CN106299668B - 一种差分馈电宽带双极化平面基站天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种差分馈电宽带双极化平面基站天线，包括天线辐射单元、反射板及四端口馈电网络，所述天线辐射单元通过支撑柱固定在反射板的上方，所述天线辐射单元为平面结构，包括介质基板、第一极化振子、第二极化振子及耦合单元，所述第一极化振子蚀刻于介质基板的下表面，所述第二极化振子蚀刻于介质基板的上表面，所述耦合单元蚀刻于介质基板的上表面和下表面，四端口馈电网络位于介质基板的中心。本天线具有带宽大，隔离度高，增益高,辐射方向图稳定，结构简单紧凑等优点，适用于移动通信基站天线，且易与差分电路集成。

Description

一种差分馈电宽带双极化平面基站天线
技术领域
本发明涉及移动通信基站天线领域，具体涉及一种差分馈电宽带双极化平面基站天线。
背景技术
移动通信系统的高速发展，促使移动通信市场竞争俞加激烈,使得通信信道拥挤,对通信系统的要求不断提高。基站天线是移动通信系统的重要组成部分，其性能的优劣对通信系统起着重要乃至决定性的作用。而如今基站天线的发展趋势，已不再是单一天线独立工作，而是越来越多的与其他通信单元集成在一起，共同完成信号的处理与传播工作。
由于平衡电路可大大减小串扰,射频前端通常采用差分电路来传输信号，而现有的天线技术中，大多数天线设计为单端口馈电。单端口天线与射频前端差分系统的连接,通常采用巴仑将差分信号转换为单端信号后馈入单端口天线。然而巴仑的使用会引起射频前端损耗,系统效率降低,且集成度较低。差分天线改变传统的单端口馈电，采用双馈电端口,对两馈电端口直接输入差分信号,避免使用巴伦,减小了信号在输入端口的损耗,提高了天线的效率。并且差分基站天线的使用能够使射频前端拥有更高的集成度，因此差分基站天线对移动通信系统有重要意义。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种差分馈电宽带双极化平面基站天线。
本天线是一款阻抗带宽大，隔离度高，增益高，方向图稳定的差分馈电双极化平面天线。
本发明采用如下技术方案：
一种差分馈电宽带双极化平面基站天线，包括天线辐射单元、反射板及四端口馈电网络，所述天线辐射单元通过支撑柱固定在反射板的上方，所述天线辐射单元为平面结构，包括介质基板、第一极化振子、第二极化振子及耦合单元，所述第一极化振子蚀刻于介质基板的下表面，所述第二极化振子蚀刻于介质基板的上表面，所述耦合单元蚀刻于介质基板的上表面和下表面，所述四端口馈电网络位于介质基板的中心。
所述第一极化振子包括两对第一半波极化振子及第一共面微带线，所述两对第一半波极化振子通过第一共面微带线连接，所述两对第一半波极化振子关于介质基板中心对称；
所述第二极化振子包括两对第二半波极化振子及第二共面微带线，所述两对第二半波极化振子通过第二共面微带线连接，所述两对第二半波极化振子关于介质基板中心对称；
所述第一及第二共面微带线相互正交于介质基板中心，相邻的第一及第二半波极化振子的夹角为90度。
所述第一极化振子和第二极化振子结构尺寸均相同，第一极化振子和第二极化振子尺寸为0.42λ0,λ0为该天线的中心谐振频率在自由空间中的波长。
所述耦合单元包括八个耦合圆弧，上下表面各印刷四个，四个耦合圆弧位于介质基板的四个角，具体位于第一及第二半波极化振子夹角的外围。
所述四端口网络包括用于给第一极化振子馈电的第一差分馈电网络及用于给第二极化振子馈电的第二差分馈电网络，所述第一差分馈电网络包括两个第一差分馈电端口及第一馈电短截线，所述第一馈电短截线蚀刻于介质基板的上表面，所述第二馈电网络包括两个第二差分馈电端口及第二馈电短截线，所述第二馈电短截线蚀刻于介质基板的下表面，所述第一及第二馈电短截线相互垂直。
所述第一、第二差分馈电端口均为同轴线，两个第一差分馈电端口位于第一馈电短截线的两端，其内导体与第一馈电短截线连接，其外导体与第一共面微带线连接；
两个第二差分馈电端口位于第二馈电短截线的两端，其内导体与第二馈电短截线连接，其外导体与第二共面微带线连接。
所述反射板及介质基板均为方形。
所述支撑柱由绝缘材料制成。
所述第一馈电短截线及第二馈电短截线的结构尺寸相同。
本发明的有益效果：
(1)该天线采用两对极化振子正交印制于介质基板两面，天线结构简单；
(2)本发明采用四端口馈电网络，其中馈电网络仅用两个馈电短截线和四个端口，馈电网络简单。
(3)该天线的馈电网络直接与极化振子的共面微带线相接实现差分馈电，结构简单新颖。
(4)天线带宽可覆盖1710-2690MHz，极化隔离度达到60dB，方向图稳定。
附图说明
图1是发明的差分馈电宽带双极化平面基站天线的三维结构图；
图2是本发明的差分馈电宽带双极化平面基站天线的俯视图；
图3是本发明的差分馈电宽带双极化平面基站天线的四端口馈电网络的放大图；
图4是本发明的差分馈电宽带双极化平面基站天线的剖面图；
图5是本发明的差分馈电宽带双极化平面基站天线的阻抗带宽；
图6是本发明的差分馈电宽带双极化平面基站天线的增益；
图7是本发明的差分馈电宽带双极化平面基站天线的水平面方向图。
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
如图1及图4所示，一种差分馈电宽带双极化平面基站天线，包括天线辐射单元1、反射板2及四端口馈电网络4，所述天线辐射单元1通过四根支撑柱3固定在反射板2的上方，距离为40mm。
如图2所示，天线辐射单元1为平面结构，包括介质基板5、第一极化振子7、第二极化振子10及耦合单元6，所述第一极化振子7具体为+45度极化振子，第二极化振子为-45度极化振子，所述第一极化振子7蚀刻于介质基板5的下表面，所述第二极化振子10蚀刻于介质基板5的上表面，所述耦合单元6蚀刻于介质基板5的上表面和下表面，所述四端口馈电网络4位于介质基板5的中心。
所述第一极化振子7由两对第一半波极化振子8A及第一共面微带线9A构成，第一半波极化振子8A为+45度半波振子，所述两对第一半波极化振子8A通过第一共面微带线9A连接，所述两对第一半波极化振子8A关于介质基板5中心对称，两对第一半波极化振子8A及第一共面微带线9A蚀刻于介质基板5的下表面。
所述第二极化振子10包括两对第二半波极化振子8B及第二共面微带线9B，所述两对第二半波极化振子8B通过第二共面微带线9B连接，所述第二半波极化振子8B具体为-45度半波振子，所述两对第二半波极化振子8B及第二共面微带线9B蚀刻于介质基板5的上表面。
所述两对第二半波极化振子8B关于介质基板5中心对称；
所述第一及第二共面微带线9A，9B相互正交于介质基板5中心，相邻的第一及第二半波极化振子8A，8B的夹角为90度。
所述第一极化振子7和第二极化振子10结构尺寸均相同，第一极化振子7和第二极化振子10尺寸为0.42λ0,λ0为该天线的中心谐振频率在自由空间中的波长，本实施例中的尺寸具体为长度尺寸。
所述耦合单元6蚀刻于介质基板的上、下表面，每一面印刷四个耦合圆弧，所述四个耦合圆弧位于介质基板5的四个角，具体位于第一及第二半波极化振子8A，8B夹角的外围。
如图3所示，所述四端口馈电网络4，第一差分馈电网络包括第一差分馈电端口12A，12B及第一馈电短截线11A，第一差分馈电网络为第一极化振子馈电。第二差分馈电网络包括第二差分馈电端口13A，13B及第二馈电短截线11B，第二差分馈电网络为第二极化振子馈电。第一馈电短截线11A蚀刻于介质基板5的上表面，第二馈电短截线11B蚀刻于介质基板5的下表面。
如图3所示，第一差分馈电网络的两个馈电端口由两根同轴线实现，同轴线的的上端穿过反射板2后，上端的外导体分别与第一共面微带线9A连接，内导体分别穿过介质基板5，与第一馈电短截线11A连接；第二差分馈电网络的两个馈电端口同样由两根同轴线实现，同轴线的的上端穿过反射板2后，上端的外导体穿过介质基板5分别与第二共面微带线9B连接，内导体分别穿过介质基板5，与第二馈电短截线11B连接。
所述第一馈电短截线及第二馈电短截线的结构尺寸相同，第一及第二馈电短截线的特征阻抗为50欧姆。
所述反射板及介质基板均为方形，介质基板5为Ro4350B,厚度0.76mm。
如图5所示，为本实施例所得的此差分馈电宽带双极化平面基站天线带宽，回波损耗在1.69-2.73GHz内达到-15dB，可覆盖2G，3G，4G所需的1710-2690MHz，且极化隔离度达60dB以上。
如图6所示，为本实施例所得的此差分馈电宽带双极化平面基站天线两种极化的增益，两种极化的增益在1.7-2.7GHz内达到9dBi左右。
如图7所示，为本实施例所得的此宽带双极化差分馈电平面天线2.2GHz的水平面方向图。由此图可得出结论，本发明差分馈电宽带双极化平面基站天线具有稳定的方向图。
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 (5)

1.一种差分馈电宽带双极化平面基站天线，其特征在于，包括天线辐射单元、反射板及四端口馈电网络，所述天线辐射单元通过支撑柱固定在反射板的上方，所述天线辐射单元为平面结构，包括介质基板、第一极化振子、第二极化振子及耦合单元，所述第一极化振子蚀刻于介质基板的下表面，所述第二极化振子蚀刻于介质基板的上表面，所述耦合单元蚀刻于介质基板的上表面和下表面，所述四端口馈电网络位于介质基板的中心；
所述第一极化振子包括两对第一半波极化振子及第一共面微带线，所述两对第一半波极化振子通过第一共面微带线连接，所述两对第一半波极化振子关于介质基板中心对称；
所述第二极化振子包括两对第二半波极化振子及第二共面微带线，所述两对第二半波极化振子通过第二共面微带线连接，所述两对第二半波极化振子关于介质基板中心对称；
所述第一及第二共面微带线相互正交于介质基板中心，相邻的第一及第二半波极化振子的夹角为90度；
所述第一极化振子和第二极化振子结构尺寸均相同，第一极化振子和第二极化振子尺寸为0.42λ0 ,λ0为该天线的中心谐振频率在自由空间中的波长；
所述耦合单元包括八个耦合圆弧，上下表面各印刷四个，四个耦合圆弧位于介质基板的四个角，具体位于第一及第二半波极化振子夹角的外围；
所述四端口馈电网络包括用于给第一极化振子馈电的第一差分馈电网络及用于给第二极化振子馈电的第二差分馈电网络，所述第一差分馈电网络包括两个第一差分馈电端口及第一馈电短截线，所述第一馈电短截线蚀刻于介质基板的上表面，所述第二差分馈电网络包括两个第二差分馈电端口及第二馈电短截线，所述第二馈电短截线蚀刻于介质基板的下表面，所述第一及第二馈电短截线相互垂直。
2.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带双极化平面基站天线，其特征在于，所述第一、第二差分馈电端口均为同轴线，两个第一差分馈电端口位于第一馈电短截线的两端，其内导体与第一馈电短截线连接，其外导体与第一共面微带线连接；
两个第二差分馈电端口位于第二馈电短截线的两端，其内导体与第二馈电短截线连接，其外导体与第二共面微带线连接。
3.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带双极化平面基站天线，其特征在于，所述反射板及介质基板均为方形。
4.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带双极化平面基站天线，其特征在于，所述支撑柱由绝缘材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种差分馈电宽带双极化平面基站天线，其特征在于，所述第一馈电短截线及第二馈电短截线的结构尺寸相同。
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