CN110504535B - 双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线 - Google Patents

双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线 Download PDF

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Abstract

本发明双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线，包括介质基板；八木天线单元，两组所述八木天线单元间隔设置在所述介质基板的外表面，然后以90°旋转对称复制三次，形成八组所述八木天线共形于圆柱体表面。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明的天线辐射体具有共形于路灯圆柱杆，圆柱端向辐射，宽带等优点。可共性于灯柱上，且不用占据大量体积和尺寸，非常适合路灯柱子上的基站天线使用。天线设计在Sub6G以下频段，其准确的工作频率在5.5GHz。

Description

双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线
技术领域
本发明涉及天线微波技术领域，具体地，涉及双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线。
背景技术
天线作为无线通信设备和仪器的关键器件，将空间中的电磁波信号转化成电路中的电信号，或者将射频信号转化成空间中电磁波，其特性接影响无线网络的性能。
现有技术，中国发明专利《一种运用于5G系统的天线辐射单元》(公开号：
109244662A)公开一种运用于5G系统的天线辐射单元，涉及5G技术领域，包括：上层介质体、下层介质体、辐射贴片、寄生贴片、多个馈电探针、金属接地板和馈电网络；所述的上层介质体同轴设置于下层介质体的上端，下层介质体的下端连接金属接地板，下层介质体的外侧轴对称设置多个馈电探针，馈电探针处于金属接地板与辐射贴片之间且与金属接地板保持直流断开；所述的馈电网络设置于金属接地板下端，通过引脚对馈电探针进行馈电；所述的寄生贴片设置于上层介质体的上表面，辐射贴片设置于下层介质体的上表面；该辐射单元本体可一体化成形，加工精度高，结构简洁，易于后期阵列装配；同时可实现双极化、宽频带、高增益、高交叉极化鉴别率等电气特性。
但是，随着5G时代的到来，移动通信小基站将会大量布局，需要像灯杆类的圆柱状体，现有技术尚不能满足要求。
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解决上述技术问题的双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线。
为了解决上述技术问题，本发明双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线，包括：介质基板；八木天线单元，所述两个八木天线单元构成子阵列，设置在所述介质基板的外表面；其中所述八木天线单元包括：微带贴片，所述微带贴片设置在所述介质基板的外表面；微带引向器，所述微带引向器设置在所述介质基板的外表面，所述微带引向器设置在所述微带贴片的一侧；激励微带磁振子，所述激励微带磁振子设置在所述介质基板的外表面，所述激励微带磁振子设置在所述微带贴片的另一侧；微带反射器，所述微带反射器设置在所述介质基板的外表面，所述微带反射器设置在所述激励微带磁振子的一侧。
依次顺序为：所述微带反射器，所述激励微带磁振子，所述微带贴片和两个所述微带引向器。
优选地，所述介质基板的形状为圆柱体。
优选地，两个所述八木天线单元组成一个子阵列，所述子阵列以圆柱轴心旋转90°对称复制三次，形成八木天线阵列，共形于所述介质基板的表面。
优选地，所述微带贴片的形状为矩形，所述微带贴片的长边与所述介质基板的中心轴正交。
优选地，所述微带引向器为两个，两个所述微带引向组件间隔设置在所述微带贴片的一侧。
优选地，所述微带引向器为十六个，十六个所述微带引向器沿所述介质基板的周向均匀间隔设置在所述介质基板的外表面。
优选地，所述激励微带磁振子为八个，八个所述激励微带磁振子沿所述介质基板的周向均匀间隔设置在所述介质基板的外表面；其中所述激励微带磁振子采用同轴馈电。
优选地，所述微带反射器为八个，八个所述微带反射器沿所述介质基板的周向均匀间隔设置在所述介质基板的外表面。
优选地，所述八个八木磁振子单元采用等幅激励，相位设置为：
同轴馈电第一端口和同轴馈电第二端口的相位设置为0°和-70°。
同轴馈电第三端口和同轴馈电第四端口为等幅激励，相位设置为0°和-70°；
同轴馈电第五端口和同轴馈电第六端口为等幅激励，相位设置为180°和110°；
同轴馈电第七端口和同轴馈电第八端口为等幅激励，相位设置为180°和110°；其中
同轴馈电第一端口，同轴馈电第二端口，同轴馈电第五端口和同轴馈电第六端口激励，其他端口不激励时为第一极化状态；
同轴馈电第三端口，同轴馈电第四端口，同轴馈电第七端口和同轴馈电第八端口激励，其他端口不激励时为第二极化状态。
优选地，所述八木天线单元的尺寸为：Ry＝9.426mm，Rx＝30.127mm，Ey＝9.125mm，Ex＝30.127mm，Dy＝15mm，Dx＝27mm，Cy＝6.9mm，Cx＝30mm，Re＝4.347mm，Ec＝1.2mm，Dc＝1.2mm，Dd＝4.372mm；其中
Ry和Rx为所述微带反射器的宽度和长度，Ey和Ex为所述激励微带磁振子的宽度和长度，Dy和Dx为所述微带引向器宽度和长度，Cy和Cx为所述微带贴片的宽度和长度，所述微带反射器和所述激励微带磁振子之间的间距为Re，所述激励微带磁振子和所述微带贴片之间的间距为Ec，所述微带贴片和所述微带引向器之间的间距为Dc，相邻的所述微带引向器之间的间距为Dd；所述八木天线单元之间的间距为Dr。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明的天线辐射体具有共形于路灯圆柱杆，圆柱端向辐射，宽带等优点。可共性于灯柱上，且不用占据大量体积和尺寸，非常适合路灯柱子上的基站天线使用。天线设计在Sub6G以下频段，其准确的工作频率在5.5GHz。
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为本发明提供的双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线的整体结构图；
图2为本发明提供的双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线的两个单元的平面结构图；
图3为本发明提供的双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线的第一端口和第二端口的反射系数曲线；
图4为本发明提供的双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线的第一端口和2跟第三端口和4的耦合系数曲线；
图5为本发明提供的双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线第一极化状态在5.4GHz的实增益E面方向图；
图6为本发明提供的双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线第一极化状态在5.4GHz的实增益H面方向图。
图中：
Figure BDA0002158808870000041
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。
如图1、2所示，本发明提供双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线，可用于5.4GHz无线通信频段，也可优化设计，覆盖其他特定的频段。包括：微带磁振子八木天线单元(10、11)、圆柱形介质基板7以及圆柱介质衬底内金属地8；两个接地的微带引向器(5、6)(侧边包括接地边9)，一个微带矩形贴片4，一个接地激励微带磁振子3和一个接地的微带反射器1(侧边包括接地边9)构成，激励微带磁振子3(侧边包括接地边9)通过微带矩形贴片4增强耦合到两个微带引向器(5、6)上，使的波束更具有端射方向性。
天线辐射体包括：双极化圆柱共形微带磁振子八木天线阵列有八个相同单元组成，其中同轴馈电第一端口12和同轴馈电第二端口2，跟同轴馈电第五端口15和同轴馈电第六端口16组成第一极化状态。其中同轴馈电第三端口13和同轴馈电第四端口14，跟同轴馈电第七端口17和同轴馈电第八端口18组成第二极化状态。两个极化状态属于正交，可用于通信系统中的双极化操作，增加通信容量。
设空间直角坐标系o-xyz包括：原点o、x轴、y轴、z轴；柱体的轴向平行于空间直角坐标系o-xyz的y轴；八个微带磁振子八木天线单元(10、11)顺时针旋转90°获得第二组天线单元，依次操作三次，可形成八个天线单元。
实现双极化工作，端口馈电可依次定义相位：
同轴馈电第三端口13和同轴馈电第四端口14等幅激励，相位设置为0°和-70°；
同轴馈电第五端口15和同轴馈电第六端口16等幅激励，相位设置为180°和110°；
同轴馈电第七端口17和同轴馈电第八端口18等幅激励，相位设置为180°和110°；
其中同轴馈电第一端口，同轴馈电第二端口，同轴馈电第五端口和同轴馈电第六端口激励，其他端口不激励时为第一极化状态；
其中同轴馈电第三端口，同轴馈电第四端口，同轴馈电第七端口和同轴馈电第八端口激励，其他端口不激励时为第二极化状态。
天线阵列单元结构尺寸：Ry和Rx为反射器1的宽度和长度，Ey和Ex和激励微带磁振子3的宽度和长度，Dy和Dx为引向器(5、6)单元宽度和长度，Cy和Cx为微带矩形贴片4的宽度和长度。反射器和激励单元间距Re，激励单元和矩形贴片间距Ec，矩形贴片和引向器间距Dc，相邻的引向器间距为Dd；具体尺寸如下：
Ry＝9.426mm，Rx＝30.127mm，Ey＝9.125mm，Ex＝30.127mm，Dy＝15mm，Dx＝27mm，Cy＝6.9mm，Cx＝30mm，Re＝4.347mm，Ec＝1.2mm，Dc＝1.2mm，Dd＝4.372mm。
在本实施例中，柱体直径70mm，介质厚度1.5mm，工作频段在5.4GHz附近。介质基板采用厚度为1.5mm的旺灵F4B，介电常数2.2，损耗角正切0.001。采用八个同轴馈电。
双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线的同轴馈电第一端口和同轴馈电第二端口反射系数如图3所示。由图可知，-10dB阻抗带宽达到17％。由于柱体结构的对称性，只给出两个端口的反射系数，其他结果相似。
双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线的贴片单元阵列天线同轴馈电第一端口和同轴馈电第二端口跟同轴馈电第三端口和同轴馈电第四端口的耦合系数曲线如图4所示。由图可知，在整个工作频带内，两个极化之间的端口隔离度达到-30dB以下。由于柱体结构的对称性，同样只给出邻近端口的耦合系数，其他结果相似。
双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线的栅格阵列天线第一极化状态工作于5.4GHz的实增益E面方向图，如图5所示。由图可知，在频率5.4GHz时，实增益达到11dBi；相比于主极化，交叉极化小了36dB。有旁瓣出现。
基于微带栅格和贴片的共口径双频带阵列天线的贴片单元阵列天线第一极化状态工作于5.4GHz的实增益H面方向图，如图6所示。由图可知，在频率5.4GHz时，实增益达到11dBi；相似地，交叉极化较主极化小了35dB。
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 (2)

1.一种双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线，其特征在于，包括：
介质基板；
八木天线单元，所述两个八木天线单元构成子阵列，设置在所述介质基板的外表面；其中
所述八木天线单元包括：
微带贴片，所述微带贴片设置在所述介质基板的外表面；
微带引向器，所述微带引向器设置在所述介质基板的外表面，所述微带引向器设置在所述微带贴片的一侧；
激励微带磁振子，所述激励微带磁振子设置在所述介质基板的外表面，所述激励微带磁振子设置在所述微带贴片的另一侧；
微带反射器，所述微带反射器设置在所述介质基板的外表面，所述微带反射器设置在所述激励微带磁振子的一侧；
依次顺序为：所述微带反射器，所述激励微带磁振子，所述微带贴片和两个所述微带引向器；
所述介质基板的形状为圆柱体；
两个所述八木天线单元组成一个子阵列，记为第一组天线单元；所述子阵列以圆柱轴心旋转90°对称复制三次，形成八木天线阵列，分别记为第二组天线单元、第三组天线单元、第四组天线单元，共形于所述介质基板的表面；
所述微带贴片的形状为矩形，所述微带贴片的长边与所述介质基板的中心轴正交；
每个八木天线单元包括的所述微带引向器为两个，两个所述微带引向器间隔设置在所述微带贴片的一侧；
八个八木天线单元包括的所述微带引向器为十六个，十六个所述微带引向器沿所述介质基板的周向均匀间隔设置在所述介质基板的外表面；
所述激励微带磁振子为八个，八个所述激励微带磁振子沿所述介质基板的周向均匀间隔设置在所述介质基板的外表面；其中
所述激励微带磁振子采用同轴馈电；
所述微带反射器为八个，八个所述微带反射器沿所述介质基板的周向均匀间隔设置在所述介质基板的外表面；
所述八个八木磁振子单元采用等幅激励，相位设置为：
同轴馈电第一端口和同轴馈电第二端口的相位设置为0°和-70°；
同轴馈电第三端口和同轴馈电第四端口为等幅激励，相位设置为0°和-70°；
同轴馈电第五端口和同轴馈电第六端口为等幅激励，相位设置为180°和110°；
同轴馈电第七端口和同轴馈电第八端口为等幅激励，相位设置为180°和110°；其中
同轴馈电第一端口，同轴馈电第二端口，同轴馈电第五端口和同轴馈电第六端口激励，其他端口不激励时为第一极化状态；
同轴馈电第三端口，同轴馈电第四端口，同轴馈电第七端口和同轴馈电第八端口激励，其他端口不激励时为第二极化状态；
同轴馈电第一端口和同轴馈电第二端口，对应所述第一组天线单元；
同轴馈电第三端口和同轴馈电第四端口，对应所述第二组天线单元；
同轴馈电第五端口和同轴馈电第六端口，对应所述第三组天线单元；
同轴馈电第七端口和同轴馈电第八端口，对应所述第四组天线单元。
2.根据权利要求1所述的双极化圆柱共形微带磁振子八木端射阵列天线，其特征在于，所述八木天线单元的尺寸为：Ry＝9.426mm，Rx＝30.127mm，Ey＝9.125mm，Ex＝30.127mm，Dy＝15mm，Dx＝27mm，Cy＝6.9mm，Cx＝30mm，Re＝4.347mm，Ec＝1.2mm，Dc＝1.2mm，Dd＝4.372mm；其中
Ry和Rx为所述微带反射器的宽度和长度，Ey和Ex为所述激励微带磁振子的宽度和长度，Dy和Dx为所述微带引向器宽度和长度，Cy和Cx为所述微带贴片的宽度和长度，所述微带反射器和所述激励微带磁振子之间的间距为Re，所述激励微带磁振子和所述微带贴片之间的间距为Ec，所述微带贴片和所述微带引向器之间的间距为Dc，相邻的所述微带引向器之间的间距为Dd。
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