CN105449356A - 一种用于lte频段的双极化微带缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，包括：金属反射板、第一PCB介质基板以及第二PCB介质基板，其中：第一PCB介质基板的顶面、底面以及第二PCB介质基板的顶面上均覆有金属铜层，第一PCB介质基板顶面的金属铜层上至少设有两组相互正交的用以辐射电磁波的耦合缝隙，第一PCB介质基板底面的金属铜上至少设有两组相互正交的馈电电路，用以激励出相互正交的电场；第二PCB介质基板顶面的金属铜层上设有金属辐射贴片，用以对来自耦合缝隙的电磁波进行耦合并产生寄生辐射。实施本发明的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，辐射单元与馈电电路集成为一体，体积小、剖面低、隔离度高、易于集成，能够覆盖整个LTE频段。

Description

一种用于LTE频段的双极化微带缝隙天线

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种用于LTE频段的双极化微带缝隙天线。

背景技术

随着现代通信技术的飞速发展以及智能设备的普及，人们对于无线网络资源的依赖越来越强烈，现代人们的生活已经和智能设备以及无线网络紧密联系在一起。因此，运营商之间抢占无线网络资源的态势已经愈演愈烈。

目前，4G时代宏基站已经很难满足用户对于大的数据吞吐量的需求，为此，运营商大多通过加密基站的方式来满足用户的需求，其也使得蜂窝小区变得越来越小，也带来了一些问题：例如：人们的环境意识越来越强，对于电磁辐射的恐惧也是前所未有，使得运营商的建站变得异常艰难；再如：高密度的宏基站必然带来运营商成本的增加。基于上述问题，人们提出了微基站的概念，也就是将天线集成在RRU中的同时将RRU做小。

现有技术中服务于一体化微基站较好的解决方案尚不完善，存在因微带缝隙天线因结构设计不合理导致的体积大、不易集成、工作带宽受限等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，辐射单元与馈电电路集成为一体，体积小、剖面低、隔离度高、易于集成，能够覆盖整个LTE频段。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，包括：用以反射电磁波的金属反射板；固定装设在金属反射板中的第一PCB介质基板，第一PCB介质基板与金属反射板的底板间保持一定的距离；固定装设在金属反射板中的第二PCB介质基板，第二PCB介质基板位于第一PCB介质基板的邻侧且与第一PCB介质基板保持一定的距离；其中：第一PCB介质基板的顶面、底面以及第二PCB介质基板的顶面上均覆有金属铜层，第一PCB介质基板顶面的金属铜层上至少设有两组相互正交的用以辐射电磁波的耦合缝隙，第一PCB介质基板底面的金属铜上至少设有两组相互正交的馈电电路，用以激励出相互正交的电场；第二PCB介质基板顶面的金属铜层上设有金属辐射贴片，用以对来自耦合缝隙的电磁波进行耦合并产生寄生辐射。

其中，耦合缝隙包括第一耦合缝隙、第二耦合缝隙，第三耦合缝隙以及第四耦合缝隙，第一耦合缝隙和第二耦合缝隙设置在同一直线上，第三耦合缝隙和第四耦合缝隙设置在同一直线上，第一耦合缝隙和第二耦合缝隙所在的直线垂直于第三耦合缝隙和第四耦合缝隙所在的直线，其中：第一耦合缝隙、第二耦合缝隙、第三耦合缝隙以及第四耦合缝隙彼此之间分别设有一定的距离，用以提高天线的隔离度。

其中，任一第一耦合缝隙、第二耦合缝隙，第三耦合缝隙以及第四耦合缝隙包括：缝隙本体和自缝隙本体的端部延伸设置的头部，头部的延展方向与缝隙本体的延展方向垂直，其中：通过改变头部延展方向的长度以降低缝隙本体延展方向的长度。

其中，缝隙本体的宽度与第一PCB介质基板上具有的微带线的宽度比范围为0.8-1.2，缝隙本体的长度取值范围为电磁波长的0.3-0.5倍。

其中，馈电电路包括第一馈电电路和第二馈电电路，第一馈电电路包括两个分支，第二馈电电路包括两个分支，其中：第一馈电电路的一个分支与第二馈电电路的一个分支布置为正交，第一馈电电路的另一个分支与第二馈电电路的另一个分支在相交的节点处桥接。

其中，桥接结构包括：将第一馈电电路一个分支的馈电电路和/或第二馈电电路一个分支的馈电电路截断，在截断处设置覆铜的PCB金属化过孔将截断处相连，实现导通。

其中，第一馈电电路和/或第二馈电电路的末端设置用以增加耦合缝隙电磁耦合量的折弯。

其中，第一馈电电路和第二馈电电路为等幅同相的二功分，折弯呈L形。

其中，第一馈电电路的分支与第二馈电电路的分支在相交的节点处设有经电磁波波长阻抗变换的微带线，用以连接第一PCB介质基板上的微带线并对耦合缝隙进行馈电。

其中，第一PCB介质基板的相对介电常数取值范围在2.2-2.3之间，第一PCB介质基板的后度尺寸范围在0.8mm-1.5mm。

其中，金属辐射贴片包括：金属辐射贴片本体和围挡在金属辐射贴片本体外周的金属围栏，金属围栏与金属辐射贴片本体保持一定的距离，使在金属围栏和金属辐射贴片本体之间留有缝隙，用以产生多个频率的寄生辐射和拓宽天线的带宽。

其中，第二PCB介质基板的相对介电常数取值范围在3.5-4.4之间，第二PCB介质基板的后度尺寸范围在0.5mm-1.5mm。

其中，金属反射板为一截面呈U形的型腔，第一PCB介质基板和第二PCB介质基板通过螺钉固定在金属反射板的U形型腔内。

本发明所提供的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，具有如下有益效果：

第一，由于第一PCB介质基板顶面的金属铜层上至少设有两组相互正交的用以辐射电磁波的耦合缝隙，第一PCB介质基板底面的金属铜上至少设有两组相互正交的馈电电路，在基站中使用微带形式的辐射单元，将辐射单元与馈电电路集成在一起，便于集成；通过设置相互正交的耦合缝隙，有利于减小天线体积。

第二，由于第一耦合缝隙、第二耦合缝隙、第三耦合缝隙以及第四耦合缝隙彼此之间分别设有一定的距离，能够提高微带天线的隔离度。

第三，由于第一馈电电路和/或第二馈电电路的末端设置折弯，能够增加耦合缝隙的电磁耦合量。

第四，微带缝隙天线可以工作于2.37GHz-2.85GHz，覆盖了整个LTE频段，相对带宽达到19%。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例用于LTE频段的双极化微带缝隙天线的立面结构示意图。

图2是本发明实施例用于LTE频段的双极化微带缝隙天线的第一PCB介质基板顶面的结构示意图。

图3是本发明实施例用于LTE频段的双极化微带缝隙天线的第一PCB介质基板底面的结构示意图。

图4是本发明实施例用于LTE频段的双极化微带缝隙天线的第一PCB介质基板底面上PCB金属化过孔的放大示意图。

图5是本发明实施例用于LTE频段的双极化微带缝隙天线第一PCB介质基板上耦合缝隙和馈电电路的位置示意图。

图6是本发明实施例用于LTE频段的双极化微带缝隙天线的第二PCB介质基板顶面的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合参见图1-图6所示，为本发明用于LTE频段的双极化微带缝隙天线的实施例一。

本实施例中用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，工作频段在2.37GHz-2.85GHz范围内，S11≤-14dB，相对工作带宽19%，其具体包括：

用以反射电磁波的金属反射板3；

固定装设在金属反射板3中的第一PCB介质基板1，第一PCB介质基板1与金属反射板3的底板3a间保持一定的距离；

固定装设在金属反射板3中的第二PCB介质基板2，第二PCB介质基板2位于第一PCB介质基板1的邻侧且与第一PCB介质基板1保持一定的距离。

具体实施时，金属反射板3为一截面呈U形的型腔，当然，也可根据实际使用需要调整为其它截面形状的型腔结构，并不影响实施。第一PCB介质基板1和第二PCB介质基板2通过塑料螺钉T固定在金属反射板的U形型腔内。具体到本实施例，在第一PCB介质基板1和第二PCB介质基板2的四周端角的位置分别开设位置相对应匹配的过孔N，塑料螺钉T分别穿过过孔N将第一PCB介质基板1和第二PCB介质基板2连接在一起，保持二者相距的距离H1为11mm的高度，之后将其一起固定在金属反射板3上。其中，第一PCB介质基板1的底面1b距离金属反射板3的底面3a距离H2为5mm，金属反射板3的底面3a的尺寸为100mm*100mm，其侧壁高度为25mm。

通过上述装配结构，第一PCB介质基板1、第二PCB介质基板2以及金属反射板3就组成了一副完整的天线；通过调节螺钉T的高度可以实现更好的匹配。

第一PCB介质基板1呈方板状，其顶面1a、底面1b上均覆有金属铜层，第一PCB介质基板1顶面1a的金属铜层上至少设有两组相互正交的用以辐射电磁波的耦合缝隙。

进一步，第一PCB介质基板1的相对介电常数取值范围在2.2-2.3之间，第一PCB介质基板的厚度尺寸范围在0.8mm-1.5mm。本实施例中，第一PCB介质基板1的厚度为1.0mm，相对介电常数为2.25，其顶面1a、底面1b上均覆有厚度为一盎司的铜，在其顶面1a刻蚀有两组相互正交的宽度为2.4mm的耦合缝隙。其中：

耦合缝隙包括第一耦合缝隙11、第二耦合缝隙12，第三耦合缝隙13以及第四耦合缝隙14，第一耦合缝隙11和第二耦合缝隙12设置在同一直线上，第三耦合缝隙13和第四耦合缝隙14设置在同一直线上，第一耦合缝隙11和第二耦合缝隙12所在的直线垂直于第三耦合缝隙13和第四耦合缝隙14所在的直线，第一耦合缝隙11、第二耦合缝隙12、第三耦合缝隙13以及第四耦合缝隙14产生相互正交的电场并形成±45°双极化天线。

本实施例中，四个耦合缝隙的形状结构相同，且布置为对称。其中：任意一个耦合缝隙，也就是第一耦合缝隙11、第二耦合缝隙12，第三耦合缝隙13以及第四耦合缝隙14均包括：缝隙本体P和自缝隙本体P的端部延伸设置的头部Q，头部Q的延展方向与缝隙本体P的延展方向垂直，使得四个耦合缝隙呈T形，且彼此不相连。头部Q的作用是为了实现阻抗匹配和减小天线尺寸。

具体实施时，在金属铜层上开有的两组共四个呈T形的相互正交的耦合缝隙，第一耦合缝隙11和第二耦合缝隙12为一组，第三耦合缝隙13和第四耦合缝隙14为一组，电磁波通过这两组相互正交的缝隙辐射出去。也就是说，由于耦合缝隙中的电场方向是垂直于耦合缝隙的短边的，所以两组相互正交的呈T型耦合缝隙可以激励出相互正交的电场，形成双极化特性。

优选的，第一耦合缝隙11、第二耦合缝隙12、第三耦合缝隙13以及第四耦合缝隙14彼此之间分别设有一定的距离，用以提高天线的隔离度。

优选的，通过改变头部Q延展方向的长度能够降低缝隙本体P延展方向的长度，对天线的小型化有比较重要的意义。

优选的，缝隙本体P宽度与第一PCB介质基板1上具有的微带线的宽度比范围为0.8-1.2，缝隙本体的长度由电磁波频率决定，其取值范围为电磁波长的0.3-0.5倍。

馈电电路包括第一馈电电路和第二馈电电路，第一馈电电路包括两个分支，第二馈电电路包括两个分支，其中：第一馈电电路的一个分支与第二馈电电路的一个分支布置为正交，第一馈电电路的另一个分支与第二馈电电路的另一个分支在相交的节点处桥接。

进一步的，第一PCB介质基板1底面1b的金属铜上至少设有两组相互正交的馈电电路，用以激励出相互正交的电场。

馈电电路包括第一馈电电路15和第二馈电电路16，第一馈电电路15包括两个分支，第二馈电电路16包括两个分支，其中：第一馈电电路15的一个分支与第二馈电电路16的一个分支布置为正交，第一馈电电路15的另一个分支与第二馈电电路16的另一个分支布置为正交的同时，且在其相交的节点处桥接。

具体实施时，第一馈电电路15和第二馈电电路16分别呈Y状，且每一个馈电电路均包括两个分支。第一馈电电路15和第二馈电电路16的实质是一个等幅同相的二功分，其输入端为特性阻抗为50Ω的微带线，第一馈电电路15和第二馈电电路16其中的一个分支分别用一节特性阻抗为70Ω的微带线经过1/4波长的阻抗变换，与上述第一PCB介质基板1顶面1a的特性阻抗为50Ω微带线相连接并对上述耦合缝隙进行馈电。

优选的，在第一馈电电路15和第二馈电电路16的末端分别设置一个L型的弯折15a，16a，弯折长度为2.5mm。该L型的弯折结构15a，16a主要是为了增加耦合缝隙的电磁耦合量，并调节天线的阻抗匹配而设计。其它实施方式中，也可根据实际使用需要设计其它形状的折弯，不限定在L形。

进一步的，为了避免第一馈电电路15和第二馈电电路16之间发生交叉，以及保证两馈电电路分支的一致性，第一馈电电路15的另一个分支与第二馈电电路16的另一个分支在相交的节点处桥接。具体实施时，桥接结构O包括：将第一馈电电路15一个分支的馈电电路和/或第二馈电电路16一个分支的馈电电路截断，在截断处设置覆铜的PCB金属化过孔O1将截断处相连，并实现导通。

优选的，为避免第一馈电电路15和第二馈电电路16的两个分支之间的差别，在其另一个分支也做了相同的处理。

可以理解的是，弯折结构15a，16a可以仅设在任一个馈电电路15，16上，或是所有的馈电电路上。

进一步的，第二PCB介质基板2的顶面2a上均覆有金属铜层，第二PCB介质基板顶面的金属铜层上设有金属辐射贴片21，用以对来自耦合缝隙的电磁波进行耦合并产生寄生辐射。具体实施时，第二PCB介质基板2的顶面2a上印制有厚度为一盎司的铜质辐射贴片21，该辐射贴片21耦合来自第一PCB介质基板1上“耦合缝隙的电磁波，产生寄生辐射达到拓展天线带宽的目的。其中，第二PCB介质基板2相对介电常数选择3.5-4.4，厚度选择为0.5-1.5mm

优选的，金属辐射贴片21包括：金属辐射贴片本体211和围挡在金属辐射贴片本体211外周的金属围栏212，金属围栏212与金属辐射贴片本体211保持一定的距离，使在金属围栏212和金属辐射贴片本体211之间留有缝隙213，用以产生多个频率的寄生辐射和拓宽天线的带宽。具体实施时，金属辐射贴片本体211的边长为33mm金属围栏212的边长为39mm，通过控制实心金属贴片21的形状以及金属围栏212的尺寸可以得到超宽带特性。金属辐射贴片21的形状可以采用常规的形状，如圆形、矩形等，并不影响实施。

本实施例中适用于LTE频段的双极化低剖面微带缝隙天线的整个三维尺寸（包括馈电网络）只有60mm*60mm*17mm，并且在2.37GHz-2.85GHz的频段范围内S11小于-14dB，实现了19%的工作带宽，而且在整个工作带宽范围内天线的增益大于9.5dBi。

本发明的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，具有如下有益效果：

第一，由于第一PCB介质基板顶面的金属铜层上至少设有两组相互正交的用以辐射电磁波的耦合缝隙，第一PCB介质基板底面的金属铜上至少设有两组相互正交的馈电电路，在基站中使用微带形式的辐射单元，将辐射单元与馈电电路集成在一起，便于集成；通过设置相互正交的耦合缝隙，有利于减小天线体积；

第二，由于第一耦合缝隙、第二耦合缝隙、第三耦合缝隙以及第四耦合缝隙彼此之间分别设有一定的距离，能够提高微带天线的隔离度；

第三，由于第一馈电电路和/或第二馈电电路的末端设置折弯，能够增加耦合缝隙的电磁耦合量；

第四，微带缝隙天线可以工作于2.37GHz-2.85GHz，覆盖了整个LTE频段，相对带宽达到19%。

Claims (13)

1.一种用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，包括：

用以反射电磁波的金属反射板；

固定装设在所述金属反射板中的第一PCB介质基板，所述第一PCB介质基板与所述金属反射板的底板间保持一定的距离；

固定装设在所述金属反射板中的第二PCB介质基板，所述第二PCB介质基板位于所述第一PCB介质基板的邻侧且与所述第一PCB介质基板保持一定的距离；其中：

所述第一PCB介质基板的顶面、底面以及所述第二PCB介质基板的顶面上均覆有金属铜层，所述第一PCB介质基板顶面的金属铜层上至少设有两组相互正交的用以辐射电磁波的耦合缝隙，所述第一PCB介质基板底面的金属铜上至少设有两组相互正交的馈电电路，用以激励出相互正交的电场；

所述第二PCB介质基板顶面的金属铜层上设有金属辐射贴片，用以对来自所述耦合缝隙的电磁波进行耦合并产生寄生辐射。

2.如权利要求1所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述耦合缝隙包括第一耦合缝隙、第二耦合缝隙，第三耦合缝隙以及第四耦合缝隙，所述第一耦合缝隙和所述第二耦合缝隙设置在同一直线上，所述第三耦合缝隙和所述第四耦合缝隙设置在同一直线上，所述第一耦合缝隙和所述第二耦合缝隙所在的直线垂直于所述第三耦合缝隙和所述第四耦合缝隙所在的直线，其中：

所述第一耦合缝隙、第二耦合缝隙、所述第三耦合缝隙以及所述第四耦合缝隙彼此之间分别设有一定的距离，用以提高天线的隔离度。

3.如权利要求2所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，任一所述第一耦合缝隙、第二耦合缝隙，第三耦合缝隙以及第四耦合缝隙包括：缝隙本体和自所述缝隙本体的端部延伸设置的头部，所述头部的延展方向与所述缝隙本体的延展方向垂直，其中：通过改变所述头部延展方向的长度以降低所述缝隙本体延展方向的长度。

4.如权利要求3所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述缝隙本体的宽度与第一PCB介质基板上具有的微带线的宽度比范围为0.8-1.2，所述缝隙本体的长度取值范围为电磁波长的0.3-0.5倍。

5.如权利要求1所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述馈电电路包括第一馈电电路和第二馈电电路，所述第一馈电电路包括两个分支，所述第二馈电电路包括两个分支，其中：所述第一馈电电路的一个分支与所述第二馈电电路的一个分支布置为正交，所述第一馈电电路的另一个分支与所述第二馈电电路的另一个分支在相交的节点处桥接。

6.如权利要求5所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述桥接结构包括：将所述第一馈电电路一个分支的馈电电路和/或所述第二馈电电路一个分支的馈电电路截断，在截断处设置覆铜的PCB金属化过孔将截断处相连，实现导通。

7.如权利要求5所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述第一馈电电路和/或所述第二馈电电路的末端设置用以增加所述耦合缝隙电磁耦合量的折弯。

8.如权利要求7所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述第一馈电电路和所述第二馈电电路为等幅同相的二功分，所述折弯呈L形。

9.如权利要求5所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述第一馈电电路的分支与所述第二馈电电路的分支在相交的节点处设有经电磁波波长阻抗变换的微带线，用以连接第一PCB介质基板上的微带线并对所述耦合缝隙进行馈电。

10.如权利要求1所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述第一PCB介质基板的相对介电常数取值范围在2.2-2.3之间，所述第一PCB介质基板的后度尺寸范围在0.8mm-1.5mm。

11.如权利要求1所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述金属辐射贴片包括：金属辐射贴片本体和围挡在所述金属辐射贴片本体外周的金属围栏，所述金属围栏与所述金属辐射贴片本体保持一定的距离，使在所述金属围栏和所述金属辐射贴片本体之间留有缝隙，用以产生多个频率的寄生辐射和拓宽天线的带宽。

12.如权利要求11所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述第二PCB介质基板的相对介电常数取值范围在3.5-4.4之间，所述第二PCB介质基板的后度尺寸范围在0.5mm-1.5mm。

13.如权利要求1所述的用于LTE频段的双极化微带缝隙天线，其特征在于，所述金属反射板为一截面呈U形的型腔，所述第一PCB介质基板和所述第二PCB介质基板通过螺钉固定在金属反射板的U形型腔内。