CN109167156B - 一种具有陷波特性的双极化基站天线 - Google Patents

一种具有陷波特性的双极化基站天线 Download PDF

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Abstract

本发明一种具有陷波特性的双极化基站天线，属于天线技术领域；提供了一种具有陷波特性的宽带小型化±45°双极化天线；技术方案为：包括介质基板、金属短截线、花瓣状偶极子和反射板，介质基板的上表面贴装有四条折叠金属带线和第一金属短截线，两段第二金属短截线并分别贴装在第一金属短截线两侧，介质基板的下表面贴装有两个双花瓣状偶极子和第三金属短截线，第三金属短截线的两端与两段第二金属短截线的内侧贯穿开设有短路金属过孔，第一金属短截线的一端设有短路金属过孔，另一端设有同轴馈电点，一段第二金属短截线的外侧设有短路金属过孔，另一段第二金属短截线的外侧设有同轴馈电点，反射板设置在介质基板的下方。

Description

一种具有陷波特性的双极化基站天线
技术领域
本发明一种具有陷波特性的双极化基站天线，属于天线技术领域。
背景技术
随着无线通信系统的发展，对通信设备提出了越来越高的要求，而通信设备的优劣与天线的性能有很大的关系。为了满足大容量数据传输的需求，需要天线具有宽频带特性，同时，为了减少天线的数目和减小天线的尺寸，需要设计小型化的±45 º的双极化基站天线。另外，大部分的基站天线工作在1.7-2.7GHz频段内，除了2G (1710–1920 MHz), 3G(1880–2170 MHz), 4G(2300–2400 MHz 和 2570–2690 MHz)的工作频段外，还有其他窄带系统，如工业，科学和医疗频段（ISM 2.4-2.48 GHz频段），可能会干扰2G 、 3G 、 4G通信系统的工作。为了滤波ISM信号，可以在基站天线上引入陷波特性。
关于具有陷波特性的双极化基站天线，已经有相关的研究。H. Q. Zhai等2015年发表的论文“An LTE Base-Station Magnetoelectric Dipole Antenna with Anti-Interference Characteristics and Its MIMO System Application”通过在磁电偶极子的辐射片上蚀刻两个窗口型缝隙，实现了天线在2.39-2.52 GHz频段内具有陷波特性； H.huang等2016年发表的论文“A Broadband Dual-polarized Base Station Antenna withAnti-Interference Capability”，通过在垂直的馈线上蚀刻C型缝隙，实现2.23-2.51GHz频段内的陷波特性。 然而，上述提到的设计结构都属于立体结构，为了使设计的天线结构简单和安装方便，有必要设计平面的陷波基站天线。
发明内容
本发明一种具有陷波特性的双极化基站天线，针对现有±45 º双极化天线尺寸大和陷波结构复杂的问题，提供了一种具有陷波特性的宽带小型化±45 º双极化天线。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种具有陷波特性的双极化基站天线，包括介质基板、金属短截线、花瓣状偶极子和反射板，介质基板的上表面贴装有四条折叠金属带线和第一金属短截线，两段第二金属短截线并分别贴装在第一金属短截线两侧，介质基板的下表面贴装有两个双花瓣状偶极子和第三金属短截线，第三金属短截线的两端与两段第二金属短截线的内侧贯穿开设有短路金属过孔，第一金属短截线的一端设有短路金属过孔，另一端设有同轴馈电点，一段第二金属短截线的外侧设有短路金属过孔，另一段第二金属短截线的外侧设有同轴馈电点，反射板设置在介质基板的下方。
进一步，所述两段第二金属短截线和所述第三金属短截线形成一段组合截线，该组合截线与所述第一金属短截线正交。
进一步，所述介质基板的端面为矩形，折叠金属带线成L型，每个折叠金属带线的弯角指向所述介质基板的不同的一个角。
进一步，一个所述双花瓣状偶极子包括两个对称设置的花瓣状金属贴片，每个花瓣状金属贴片同形，为末端凹陷的流线型结构，两个所述双花瓣状偶极子以所述介质基板的中心正交。
进一步，单个所述花瓣状金属贴片为轴对称结构，相邻两个的所述花瓣状金属贴片的对称轴线的夹角为90度。
进一步，所述反射板所用材料为金属，所述反射板为无盖长方体。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明实现了宽频带、平面化、小型化和陷波特性，在1.7-2.7GHz产生了一个陷波频段，从而降低了ISM和基站天线之间的干扰。同时，本发明通过采用流线型形状的偶极子，减小了天线的尺寸，由此实现了天线的小型化。
附图说明
图1是本发明的整体结构的立体装配示意图。
图2是本发明的介质基板顶层结构示意图。
图3是本发明的介质基板底层结构示意图。
图4是本发明的馈电短截线结构示意图。
图5是本发明两个端口的电压驻波比示意图。
图6是本发明两个端口之间的隔离度示意图。
图7是本发明的的增益示意图。
图8是本发明频率为1.7GHz时分别在xoz面和xoy面的方向图。
图9是本发明频率为2.7GHz时分别在xoz面和xoy面的方向图。
图10是本发明频率为2.46GHz时分别在xoz面和xoy面的方向图。
图1中：1-介质基板，2-第一金属短截线，3-第二金属短截线，4-第三金属短截线，5-折叠金属带线，6-第一花瓣状贴片，7-第二花瓣状贴片，8-第三花瓣状贴片，9-第四花瓣状贴片，10-反射板，11-同轴馈电点，12-短路金属过孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1-图4所示，本发明一种具有陷波特性的双极化基站天线，包括介质基板1、金属短截线、花瓣状偶极子和反射板10，介质基板1的上表面贴装有四条折叠金属带线5和第一金属短截线2，两段第二金属短截线3并分别贴装在第一金属短截线2两侧，介质基板1的下表面贴装有两个双花瓣状偶极子和第三金属短截线4，第三金属短截线4的两端与两段第二金属短截线3的内侧贯穿开设有短路金属过孔12，第一金属短截线2的一端设有短路金属过孔12，另一端设有同轴馈电点11，一段第二金属短截线3的外侧设有短路金属过孔12，另一段第二金属短截线3的外侧设有同轴馈电点11，反射板10设置在介质基板1的下方，并且反射板10的中心与介质基板1的中心相对。
两段第二金属短截线3和第三金属短截线4形成一段组合截线，该组合截线与第一金属短截线2正交。
介质基板1的端面为矩形，折叠金属带线5成L型，每个折叠金属带线5的弯角指向介质基板1的不同的一个角。具体实施时，折叠金属带线5的总长度（垂直两部分的长度和）为0.344λ0(λ0为陷波频段的中心频率对应的波长)的金属带线。
一个双花瓣状偶极子包括两个对称设置的花瓣状金属贴片，每个花瓣状金属贴片同形，为末端凹陷的流线型结构，两个双花瓣状偶极子以介质基板1的中心正交。单个花瓣状金属贴片为轴对称结构，相邻两个的花瓣状金属贴片的对称轴线的夹角为90度。具体实施时，第一到第四花瓣状贴片6-9的长度为0.2λ1(λ1为天线工作频带的中心频率对应的波长)。
反射板10所用材料为金属，反射板的形状为无盖长方体。具体实施时，介质基板1与无盖盒子状反射板之间的距离为0.25λ1(λ1为天线工作频带的中心频率对应的波长)。
图5曲线1、2表示未添加四个折叠金属带线时天线两个端口的VSWR (VoltageStanding Wave Ratio，电压驻波比)，曲线3、4表示添加了四个折叠金属带线时天线两个端口的VSWR。通过图5可以看出：没有添加四个折叠金属带线时天线两个端口的阻抗带宽为1.7-2.7 GHz。加了四个折叠金属带线后天线两个端口的阻抗带宽变为1.7-2.35GHz和2.57-2.7GHz两部分。而在2.35-2.57GHz之间产生了一个陷波频段。
图6所示说明，未添加四个折叠金属带线的天线满足在1.7-2.7GHz频带内隔离度大于25dB，添加了四个折叠金属带线的天线在2.4GHz频率附近，隔离度值有所下降，但可以满足整个频段内隔离度大于23.5dB。添加了四个折叠金属带线后，在引入陷波频段的情况下，对于天线两端口隔离度的影响很小，该天线仍然满足基站天线的要求。
如图7所示，曲线1表示未添加四个折叠金属带线的天线的增益，曲线2表示添加了四个折叠金属带线的天线的增益。如图6所示，没有添加四个折叠金属带线的天线在1.7-2.7GHz频带内增益范围为8.4-9.15dBi范围内，其变化平缓；添加了四个折叠金属带线后，在2.35-2.57GHz频带内天线的增益较小，增益最低可下降到-3.16dBi。说明添加了四个折叠金属带线后，成功引入陷波频段，增强了基站天线的抗干扰能力。
如图8、9所示，分别为1.7GHz和2.7GHz时天线的xoz和xoy面方向图。天线在1.7GHz和2.7GHz两个频点具有稳定的辐射模式，并且前后比保持在20dB以上，并且在整个工作频段内，其半功率波束宽度在65°±8°范围内。
如图10所示，为2.46GHz时天线的xoz和xoy面方向图。天线在2.46GHz，也就是陷波频段的中心频率处，天线的正向辐射小于0dBi。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (6)

1.一种具有陷波特性的双极化基站天线，其特征在于：包括介质基板（1）、金属短截线、花瓣状偶极子和反射板（10），介质基板（1）的上表面贴装有四条折叠金属带线（5）和第一金属短截线（2），两段第二金属短截线（3）并分别贴装在第一金属短截线（2）两侧，介质基板（1）的下表面贴装有两个双花瓣状偶极子和第三金属短截线（4），第三金属短截线（4）的两端与两段第二金属短截线（3）的内侧贯穿开设有短路金属过孔（12），第一金属短截线（2）的一端设有短路金属过孔（12），另一端设有同轴馈电点（11），一段第二金属短截线（3）的外侧设有短路金属过孔（12），另一段第二金属短截线（3）的外侧设有同轴馈电点（11），反射板（10）设置在介质基板（1）的下方。
2.根据权利要求1所述的一种具有陷波特性的双极化基站天线,其特征在于:所述两段第二金属短截线（3）和所述第三金属短截线（4）形成一段组合截线，该组合截线与所述第一金属短截线（2）正交。
3.根据权利要求1所述的一种具有陷波特性的双极化基站天线,其特征在于:所述介质基板（1）的端面为矩形，折叠金属带线（5）成L型，每个折叠金属带线（5）的弯角指向所述介质基板（1）的不同的一个角。
4.根据权利要求1所述的一种具有陷波特性的双极化基站天线,其特征在于:一个所述双花瓣状偶极子包括两个对称设置的花瓣状金属贴片，每个花瓣状金属贴片同形，为末端凹陷的流线型结构，两个所述双花瓣状偶极子以所述介质基板（1）的中心正交。
5.根据权利要求4所述的一种具有陷波特性的双极化基站天线,其特征在于:单个所述花瓣状金属贴片为轴对称结构，相邻两个的所述花瓣状金属贴片的对称轴线的夹角为90度。
6.根据权利要求1所述的一种具有陷波特性的双极化基站天线,其特征在于:所述反射板（10）所用材料为金属，所述反射板为无盖长方体。
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