元分别命名为：B1、B2、B3和B4，四个天线辐射单元呈两行两列置于天线接地板一定高度处，天线辐射单元组阵时，相邻天线单元间距可用135mm(0.88λ0)，由此可以有效抑制栅瓣出现，辐射方向图稳定。

天线接地板是安装所有部件的承载体，本实施例中，天线接地板9为方形，其宽度为250mm，约1.63λ0。本实施例中每个天线辐射单元的结构相同，下面以天线辐射单元B1为例进行详细说明：

天线辐射单元包括有介质基板8、微带金属贴片1、金属探针和第一微带馈线5。介质基板安装在天线接地板上，具体的说，在天线接地板上开设有凹形槽，介质基板嵌在该凹形槽内，且介质基板的上表面与天线接地板的凸面持平。本实施例中介质基板8采用高频板材FR4，厚度1.6mm，相对介电常数为3.38。

本实施例中微带金属贴片的尺寸如下：长为76mm,约0.49λ0，宽为60mm约0.39λ0，本实施例中λ0表示中心频率波长。微带金属贴片通过支柱11固定在介质基板上，优选的，支柱为塑料支柱。本实施例中微带金属贴片具有两个“U”型槽，分别为：第一“U”型槽2和第二“U”型槽2′，第一“U”型槽2的水平部分长为35mm，宽为4mm，垂直部分长为45mm，宽为12mm；第二“U”型槽2′的水平部分长为70mm，垂直部分长为37mm，宽为3mm；进一步的，第一“U”型槽2和第二“U”型槽2′的开口方向相同且第一“U”型槽2位于第二“U”型槽2′内，二者的水平部分均平行于微带金属贴片1的长边，垂直部分均平行于微带金属贴片1的短边，第一“U”型槽2和第二“U”型槽2′各自保持一定距离和位置。微带金属贴片形状优选为矩形，其四角各设有一个圆形通孔，塑料支柱通过该圆形通孔连接微带金属贴片，然后将微带金属贴片固定在介质基本上。

微带金属贴片由第一微带馈线通过金属探针连接馈电，探针顶部和底部分别与微带金属贴片的中心和第一微带馈线末端相连。其中，第一微带馈线印刷在介质基板的表面，其特性阻抗为50Ω。金属探针包括有第一圆柱金属探针3和第二圆柱金属探针4，两个金属探针的半径不同，本实施例中，第一圆柱金属探针的半径大于第二圆柱金属探针，第一圆柱金属探针3的顶部与微带金属贴片的中心连接，第二圆柱金属探针4底部与第一微带馈线5的末端连接，第一微带馈线5的另一端连接四路功分器。第二圆柱金属探针4和第一圆柱金属探针3分别对应第一匹配段和第二匹配段；第一匹配段和第二匹配段均垂直于微带金属贴片1，第一匹配段半径为1.5mm，长为5mm，第二匹配段半径2mm，长为8.97mm。

为了更好的实现本实施例，天线接地板1的一侧边留有一开口，开口内部安装有射频接头10，射频接头10与第二微带馈线12的始端相连接。通过射频接头，该天线能和有源器件、电路集成为统一的组件。

如图3～6所示，本发明以双“U”形槽微带微带金属贴片作为辐射单元，采用一种新型探针馈电结构，天线带宽可覆盖1.7-2.2GHz，实现了微带天线的宽带化，在工作频段内天线电压驻波比小于1.5。天线辐射单元之间距离可以达到135mm，四单元阵列增益可达14.5dBi。本发明具有体积小、制作简单、宽带大、辐射方向图稳定和增益高优点，十分适合应用于移动通信基站天线。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种小型高增益微带天线，其特征在于，包括天线接地板(9)，四个设置在所述天线接地板(9)上并通过四路功分器连接且具有设置有双“U”型槽的微带金属贴片(1)的天线辐射单元；所述四个天线辐射单元呈两行两列布置在所述天线接地板(9)上并通过不同半径的金属探针对其馈电；

所述天线辐射单元包括设置在所述天线接地板(9)上的介质基板(8)，通过支柱(11)固定在所述介质基板(8)上的所述微带金属贴片(1)，相互连接且位于所述微带金属贴片(1)与介质基板(8)之间的第一圆柱金属探针(3)和第二圆柱金属探针(4)，以及第一微带馈线(5)；

所述第一圆柱金属探针(3)的顶部与所述微带金属贴片(1)连接，所述第二圆柱金属探针(4)底部与所述第一微带馈线(5)的末端连接，所述第一微带馈线(5)的另一端连接所述四路功分器；

所述微带金属贴片(1)由所述第一微带馈线(5)通过第一圆柱金属探针(3)和第二圆柱金属探针(4)馈电；

所述天线接地板(9)中间开有凹形槽，所述介质基板(8)嵌入所述凹形槽内且上表面与所述天线接地板(9)的凸面持平。

2.根据权利要求1所述的一种小型高增益微带天线，其特征在于，所述第一圆柱金属探针(3)的半径大于所述第二圆柱金属探针(4)的半径；所述第一圆柱金属探针(3)的顶部与所述微带金属贴片(1)的中心连接，所述第二圆柱金属探针(4)底部与特性阻抗为50Ω的所述第一微带馈线(5)连接。

3.根据权利要求2所述的一种小型高增益微带天线，其特征在于，所述第二圆柱金属探针(4)和第一圆柱金属探针(3)分别对应第一匹配段和第二匹配段；

所述第一匹配段和第二匹配段均垂直于所述微带金属贴片(1)，所述第一匹配段半径为1.5mm，长为5mm，所述第二匹配段半径2mm，长为8.97mm。

4.根据权利要求1所述的一种小型高增益微带天线，其特征在于，所述微带金属贴片(1)上开设有两个“U”型槽：第一“U”型槽(2)和第二“U”型槽(2′)，所述第一“U”型槽(2)的水平部分长为35mm，宽为4mm，垂直部分长为45mm，宽为12mm；所述第二“U”型槽(2′)的水平部分长为70mm，垂直部分长为37mm，宽为3mm；

所述第一“U”型槽(2)和第二“U”型槽(2′)的开口方向相同且所述第一“U”型槽(2)位于所述第二“U”型槽(2′)内，二者的水平部分均平行于所述微带金属贴片(1)的长边，垂直部分均平行于所述微带金属贴片(1)的短边。

5.根据权利要求1所述的一种小型高增益微带天线，其特征在于，所述四路功分器由三个双线二分器呈树状串联组成，其中一个双线二分器末端留有一小段开路枝节(6)且该双线二分器通过开路枝节(6)与另外两个双线二分器相连。

6.根据权利要求5所述的一种小型高增益微带天线，其特征在于，所述天线接地板(1)的一侧边留有一开口，所述开口内部安装有射频接头(10)，所述射频接头(10)连接第二微带馈线(12)的始端。

7.根据权利要求1所述的一种小型高增益微带天线，其特征在于，所述天线辐射单元之间的间距为135mm。

8.根据权利要求1所述的一种小型高增益微带天线，其特征在于，所述天线接地板(9)为方形，其宽度为250mm；所述微带金属贴片(1)长为76mm，宽为60mm。