CN110323566B - 双极化多频超宽带基站天线 - Google Patents

双极化多频超宽带基站天线 Download PDF

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Abstract

本发明是双极化多频超宽带基站天线。所述天线包括反射板(1)、介质基板(2)、阻抗调节圆柱(3)、中层谐振板(4)、L型馈电片(5)、阻抗匹配圆柱(6)，支撑圆柱(7)，同轴馈电线(8)。L型馈电片(5)印刷在介质基板(2)上表面，对称振子印刷在介质基板(2)的下表面，对称振子的终端处焊接阻抗匹配圆柱(6)。中层谐振板(4)通过支撑圆柱(7)支撑介质基板(2)，反射板(1)通过支撑圆柱(7)支撑中层谐振板(4)。本发明天线具有体积小、频率范围大、结构简单易于加工等优点，将其应用在5G新型基站中，可以大大节省天线安装空间，为5G高频天线的部署奠定基础。

Description

双极化多频超宽带基站天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，是一种双极化多频超宽带基站天线。
背景技术
随着5G标准的日益完善，适应时代要求的新型基站的部署迫在眉睫。面对3GPP对5G 时代提出的低时延、高用户体验速率等新要求，部署大规模天线阵列基站天线成为业内主要方案。但是由于天面空间和铁塔资源的限制，如何在尽可能节省成本的条件下部署5G基站成为急需解决的问题之一。目前，在现网部署的4G基站中，1427MHz～2690MHz频段的基站天线主要由两种不同结构的天线单元通过空间分集排布共同发挥作用，对于5G时代新型基站而言，这种方式无疑会造成大量的资源浪费。
现有的双极化基站天线的频率范围大多都在1710MHz以上且相对带宽大都不超过50％，而对于5GNR中规定的1427MHz～1710MHz频段，这些基站天线就无法再发挥作用。本发明设计了一种工作在1427MHz～2690MHz的双极化多频超宽带天线，将大大节省空间资源，能够解决目前基站天线面临的这一问题，为5G高频段天线的部署留出空间。
授权公告号为CN201797047U的实用新型专利中，采用了四个副辐射单元，但这四个副辐射单元都需要连接金属馈线，实际上是作为对称阵子的一臂来发挥作用，这种结构所实现的宽带天线相对带宽不足50％，而且只能将频带扩展到更高频的范围，对于1427MHz～1710MHz频段无法起作用。其他类似的专利也有同样的问题。
发明内容
本发明为解决现有天线在1427MHz～1710MHz频段，无法再发挥作用，天线带宽不足的问题，本发明提供了一种双极化多频超宽带基站天线，本发明提供了以下技术方案：
一种双极化多频超宽带基站天线，所述天线包括反射板1、介质基板2、阻抗调节圆柱3、中层谐振板4、L型馈电片5、阻抗匹配圆柱6，支撑圆柱7，同轴馈电线8；
介质基板2的四个拐角处设有金属圆孔，所述L型馈电片5印刷在介质基板2上表面，所述两对对称振子印刷在介质基板2的下表面，在所述两对对称振子臂上进行挖槽处理，所述对称振子的终端处焊接阻抗匹配圆柱6，所述阻抗匹配圆柱6的焊接处设有金属圆孔；所述两对对称振子同一内侧的相邻两边角处设有圆孔，同轴馈电线8的外芯连接两对对称振子外臂，同轴馈电线8的内芯穿过圆孔，所述内芯通过连接片5-1连接L型馈电片5；
中层谐振板4通过支撑圆柱7支撑介质基板2，反射板1通过支撑圆柱7支撑中层谐振板4，所述中层谐振板4位于介质基板2与反射板1之间的某一高度处，中层谐振板4中心呈十字空心；
所述中层谐振板4包括阻抗调节圆柱3，印刷基板4-3、安装螺孔4-2和耦合片4-1，所述阻抗调节圆柱3焊接在中层谐振板4上表面的四个拐角处，阻抗调节圆柱3与中层谐振板 4的焊接处设有金属过孔，耦合片4-1分别印刷在印刷基板4-3的上表面和下表面，安装螺孔4-2设置于所述中层谐振板4十字空心的外侧。
优选地，所述耦合片4-1厚度为0.035mm，耦合片4-1通过安装螺孔4-2固定。
优选地，所述阻抗调节圆柱3的半径为1mm，高度为4mm。
优选地，所述阻抗匹配圆柱6的半径为2mm，高为5mm。
优选地，对所述对称振子臂上进行挖槽，开槽长度为4mm，宽度为0.5mm。
优选地，所述同轴馈电线8采用半钢电缆。
优选地，所述支撑圆柱7采用特氟龙圆柱。
优选地，通过改变耦合片4-1的形状，扩展天线带宽。
本发明具有以下有益效果：
本发明在1427MHz～2690MHz频带范围内相对带宽达到61.6％，在整个频带范围内， VSWR(电压驻波比)不超过2，回波损耗S11参数在整个频带范围内基本满足小于-10dB。
本发明的中层谐振板的双层结构才得以将带宽拓展15％左右，本发明天线具有体积小、频率范围大、结构简单易于加工等优点，将其应用在5G新型基站中，可以大大节省天线安装空间，为5G高频天线的部署奠定基础。
附图说明
图1是天线单元整体结构示意图；
图2是对称阵子结构示意图；
图3是中层谐振结构示意图；
图4为中层谐振结构实物图；
图5为馈电结构示意图；
图6为支撑结构示意图；
图7为电压驻波比仿真结果图；
图8为回波损耗仿真结果图；
图9为频率为1.427GHz时的E面方向图；
图10为频率为1.427GHz时H面方向图；
图11为频率为2.7GHz时的E面方向图；
图12为频率为2.7GHz时的H面方向图。
图中，1-反射板、2-介质基板、3-阻抗调节圆柱、4-中层谐振板、4-1-耦合片、4-2-安装螺孔、4-3-印刷基板、5-L型馈电片、5-1-连接片、6-阻抗匹配圆柱，7-支撑圆柱，8-同轴馈电线；
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
按照图1至图6所示，本发明提供一种双极化多频超宽带基站天线，所所述天线包括反射板1、介质基板2、阻抗调节圆柱3、中层谐振板4、L型馈电片5、阻抗匹配圆柱6，支撑圆柱7，同轴馈电线8；
介质基板2的四个拐角处设有金属圆孔，所述L型馈电片5印刷在介质基板2上表面，所述两对对称振子印刷在介质基板2的下表面，在所述两对对称振子臂上进行挖槽处理，所述对称振子的终端处焊接阻抗匹配圆柱6，所述阻抗匹配圆柱6的焊接处设有金属圆孔；所述两对对称振子同一内侧的相邻两边角处设有圆孔，同轴馈电线8的外芯连接两对对称振子外臂，同轴馈电线8的内芯穿过圆孔，所述内芯通过连接片5-1连接L型馈电片5；
中层谐振板4通过支撑圆柱7支撑介质基板2，反射板1通过支撑圆柱7支撑中层谐振板4，所述中层谐振板4位于介质基板2与反射板1之间的某一高度处，中层谐振板4中心呈十字空心；
所述中层谐振板4包括阻抗调节圆柱3，印刷基板4-3、安装螺孔4-2和耦合片4-1，所述阻抗调节圆柱3焊接在中层谐振板4上表面的四个拐角处，阻抗调节圆柱3与中层谐振板 4的焊接处设有金属过孔，耦合片4-1分别印刷在印刷基板4-3的上表面和下表面，安装螺孔4-2设置于所述中层谐振板4十字空心的外侧，耦合片4-1通过安装螺孔4-2固定。
根据图3所示，介中层谐振板4上下表面分别印刷形状相同的耦合片4-1并通过金属过孔连接形成新的谐振结构，这种双层谐振结构不同于一般的单层印刷的耦合结构，正是由于这种双层谐振结构才得以将带宽拓展15％左右，同时，在电流分布微弱处进行开孔以便安装支撑圆柱7。需要注意，对于其他形状如圆环形状的耦合片，虽然对扩展带宽影响较小，但或许会有其他方面的优良结果。
根据图5所示，所述内芯通过连接片5-1连接L型馈电片5，此处应该注意，因为本天线单元为双极化天线，为了避免两个L型馈电片5与同轴线内芯的连接线发生交叉，需要通过金属过孔以及印刷在基板底面的一段连接线将右侧的L形馈电片与左侧的同轴内芯相连，左侧的L形馈电片可以直接通过一段连接线与右侧的同轴线内芯相连接。
天线单元结构中，耦合片4-1厚度为0.035㎜，并对耦合片4-1进行了特殊的挖槽处理，最后将上下两层耦合片通过金属化过孔相连接，此外，在相应位置处焊接半径为1㎜，高度为4㎜的阻抗调节圆柱3。中层谐振板4距对称阵子天线的距离为15.5㎜。而对于双极化的对称阵子结构，在采用两对L型馈电片5馈电的基础上，在阵子终端加载了四个半径为2㎜，长度为5㎜的阻抗匹配圆柱6，并在阵子臂上进行开槽，其中开槽长度为4㎜，宽度为0.5 ㎜。对称阵子天线距离反射板1的高度为35㎜。
图7到图12给出了该天线的部分仿真结果，其中图7给出了天线单元的电压驻波比，在1427MHz～2690MHz频带范围内VSWR(电压驻波比)不超过2，相对带宽达到61.6％；图8给出了天线单元的S11参数回波损耗仿真结果，在整个频带范围内S11参数基本满足小于-10dB；图9给出了频率为1.427GHZ时的E面方向图,图10给出了频率为1.427GHZ时的H面方向图，在1.427GHz处主瓣宽度大于65°，最大增益大于8.5dB；图11给出了频率为2.7GHZ时的E面方向图,图12给出了频率为2.7GHZ时的H面方向图，在2.7GHz处主瓣宽度大于68°，最大增益大于9dB。
以上所述仅是双极化多频超宽带基站天线的优选实施方式，双极化多频超宽带基站天线的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双极化多频超宽带基站天线，其特征是：所述天线包括反射板（1）、介质基板（2）、阻抗调节圆柱（3）、中层谐振板（4）、L型馈电片（5）、阻抗匹配圆柱（6），支撑圆柱（7），同轴馈电线（8）；
介质基板（2）的四个拐角处设有金属圆孔，所述L型馈电片（5）印刷在介质基板（2）上表面，两对对称振子印刷在介质基板（2）的下表面，在两对对称振子臂上进行挖槽处理，所述对称振子的终端处焊接阻抗匹配圆柱（6），所述阻抗匹配圆柱（6）的焊接处设有所述金属圆孔；
所述两对对称振子同一内侧的相邻两边角处设有圆孔，同轴馈电线（8）的外芯连接两对对称振子外臂，同轴馈电线（8）的内芯穿过圆孔，所述内芯通过连接片（5-1）连接L型馈电片（5）；
中层谐振板（4）通过支撑圆柱（7）支撑介质基板（2），反射板（1）通过支撑圆柱（7）支撑中层谐振板（4），所述中层谐振板（4）位于介质基板（2）与反射板（1）之间的某一高度处，中层谐振板（4）中心呈十字空心；
所述中层谐振板（4）包括阻抗调节圆柱（3）、印刷基板（4-3）、安装螺孔（4-2）和耦合片（4-1），所述阻抗调节圆柱（3）焊接在中层谐振板（4）上表面的四个拐角处，阻抗调节圆柱（3）与中层谐振板（4）的焊接处设有金属过孔，耦合片（4-1）分别印刷在印刷基板（4-3）的上表面和下表面，安装螺孔（4-2）设置于所述中层谐振板（4）十字空心的外侧；
所述耦合片（4-1）厚度为0.035mm，耦合片（4-1）通过安装螺孔（4-2）固定；通过改变耦合片（4-1）的形状，扩展天线带宽。
2.根据权利要求1所述的一种双极化多频超宽带基站天线，其特征是：所述阻抗调节圆柱（3）的半径为1mm，高度为4mm。
3.根据权利要求1所述的一种双极化多频超宽带基站天线，其特征是：所述阻抗匹配圆柱（6）的半径为2mm，高度为5mm。
4.根据权利要求1所述的一种双极化多频超宽带基站天线，其特征是：对所述对称振子臂上进行挖槽，开槽长度为4mm，宽度为0.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种双极化多频超宽带基站天线，其特征是：所述同轴馈电线（8）采用半钢电缆。
6.根据权利要求1所述的一种双极化多频超宽带基站天线，其特征是：所述支撑圆柱（7）采用特氟龙圆柱。
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