CN108598695A - 一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线 - Google Patents

一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线 Download PDF

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罗伟
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Abstract

本发明提出一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线,该天线包括贴片天线单元(1)、馈电部分(2)、短路部分(3)、馈电线一(4)、馈电线二(5)和介质基板(6)；所述馈电部分设置于介质基板上用于支撑贴片天线单元；所述短路部分设置于介质基板上且与介质基板的接地面连接；所述馈电线一和馈电线二附着在介质基板上表面，馈电线一与馈电线二正交且输出的相位差为180°。本发明具有宽频带、高隔离度、低交叉极化、结构简单等特点，符合当前微基站天线的发展趋势，具有实用价值。

Description

一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线
技术领域
本发明属于毫米波通信天线领域，尤其涉及一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线单元。
背景技术
微基站天线作为毫米波通信的核心部分，其性能好坏直接影响整个通信系统的质量。随着移动用户数量迅速增长，从第一代到第四代移动通信的频谱资源已经很难再挖掘和利用，也很难满足未来第五代移动通信的需求，但是在毫米波高频段,还有大量的频带可以利用，频谱资源也相当丰富，若能够开发和利用这些高频段的频谱，这对通信系统产业来说又是一大革新。
目前，毫米波微基站天线的实现形式大致两类：双馈微带贴片天线和互补天线。双馈微带贴片天线具有剖面低、结构简单的优点，但带宽较窄，不利于多频段的覆盖；互补天线将电偶极子与磁偶极子相结合，能够实现较宽的频带，在整个工作频段能获得稳定的增益和方向图。但其金属结构导致天线不可避免的尺寸大，质量重。在实际应用中，双极化天线作为微基站天线的首选，要同时兼顾其带宽、隔离度、交叉极化、增益等特性，依然存在很大的困难。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线。该天线实现了双极化天线宽频带、高隔离度、低交叉极化以及稳定方向图的性能。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，该基站天线包括贴片天线单元1、馈电部分2、短路部分3、馈电线一4、馈电线二5和介质基板6；所述馈电部分设置于介质基板上用于支撑贴片天线单元；所述短路部分设置于介质基板上且与介质基板的接地面连接；所述馈电线一和馈电线二附着在介质基板上表面，馈电线一与馈电线二正交且输出的相位差为180°。
优选地，所述贴片天线单元上设置有矩形型槽8。
优选地，所述馈电部分包括一端附着于贴片天线单元的下表面，另一端设置于介质基板上的四根馈电金属柱。
优选地，四根所述的馈电金属柱与介质基板的接触点依次连接可形成一具有四个顶点的四边形结构。
优选地，所述短路部分为包括四根短路探针，四根所述的短路探针的一端附着在贴片天线单元的下表面，另一端穿过介质基板与介质基板的接地面相连。
优选地，所述馈电线一具有三个连接端，位于两端的两个连接端分别连接四边形结构相对的两个顶点；所述馈电线二具有三个连接端，位于两端的两个连接端分别连接四边形结构相对的另两个顶点所述馈电线一和馈电金属柱的连线与馈电线二和馈电金属柱的连接不具有交叉点。
优选地，所述馈电线一包括矩形贴片I41和功分器I，所述功分器I包括第一微带线42、第二微带线47、第三微带线46、第四微带线43、第五微带线44和第六微带线45，所述矩形贴片连接于第一微带线上，所述第二微带线和第四微带线平行设置且分别与第一微带线的两端连接，同时第一微带线、第二微带线和第四微带线形成一右开口结构；所述第三微带线与第一微带线平行设置且连接于第二微带线的末端；所述第五微带线由第四微带线的末端向偏向于第三微带线的方向延伸形成；所述第六微带线的一端部与第五微带线的末端连接且与第一微带线垂直设置；所述馈电线二包括矩形贴片II51和功分器II，所述功分器二包括第七微带线52、第八微带线53和第九微带线54，所述矩形贴片II连接于第七微带线上，所述第七微带线与第八微带线平行设置且分别垂直的连接于所述第九微带线的两端；所述第七微带线、第八微带线和第九微带线形成一左开口结构，所述第六微带线伸入到左开口结构内。
优选地，所述介质基板的背面设置有铜层7。
优选地，所述介质基板采用罗杰斯5880。
如上所述，本发明的一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，具有以下有益效果：
1)该天线介质板采用罗杰斯5880板材，厚度为0.508mm，其馈电结构和贴片天线单元均采用平面贴片形式，使天线整体结构紧凑，降低了制造成本。
2)通过采用两条差分馈电微带线对开槽结构的贴片天线单元进行间接馈电，对金属柱直接馈电方式进行馈电，实现了天线的双极化辐射。
3)所述馈电微带线结构中矩形贴片附着在微带线上，有效提高了馈电结构的匹配。
4)所述馈电结构中微带线采用的功分器和微带线相结合，实现端口180°相位差，有助于天线带宽的拓展。
5)由于贴片天线单元刻有矩形型槽，改变了贴片表面电流路径，可以有效改善天线的阻抗匹配，通过合理调节类似矩形型槽的参数，可以使天线的阻抗改变，使天线在所需频点处阻抗匹配。
6)加载在贴片天线单元下的短路探针，相当于电抗元素的引入，不仅能够改善天线的阻抗匹配，还可以通过改变探针的直径和数量来调节天线的中心频率。
附图说明
为了进一步阐述本发明所描述的内容，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅作为典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的贴片天线单元结构示意图；
图3为本发明的微带馈电线结构示意图；
图4为本发明的介质基板结构示意图；
图5为本发明的天线±45°极化的电压驻波比(VSWR)和增益(Gain)曲线图；
图6为本发明的天线±45°极化间隔离度(S21)曲线图；
图7为本发明的天线+45°极化在29GHz、30GHz、31GHz的水平面方向图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例提供一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，该基站天线包括贴片天线单元1、馈电部分2、短路部分3、馈电线一4、馈电线二5和介质基板6；所述馈电部分设置于介质基板上用于支撑贴片天线单元；所述短路部分设置于介质基板上且与介质基板的接地面连接；所述馈电线一和馈电线二附着在介质基板上表面，馈电线一与馈电线二正交且输出的相位差为180°。
优选地，所述馈电部分包括一端附着于贴片天线单元的下表面，另一端设置于介质基板上的四根馈电金属柱。所述短路部分为包括四根短路探针，四根所述的短路探针的一端附着在贴片天线单元的下表面，另一端穿过介质基板与介质基板的接地面相连。
本实施例中，在贴片天线单元下的短路探针，相当于电抗元素的引入，不仅能够改善天线的阻抗匹配，还可以通过改变探针的直径和数量来调节天线的中心频率。
具体地，所述馈电金属柱2半径为0.215mm，高度为1.6mm，所述短路探针3的半径为0.15mm，高度为2.158mm。
如图4所示，介质基板采用介电常数为2.2的罗杰斯5880，厚度为0.508mm，长度为26mm，宽度为20mm，介质基板6存在短路探针3的穿孔10。
于本实施例中，所述贴片天线单元上设置有矩形型槽8。由于贴片天线单元刻有矩形型槽，改变了贴片表面电流路径，可以有效改善天线的阻抗匹配，通过合理调节类似矩形型槽的参数，可以使天线的阻抗改变，使天线在所需频点处阻抗匹配。
进一步，所述矩形型槽的长度0.8mm，宽度0.8mm。所述贴片天线单元的长度为4.8mm，宽度为4.8mm。更进一步地，所述贴片天线单元的四个顶角进行了切角处理，使得四个顶角呈圆弧状，其半径为1.55mm。
于本实施例中，四根所述的馈电金属柱与介质基板的接触点依次连接可形成一具有四个顶点的四边形结构。
具体地，所述馈电线一具有三个连接端，位于两端的两个连接端分别连接四边形结构相对的两个顶点；所述馈电线二具有三个连接端，位于两端的两个连接端分别连接四边形结构相对的另两个顶点；所述馈电线一和馈电金属柱的连线与馈电线二和馈电金属柱的连接不具有交叉点。
所述馈电线一4为+45°微带线，所述馈电线二5为与之正交的-45°微带线；所述-45°微带线与+45°微带线在空间上不重合。所述微带线一4与微带线二5共面设置。
具体地，所述馈电线一包括矩形贴片I41和功分器I，所述功分器I包括第一微带线42、第二微带线47、第三微带线46、第四微带线43、第五微带线44和第六微带线45，所述矩形贴片连接于第一微带线上，所述第二微带线和第四微带线平行设置且分别与第一微带线的两端连接，同时第一微带线、第二微带线和第四微带线形成一右开口结构；所述第三微带线与第一微带线平行设置且连接于第二微带线的末端；所述第五微带线由第四微带线的末端向偏向于第三微带线的方向延伸形成；所述第六微带线的一端部与第五微带线的末端连接且与第一微带线垂直设置；所述馈电线二包括矩形贴片II51和功分器II，所述功分器二包括第七微带线52、第八微带线53和第九微带线54，所述矩形贴片II连接于第七微带线上，所述第七微带线与第八微带线平行设置且分别垂直的连接于所述第九微带线的两端；所述第七微带线、第八微带线和第九微带线形成一左开口结构，所述第六微带线伸入到左开口结构内。
进一步地，所述第一微带线与第二微带线和第四微带线的连接处作了导角处理。所述的第二微带线与第四微带线等长且第四微带线的远离第一微带线的一端大于另一端。所述第三微带线与第二微带线的连接处作导角处理。所述第五微带线与第六微带线具有同样的宽度，所述第四微带线远离第一微带线的端部与第五微带线具有同样的宽度。所述矩形贴片I的左部大于右部，所述矩形贴片I的右部距离第二微带线的距离等于第三微带线的长度。所述第四微带线的右部的端面与第三微带线的外侧面处于同一平面。
所述第九微带线的上部宽度大于下部的宽度，所述第七微带线的宽度与第九微带线的下部具有同样的宽度，所述第八微带线的宽度与第九微带线的上部具有同样的宽度。所述矩形贴片II具有一右端部、由右端部在侧向左延伸形成的左延伸部和由左延伸部向上延伸形成的上延伸部，所述左延伸部与上延伸部具有同样的宽度，所述左延伸部的宽度小于右端部。所述上延伸部靠近第九微带线设置。
进一步，所述馈电线一还包括设置于第二微带线下侧边的第一凸出部48、设置于第一微带线左侧边的第二凸出部49和设置于第六微带线下侧边的第三凸出部410，所述馈电线二包括设置于第七微带线下侧边的第四凸出部55和设置于第九微带线下部右侧边的第五凸出部56。所述第一凸出部沿竖直方向的轴线与第四微带线右部左侧处于同一直线上，第一凸出部靠近第三微带线设置；所述第二凸出部靠近第四微带线设置。第三凸出部的右侧边与第四凸出部的右侧边处于同一直线上。所述第四凸出部靠近第七微带线的左端部设置。所述第五凸出部设置于第九微带线下部的中部。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，其特征在于，该基站天线包括贴片天线单元(1)、馈电部分(2)、短路部分(3)、馈电线一(4)、馈电线二(5)和介质基板(6)；所述馈电部分设置于介质基板上用于支撑贴片天线单元；所述短路部分设置于介质基板上且与介质基板的接地面连接；所述馈电线一和馈电线二附着在介质基板上表面，馈电线一与馈电线二正交且输出的相位差为180°。
2.根据权利要求1所述的一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，其特征在于，所述贴片天线单元上设置有矩形型槽(8)。
3.根据权利要求1所述的一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，其特征在于，所述馈电部分包括一端附着于贴片天线单元的下表面，另一端设置于介质基板上的四根馈电金属柱。
4.根据权利要求3所述的一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，其特征在于，四根所述的馈电金属柱与介质基板的接触点依次连接可形成一具有四个顶点的四边形结构。
5.根据权利要求3所述的一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，其特征在于，所述短路部分为包括四根短路探针，四根所述的短路探针的一端附着在贴片天线单元的下表面，另一端穿过介质基板与介质基板的接地面相连。
6.根据权利要求4所述的一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，其特征在于，所述馈电线一具有三个连接端，位于两端的两个连接端分别连接四边形结构相对的两个顶点；所述馈电线二具有三个连接端，位于两端的两个连接端分别连接四边形结构相对的另两个顶点；所述馈电线一和馈电金属柱的连线与馈电线二和馈电金属柱的连接不具有交叉点。
7.根据权利要求6所述的一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，其特征在于，所述馈电线一包括矩形贴片I(41)和功分器I，所述功分器I包括第一微带线(42)、第二微带线(47)、第三微带线(46)、第四微带线(43)、第五微带线(44)和第六微带线(45)，所述矩形贴片连接于第一微带线上，所述第二微带线和第四微带线平行设置且分别与第一微带线的两端连接，同时第一微带线、第二微带线和第四微带线形成一右开口结构；所述第三微带线与第一微带线平行设置且连接于第二微带线的末端；所述第五微带线由第四微带线的末端向偏向于第三微带线的方向延伸形成；所述第六微带线的一端部与第五微带线的末端连接且与第一微带线垂直设置；所述馈电线二包括矩形贴片II(51)和功分器II，所述功分器二包括第七微带线(52)、第八微带线(53)和第九微带线(54)，所述矩形贴片II连接于第七微带线上，所述第七微带线与第八微带线平行设置且分别垂直的连接于所述第九微带线的两端；所述第七微带线、第八微带线和第九微带线形成一左开口结构，所述第六微带线伸入到左开口结构内。
8.根据权利要求1所述的一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，其特征在于，所述介质基板的背面设置有铜层(7)。
9.根据权利要求1或8所述的一种短路探针与差分馈电结合的毫米波微基站天线，其特征在于，所述介质基板采用罗杰斯5880，其厚度范围为0.5mm-0.6mm。
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