CN110011047A - 一种环加载小型双极化交叉偶极子天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，包括天线；其中：所述天线包括第一基板、第二基板、矩形环、交叉偶极子、地板、第一馈电端口和第二馈电端口；所述矩形环和所述第二馈电端口设于所述第一基板的上表面；所述交叉偶极子和所述第一馈电端口设于所述第一基板的下表面，所述地板设于所述第二基板的下表面；所述天线设有由所述矩形环和所述交叉偶极子共享口径的同时被馈电端口激励起的两种工作模式；本发明通过矩形环和交叉偶极子同时被激励起两种模式的设置，使得天线小型化的同时覆盖Sub‑6G两个频段，同时拓展天线带宽。所述天线在工作频带内最低增益为7.83dBi，最高增益可达9.03dBi。

Description

一种环加载小型双极化交叉偶极子天线
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别地是一种环加载小型双极化交叉偶极子天线。
背景技术
随着第五代无线通信系统通讯标准的正式确立，第五代无线通信系统技术得到快速发展，各大运营商陆续开始了第五代通信系统的实验部署阶段，其中Sub-6G的两个频段为本次部署的主要实验频段，为了满足基站的通讯要求，基站天线的覆盖频段就显得十分重要。
在基站天线的设计过程中，需要考虑的不只是其指标参数要求，而且也要注意到其实际应用的要求。目前基站小型化、微型化要求越来越高，以满足第五代移动通信系统多且小的基站部署要求。并且基站天线的结构也要求足够简单，以减小部署和维护成本。环加载小型双极化交叉偶极子天线具有明显的优势，如结构简单、体积小、覆盖Sub-6G的两个频段、方向图稳定且交叉极化小、重量轻、易于安装维护等。
因此，覆盖Sub-6G频带的同时减小天线的尺寸和简化天线结构是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种覆盖Sub-6G两个频段的环加载小型双极化交叉偶极子天线，通过矩形环和交叉偶极子同时被激励起两种模式的设置，使得天线小型化的同时覆盖Sub-6G两个频段。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，包括天线；其中：所述天线包括第一基板、第二基板、矩形环、交叉偶极子、地板、第一馈电端口和第二馈电端口；所述矩形环和所述第二馈电端口设于所述第一基板的上表面；所述交叉偶极子和所述第一馈电端口设于所述第一基板的下表面，所述地板设于所述第二基板的下表面；所述天线设有由所述矩形环和所述交叉偶极子共享口径的同时被馈电端口激励起的两种工作模式。
进一步地，所述第一基板的长度L1的长度值为0.60λc～0.71λc，宽度W1的宽度值为0.60λc～0.71λc；第二基板的长度L2的长度值为1.26λc～1.37λc，宽度W2的宽度值为1.26λc～1.37λc。
进一步地，所述第一基板和所述第二基板的材料均为相对介电常数为4.40，损耗角正切为0.02的FR4材料，厚度为1.20mm～2.00mm。优选地，所述第一基板和所述第二基板均采用相对介电常数为4.40，损耗角正切为0.02的FR4材料，所述第一基板厚度h1与所述第一基板厚度h2为h1＝h2＝1.60mm。所述第一基板的长度L1＝0.66λc，宽度W1＝0.66λc；所述第二基板的长度L2＝1.31λc，宽度W2＝1.31λc。需要说明的是，所述第一基板和所述第二基板的尺寸和材料的选择只是其中的一个优选技术方案，并不是限制性的规定。
进一步地，所述第一基板设于所述第二基板的上方，所述第一基板与所述第二基板放置的间距H为0.15λc～0.17λc，其中λc为中心频点在自由空间中的波长。优选地，所述第一基板与所述第二基板放置的间距H为0.16λc，需要说明的是，第一基板与所述第二基板放置的间距H优选为0.16λc，并不是限制性的规定。
进一步地，所述矩形环的长度L3为0.16λc～0.23λc，宽度W3为0.16λc～0.23λc，厚度W4为0.007λc～0.015λc。优选地，矩形环的长度L3＝0.20λc，宽度W3＝0.20λc，厚度W4＝0.011λc。
进一步地，所述交叉偶极子的长度L5为0.07λc～0.11λc，宽度W5为0.007λc～0.011λc。优选地，交叉偶极子的长度L5＝0.09λc，宽度W5＝0.009λc。
进一步地，所述两种工作模式包括贴片模式和偶极子模式。
进一步地，所述贴片模式的谐振频率可通过改变矩形环的长度L3和宽度W3进行调节；优选地，所述天线贴片工作模式谐振频率可由但并不局限于矩形环的长度L3、宽度W3、厚度W4等参数进行调节；所述偶极子模式的谐振频率可通过改变交叉偶极子的长度L5和宽度W5进行调节；所述天线交叉偶极子工作模式谐振频率可由但并不局限于偶极子的长度L5、宽度W5等参数进行调节。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，所述天线包括第一基板、第二基板、矩形环、交叉偶极子、地板、第一馈电端口和第二馈电端口；所述矩形环和所述第二馈电端口设于所述第一基板的上表面；所述交叉偶极子和所述第一馈电端口设于所述第一基板的下表面，所述地板设于所述第二基板的下表面；第一基板和第二基板的间距H为0.16λc。所述天线设有由所述矩形环和所述交叉偶极子共享口径的同时被馈电端口激励起的两种工作模式，使得保持天线尺寸和简化天线结构的同时拓展天线带宽。所述天线在工作频带内最低增益为7.83dBi，最高增益可达9.03dBi。
附图说明
图1为本发明实施例提供的环加载小型双极化交叉偶极子天线结构示意图；
图2为图1所述天线的贴片俯视图；
图3为图1所述天线的侧视图；
图4为图1所述天线在典型频率的表面电场分布图；
图5为图1所述天线的反射系数和增益图；
图6为图1所述天线的辐射方向图。
其中：1-第一基板，2-第二基板，3-矩形环，4-交叉偶极子，5-地板，6-第一馈电端口，7-第二馈电端口。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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发明和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1至图3所示，一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，包括天线，所述天线包括第一基板1、第二基板2、矩形环3、交叉偶极子4、地板5、第一馈电端口6和第二馈电端口7；所述矩形环3和所述第二馈电端口7设于所述第一基板1的上表面；所述交叉偶极子4和所述第一馈电端口6设于所述第一基板1的下表面，所述地板5设于所述第二基板2的下表面；所述天线设有由所述矩形环3和所述交叉偶极子4共享口径的同时被馈电端口激励起的两种工作模式。
具体的，本实施例方案中，所述第一基板1的长度L1的长度值为55mm～65mm，宽度W1的宽度值为55mm～65mm；所述第二基板2的长度L2长度值为115mm～125mm，宽度W2宽度值为115mm～125mm。
具体的，本实施例方案中，所述第一基板1、第二基板2的材料为相对介电常数为4.40，损耗角正切为0.02的FR4材料，厚度为1.20mm～2.00mm。
具体的，本实施例方案中，所述第一基板1设于所述第二基板2的上方，所述第一基板1与所述第二基板2放置的间距H为12mm～18mm。
具体的，本实施例方案中，矩形环3的长度L3的长度值为15mm～21mm，宽度W3的宽度值为15mm～21mm，厚度W4的宽度值为1mm～2mm。
具体的，本实施例方案中，所述交叉偶极子5的长度L5的长度值为6mm～10mm，宽度W5的宽度值为0.60mm～1.00mm。
具体的，本实施例方案中，所述天线的工作频带内的增益范围为7.83dBi～9.03dBi。
具体的，本实施例方案中，两种工作模式包括贴片模式和偶极子模式。
具体的，本实施例方案中，天线贴片模式谐振频率可由但不局限于矩形环的长度、宽度、厚度进行调节。
具体的，本实施例方案中，天线偶极子模式谐振频率可由但不局限于交叉偶极子的长度、宽度进行调节。
具体如下：
在本实施中，所述第一基板1的长度L1＝60mm，宽度W1＝60mm。所述第二基板2的长度L2＝120mm，宽度W2＝120mm。所述第一基板1和所述第二基板2都采用相对介电常数为4.40，损耗角正切为0.02的FR4材料，厚度h1＝h2＝1.60mm。矩形环3的长度L3＝17.80mm，宽度W3＝17.80mm，厚度W4＝1.00mm。所述交叉偶极子5的长L5＝8.00mm，宽W5＝0.80mm。
图4为本发明所述天线实施例在典型频率的表面电场分布图。在3.40GHz(a)170°时，贴片附近电场幅度最大，贴片模式为主模；在4.38GHz(b)80°时，偶极子附近电场幅度最大，偶极子模式为主模；因此，本发明天线工作在两种模式下并具有较高的增益。
图5为本发明所述天线实施例的反射系数和增益图。在3.29GHz～5.03GHz频段内反射系数均小于-10dB，中心频率为4.16GHz，相对带宽为41.83％，有效覆盖了Sub-6G的两个频段。在工作频段内增益平稳，最低增益为7.83dBi，最高增益为9.03dBi。
图6为本发明所述天线实施例的辐射方向图。结果显示，无论天线工作在贴片模式还是偶极子模式，保持较稳定的方向图和较宽的3dB波束宽度，因此本发明天线有良好的辐射特性。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以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)

1.一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，包括天线；其特征在于：所述天线包括第一基板(1)、第二基板(2)、矩形环(3)、交叉偶极子(4)、地板(5)、第一馈电端口(6)和第二馈电端口(7)；所述矩形环(3)和所述第二馈电端口(7)设于所述第一基板(1)的上表面；所述交叉偶极子(4)和所述第一馈电端口(6)设于所述第一基板(1)的下表面，所述地板(5)设于所述第二基板(2)的下表面；所述天线设有由所述矩形环(3)和所述交叉偶极子(4)共享口径的同时被馈电端口激励起的两种工作模式。
2.根据权利要求1所述的一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，其特征在于：所述第一基板(1)的长度L1的长度值为0.60λc～0.71λc，宽度W1的宽度值为0.60λc～0.71λc；第二基板(2)的长度L2的长度值为1.26λc～1.37λc，宽度W2的宽度值为1.26λc～1.37λc。
3.根据权利要求1所述的一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，其特征在于：所述第一基板(1)和所述第二基板(2)的材料均为相对介电常数为4.40，损耗角正切为0.02的FR4材料，厚度为1.20mm～2.00mm。
4.根据权利要求1所述的一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，其特征在于：所述第一基板(1)设于所述第二基板(2)的上方，所述第一基板(1)与所述第二基板(2)放置的间距H为0.15λc～0.17λc，其中λc为中心频点在自由空间中的波长。
5.根据权利要求1所述的一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，其特征在于：所述矩形环(3)的长度L3为0.16λc～0.23λc，宽度W3为0.16λc～0.23λc，厚度W4为0.007λc～0.015λc。
6.根据权利要求1所述的一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，其特征在于：所述交叉偶极子(4)的长度L5为0.07λc～0.11λc，宽度W5为0.007λc～0.011λc。
7.根据权利要求1所述的一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，其特征在于：所述两种工作模式包括贴片模式和偶极子模式。
8.根据权利要求7所述的一种环加载小型双极化交叉偶极子天线，其特征在于：所述贴片模式的谐振频率可通过改变矩形环(3)的长度L3和宽度W3进行调节；所述偶极子模式的谐振频率可通过改变交叉偶极子(4)的长度L5和宽度W5进行调节。
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