CN106785361B - 一种用于4g的lte网络覆盖的宽频带天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，包括介质基板，所述介质基板正面设有天线本体，背面设有辐射层，所述天线本体包括一组低频辐射单元和一组高频辐射单元，低频辐射单元和一组高频辐射单元均与辐射层耦合。所述每一个低频辐射单元包括两个互相垂直的第一低频振子和第二低频振子。所述第一低频振子长度大于第二低频振子的长度。所述每一个高频辐射单元包括互相垂直的第一高频振子和第二高频振子。第一高频振子和第二高频振子长度相同。所述介质基板中部设有滤波装置，滤波装置包括LC滤波器，低频辐射单元和一组高频辐射单元分别与LC滤波器耦合，LC滤波器与辐射层耦合。

Description

一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线

技术领域

本发明涉及通信天线领域，特别是一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线。

背景技术

第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，外语缩写：4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。

LTE关键技术包括OFMD、MIMO、软件无线电、基于IP的核心网和智能天线技术，智能天线具有抑制信号干扰、自动跟踪以及数字波束调节等智能功能，被认为是未来移动通信的关键技术。智能天线应用数字信号处理技术，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。这种技术既能改善信号质量又能增加传输容量。

LTE覆盖频率范围比较宽，并且随着移动通信网络的快速发展，不同的移动运营商使用的网络也各不相同，而不同的通信网络需要占用不同的频谱资源，如果能用一款天线跨越多个频段无疑将是不可多得的选择。然而传统的终端天线或小型基站只能解决单频段覆盖，即至工作于698~960MHz或1710~2690MHz，要做到宽频段甚至全频段的覆盖智能增设天线，这样又会导致天线整体体积的增加以及成本的提升。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，包括介质基板，所述介质基板正面设有天线本体，背面设有反射层，所述天线本体包括一组低频辐射单元和一组高频辐射单元，低频辐射单元和一组高频辐射单元均与反射层耦合。

本发明中，所述每一个低频辐射单元包括两个互相垂直的第一低频振子和第二低频振子。

本发明中，所述第一低频振子长度大于第二低频振子的长度。

本发明中，所述每一个高频辐射单元包括互相垂直的第一高频振子和第二高频振子。

本发明中，第一高频振子和第二高频振子长度相同。

本发明中，所述介质基板中部设有滤波装置，滤波装置包括LC滤波器，低频辐射单元和一组高频辐射单元分别与LC滤波器耦合，LC滤波器与反射层耦合。

本发明中，所述介质基板上设有第一金属框和第二金属框，第一金属框包围低频辐射单元，第二金属框包围高频辐射单元，第一金属框与介质基板之间设有第一辐射缝隙，第二金属框与介质基板之间设有第二辐射缝隙。

本发明中，所述介质基板中轴线上设有微带馈线，低频辐射单元和高频辐射单元分别于微带馈线耦合，所述第一辐射缝隙从第一金属框的上侧经过靠近微带馈线的一侧一直延伸到第一金属框的下侧从而形成背离微带馈线一侧开口的矩形结构，所述第二辐射缝隙从第二金属框的上侧经过靠近微带馈线的一侧一直延伸到第二金属框的下侧从而形成背离微带馈线一侧开口的矩形结构，第一辐射缝隙与第二辐射缝隙在微带馈线两侧对称。

本发明中，一组低频辐射单元与一组高频辐射单元平行。

本发明中，一组低频辐射单元与一组高频辐射单元所在直线形成的夹角小于45°。

本发明还公开了一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：取一PCB板切割宽频带天线外轮廓尺寸作为介质基板，在介质基板背面覆盖铝片作为反射层；

步骤2：取一金属片，正面用光刻腐蚀方法制成细长带条，背面附有金属薄层作为接地板，将该金属片贴合到介质基板的正面作为微带馈线；

步骤3：在微带馈线两侧的介质基板上分别布置一个中空的矩形的金属框，在两个金属框的上部经过靠近微带馈线的一侧一直延伸到相应金属框的下部分别印刻一凹槽从而形成背离微带馈线一侧开口的结构，该凹槽形成的辐射缝隙；

步骤4：使用金属带制作振子，使两个长度不等的振子正交摆放形成一个低频辐射单元，将低频辐射单元串联形成一组低频辐射单元；使两个长度相同的振子正交摆放形成一个高频辐射单元，将高频辐射单元串联形成一组高频辐射单元；

步骤5：将一组低频辐射单元与微带馈线耦合连接，将一组高频辐射单元与微带馈线耦合；

步骤6：介质基板上安装LC滤波器，使一组低频辐射单元和一组高频辐射单元分别与LC滤波器耦合，使LC滤波器与反射层耦合，完成制作。

有益效果：（1）本发明能获得宽带辐射模式和稳定的增益，天线本体由多个低频辐射单元组成的低频阵列和多个高频辐射单元组成的高频阵列组成，并且两组阵列由矩形金属框包围，最大程度上确保高低频的辐射性能不受干扰，同时在两阵列的外周的矩形金属框与介质基板之间设置辐射缝隙，在拓宽了带宽的同时，减小了天线辐射单元的尺寸，使天线的双向辐射效益基本等同，实测结果表明，该天线在回波损耗小于-5分贝下的工作频段可实现在698~960MHz和1710~2690MHz范围内的全覆盖，其带宽大于1200MHz，覆盖了LTE的全部频段；

（2）本发明中在低频辐射单元和高频辐射单元之间设置了LC滤波器，借助ADS仿真，采用了有效的匹配方式，解决了Band 40 LTE二次谐波问题，能够有效的抑制信号的二次谐波，此滤波器仅利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成，其优点是，电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；

（3）本发明在介质基板的中轴线上设置有50Ω微带馈线，低频辐射阵列与高频辐射阵列分别与该微带馈线耦合，使包括馈电网络在内的全部天线功能在一块介质基板上全部实现，做到了单层介质基板上实现了宽频带的辐射，结构参数减少，大幅度的缩短了设计和优化的时间；

（4）本发明中低频辐射阵列与所述高频辐射阵列的排布方式，以及两阵列中各辐射单元的振子的分布方式，大幅度的提高了天线增益，最大增益可达到16dB。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明实施例1所述用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线的结构示意图；

图2为本发明实施例2所述用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线的结构示意图；

图3为本发明所述的低频辐射单元的结构示意图；

图4为本发明所述的高频辐射单元的结构示意图；

图5为本发明实施例1所述的用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线的仿真S11曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细说明。

实施例1：

如图1，实施例1所示的一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，包括PCB板制成的介质基板1，设置于介质基板正面的天线本体和覆盖于介质基板背面的铝片制成的反射层，介质基板的中轴线上设置有50Ω微带馈线2。

天线本体由若干低频辐射单元3组成低频辐射阵列和若干高频辐射单元4高频辐射阵列组成，两组阵列平行设置，低频辐射阵列与高频辐射阵列相对于该微带馈线2左右对称，并分别耦合在该微带馈线2上。两阵列的外周分别由一固定在介质基板上的矩形金属框包围，矩形金属框与介质基板之间设置有凹槽，该凹槽形成辐射缝隙5，低频辐射阵列外圈为第一辐射缝隙5a，高频辐射阵列外圈为第二辐射缝隙5b，辐射缝隙5的宽度与介质基板1的厚度比例为0.3。所述第一辐射缝隙5a从第一金属框的上侧经过靠近微带馈线2的一侧一直延伸到第一金属框的下侧从而形成背离微带馈线2一侧开口的矩形结构，所述第二辐射缝隙5b从第二金属框的上侧经过靠近微带馈线2的一侧一直延伸到第二金属框的下侧从而形成背离微带馈线2一侧开口的矩形结构，第一辐射缝隙5a与第二辐射缝隙5b在微带馈线2两侧对称。

如图3和图4，低频辐射单元3包括正交的两个低频振子，第一低频振子31和第二低频振子32，且两个低频振子的长度不相等，短振子32尺寸为10mm，长振子31的尺寸为12 mm；高频辐射单元4包括正交的两个高频振子41，第一高频振子和第二高频振子，两个高频振子41长度一致，尺寸为12mm；低频辐射单元3和高频辐射单元4的振子均由宽度为2 mm的金属带弯曲制成。

低频辐射单元3和高频辐射单元4与分别与LC滤波器耦合，LC滤波器位于低频辐射单元3和高频辐射单元4之间的介质基板1上，LC滤波器与反射层耦合。

实施例2：

如图2，实施例2提供一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，包括PCB板制成的介质基板1、设置于介质基板正面的天线本体和覆盖于介质基板背面的铝片制成的反射层，介质基板的中轴线上设置有50Ω微带馈线2。

天线本体由若干低频辐射单元3组成低频辐射阵列和若干高频辐射单元4高频辐射阵列组成，两组阵列延伸方向上相交且夹角小于45°，低频辐射阵列与高频辐射阵列相对于该微带馈线2左右对称，并分别耦合在该微带馈线2上。两阵列的外周分别由一固定在介质基板上的矩形金属框包围，矩形金属框与介质基板之间设置有凹槽，该凹槽形成辐射缝隙5，低频辐射阵列外圈为第一辐射缝隙5a，高频辐射阵列外圈为第二辐射缝隙5b，辐射缝隙5的宽度与介质基板1的厚度比例为0.5。

如图3和图4，低频辐射单元3包括正交的两个低频振子，且两个低频振子的长度不相等，短振子32尺寸为15mm，长振子31的尺寸为16 mm；高频辐射单元4包括正交的两个高频振子41，两个高频振子41长度一致，尺寸为16 mm；低频辐射单元3和高频辐射单元4的振子均由金属带弯曲制成。

低频辐射单元3和高频辐射单元4与分别与LC滤波器耦合， LC滤波器位于低频辐射单元3和高频辐射单元4之间的介质基板1上，LC滤波器与反射层耦合。

实施例3：

本实施例提供一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线的制作方法，具体步骤为：

（1）取一矩形的PCB制成介质基板，在介质基板的背面覆盖铝片作为反射层，铝片的大小与PCB板的大小一致；

（2）在PCB板的正面贴合一微带馈线，微带馈线由金属片制成，微带馈线的背面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成细长带条；

（3）在微带馈线的两侧的PCB板上分别镶嵌一个矩形的金属框，分别是第一金属框6a和第二金属框6b，在两个金属框的上侧经过靠近微带馈线的一侧一直延伸到相应金属框的下侧分别印刻一道凹槽，该凹槽的形成背离微带馈线一侧开口的辐射缝隙，印刻的辐射缝隙的宽度与介质基板的厚度比例为0.5，深度与介质基板的厚度比例为0.3；

（4）两金属框内分别布置低频辐射阵列和高频辐射阵列，低频辐射阵列由若干个低频辐射单元组成，低频辐射单元的两个振子正交，且两个振子的的长度不相等，短振子32尺寸为15mm，长振子31的尺寸为16 mm；高频辐射阵列由若干高频辐射单元组成，高频辐射单元由两个长度一致的振子正交形成；低频辐射单元和高频辐射单元的振子均是由金属带弯曲形成，与本领域常规制作方法一致；

（5）将若干低频辐射单元以及若干高频辐射单元分别串联后，与微带馈线建立耦合连接，再将每个低频辐射单元、高频辐射单元分别与安装在介质基板上的LC滤波器耦合，LC滤波器最终与反射层耦合，完成天线的制作。

如图5所示，经过测试，本实例的天线在698~960MHz和1710~2690MHz频段内具有良好的阻抗匹配特性，其回波损耗S11小于-15dB（VSWR≤1.5），带宽大于850MHz，相对带宽为37%。另外，在前面所得的频带内选取了七个点测量其增益，其值在2-3dB，具体的测量值见下表：

本发明提供了一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，包括介质基板（1），所述介质基板（1）正面设有天线本体，背面设有反射层，所述天线本体包括一组低频辐射单元（3）和一组高频辐射单元（4），低频辐射单元（3）和一组高频辐射单元（4）均与反射层耦合；所述每一个低频辐射单元（3）包括两个互相垂直的第一低频振子（31）和第二低频振子（32）；其特征在于：

所述介质基板（1）上设有第一金属框（6a）和第二金属框（6b），第一金属框（6a）包围低频辐射单元（3），第二金属框（6b）包围高频辐射单元（4），第一金属框（6a）上设有第一凹槽形成第一辐射缝隙（5a），第二金属框（6b）上设有第二凹槽形成第二辐射缝隙（5b）。

2.根据权利要求1所述的一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，其特征在于，所述第一低频振子（31）长度大于第二低频振子（32）的长度。

3.根据权利要求1所述的一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，其特征在于，所述每一个高频辐射单元包括互相垂直的第一高频振子（41a）和第二高频振子（41b），第一高频振子（41a）和第二高频振子（41b）长度相同。

4.根据权利要求1所述的一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，其特征在于，所述介质基板（1）中部设有滤波装置，滤波装置包括LC滤波器，低频辐射单元（3）和高频辐射单元（4）分别与LC滤波器耦合，LC滤波器与反射层耦合。

5.根据权利要求1所述的一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，其特征在于，所述介质基板（1）中轴线上设有微带馈线（2），低频辐射单元（3）和高频辐射单元（4）分别与微带馈线（2）耦合，所述第一辐射缝隙（5a）从第一金属框（6a）的上侧经过靠近微带馈线（2）的一侧一直延伸到第一金属框的下侧从而形成背离微带馈线（2）一侧开口的矩形结构，所述第二辐射缝隙（5b）从第二金属框的上侧经过靠近微带馈线（2）的一侧一直延伸到第二金属框的下侧从而形成背离微带馈线（2）一侧开口的矩形结构，第一辐射缝隙（5a）与第二辐射缝隙（5b）在微带馈线（2）两侧对称。

6.根据权利要求1所述的一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，其特征在于，所述一组低频辐射单元（3）和所述一组高频辐射单元（4）平行。

7.根据权利要求1所述的一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线，其特征在于，所述一组低频辐射单元（3）和所述一组高频辐射单元（4）所在直线形成的夹角小于45°。

8.一种用于4G的LTE网络覆盖的宽频带天线的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：取一PCB板切割至宽频带天线外轮廓尺寸作为介质基板，在介质基板背面覆盖铝片作为反射层；

步骤2：取一金属片，正面用光刻腐蚀方法制成细长带条，背面附有金属薄层作为接地板，将该金属片贴合到介质基板的正面作为微带馈线；

步骤3：在微带馈线两侧的介质基板上分别镶嵌一个中空的矩形的金属框，在两个金属框的上部经过靠近微带馈线的一侧一直延伸到相应金属框的下部分别印刻一凹槽从而形成背离微带馈线一侧开口的结构，该凹槽形成的辐射缝隙；

步骤4：使用金属带制作振子，使两个长度不等的振子正交摆放形成一个低频辐射单元，将低频辐射单元串联形成一组低频辐射单元；使两个长度相同的振子正交摆放形成一个高频辐射单元，将高频辐射单元串联形成一组高频辐射单元；

步骤5：将一组低频辐射单元与微带馈线耦合连接，将一组高频辐射单元与微带馈线耦合；

步骤6：介质基板上安装LC滤波器，使一组低频辐射单元和一组高频辐射单元分别与LC滤波器耦合，使LC滤波器与反射层耦合，完成制作。