CN108172993B - 一种双极化频率可重构天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极化频率可重构天线，该天线包括辐射基板、反射底座；辐射基板的上表面布设有第一图案和第二图案；第一图案为4个等夹角合围的空心形状为三角形的空心四边形；所有空心四边形的最短边合围成一个中心与辐射基板中心重合的第一虚拟正方形；第二图案为4个规则的与辐射基板的上表面的直角重合的L形；布设在辐射基板的下表面的第三图案为4个等夹角合围的开有条形缝隙的几何规则多边形；所有几何规则多边形的最短边合围成一个中心与辐射基板中心重合的第二虚拟正方形。本发明提供的天线，具有尺寸小、剖面低、易生产、双极化MIMO等优点，且涵盖698‑960MHz和1710‑2700MHz双超宽频段，满足2G、3G和4G民用移动通讯终端需求。

Description

一种双极化频率可重构天线
技术领域
本发明涉及移动通讯天线技术领域，特别是涉及一种小型化低剖面多频段双极化频率可重构的天线。
背景技术
多入多出(Multiple-InputMultiple-Output，以下简称MIMO)技术指发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势，被视为下一代移动通信的核心技术。因此，小型化、多频化以及低剖面的MIMO天线，是移动通讯天线领域的必然发展趋势。
目前现有技术公开的天线，例如一种壁挂天线，可涵盖698-960MHz和1710-2700MHz双超宽频段，具有且尺寸小、剖面低的特点，但是局限于单极化，不具备MIMO功能；又如，小型高低频共轴双极化基站天线单元，具有结构紧凑、辐射性能优的特点，但依然难以克服整个天线的高度很高的问题，且组装生产成本高。所以，如何获得一种小型化、易生产、多频化以及低剖面的MIMO天线，是移动通讯天线技术领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种双极化频率可重构天线，具有尺寸小、剖面低、易生产等优点，可实现双极化MIMO功能，且涵盖698-960MHz和1710-2700MHz双超宽频段，满足2G、3G和4G民用移动通讯终端需求。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种双极化频率可重构天线，所述天线包括双面覆铜的辐射基板以及反射底座；所述辐射基板的上下表面和所述反射底座的上下表面均为正方形，且所述辐射基板与所述反射底座的上下表面平行设置；
所述辐射基板的上表面布设有第一图案和第二图案；所述第一图案位于所述辐射基板的上表面的中心部分；所述第二图案位于所述辐射基板的上表面的四周边部分；所述第一图案为4个等夹角合围的空心四边形，且每个所述空心四边形均相同；所有所述空心四边形的最短边合围成一个第一虚拟正方形，且所述第一虚拟正方形的中心与所述辐射基板的中心重合；所述空心四边形的空心形状为三角形；所述第二图案为4个规则的L形，且所述L形的直角与所述辐射基板的上表面的直角重合；
所述辐射基板的下表面布设有第三图案；所述第三图案为4个等夹角合围的几何规则多边形，且每个所述几何规则多边形均相同；所有所述几何规则多边形的最短边合围成一个第二虚拟正方形，且所述第二虚拟正方形的中心与所述辐射基板的中心重合；所述几何规则多边形开有条形缝隙。
所述辐射基板上布设的所述第一图案、所述第二图案以及所述第三图案的材料均为铜。
可选的，所述辐射基板的下表面连接4个L形侧壁；所述L形侧壁为朝向所述反射底座延伸的L形金属片；俯视所述L形侧壁时，所述L形侧壁与所述第二图案中的L形的边重合；所述L形侧壁通过锡焊连接在所述辐射基板的下表面。
可选的，所述几何规则多边形远离所述第二虚拟正方形的一端连接有朝向所述反射底座延伸的金属柱，且所述金属柱与所述反射底座未接触；所述金属柱通过锡焊连接在所述辐射基板的下表面。
可选的，所述辐射基板布设有第一金属化过孔和第二金属化过孔；所述第二图案中的L形与所述第三图案中的几何规则多边形通过所述第一金属化过孔电连接；所述第二金属化过孔位于所述第一图案中的空心四边形上，且靠近所述第一虚拟正方形。
可选的，所述第一金属化过孔的个数为8个，所述第二金属孔的个数为4个。
可选的，所述反射底座包括反射底板，以及与所述反射底板的每个边均连接的凸形侧壁；所有所述凸形侧壁均相同，且每个所述凸形侧壁均朝向所述辐射基板延伸。
可选的，所述天线还包括支撑柱；所述支撑柱连接所述辐射基板固定于所述反射底板上；所述支撑柱的材料为非金属材料。
可选的，所述辐射基板的长为180mm；所述反射底板的长为200mm；所述辐射基板的宽为180mm；所述反射底板的宽为200mm；所述辐射基板与所述反射底板之间的距离为52mm。
可选的，所述空心四边形的的四个角分别为46.4°、66.4°、81.9°、165.3°；所述三角形的三个角分别为67.4°、70.7°、44.6°。
可选的，所述辐射基板上的所述第一图案、所述第二图案、所述第三图案均通过锡焊连接在所述辐射基板上。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种双极化频率可重构天线，该天线包括双面覆铜的辐射基板以及反射底座；所述辐射基板的上下表面和所述反射底座的上下表面均为正方形，且所述辐射基板与所述反射底座的上下表面平行设置；所述辐射基板的上表面布设有第一图案和第二图案；所述辐射基板的下表面布设有第三图案；所述辐射基板上布设的所述第一图案、所述第二图案以及所述第三图案的材料均为铜；所述第一图案位于所述辐射基板的上表面的中心部分；所述第二图案位于所述辐射基板的上表面的四周边部分；所述第一图案为4个等夹角合围的空心四边形，且每个所述空心四边形均相同；所有所述空心四边形的最短边合围成一个第一虚拟正方形，且所述第一虚拟正方形的中心与所述辐射基板的中心重合；所述空心四边形的空心形状为三角形；所述第二图案为4个规则的L形，且所述L形的直角与所述辐射基板的上表面的直角重合；所述第三图案为4个等夹角合围的几何规则多边形，且每个所述几何规则多边形均相同；所有所述几何规则多边形的最短边合围成一个第二虚拟正方形，且所述第二虚拟正方形的中心与所述辐射基板的中心重合；所述几何规则多边形开有条形缝隙。本发明提供的天线，具有尺寸小、剖面低、易生产、双极化MIMO等优点，且涵盖698-960MHz和1710-2700MHz双超宽频段，满足2G、3G和4G民用移动通讯终端需求。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例天线的结构示意图；
图2为本发明反射底座三维结构示意图；
图3为本发明辐射基板上表面示意图；
图4为本发明辐射基板下表面示意图；
图5为本发明辐射基板三维结构示意图；
图6为本发明天线极化示意图一；
图7为本发明天线极化示意图二；
图8为本发明698-960/1710-2700MHz驻波图；
图9为本发明698-960/1710-2700MHz隔离图；
图10为本发明698-960MHz增益图；
图11为本发明1710-2700MHz增益图。
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做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。
本发明的目的是提供一种双极化频率可重构天线，具有尺寸小、剖面低、易生产等优点，可实现双极化MIMO功能，且涵盖698-960MHz和1710-2700MHz双超宽频段，满足2G、3G和4G民用移动通讯终端需求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明属于无线电通讯天线领域内的一种频率可重构双超宽频双极化低剖面天线。本发明采用频率可重构结构原理，在同一物理尺寸单位上实现两个相互正交极化，且可在698-960MHz和1710-2700MHz两个不同频段上工作。本发明结合微带天线与半波天线原理，实现小型双频双极化和低剖面。
图1为本发明实施例天线的结构示意图，如图1所示，本发明提供的天线包括的双面覆铜的辐射基板1(双面介质覆铜板)、反射底座2以及支撑柱3。
图2为本发明反射底座三维结构示意图，如图2所示，所述反射底座2包括反射底板201，以及与所述反射底板201的每个边均连接的凸形侧壁202。所有所述凸形侧壁202均相同，且每个所述凸形侧壁202均朝向所述辐射基板1延伸。所述反射底座2用于调整、改善698-960MHz和1710-2700MHz的辐射参数。
所述支撑柱3连接所述辐射基板1固定于所述反射底板201上；所述支撑柱3的材料为非金属材料。
如图1和2所示，所述辐射基板1的上下表面和所述反射底板201的上下表面均为正方形，且所述辐射基板1与所述反射底板201平行设置。
所述辐射基板1的长为180mm；所述反射底板201的长为200mm；所述辐射基板1的宽为180mm；所述反射底板201的宽为200mm；所述辐射基板1与所述反射底板201之间的距离为52mm。
图3为本发明辐射基板上表面示意图，如图3所示，所述辐射基板1的上表面布设有第一图案101和第二图案102；所示第一图案101位于所述辐射基板1的上表面的中心部分；所述第一图案101为4个等夹角合围的空心四边形1011，且每个所述空心四边形1011均相同；所有所述空心四边形1011的最短边合围成一个第一虚拟正方形1012，且所述第一虚拟正方形1012的中心与所述辐射基板1的中心重合；所述空心四边形1011的空心形状为三角形；所述空心四边形1011的四个角的角度分别为46.4°、66.4°、81.9°、165.3°。所述三角形的三个角的角度分别为67.4°、70.7°、44.6°。所述第一图案101用于谐振1710-2700MHz频段。
所述第二图案102分散在所述辐射基板1的上表面的四周边；所述第二图案102为4个规则的L形，且所述L形的直角与所述辐射基板1的上表面的直角重合；所述第二图案102用于谐振展宽698-960MHz频段带宽、协调1710-2700MHz频段带宽。
图4为本发明辐射基板下表面示意图，如图4所示，所述辐射基板1的下表面布设有第三图案103；所述第三图案103为4个等夹角合围的几何规则多边形1031，且每个所述几何规则多边形1031均相同；所述几何规则多边形1031为九边形，其有类三角形的四边形和L形状的四边形连通组合；所有所述几何规则多边形1031的最短边合围成一个第二虚拟正方形1032(为了清楚显示，将第二虚拟正方形放大处理)，且所述第二虚拟正方形1032的中心与所述辐射基板1的中心重合；所述几何规则多边形1031开有条形缝隙1033；所述条形缝隙1033为L形状的虚断线。所述几何规则多边形1031用于谐振698-960MHz频段；所述条形缝隙1033用于衍生、谐振展宽1710-2700MHz频段带宽。
所述辐射基板1的上、下各对应表面，由金属化过孔连接，用于调整1710-2700MHz频段的阻抗带宽，其中，所述辐射基板1上表面布设的金属化过孔与所述辐射基板1下表面布设的金属化过孔一一对应。为了简述，只是对所述辐射基板1上表面布设的金属化过孔进行介绍，具体如图3所示，所述辐射基板1布设有第一金属化过孔104和第二金属化过孔105；所述第二图案102中的L形与所述第三图案103中的几何规则多边形1031通过所述第一金属化过孔104电连接；所述第二金属化过孔105位于所述第一图案101中的空心四边形1011上，且靠近所述第一虚拟正方形1012。所述第一金属化过孔104的个数为8个，所述第二金属化过孔105的个数为6个。
所述辐射基板1上布设的所述第一图案101、所述第二图案102以及所述第三图案103的材料均为铜，且所述辐射基板1上的所述第一图案101、所述第二图案102、所述第三图案103均通过锡焊连接在所述辐射基板1上。
图5为本发明辐射基板下表面三维结构示意图，如图5所示，所述辐射基板1的下表面连接4个L形侧壁106；所述L形侧壁106为朝向所述反射底座2延伸的L形金属片；俯视所述L形侧壁106时，所述L形侧壁106与所述第二图案102中的L形的边重合；所述L形侧壁106通过锡焊连接在所述辐射基板1的下表面。所述L形侧壁包括两个段，其尺寸分别为：87×10mm、73×10mm。所述L形侧壁106用于谐振展宽698-960MHz频段带宽。
所述几何规则多边形1031远离所述第二虚拟正方形1032的一端连接有朝向所述反射底座2延伸的金属柱107，且所述金属柱107与所述反射底座2未接触；所述金属柱107通过锡焊连接与所述辐射基板1的下表面。所述金属柱107用于调整698-960MHz频段的阻抗带宽。
图6为本发明天线极化示意图一；图7为本发明天线极化示意图二，如图6和7所示，所述辐射基板1的上表面包括第一对称结构11、第二对称结构12以及第一馈电线108；所述辐射基板1的下表面包括第三对称结构13、第二对称结构14以及第一馈线109；所述第一对称结构11和第三对称结构13，通过第一馈电线108形成极化H/+45°；所述第二对称结构12和第四对称结构14，通过第二馈电线109形成极化V/-45°，形成两个相互正交的天线极化。
图8为本发明698-960/1710-2700MHz驻波图；图9为本发明698-960/1710-2700MHz隔离图；图10为本发明698-960MHz增益图；图11为本发明1710-2700MHz增益图。如图8-11所示，采用本发明提供的天线可实现双频带宽：驻波：698-960MHz≤2.35，1710-2700MHz≤2.05；隔离：698-960MHz≤-34dB，1710-2700MHz≤-25dB；增益：698-960MHz≥7.25dBi，1710-2700MHz≥6.75dBi。
本发明提供的天线还具有微带天线和半波天线特性，具有双频带、双极化、尺寸小、剖面低、结构紧凑和易装配生产等特点，涵盖现行民用通信2G、3G和4G频段，双极化具备MIMO功能，在满足同等天线基本电气指标的前提下，满足UE端使用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种双极化频率可重构天线，其特征在于，所述天线包括双面覆铜的辐射基板以及反射底座；所述辐射基板的上下表面和所述反射底座的上下表面均为正方形，且所述辐射基板与所述反射底座的上下表面平行设置；
所述辐射基板的上表面布设有第一图案和第二图案；所述第一图案位于所述辐射基板的上表面的中心部分；所述第二图案位于所述辐射基板的上表面的四周边部分；所述第一图案为4个等夹角合围的空心四边形，且每个所述空心四边形均相同；所有所述空心四边形的最短边合围成一个第一虚拟正方形，且所述第一虚拟正方形的中心与所述辐射基板的中心重合；所述空心四边形的空心形状为三角形；所述第二图案为4个规则的L形，且所述L形的直角与所述辐射基板的上表面的直角重合；
所述辐射基板的下表面布设有第三图案；所述第三图案为4个等夹角合围的几何规则多边形，且每个所述几何规则多边形均相同；所有所述几何规则多边形的最短边合围成一个第二虚拟正方形，且所述第二虚拟正方形的中心与所述辐射基板的中心重合；所述几何规则多边形开有条形缝隙；
所述辐射基板布设有第一金属化过孔和第二金属化过孔；所述第二图案中的L形与所述第三图案中的几何规则多边形通过所述第一金属化过孔电连接；所述第二金属化过孔位于所述第一图案中的空心四边形上，且靠近所述第一虚拟正方形；所述几何规则多边形为九边形，其由类三角形的四边形和L形状的四边形连通组合；
所述辐射基板上布设的所述第一图案、所述第二图案以及所述第三图案的材料均为铜。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射基板的下表面连接4个L形侧壁；所述L形侧壁为朝向所述反射底座延伸的L形金属片；俯视所述L形侧壁时，所述L形侧壁与所述第二图案中的L形的边重合；所述L形侧壁通过锡焊连接在所述辐射基板的下表面。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述几何规则多边形远离所述第二虚拟正方形的一端连接有朝向所述反射底座延伸的金属柱，且所述金属柱与所述反射底座未接触；所述金属柱通过锡焊连接在所述辐射基板的下表面。
4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一金属化过孔的个数为8个，所述第二金属化过孔的个数为4个。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述反射底座包括反射底板，以及与所述反射底板的每个边均连接的凸形侧壁；所有所述凸形侧壁均相同，且每个所述凸形侧壁均朝向所述辐射基板延伸。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述天线还包括支撑柱；所述支撑柱连接所述辐射基板固定于所述反射底板上；所述支撑柱的材料为非金属材料。
7.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述辐射基板的长为180mm；所述反射底板的长为200mm；所述辐射基板的宽为180mm；所述反射底板的宽为200mm；所述辐射基板与所述反射底板之间的距离为52mm。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述辐射基板上的所述第一图案、所述第二图案、所述第三图案均通过锡焊连接在所述辐射基板上。
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