CN110112562A - 一种小型宽带差分激励双模双极化基站天线 - Google Patents

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Abstract

发明属于无线通信领域，特别涉及该领域中的一种小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征是：包括第一介质板、第二介质板、第三介质板、反射板、同轴连接器、辐射贴片、驱动枝节、巴伦；第一介质板水平放置在整个天线的最上层；反射板水平放置在整个天线的最下层；在第一介质板和反射板之间有一对相互正交的巴伦，第一介质板和反射板分别与巴伦上下垂直；所述的正交的巴伦正交面分别印制第二介质板和第三介质板,使第二介质板和第三介质板与第一介质板、反射板呈相互垂直状态。它在保证宽带化的同时，保证天线的小型化。

Description

一种小型宽带差分激励双模双极化基站天线
技术领域
发明属于无线通信领域，特别涉及该领域中的一种小型宽带差分激励双模双极化基站天线。
背景技术
双极化天线在改善多径衰落和增加信道容量上有着显著作用，因而被广泛作为基站天线使用。随着现代移动通信技术的发展，宽带化、小型化、高隔离和低交叉极化已经成为双极化天线设计的主流趋势。尤其无线技术的通信更新换代，需要基站天线兼顾多个频段，需要多个频段单元组阵布置，这就要求单个基站天线单元尽量宽带化的同时，保持天线尺寸的小型化。
近年来出现了各种不同的双极化天线，大致可以分为三类：贴片天线、偶极子天线和槽天线。目前公开的双极化天线中，大多只能满足宽带化或小型化其中一个特性。以往使用的宽带化方案经常带来天线尺寸的增大，同样地，以往使用的小型化方案常以工作带宽的恶化为代价。
发明内容
本发明提供了一种小型宽带差分激励双模双极化基站天线，以便在保证宽带化的同时，保证天线的小型化。
本发明采用如下技术方案： 一种小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征是：包括第一介质板、第二介质板、第三介质板、反射板、同轴连接器、辐射贴片、驱动枝节、巴伦；第一介质板水平放置在整个天线的最上层；反射板水平放置在整个天线的最下层；在第一介质板和反射板之间有一对相互正交的巴伦，第一介质板和反射板分别与巴伦上下垂直；所述的正交的巴伦正交面分别印制第二介质板和第三介质板,使第二介质板和第三介质板与第一介质板、反射板呈相互垂直状态；第二介质板的一个面上印制第一U型微带线，第三介质板的一个面上印制第二U型微带线；第二介质板另一个面上印制第一短路枝节，第三介质板的另一个面上印制第二短路枝节；两个正交的巴伦中的四个短路枝节在上端分别与四个驱动枝节相连接，下端连接所述的反射板，两个正交的巴伦中的第一U型微带线和第二U型微带线的两端各接一个同轴连接器，第一U型微带线和第二U型微带线两端的两个同轴连接器进行差分馈电；反射板和同轴连接器进行连接；所述的辐射贴片是一个正方形金属片，沿着正方形金属片的对角线刻蚀有两个相互正交的交叉槽，两个相互正交的交叉槽在靠近正方形金属片边缘的部分保持等宽，在靠近正方形金属片中心时宽度逐渐增大。
所述的第一介质板、第二介质板和第三介质板 是FR-4板材。
所述的四个驱动枝节采用一端开路、一端短路的结构。
所述的反射板为双面的PCB板，PCB板正对介质板的两面均为全金属面，通过短路通孔上下电导通；天线辐射贴片到反射板的高度差为34.8mm，天线反射板的尺寸为140mm×140mm。
所述的交叉槽的二分之一波长谐振在高频点上，辐射贴片的谐振在低频点上。
所述的辐射贴片到反射板的高度差为34.8mm，天线反射板的尺寸为140mm×140mm。
所述的两个正交的巴伦的第二短路枝节上端分别于第一介质板上的驱动枝节一端相焊接；巴伦的第二短路枝节下端均焊接到反射板上对应位置；巴伦的U型微带线的末端与同轴连接器相焊接。
所述的两个正交的巴伦共有四个端口，每个巴伦上的两个端口可激励出一个极化辐射方向，每个极化的两个端口采用等幅反相的激励源进行激励。
所述的驱动枝节的长度和宽度、两个正交的巴伦的第一U型微带线和第二U型微带线的长度和宽度、第二短路枝节的宽度用于对天线的输入阻抗和带宽进行匹配；调节辐射贴片的宽度，交叉槽的长度和宽度用于对天线的输入阻抗、带宽和工作的中心频率进行调整；调整两个正交的巴伦的尺寸，可以改善天线的匹配状态；调节辐射贴片与反射板之间的距离和天线反射板的尺寸，用于使天线获得稳定的辐射性能，如天线增益和波瓣宽度。
所述的两个正交的巴伦共有四个端口，两个端口可激励出一个极化辐射方向，每个极化的两个端口采用等幅反相的激励源进行激励。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的天线，辐射贴片在高频工作在交叉槽的二分之一波长谐振模式，在低频工作在贴片的谐振模式，实现±45°极化的辐射，可以有效减小天线辐射体尺寸，同时具有宽带、高隔离、高共模抑制和宽波束等优点。采用差分激励，可以获得很高的极化纯度，从而获得很高的隔离度，获得很高的共模抑制特性。天线反射板可以实现天线的稳定定向辐射。
本发明所公开的天线，辐射贴片为中心对称结构，四个驱动枝节也呈中心对称分布，两个相互正交的巴伦位于天线的中心，这种结构可以保证天线辐射方向图的对称性和稳定性。
本发明所公开的天线具有结构紧凑简单、辐射贴片尺寸小、宽带、高隔离、高共模抑制、稳定的增益和方向图等优点，适合应用于无线通信领域，所述的无线通信包括但不限于基站通信、卫星通信和无线局域网。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开天线的立体结构示意图；
图2是本发明实施例1天线结构侧视图；
图3是本发明实施例1天线结构俯视图；
图4是本发明实施例1所公开天线的巴伦结构示意图；
图5是本发明实施例1所公开天线的差模输入的反射系数、共模输入的反射系数和不同极化间的端口隔离度数据图；
图6是本发明实施例1所公开天线的增益和波瓣宽度数据图。
图中，1、第一介质板；2、第二介质板；3、第三介质板；4、辐射贴片；5、驱动枝节；6、第一U型微带线；7、第一短路枝节；8、第二U型微带线；9、第二短路枝节；10、反射板；11、巴伦；12、同轴连接器；13、交叉槽。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2、图3和图4所示，一种小型宽带差分激励双模双极化基站天线，包括第一介质板1、第二介质板2、第三介质板3、反射板10、同轴连接器12、辐射贴片4、驱动枝节5、巴伦11；第一介质板1水平放置在整个天线的最上层；反射板10水平放置在整个天线的最下层；在第一介质板1和反射板10之间有一对相互正交的巴伦11，第一介质板1和反射板10分别与巴伦11上下垂直；所述的正交的巴伦11正交面分别印制第二介质板2和第三介质板3；使第二介质板2和第三介质板3与第一介质板1、反射板10呈相互垂直状态；第二介质板2的一个面上印制第一U型微带线6，第三介质板3的一个面上印制第二U型微带线8；第二介质板2另一个面上印制第一短路枝节7，第三介质板3的另一个面上印制第二短路枝节9；两个正交巴伦11中的四个短路枝节在上端分别与四个驱动枝节5相连接，下端连接所述的反射板10，两个巴伦11中的第一U型微带线6和第二U型微带线8的两端各接一个同轴连接器12，第一U型微带线6和第二U型微带线8两端的两个同轴连接器12进行差分馈电；反射板10和同轴连接器12进行连接。
所述的辐射贴片4是一个正方形金属片，沿着正方形金属片的对角线刻蚀有两个相互正交的交叉槽13，两个相互正交的交叉槽13在靠近正方形金属片边缘的部分保持等宽，在靠近正方形金属片中心时宽度逐渐增大。
在本实施例中，所述的第一介质板1、第二介质板2和第三介质板3 FR-4板材。
所述的四个驱动枝节5采用一端开路、一端短路的结构。
所述的天线反射板10为双面的PCB板，PCB板正对介质板的两面均为全金属面，通过短路通孔上下电导通。天线辐射贴片4到反射板10的高度差为34.8mm，天线反射板10的尺寸为140mm×140mm。
本发明交叉槽的二分之一波长谐振在高频点上，辐射贴片4的谐振在低频点上，也就是说天线在高频工作在交叉槽的二分之一波长谐振模式，在低频工作在贴片的谐振模式。
本发明可工作的带宽为1.66-2.95 GHz，其差模输入的反射系数小于-15dB，共模输入的反射系数大于-1dB，隔离度大于39dB，增益在8.5dBi左右，增益波动小于1dB，波瓣宽度在64-72°范围内。
本发明天线产生±45°方向的极化辐射。该天线可以应用于无线通信领域，所述的无线通信包括但不限于基站通信、卫星通信和无线局域网，该天线可以扩展为线阵、面阵及其他形式的天线阵列。
具体的说，天线辐射贴片4为一个刻蚀有交叉槽的正方形贴片，位于第一介质板1的上表面。辐射贴片为中心对称结构。四个驱动枝节也印制在第一介质板1的上表面，呈中心对称分布。四个驱动枝节5连接到两个正交巴伦11的四个第二短路枝节9的上端。第二短路枝节9的下端连接到反射板10上。第二短路枝节9印制在第二介质板2和第三介质板3的一个面上，第二介质板2和第三介质板3的另一个面上抑制有U型的微带线。通过调节驱动枝节的长度和宽度、巴伦的U型微带线的长度和宽度、短路枝节的宽度，可对天线的输入阻抗和带宽进行匹配。
本发明天线不同极化间的隔离度通过天线结构的对称性，以及四个端口馈电幅度的一致性和相位的准确性进行保证。四个端口馈电幅度的一致性越好，相位的准确性越高，其对应的不同极化端口的隔离度就越高。
两个正交的巴伦11共有四个端口，每个巴伦上的两个端口可激励出一个极化辐射方向，每个极化的两个端口采用等幅反相的激励源进行激励。
如图4所示，巴伦11的第二短路枝节9上端分别于第一介质板1上的驱动枝节5一端相焊接。巴伦11的第二短路枝节9下端均焊接到反射板10上对应位置。巴伦11的U型微带线的末端与同轴连接器相焊接。第二介质板2上的两个馈电位置同时受到等幅反相的激励，天线可以实现+45°方向的极化辐射，第三介质板3上的两个馈电位置同时受到等幅反相的激励，天线可以实现-45°方向的极化辐射。
所述的驱动枝节5的长度和宽度、两个正交的巴伦11的第一U型微带线6和第二U型微带线8的长度和宽度、第二短路枝节9的宽度用于对天线的输入阻抗和带宽进行匹配；调节辐射贴片4的宽度，交叉槽13的长度和宽度用于对天线的输入阻抗、带宽和工作的中心频率进行调整；通过调整两个正交的巴伦11的尺寸，可以改善天线的匹配状态；通过调节辐射贴片4与反射板10之间的距离和天线反射板的尺寸，用于使天线获得稳定的辐射性能，如天线增益和波瓣宽度。
综上所述，对辐射贴片4尺寸、巴伦11尺寸、天线辐射贴片4的距离反射板10的距离、天线反射板10的尺寸、以及介质板材进行调整和优化配置，可使天线工作带宽增加、天线辐射贴片的尺寸减小、不同极化间的隔离度提高，增益、波瓣宽度等远场辐射特性稳定。
图5是本发明所公开天线两个极化的差模输入反射系数、共模输入反射系数和隔离度参数曲线，该天线可工作的带宽为1.66-2.95 GHz，其差模输入的反射系数小于-15dB，共模输入的反射系数大于-1dB，隔离度大于39dB。
图6是本发明实施例1所公开天线两个极化的增益和波瓣宽度参数曲线。该天线在工作频段1.66-2.95 GHz范围内平均增益为8.5dBi，增益波纹小于1dB，且其对应的波瓣宽度在64-72°范围内。
本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (10)

1.一种小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征是：包括第一介质板（1）、第二介质板（2）、第三介质板（3）、反射板(10)、同轴连接器(12)、辐射贴片(4)、驱动枝节(5)、巴伦(11)；第一介质板(1)水平放置在整个天线的最上层；反射板(10)水平放置在整个天线的最下层；在第一介质板(1)和反射板(10)之间有一对相互正交的巴伦(11)，第一介质板(1)和反射板(10)分别与巴伦(11)上下垂直；所述的正交的巴伦(11)正交面分别印制第二介质板(2)和第三介质板(3),使第二介质板(2)和第三介质板(3)与第一介质板(1)、反射板(10)呈相互垂直状态；第二介质板(2)的一个面上印制第一U型微带线(6)，第三介质板(3)的一个面上印制第二U型微带线(8)；第二介质板(2)另一个面上印制第一短路枝节(7)，第三介质板(3)的另一个面上印制第二短路枝节(9)；两个正交的巴伦（11）中的四个短路枝节在上端分别与四个驱动枝节（5）相连接，下端连接所述的反射板（10），两个正交的巴伦（11）中的第一U型微带线（6）和第二U型微带线（8）的两端各接一个同轴连接器（12），第一U型微带线（6）和第二U型微带线（8）两端的两个同轴连接器（12）进行差分馈电；反射板（10）和同轴连接器（12）进行连接；所述的辐射贴片（4）是一个正方形金属片，沿着正方形金属片的对角线刻蚀有两个相互正交的交叉槽（13），两个相互正交的交叉槽（13）在靠近正方形金属片边缘的部分保持等宽，在靠近正方形金属片中心时宽度逐渐增大。
2. 根据权利要求1所述小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征在于：所述的第一介质板（1）、第二介质板（2）和第三介质板（3） 是FR-4板材。
3.根据权利要求1所述小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征在于：所述的四个驱动枝节（5）采用一端开路、一端短路的结构。
4.根据权利要求1所述小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征在于：所述的反射板（10）为双面的PCB板，PCB板正对介质板的两面均为全金属面，通过短路通孔上下电导通；天线辐射贴片（4）到反射板（10）的高度差为34.8mm，天线反射板（10）的尺寸为140mm×140mm。
5.根据权利要求1所述小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征在于：所述的交叉槽（13）的二分之一波长谐振在高频点上，辐射贴片（4）的谐振在低频点上。
6.根据权利要求1所述小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征在于：所述的辐射贴片（4）到反射板（10）的高度差为34.8mm，天线反射板（10）的尺寸为140mm×140mm。
7.根据权利要求1所述小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征在于：所述的两个正交的巴伦（11）的第二短路枝节9上端分别于第一介质板（1）上的驱动枝节（5）一端相焊接；巴伦（11）的第二短路枝节（9）下端均焊接到反射板（10）上对应位置；巴伦（11）的U型微带线的末端与同轴连接器相焊接。
8.根据权利要求1所述小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征在于：所述的两个正交的巴伦（11）共有四个端口，每个巴伦上的两个端口可激励出一个极化辐射方向，每个极化的两个端口采用等幅反相的激励源进行激励。
9.根据权利要求1所述小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征在于：所述的驱动枝节（5）的长度和宽度、两个正交的巴伦（11）的第一U型微带线（6）和第二U型微带线（8）的长度和宽度、第二短路枝节（9）的宽度用于对天线的输入阻抗和带宽进行匹配；调节辐射贴片（4）的宽度，交叉槽（13）的长度和宽度用于对天线的输入阻抗、带宽和工作的中心频率进行调整；调整两个正交的巴伦（11）的尺寸，可以改善天线的匹配状态；调节辐射贴片（4）与反射板（10）之间的距离和天线反射板的尺寸，用于使天线获得稳定的辐射性能，如天线增益和波瓣宽度。
10.根据权利要求1所述小型宽带差分激励双模双极化基站天线，其特征在于：所述的两个正交的巴伦（11）共有四个端口，两个端口可激励出一个极化辐射方向，每个极化的两个端口采用等幅反相的激励源进行激励。
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