CN107611586B - 一种差分圆极化定向天线 - Google Patents

一种差分圆极化定向天线 Download PDF

Info

Publication number
CN107611586B
CN107611586B CN201710872444.8A CN201710872444A CN107611586B CN 107611586 B CN107611586 B CN 107611586B CN 201710872444 A CN201710872444 A CN 201710872444A CN 107611586 B CN107611586 B CN 107611586B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coaxial line
dielectric substrate
rectangular part
differential
circularly polarized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710872444.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107611586A (zh
Inventor
涂治红
贾凯歌
柳炎炎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201710872444.8A priority Critical patent/CN107611586B/zh
Publication of CN107611586A publication Critical patent/CN107611586A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107611586B publication Critical patent/CN107611586B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开了一种差分圆极化定向天线，包括介质基板、位于介质基板下方的地板以及相互平行的第一同轴线和第二同轴线；所述介质基板上设有两个90度相移贴片和四个辐射贴片，四个辐射贴片绕介质基板中心依次排布在介质基板的下表面，且相互之间镜像对称；所述第一同轴线、第二同轴线上端的内导体分别与两个90度相移贴片连接，外导体分别与其中两个对角设置的辐射贴片连接，第一同轴线和第二同轴线的下端穿过地板。本发明具有两对偶极子、圆极化和差分特性，且具有较宽的阻抗带宽和轴比带宽，较大的增益，能够满足LTE手机基站天线应用于1.61Ghz～2.8Ghz的宽带高速无线通讯系统的要求。

Description

一种差分圆极化定向天线
技术领域
本发明涉及一种圆极化天线，尤其是一种差分圆极化定向天线，属于无线移动通信技术领域。
背景技术
在无线通信特别是移动通信领域，多径效应和极化失配都严重影响到通信效率和通信质量，如何降低多径效应和极化失配一直是研究的热点问题，圆极化天线作为一种解决方案，使多径效应和极化失配可以得到有效地降低。
而差分天线可以直接与差分电路集成，减少系统的能量损耗，有利于系统的高度集成和小型化，并且差分天线具有共模抑制，低交叉极化以及高度的端口隔离等特性，因此差分天线也成为天线领域研究的重要方向。
差分圆极化天线兼具差分天线和圆极化天线的优势，使得它特别适用于LTE移动通信领域。而对于已知的差分圆极化天线，轴比带宽较窄，并不能覆盖LTE的所有频段，使其发展受到限制。
据调查与了解，已经公开的现有技术如下：
2011年5期的《大众科技》，张一治和张晓波发表题为“差分馈电圆极化微带天线的设计”的文章中提出了一种差分圆极化天线。该文章采用双馈电形成差分馈电的双层贴片微带天线来实现圆极化辐射，该差分圆极化天线阻抗带宽可以达到39.5％，3dB轴比带宽可以达到中心频率的15％，在操作频带范围内，天线的增益稳定在8.7dBi。但这种现有技术仍没解决轴比带宽窄的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种差分圆极化定向天线，该天线具有两对偶极子、圆极化和差分特性，且具有易加工、结构简单、体积小、成本低、频带宽的特点，可以应用于1.71～2.17GHz的LTE的手机基站中。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种差分圆极化定向天线，包括介质基板、位于介质基板下方的地板以及相互平行的第一同轴线和第二同轴线；所述介质基板上设有两个90度相移贴片和四个辐射贴片，四个辐射贴片绕介质基板中心依次排布在介质基板的下表面，且相互之间镜像对称；所述第一同轴线、第二同轴线上端的内导体分别与两个90度相移贴片连接，外导体分别与其中两个对角设置的辐射贴片连接，第一同轴线和第二同轴线的下端穿过地板。
进一步的，所述四个辐射贴片均为内部挖去五边形槽的五边形贴片。
进一步的，所述两个90度相移贴片分别为第一90度相移贴片和第二90度相移贴片；
所述第一90度相移贴片包括依次连接的第一正方形部、第一长方形部、第一270度圆环部、第二长方形部和第三长方形部；
所述第二90度相移贴片包括依次连接的第二正方形部、第四长方形部、第五长方形部、第二270度圆环部、第六长方形部、第七长方形部和第八长方形部。
进一步的，所述第一正方形部、第一长方形部、第一270度圆环部、第二长方形部和第三长方形部均设置在介质基板的上表面；
所述第二正方形部、第四长方形部、第七长方形部和第八长方形部设置在介质基板的上表面，所述第五长方形部、第二270度圆环部和第六长方形部设置在介质基板的下表面。
进一步的，所述第一正方形部和第二正方形部关于介质基板的上表面中心镜像对称。
进一步的，所述第三长方形部和第八长方形部关于介质基板的上表面中心镜像对称。
进一步的，所述第四长方形部与第五长方形部之间通过穿透介质基板的第一探针连接。
进一步的，所述第六长方形部与第七长方形部之间通过穿透介质基板的第二探针连接。
进一步的，所述第一同轴线上端的内导体与第一正方形部连接，所述第二同轴线上端的内导体与第二正方形部连接。
进一步的，所述介质基板的上、下表面的面积为地板面积的20％～30％，且介质基板的中心在地板上的投影与地板的中心相重合。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的差分圆极化定向天线在介质基板的下表面设置了相互之间镜像对称的四个辐射贴片，四个辐射贴片构成两对偶极子天线单元，使用两条同轴线差分馈电，激励两对偶极子天线单元，通过两个90度相移贴片使两对偶极子天线单元产生90度的相位差，以此实现圆极化，由于使用差分馈电，该天线具有良好的共模抑制。
2、本发明的差分圆极化定向天线可以改善频带内性能，从输入端口回波损耗的仿真结果表明，该天线在1.65Ghz-2.48Ghz的频段范围内，具有较长的带宽，较大的增益；而3dB轴比带宽为1.7Ghz-2.2GHz，性能良好，能够满足LTE手机基站天线应用于1.71Ghz～2.17Ghz的宽带高速无线通讯系统的要求。
3、本发明的差分圆极化定向天线具有的四个辐射贴片，可以通过在介质基板的单面覆盖金属片实现，而对金属片进行切角和挖槽，使四个辐射贴片均为内部挖去五边形槽的五边形贴片，可以进一步增加天线的阻抗带宽。
4、本发明的差分圆极化定向天线的介质基板加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足该LTE天线低造价的要求。
5、本发明的差分圆极化定向天线具有26.5％(1.7-2.2GHz)的3dB轴比带宽和40.2％(1.65Ghz-2.48Ghz)的阻抗带宽，且在通带内具有稳定的增益，解决了现有技术轴比带宽过窄的问题。
附图说明
图1为本发明的差分圆极化定向天线的立体图。
图2为本发明的差分圆极化定向天线正视图
图3为本发明的差分圆极化定向天线俯视图。
图4为本发明的差分圆极化定向天线中介质基板的结构图。
图5为本发明的差分圆极化定向天线中介质基板下表面及其设置的四个辐射贴片的结构图。
图6为本发明的差分圆极化定向天线中介质基板上表面及其设置的第一90度相移贴片的结构图。
图7为本发明的差分圆极化定向天线中第一90度相移贴片和第二90度相移贴片的相互关系示意图。
图8为本发明的差分圆极化定向天线S参数的仿真结果曲线图。
图9为本发明的差分圆极化定向天线AR的仿真结果曲线图。
图10为本发明的差分圆极化定向天线HFSS仿真模型在1.8GHz时的辐射方向图。
图11为本发明的差分圆极化定向天线HFSS仿真模型在2.0GHz时的辐射方向图。
图12为本发明的差分圆极化定向天线HFSS仿真模型在2.2GHz时的辐射方向图。
其中，1-介质基板，2-地板，3-第一同轴线，4-第二同轴线，5-第一辐射贴片，6-第二辐射贴片，7-第三辐射贴片，8-第四辐射贴片，9-第一90度相移贴片，10-第二90度相移贴片，11-第一正方形部，12-第一长方形部，13-第一270度圆环部，14-第二长方形部，15-第三长方形部，16-第二正方形部，17-第四长方形部，18-第五长方形部，19-第二270度圆环部，20-第六长方形部，21-第七长方形部，22-第八长方形部，23-第一探针，24-第二探针，25-第一过孔，26-第二过孔，27-第三过孔，28-第四过孔。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1～图3所示，本实施例提供了一种差分圆极化定向天线，该天线包括介质基板1、地板2、第一同轴线3和第二同轴线4，所述地板2位于介质基板1的下方，第一同轴线3和第二同轴线4相互平行。
所述介质基板1的上、下表面的面积为地板2面积的20％～30％，优选为地板2面积的25％(即1/4)，且介质基板1的中心在地板2上的投影与地板2的中心相重合，从图3中可以看到。
如图4～图6所示，所述介质基板1的介质常数为4.4，损耗角为0.02，其加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足LTE天线低造价的要求，其印制有四个辐射贴片和两个90度相移贴片，四个辐射贴片分别为第一辐射贴片5、第二辐射贴片6、第三辐射贴片7和第四辐射贴片8，两个90度相移贴片分别为第一90度相移贴片9和第二90度相移贴片10。
在本实施例中，第一辐射贴片5、第二辐射贴片6、第三辐射贴片7和第四辐射贴片8绕介质基板1中心依次排布在介质基板1的下表面，且相互之间镜像对称；进一步地，四个辐射贴片均为内部挖去五边形槽的五边形贴片，第一辐射贴片5和第三辐射贴片7对角设置，构成一对偶极子天线单元，第二辐射贴片6和第四辐射贴片8对角设置，构成另一对偶极子天线单元，共有四个偶极子天线单元；每对偶极子天线单元作为一对辐射体完成天线信号的发射或接收。
如图4、图6和图7所示，所述第一90度相移贴片9包括第一正方形部11、第一长方形部12、第一270度圆环部13、第二长方形部14和第三长方形部15，第一正方形部11、第一长方形部12、第一270度圆环部13、第二长方形部14和第三长方形部15均设置在介质基板1上表面，并依次连接；所述第二90度相移贴片10包括第二正方形部16、第四长方形部17、第五长方形部18、第二270度圆环部19、第六长方形部20、第七长方形部21和第八长方形部22，其中第二正方形部设置在介质基板的上表面，并与第一正方形部11关于介质基板1的上表面中心镜像对称，第八长方形部22设置在介质基板的上表面，并与第三长方形部15关于介质基板1的上表面中心镜像对称，第四长方形部17设置在介质基板1的上表面，第五长方形部18设置在介质基板1的下表面，第四长方形部17与第二正方形部16连接，并通过穿透介质基板1的第一探针23与第五长方形部18连接，第六长方形部20设置在介质基板1的下表面，第七长方形部21设置在介质基板1的上表面，第七长方形部21与第八长方形部22连接，并通过穿透介质基板1的第二探针24与第六长方形部20连接，第四长方形部17、第五长方形部18和第一探针23，分别与第六长方形部20、第七长方形部21和第二探针24呈镜像对称，第一探针23和第二探针24的直径0.92mm，第二270度圆环部19设置在介质基板1的下表面，其两端分别与第五长方形部18、第六长方形部20连接。
如图1～图4所示，第一同轴线3和第二同轴线4用于进行差分馈电，第一同轴线3和第二同轴线4的内导体直径为0.92mm，外导体的直径为3.5mm，第一同轴线3上端的内导体与第一90度相移贴片9连接，具体为穿过介质基板1后与第一正方形部11连接，第二同轴线4上端的内导体与第二90度相移贴片10连接，具体为穿过介质基板1后与第二正方形部16连接，第一同轴线3上端的外导体紧贴在介质基板1的下表面，并与第二辐射贴片6连接，同时第二同轴线4上端的外导体紧贴在介质基板1的下表面，并与第四辐射贴片8连接，第二辐射贴片6和第四辐射贴片8是对角设置两个辐射贴片，本领域技术人员可以理解的是，第一同轴线3上端的外导体也可以与第一辐射贴片5连接，同时第二同轴线4上端的外导体也可以与第三辐射贴片7连接，相应地，第一90度相移贴片9和第二90度相移贴片10的位置也会进行调整；第一同轴线3和第二同轴线4的下端穿过地板2，并接SMA头，天线信号从第一同轴线3和第二同轴线4得到下端，通过SMA头接入或接出。
如图5和图6所示，所述介质基板1上还开设有第一过孔25、第二过孔26、第三过孔27和第四过孔28，四个过孔的直径均为0.92mm，第一过孔25可使第一同轴线3上端的内导体穿过，第二过孔26可使第二同轴线4上端的内导体穿过，第三过孔27可使第一探针23穿过，第四过孔28可使第二探针24穿过。
调整本实施例的差分圆极化定向天线各部分的尺寸参数后，通过计算和电磁场仿真，对本实施例的差分圆极化定向天线进行了验证仿真，如图8所示，给出了该天线在1.4Ghz～2.6Ghz频率范围内的S参数(St(Diff1,Diff1)和St(Comm1,Comm1))仿真结果的曲线，图中有两条曲线，St(Diff1,Diff1)的曲线是指差模信号的|S11|仿真参数，St(Comm1,Comm1)的曲线是指共模信号的|S11|仿真参数；可以看到，在1.65GHz～2.48GHz频段范围内，dB(St(Diff1,Diff1))的值都小于-10dB；如图9所示，给出了该天线在1.4Ghz～2.6Ghz频率范围内的AR仿真结果的曲线，可以看出，在1.7GHz～2.2GHz频段范围内，dB(AxialRatio Value)的值都小于3dB；仿真结果表明本实施例的差分圆极化天线具有较长的带宽，较大的增益，性能良好，能够满足LTE手机基站天线应用于1.71GHz～2.17GHz的宽带高速无线通讯系统的要求。
本实施例的差分圆极化定向天线仿真的HFSS模型在1.8GHz时的辐射方向图如图10所示，在2.0GHz时的辐射方向图如图11所示，在2.2GHz时的辐射方向图如图12所示。
上述实施例中，所述介质基板1采用PCB板，其采用FR4-epoxy材料制成；所述地板2、第一同轴线3、第二同轴线3、第一辐射贴片5、第二辐射贴片6、第三辐射贴片7、第四辐射贴片8、第一90度相移贴片9和第二90度相移贴片10均采用金属材料制成，该金属材料可以为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。
综上所述，本发明的差分圆极化定向天线在介质基板的下表面设置了相互之间镜像对称的四个辐射贴片，四个辐射贴片构成两对偶极子天线单元，使用两条同轴线差分馈电，激励两对偶极子天线单元，通过两个90度相移贴片使两对偶极子天线单元产生90度的相位差，以此实现圆极化，由于使用差分馈电，该天线具有良好的共模抑制。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种差分圆极化定向天线，包括介质基板以及位于介质基板下方的地板，其特征在于：还包括相互平行的第一同轴线和第二同轴线；所述介质基板上设有两个90度相移贴片和四个辐射贴片，四个辐射贴片绕介质基板中心依次排布在介质基板的下表面，且相互之间镜像对称；
两个90度相移贴片分别为第一90度相移贴片和第二90度相移贴片；所述第一90度相移贴片包括依次连接的第一正方形部、第一长方形部、第一270度圆环部、第二长方形部和第三长方形部；所述第二90度相移贴片包括依次连接的第二正方形部、第四长方形部、第五长方形部、第二270度圆环部、第六长方形部、第七长方形部和第八长方形部；
所述第一正方形部、第一长方形部、第一270度圆环部、第二长方形部和第三长方形部均设置在介质基板的上表面；所述第二正方形部、第四长方形部、第七长方形部和第八长方形部设置在介质基板的上表面，所述第五长方形部、第二270度圆环部和第六长方形部设置在介质基板的下表面；
所述第一同轴线和第二同轴线用于进行差分馈电，第一同轴线上端的内导体与第一正方形部连接，第二同轴线上端的内导体与第二正方形部连接，第一同轴线、第二同轴线上端的外导体分别与其中两个对角设置的辐射贴片连接，第一同轴线和第二同轴线的下端穿过地板；所述第三长方形部和第八长方形部在介质基板上的投影分别位于另外两个对角设置的辐射贴片在介质基板上的投影内。
2.根据权利要求1所述的一种差分圆极化定向天线，其特征在于：所述四个辐射贴片均为内部挖去五边形槽的五边形贴片。
3.根据权利要求1所述的一种差分圆极化定向天线，其特征在于：所述第一正方形部和第二正方形部关于介质基板的上表面中心镜像对称。
4.根据权利要求1所述的一种差分圆极化定向天线，其特征在于：所述第三长方形部和第八长方形部关于介质基板的上表面中心镜像对称。
5.根据权利要求1所述的一种差分圆极化定向天线，其特征在于：所述第四长方形部与第五长方形部之间通过穿透介质基板的第一探针连接。
6.根据权利要求1所述的一种差分圆极化定向天线，其特征在于：所述第六长方形部与第七长方形部之间通过穿透介质基板的第二探针连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种差分圆极化定向天线，其特征在于：所述介质基板的上、下表面的面积为地板面积的20%~30%，且介质基板的中心在地板上的投影与地板的中心相重合。
CN201710872444.8A 2017-09-25 2017-09-25 一种差分圆极化定向天线 Active CN107611586B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710872444.8A CN107611586B (zh) 2017-09-25 2017-09-25 一种差分圆极化定向天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710872444.8A CN107611586B (zh) 2017-09-25 2017-09-25 一种差分圆极化定向天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107611586A CN107611586A (zh) 2018-01-19
CN107611586B true CN107611586B (zh) 2023-08-18

Family

ID=61058162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710872444.8A Active CN107611586B (zh) 2017-09-25 2017-09-25 一种差分圆极化定向天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107611586B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109904613B (zh) * 2019-02-19 2020-02-07 西安电子科技大学 一种应用于5G Sub 6GHz基站系统的差分双频双极化滤波天线
CN113328243B (zh) * 2021-06-21 2023-09-26 华南理工大学 一种圆极化天线、移动终端及应用
CN114361770B (zh) * 2022-01-07 2024-04-02 安徽大学 差分馈电的圆极化微带环天线
CN114843754B (zh) * 2022-05-20 2023-12-29 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种低剖面圆极化天线

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101410487B1 (ko) * 2013-02-05 2014-07-01 주식회사 에스원 광대역 축비를 가지는 원편파 안테나

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8228235B2 (en) * 2004-03-15 2012-07-24 Elta Systems Ltd. High gain antenna for microwave frequencies

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101410487B1 (ko) * 2013-02-05 2014-07-01 주식회사 에스원 광대역 축비를 가지는 원편파 안테나

Also Published As

Publication number Publication date
CN107611586A (zh) 2018-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021120771A1 (zh) 毫米波端射圆极化天线及无线通信设备
CN108232458B (zh) 一种差分双频双极化双环基站天线
Parchin et al. Dual-polarized MIMO antenna array design using miniaturized self-complementary structures for 5G smartphone applications
CN107611586B (zh) 一种差分圆极化定向天线
CN109888470B (zh) 一种方向图分集的低剖面圆极化天线
CN207834573U (zh) 一种差分双频双极化双环基站天线
CN116505254B (zh) 宽带圆极化偶极子天线及无线通信设备
CN107634322A (zh) 双频高增益全向天线
Bai et al. Millimeter-wave cavity-backed patch-slot dipole for circularly polarized radiation
CN105048079A (zh) 一种全向性圆极化平面天线
CN107978853B (zh) 一种端射圆极化毫米波天线
CN207116688U (zh) 双频高增益全向天线
CN112151951A (zh) 一种用于wlan的双零点陷波双极化天线
CN106785404B (zh) 一种新型嵌入式宽带双极化天线
CN206225546U (zh) 具有稳定波瓣宽度和共模抑制特性的宽带差分多偶极子天线
CN207517872U (zh) 一种宽带圆极化缝隙天线
CN215342996U (zh) 圆极化天线
CN107978852B (zh) 一种宽频带双圆极化槽天线
Sah et al. A two-element wideband MIMO antenna for X-band, Ku-band, K-band applications
Vadlamudi et al. Very Low Profile, Wideband, Dual polarized Massive MIMO Antenna Element with High Isolation for 5G Base Station Applications
Wang et al. Design of broadband miniaturized 5G base station antenna
CN108448245B (zh) 一种差分馈电双频平面天线
CN106532249B (zh) 一种紧凑的椭圆环形双极化基站天线
Gupta et al. Dual C-slotted microstrip patch MIMO antenna for multiband wireless applications
CN207282702U (zh) 一种差分圆极化定向天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant