CN110364818B - 一种宽带小型化双极化天线 - Google Patents

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Abstract

一种宽带小型化双极化天线，属于通信技术领域。包括4条缝隙天线、8条电感线、4片向下弯折的金属片、4个金属化过孔、4条微带线、两块FR4介质板、两根同轴线、金属反射板、空气桥和尼龙柱。两条微带线印制在一个介质板正面，分别与同轴线内导体相连；另外两条微带线印制在另一个介质板反面，与同轴线外导体相连，且在介质板背面交叉处通过空气桥隔离。微带线末端通过金属化过孔与缝隙天线的外侧地板连接。四条微带线构成两个宽带差分巴伦，对缝隙天线进行馈电。两个FR4介质板通过尼龙柱固定，金属反射板置于介质板下侧。本发明有效地展宽了天线的工作带宽，减小了天线的尺寸，实现了高隔离度和增益的高稳定性。

Description

一种宽带小型化双极化天线
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种用于基站通信的宽带小型化双极化天线。
背景技术
随着移动宽带业务的快速发展，视频、物联网等各种应用层出不穷，用户流量需求增长迅猛，双极化天线被广泛应用在无线通信系统中。在建筑比较密集的城区，电磁波由于建筑物的多次反射，经过不同的传播路径到达接收机，产生多径衰落。双极化天线采用极化分集技术，不仅能够对抗多径衰落的影响，还能提高频谱效率、增加信道容量、节省空间，从而改善通信质量，被广泛应用在基站通信中。现代移动通信中为了使不同代通信系统同时工作，单频或窄带天线已无法满足通信需求，因此如何设计一款宽带天线覆盖多个系统的标准变得十分紧迫。
现有的双极化天线主要采用偶极子天线、缝隙天线和微带天线等形式，大多数天线只能覆盖GSM850/GSM900频段，难以同时满足LTE700/GSM850/GSM900(698-960MHz)频段的通信需求。而少数可以实现698-960MHz的天线采用偶极子形式，具有增益不够稳定、体积大、结构复杂、加工成本高等缺点。因此如何设计一款宽带、增益稳定、小型化、低成本、结构简单的双极化天线成为当前必须解决的问题。
发明内容
为了解决现有基站天线带宽窄、增益不够稳定、体积大、加工复杂等问题，本发明提出一种宽带小型化双极化天线。
本发明采用的技术方案为：
一种宽带小型化双极化天线，包括缝隙天线A1、缝隙天线B2、缝隙天线C3、缝隙天线D4，8条电感线5，4片向下弯折的金属片6，金属化过孔A7、金属化过孔B8、金属化过孔C9、金属化过孔D10，微带线A11、微带线B12、微带线C13、微带线D14，FR4介质板A15、FR4介质板B16，同轴线A17、同轴线B18，金属反射板19，空气桥20和尼龙柱21。
所述的四条双极化天线微带线A11、微带线B12、微带线C13、微带线D14，呈“十”字型布置。
所述的微带线A11和微带线B12印制在FR4介质板A15正面，微带线A11与同轴线A17内导体相连，微带线B12与同轴线B18内导体相连；微带线A11的末端通过金属化过孔A7连接到缝隙天线A1的外侧地板，微带线B12的末端通过金属化过孔B8连接到缝隙天线B2的外侧地板。
所述的微带线C13和微带线D14印制在FR4介质板B16的反面，微带线C13与同轴线A17外导体相连，微带线D14与同轴线B18外导体相连；微带线C13的末端通过金属化过孔C9连接到缝隙天线C3的外侧地板，微带线D14的末端通过金属化过孔D10连接到缝隙天线D4的外侧地板。所述的微带线C13和微带线D14在介质板B16背面交叉处，通过空气桥20进行隔离。
所述的双极化天线微带线A11和微带线C13与同轴线A17构成一个宽带差分巴伦，对缝隙天线A1和缝隙天线C3馈电；微带线B12和微带线D14与同轴线B18构成另一个宽带差分巴伦，对缝隙天线B2和缝隙天线D4馈电。
所述的FR4介质板A15和FR4介质板B16通过尼龙柱21固定，保持紧贴状态。FR4介质板A15和FR4介质板B16与金属反射板19之间同样使用尼龙柱21固定，金属反射板19置于介质板B16下侧相应距离，用于实现定向辐射。
所述的同轴线A17与同轴线B18与金属反射板19垂直用于给双极化天线馈电。
所述的缝隙天线A1、缝隙天线B2、缝隙天线C3、缝隙天线D4和八条电感线5印制在FR4介质板A15反面，缝隙天线A1、缝隙天线B2、缝隙天线C3、缝隙天线D4的两端均加载电感线5，激励缝隙天线的半波和全波谐振模式，展宽天线的工作带宽，而且加载电感线5可以降低天线的工作频率，实现宽带阻抗匹配和小型化。
所述的4片向下弯折的金属片6与缝隙天线A1、缝隙天线B2、缝隙天线C3、缝隙天线D4的外侧地板相连，方向竖直朝下，用于减小天线面积。
进一步的，所述的FR4介质板A15和FR4介质板B16的厚度为0.8mm。
进一步的，所述的金属反射板19距离缝隙天线A1、缝隙天线B、缝隙天线C3、缝隙天线D4下侧78mm。
进一步的，所述的微带线A11与微带线C13总长度相等；微带线B12与微带线D14总长度相等。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过在缝隙天线A1、缝隙天线B、缝隙天线C3、缝隙天线D4两端加载电感线，从而激励缝隙天线的半波和全波谐振模式，有效地展宽了天线的阻抗带宽。并能降低天线的工作频率，达到减小天线的尺寸的效果。
(2)通过使微带线A11与同轴线A17内导体相连，微带线C13与同轴线A17外导体相连，并使微带线A11与微带线C13总长度相等，实现了简单结构的差分巴伦，具有超宽带，相位差精确为180°等高性能。
(3)弯折缝隙天线的外侧地板6垂直朝下，实现天线的小型化。
(4)本发明的天线带宽达到0.64-1.11GHz(53.7％)，端口隔离系数小于-32dB，尺寸为104×104mm2，在LTE700/GSM850/GSM900(698-960MHz)频段增益稳定性为7.69-7.79dBi。
附图说明
图1是本发明中宽带双极化天线的结构示意图；
图2是本发明中电感线的结构示意图；
图3是本发明中空气桥的结构示意图；
图4是本发明中宽带双极化天线的反射系数和隔离系数曲线；
图5是本发明中宽带双极化天线的增益曲线。
图中：1缝隙天线A；2缝隙天线B；3缝隙天线C；4缝隙天线D；5电感线；6向下弯折的金属片；7金属化过孔A；8金属化过孔B；9金属化过孔C；10金属化过孔D；11微带线A；12微带线B；13微带线C；14微带线D；15FR4介质板A；16FR4介质板B；17同轴线A；18同轴线B；19金属反射板；20空气桥；21尼龙柱。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明中宽带小型化双极化天线结构示意图。一种宽带小型化双极化天线，包括缝隙天线A1、缝隙天线B2、缝隙天线C3、缝隙天线D4，8条电感线5，4片向下弯折的金属片6，金属化过孔A7、金属化过孔B8、金属化过孔C9、金属化过孔D10，微带线A11、微带线B12、微带线C13、微带线D14，FR4介质板A15、FR4介质板B16，同轴线A17、同轴线B18，金属反射板19，空气桥20和尼龙柱21。FR4介质板厚度为0.8mm。所述的四条双极化天线微带线A11、微带线B12、微带线C13、微带线D14，呈“十”字型布置。
所述的微带线A 11和微带线B12印制在FR4介质板A15正面，微带线A11与同轴线A17内导体相连，微带线B12与同轴线B18内导体相连；微带线A11的末端通过金属化过孔A7连接到缝隙天线A1的外侧地板，微带线B12的末端通过金属化过孔B8连接到缝隙天线B2的外侧地板。
所述的微带线C13和微带线D14印制在FR4介质板B16的反面，微带线C13与同轴线A17外导体相连，微带线D14与同轴线B18外导体相连；微带线C13的末端通过金属化过孔C9连接到缝隙天线C3的外侧地板，微带线D14的末端通过金属化过孔D10连接到缝隙天线D4的外侧地板。所述的微带线C13和微带线D14在介质板B16背面交叉处，通过空气桥20进行隔离；
所述的双极化天线微带线A11和微带线C13与同轴线A17构成一个宽带差分巴伦，对缝隙天线A1和缝隙天线C3馈电；微带线B12和微带线D14与同轴线B18构成另一个宽带差分巴伦，对缝隙天线B2和缝隙天线D4馈电。
所述的FR4介质板A15和FR4介质板B16通过尼龙柱21固定，保持紧贴状态。FR4介质板A15和FR4介质板B16与金属反射板19同样使用尼龙柱21固定，金属反射板19置于FR4介质板B16下侧78mm处，用于实现定向辐射。
所述的同轴线A17与同轴线B18与金属反射板19垂直用于给双极化天线馈电。
所述的缝隙天线A1、缝隙天线B2、缝隙天线C3、缝隙天线D4和八条电感线5印制在FR4介质板A15反面，缝隙天线A1、缝隙天线B2、缝隙天线C3、缝隙天线D4的两端均加载电感线5，激励缝隙天线的半波和全波谐振模式，展宽天线的工作带宽，而且加载电感可以降低天线的工作频率，实现宽带阻抗匹配和小型化。
所述的4片向下弯折的金属片6与缝隙天线A1、缝隙天线B2、缝隙天线C3、缝隙天线D4的外侧地板相连，方向竖直朝下，用于减小天线面积。
图2是本发明中电感线的结构示意图，由多次弯折的金属细线构成。
图3是本发明中空气桥的结构示意图。在介质板16背面的微带线C13和微带线D14交叉处，使用空气桥20进行隔离。
本发明所涉及的宽带小型化双极化天线利用微带线A11与同轴线A17内导体相连，微带线C13与同轴线A17外导体相连的结构，保证微带线A11与微带线C13总长度相等，设计了超宽带差分巴伦，结构简单，而且两输出端口间相位差精确为180°。
图4是本发明中宽带双极化天线的反射系数和隔离系数曲线，S11<-10dB的带宽达到0.64-1.11GHz(53.7％)，隔离系数S21<-32dB，具有较高的隔离度，可以充分覆盖LTE700/GSM850/GSM900(698-960MHz)频段的基站通信。
图5是本发明宽带双极化天线的增益曲线。在LTE700/GSM850/GSM900频段增益非常稳定，变化幅度仅为7.69-7.79dBi。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述的宽带小型化双极化天线包括缝隙天线A(1)，缝隙天线B(2)，缝隙天线C(3)，缝隙天线D(4)，八条电感线(5)，金属片(6)，金属化过孔A(7)，金属化过孔B(8)，金属化过孔C(9)，金属化过孔D(10)，微带线A(11)，微带线B(12)，微带线C(13)，微带线D(14)，FR4介质板A(15)，FR4介质板B(16)，同轴线A(17)，同轴线B(18)，金属反射板(19)，空气桥(20)和尼龙柱(21)；
所述的微带线A(11)和微带线B(12)印制在FR4介质板A(15)正面，微带线A(11)与同轴线A(17)内导体相连，微带线B(12)与同轴线B(18)内导体相连；微带线A(11)的末端通过金属化过孔A(7)与缝隙天线A(1)的外侧地板连接，微带线B(12)的末端通过金属化过孔B(8)与缝隙天线B(2)的外侧地板连接；所述的微带线C(13)和微带线D(14)印制在FR4介质板B(16)的反面，微带线C(13)与同轴线A(17)外导体相连，微带线D(14)与同轴线B(18)外导体相连；微带线C(13)的末端通过金属化过孔C(9)与缝隙天线C(3)的外侧地板连接，微带线D(14)的末端通过金属化过孔D(10)与缝隙天线D(4)的外侧地板连接；所述的微带线C(13)和微带线D(14)在FR4介质板B(16)背面交叉处，通过空气桥(20)进行隔离；
所述的双极化天线微带线A(11)和微带线C(13)与同轴线A(17)构成一个宽带差分巴伦，对缝隙天线A(1)和缝隙天线C(3)馈电；微带线B(12)微带线D(14)与同轴线B(18)构成另一个宽带差分巴伦，对缝隙天线B(2)和缝隙天线D(4)馈电；
所述的两个FR4介质板A(15)和FR4介质板B(16)通过尼龙柱(21)固定，金属反射板(19)置于FR4介质板B(16)下侧，FR4介质板B(16)与金属反射板(19)之间通过尼龙柱(21)固定；
所述的四个缝隙天线A(1)，缝隙天线B(2)，缝隙天线C(3)，缝隙天线D(4)和八条电感线(5)印制在FR4介质板A(15)反面，缝隙天线A(1)，缝隙天线B(2)，缝隙天线C(3)，缝隙天线D(4)的两端均加载电感线(5)；
所述的金属片(6)与缝隙天线A(1)，缝隙天线B(2)，缝隙天线C(3)，缝隙天线D(4)的外侧地板相连，方向垂直朝下。
2.根据权利要求1所述的一种宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述的微带线A(11)与微带线C(13)总长度相等。
3.根据权利要求1所述的一种宽带小型化双极化天线，其特征在于，所述的微带线B(12)与微带线D(14)总长度相等。
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