CN109546294B - 面向移动5g通信的s波段双极化基站天线及基站 - Google Patents

面向移动5g通信的s波段双极化基站天线及基站 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种面向移动5G通信的S波段双极化基站天线及基站，包括辐射贴片、开路匹配枝节、贴片超表面以及同轴馈电探针；所述同轴馈电探针末端与辐射贴片相连；所述开路匹配枝节与同轴馈电探针相连。所述的辐射贴片包括一个刻蚀四个轴向对称缝隙的正方形贴片，两个同轴探针末端均与贴片连接，馈电点距离贴片中心距离相等；两段开路匹配枝节分别与两个同轴探针相连，位于辐射贴片下方；多贴片超表面层包含12个圆形贴片以及在四个角上的四个方形贴片，位于辐射贴片正上方。本发明结构简单，制作成本低，在保证尺寸的前提下，大大降低了天线的剖面，工作频段覆盖5G频段，具有较高的辐射增益，同时实现了双极化与较高的极化隔离，应用前景广阔。

Description

面向移动5G通信的S波段双极化基站天线及基站
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种面向移动5G通信的S波段双极化基站天线及基站，尤其涉及针对中国移动5G通信频段2.55-2.65GHz设计的超低剖面的基站天线。
背景技术
现有技术中，在基站天线中大多数采用交叉偶极子天线，但是此类天线一般都需要加上反射地板以保证定向辐射性能，目前也有采用多种超表面结构，如高阻抗表面(HIS)、人工磁表面(ACM)等来降低天线的剖面，但是天线的剖面依旧较高；也有利用微带贴片天线实现的措施，但是存在带宽窄，极化隔离差的问题。
经文献检索发现，2018年1月Huiqing Zhai等人在IEEE TRANSACTIONS ONANTENNAS AND PROPAGATION(电气与电子工程师协会天线与传播汇刊)66卷第1期发表了“ABroadband Dual-Polarized Base Station Antenna With Anti-InterferenceCapability(一种抗干扰能力强的宽带双极化基站天线)”，通过引入工作阻带，实现了较高的抗干扰能力，同时具备双极化、宽频带、高隔离以及稳定的辐射性能，但是剖面较高，同时馈电结构较为复杂。
检索中还发现，2018年1月Huiqing Zhai等人在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNASAND PROPAGATION(电气与电子工程师协会天线与传播汇刊)66卷第1期发表了“A Low-Profile Dual-Polarized Dipole Antenna Using Wideband AMC Reflector(一种利用宽带人工磁表面反射器的低剖面双极化偶极子天线)”，在交叉偶极子的基础上假如人工磁表面(AMC)实现了54.8％的宽带定向辐射性能，以及0.1％的剖面，但是AMC的设计较为复杂，剖面包含一定空气层，依旧存在着剖面较高的问题。
因此，提供一种低剖面的天线具有一定的难度和必要性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种面向移动5G通信的S波段双极化基站天线及基站。
根据本发明提供的一种面向移动5G通信的S波段双极化基站天线，包括辐射贴片、开路匹配枝节、贴片超表面以及同轴馈电探针；所述同轴馈电探针末端与辐射贴片相连；所述开路匹配枝节与同轴馈电探针相连。
优选地，本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线还包括第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板；所述开路匹配枝节设置在第一介质基板上，辐射贴片设置在第二介质基板上，贴片超表面设置在第三介质基板上；所述第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板依次排列。
优选地，第一介质基板的厚度为0.5mm，第二介质基板的厚度为2mm，第三介质基板的厚度为2.5mm。
优选地，所述辐射贴片为正方形；辐射贴片上设置有2对中心对称的缝隙。
优选地，所述同轴馈电探针数量为2个；2个馈电点相对于贴片中心的距离相等，其中，所述馈电点为同轴馈电探针与辐射贴片相连的位置点。
优选地，2段所述开路匹配枝节均设置在第一介质基板上，且分别与两个同轴馈电探针相连。
优选地，所述贴片超表面包括12个圆形贴片超表面和4个方形贴片超表面，其中，4个方形贴片超表面分别设置在第三介质基板的四角，12个圆形贴片超表面均设置在第三介质基板上。
优选地，本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线还包括接地板。
优选地，所述同轴馈电探针共有2个馈电端口；馈电端口的内芯末端、外导体分别与辐射贴片、接地板相连。
根据本发明提供的一种基站，包括上述的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、相比于传统天线，本发明由于引入了贴片超表面，实现了宽带与超低剖面性能，同时具有良好的定向辐射性能与较高的增益；
2、通过在辐射贴片上引入四个中心对称的缝隙，以及超表面采用圆形贴片作为单元，抑制了简并模的作用，实现了良好的极化隔离。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线的示意图。
图2为本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线的侧视示意图。
图3为本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线的贴片超表面层俯视示意图。
图4为本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线的辐射贴片层俯视示意图。
图5为本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线的开路匹配枝节层俯视示意图。
图6为本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线的优选例的散射参数以及增益随频率变化结果示意图。
图7为本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线的优选例在2.6GHz处的单极化激励E面方向图结果示意图。
图8为本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线的优选例在2.6GHz处的单极化激励H面方向图结果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种基站，包括面向移动5G通信的S波段双极化基站天线。
根据本发明提供的一种面向移动5G通信的S波段双极化基站天线，包括辐射贴片、开路匹配枝节、贴片超表面以及同轴馈电探针；所述同轴馈电探针末端与辐射贴片相连；所述开路匹配枝节与同轴馈电探针相连。
优选地，本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线还包括第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板；所述开路匹配枝节设置在第一介质基板上，辐射贴片设置在第二介质基板上，贴片超表面设置在第三介质基板上；所述第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板依次排列。第一介质基板的厚度为0.5mm，第二介质基板的厚度为2mm，第三介质基板的厚度为2.5mm。所述辐射贴片为正方形；辐射贴片上设置有2对中心对称的缝隙。所述同轴馈电探针数量为2个；2个馈电点相对于贴片中心的距离相等，其中，所述馈电点为同轴馈电探针与辐射贴片相连的位置点。2段所述开路匹配枝节均设置在第一介质基板上，且分别与两个同轴馈电探针相连。所述贴片超表面包括12个圆形贴片超表面和4个方形贴片超表面，其中，4个方形贴片超表面分别设置在第三介质基板的四角，12个圆形贴片超表面均设置在第三介质基板上。
具体地，本发明提供的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线还包括接地板。所述同轴馈电探针共有2个馈电端口；馈电端口的内芯末端、外导体分别与辐射贴片、接地板相连。
更具体地，本发明中的超低剖面的S波段宽带双极化基站天线，馈电部分采用同轴探针结构，为实现双极化，共有两个馈电口。馈电端口的内芯末端和外导体均分别与辐射贴片与底层地板相连接。同时同轴探针与位于辐射贴片下方的两个开路匹配枝节相连。
进一步地，如图3所示，本发明提供的一种面向移动5G通信的S波段超低剖面双极化基站天线中，超表面包含12个圆形贴片和4个方形贴片，方形贴片位于四个角上，方形贴片的边长与圆形贴片的直径相等，为16mm，整体呈4*4排列。如图4所示，本发明提供的一种面向移动5G通信的S波段超低剖面双极化基站天线中，辐射贴片为正方形，边长14mm，并刻有四个中心对称的钻石状缝隙。如图5所示，本发明提供的一种面向移动5G通信的S波段超低剖面双极化基站天线中，开路匹配枝节为两段微带线，长度与宽度视匹配需求可调，末端连接同轴馈电探针。
更进一步地，本宽带低剖面双极化天线最终实现带宽为200MHz(2.5-2.7GHz)，尺寸为：68.8mm*68.8mm*5.14mm，同时在工作频段内，实现了高于25dB的高极化隔离性能。另外，在中心频率2.6GHz处单极化激励的E面、H面方向图如图7、图8所示，增益有5.86dBi。
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，针对中国移动5G通信的频带需求，提供一种基于透射超表面的的基站天线，使其解决了传统交叉偶极子剖面高以及微带天线极化隔离差的问题。本发明结构简单，制作成本低，在保证尺寸的前提下，大大降低了天线的剖面，工作频段覆盖5G频段，具有较高的辐射增益，同时实现了双极化与较高的极化隔离，应用前景广阔。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种面向移动5G通信的S波段双极化基站天线，其特征在于，包括辐射贴片、开路匹配枝节、贴片超表面以及同轴馈电探针；所述同轴馈电探针末端与辐射贴片相连；所述开路匹配枝节与同轴馈电探针相连；
还包括第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板；所述开路匹配枝节设置在第一介质基板上，辐射贴片设置在第二介质基板上，贴片超表面设置在第三介质基板上；所述第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板依次排列；
所述贴片超表面包括12个圆形贴片超表面和4个方形贴片超表面，其中，4个方形贴片超表面分别设置在第三介质基板的四角，12个圆形贴片超表面均设置在第三介质基板上。
2.根据权利要求1所述的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线，其特征在于，第一介质基板的厚度为0.5mm，第二介质基板的厚度为2mm，第三介质基板的厚度为2.5mm。
3.根据权利要求1所述的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线，其特征在于，所述辐射贴片为正方形；辐射贴片上设置有2对中心对称的缝隙。
4.根据权利要求1所述的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线，其特征在于，所述同轴馈电探针数量为2个；2个馈电点相对于贴片中心的距离相等，其中，所述馈电点为同轴馈电探针与辐射贴片相连的位置点。
5.根据权利要求4所述的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线，其特征在于，2段所述开路匹配枝节均设置在第一介质基板上，且分别与两个同轴馈电探针相连。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线，其特征在于，还包括接地板。
7.根据权利要求6所述的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线，其特征在于，所述同轴馈电探针共有2个馈电端口；馈电端口的内芯末端、外导体分别与辐射贴片、接地板相连。
8.一种基站，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的面向移动5G通信的S波段双极化基站天线。
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