CN110690562A - 一种5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信基站天线技术领域，具体涉及一种5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，包括辐射体、振子基座以及设置于辐射体和振子基座之间为辐射体馈电的巴伦；辐射体包括介质基板和设置于介质基板上表面的辐射片，辐射片包括四个T型子辐射片，T型子辐射片包括相互垂直的横部和竖部，内部具有相应的T型镂空部，四个T型子辐射片的横部之间互不接触，T型镂空部包括相互垂直的横镂空部和竖镂空部，竖镂空部将竖部分隔成竖部一和竖部二，每个T型子辐射片的竖部一都与相邻T型子辐射片的竖部二连接，构成一个密闭的空间，四个所述T型镂空部通过竖镂空部相互连通。本发明具有低剖面、高增益、低隔离、宽频带、波宽收敛的特性。
Description
技术领域
本发明属于无线通信基站天线技术领域，具体涉及一种5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子。
背景技术
近年来，移动通信技术得到了快速发展，第五代移动通信技术（5th generationmobile networks，简称5G）是最新一代蜂窝移动通信技术，其性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。天线作为移动通信系统的接收和发射端部件，要求具有小尺寸、高集成度及低剖面，同时还要求工作带宽能够覆盖多种不同制式的需求，并具有良好的增益和方向图特性。作为天线的辐射部分，天线对振子的尺寸以及性能提出了更高要求，通常需要在保证天线尺寸小的同时不降低天线的性能。因此，有必要提供一种5G制式的双极化振子，在具有小尺寸、低剖面的同时，保证高增益、低隔离、宽频带。
发明内容
为了使5G制式3.5GHz宽带双极化振子在尺寸小、剖面低的同时能够保证高增益、低隔离、宽频带，本发明公开了一种5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，辐射片由四个T型子辐射片组成，且内部为连通的镂空结构，该辐射片结构的设计有助于在更小的振子尺寸下获得高增益、低隔离、宽频带效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，包括辐射体、振子基座以及设置于辐射体和振子基座之间为辐射体馈电的巴伦；所述辐射体包括介质基板和设置于介质基板上表面的辐射片，所述辐射片包括四个T型子辐射片，所述T型子辐射片包括相互垂直的横部和竖部，内部具有相应的T型镂空部，所述四个T型子辐射片的横部之间互不接触，所述T型镂空部包括相互垂直的横镂空部和竖镂空部，所述竖镂空部将竖部分隔成竖部一和竖部二，每个所述T型子辐射片的竖部一都与相邻T型子辐射片的竖部二连接，构成一个密闭的空间，四个所述T型镂空部通过竖镂空部相互连通。
作为优选，上述横部的两端在靠近竖部的一侧均具有直线倒角，在两个相邻横部之间形成通道。
作为优选，一个上述T型子辐射片的竖部一和与其连接的相邻T型子辐射片的竖部二在二者的连接部位具有向竖镂空部凸出的凸出部。
作为优选，上述辐射片的相对两个T型子辐射片的最远距离为d，d为1/2λ。
作为优选，上述介质基板的厚度小于0.5mm，介电常数为2.1-3.5。
作为优选，上述巴伦包括巴伦一和巴伦二；
所述巴伦一包括巴伦基板一、正耦合片一和背耦合片一，所述巴伦基板一中央开设有凹口一，所述巴伦基板一在凹口一的两侧分别设有一个上连接部一，所述巴伦基板一在与两个上连接部一相对的一端设有两个下连接部一，所述正耦合片一呈倒U型，设置在巴伦基板一的正面，使凹口一位于倒U型正耦合片一的上方，所述倒U型正耦合片一的一端延伸至其中一个下连接部一，所述背耦合片一设置在巴伦基板一的背面，被凹口一所在中央区域分为两部分；
所述巴伦二包括巴伦基板二、正耦合片二和背耦合片二，所述巴伦基板二中央具有与凹口一匹配的凹口二，所述巴伦基板二在凹口二的两侧分别设有一个下连接部二，所述巴伦基板二在与两个下连接部二相对的一端设有两个上连接部二，所述正耦合片二呈倒U型，设置在巴伦基板二的正面，使凹口二位于倒U型正耦合片二的内部，所述倒U型正耦合片二的一端延伸至其中一个下连接部二，所述背耦合片二设置在巴伦基板二的背面，被凹口二所在中央区域分为两部分；
所述辐射体上设有四个连接孔一，所述四个连接孔一分别位于四个T型子辐射片的竖部一和竖部二两两相连的位置；
所述振子基座上设有四个与连接孔一对应的连接孔二和两个连接片，所述两个连接片的一端分别延伸至两个连接孔二；
所述巴伦一和巴伦二通过凹口一与凹口二彼此垂直连接，并通过上连接部一和上连接部二与连接孔一的配合与辐射体连接，通过下连接部一和下连接部二与连接孔二的配合与振子基座连接。
作为优选，上述巴伦基板一和巴伦基板二的高度均为h，h为1/5λ-1/4λ，厚度均为0.5-1mm，介电常数均为2.1-3.5。
作为优选，两个所述连接片之间的距离为w，w为1/4λ，所述振子基座的厚度小于1mm，介电常数小于3.0。
作为优选，上述辐射片、正耦合片一、背耦合片一、正耦合片二、背耦合片二和连接片的厚度均小于0.5mm；所述正耦合片一和正耦合片二的宽度均为1.5-1mm。
作为优选，上述辐射片、正耦合片一、背耦合片一、正耦合片二、背耦合片二和连接片所用的材质均为良性导体。
本发明具有如下的有益效果：本发明的双极化振子，辐射片由四个T型子辐射片组成，且内部为连通的镂空结构，该辐射片结构的设计有助于在更小的振子尺寸下获得高增益、低隔离、宽频带效果；本发明的辐射片长度为1/2λ，巴伦高度为1/5λ-1/4λ，在达到低剖面的同时，具有高增益、低隔离、宽频带、波宽收敛的特性；在相同振子尺寸跟单元数量下，天线辐射参数跟电路参数能达到最优，该振子的整体数据明显优于市场上同功能的产品。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明辐射体的结构示意图；
图3是图2中a部分的放大图；
图4是本发明巴伦一主视图；
图5是本发明巴伦一的后视图；
图6是本发明巴伦二的主视图；
图7是本发明巴伦二的后视图；
图8是本发明振子基座的结构示意图；
图9是本发明双极化振子端口VSWR；
图10是本发明双极化振子端口隔离度；
图11是本发明双极化振子E面辐射图；
图12是本发明双极化振子H面辐射图；
图中：1. 振子基座；11.连接孔二；12.连接片；2. 巴伦；21.巴伦一；211.巴伦基板一；2111.凹口一；2112.上连接部一；2113.下连接部一；212.正耦合片一；213.背耦合片一；22.巴伦二；221.巴伦基板二；2211.凹口二；2212.下连接部二；2213.上连接部二；222.正耦合片二；223.背耦合片二；3.介质基板；41.横部；42.竖部；421.竖部一；422.竖部二；43.T型镂空部；431.横镂空部；432.竖镂空部；44.通道；45.凸出部；5.连接孔一。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
一种5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，如图1-2所示，包括辐射体、振子基座1以及设置于辐射体和振子基座1之间为辐射体馈电的巴伦2；辐射体包括介质基板3和设置于介质基板3上表面的辐射片，辐射片包括四个T型子辐射片，T型子辐射片包括相互垂直的横部41和竖部42，内部具有相应的T型镂空部43，四个T型子辐射片的横部41之间互不接触，T型镂空部43包括相互垂直的横镂空部431和竖镂空部432，竖镂空部432将竖部42分隔成竖部一421和竖部二422，每个T型子辐射片的竖部一421都与相邻T型子辐射片的竖部二422连接，构成一个密闭的空间，四个T型镂空部43通过竖镂空部432相互连通。
在一中具体的实施方式中，如图2所示，横部41的两端在靠近竖部42的一侧均具有直线倒角，在两个相邻横部41之间形成通道44。由于两个相邻辐射臂（即T型子辐射片）之间需要留有缝隙，以通道44的方式设置该缝隙可以增加辐射臂的长度，同时通道44的设置有助于降低辐射单元驻波。
在一中具体的实施方式中，如图3所示，一个T型子辐射片的竖部一421和与其连接的相邻T型子辐射片的竖部二422在二者的连接部位具有向竖镂空部432凸出的凸出部45。凸出部45的设置可以改善隔离度，可以根据隔离度要求设置凸出部45的尺寸。
在一中具体的实施方式中，如图2所示，辐射片的相对两个T型子辐射片的最远距离为d，d为1/2λ。
在一中具体的实施方式中，介质基板3的厚度小于0.5mm，介电常数为2.1-3.5。
在一中具体的实施方式中，如图1-8所示，巴伦2包括巴伦一21和巴伦二22；巴伦一21包括巴伦基板一211、正耦合片一212和背耦合片一213，巴伦基板一211中央开设有凹口一2111，巴伦基板一211在凹口一2111的两侧分别设有一个上连接部一2112，巴伦基板一211在与两个上连接部一2112相对的一端设有两个下连接部一2113，正耦合片一212呈倒U型，设置在巴伦基板一211的正面，使凹口一2111位于倒U型正耦合片一212的上方，背耦合片一213设置在巴伦基板一211的背面，被凹口一2111所在中央区域分为两部分；巴伦二22包括巴伦基板二221、正耦合片二222和背耦合片二223，巴伦基板二221中央具有与凹口一2111匹配的凹口二2211，巴伦基板二221在凹口二2211的两侧分别设有一个下连接部二2212，巴伦基板二221在与两个下连接部二2212相对的一端设有两个上连接部二2213，正耦合片二222呈倒U型，设置在巴伦基板二221的正面，使凹口二2211位于倒U型正耦合片二222的内部，背耦合片二223设置在巴伦基板二221的背面，被凹口二2211所在中央区域分为两部分；辐射体上设有四个连接孔一5，四个连接孔一5分别位于四个T型子辐射片的竖部一421和竖部二422两两相连的位置；振子基座1上设有四个与连接孔一5对应的连接孔二11和两个连接片12，两个连接片12的一端分别延伸至两个连接孔二11；巴伦一21和巴伦二22通过凹口一2111与凹口二2211彼此垂直连接，并通过上连接部一2112和上连接部二2213与连接孔一5的配合与辐射体连接，通过下连接部一2113和下连接部二2212与连接孔二11的配合与振子基座1连接。其中，正耦合片二222顶部到上连接部二2213的垂直距离大于1mm，即正耦合片二222顶部到介质基板3的距离大于1mm。
本发明振子采用耦合馈电，正耦合片一212和正耦合片二222均设置为倒U型，有利于增加辐射单元的隔离度，增加驻波调试点，减少辐射单元焊接点。
在一中具体的实施方式中，如图4和图6所示，巴伦基板一211和巴伦基板二221的高度均为h，h为1/5λ-1/4λ，厚度均为0.5-1mm，介电常数均为2.1-3.5。较低高度的巴伦使本发明的振子具有低剖面的优点。
在一中具体的实施方式中，如图8所示，两个连接片12之间的距离为w，w为1/4λ，振子基座1的厚度小于1mm，介电常数小于3.0。
在一中具体的实施方式中，辐射片、正耦合片一212、背耦合片一213、正耦合片二222、背耦合片二223和连接片12的厚度均小于0.5mm；正耦合片一212和正耦合片二222的宽度均为1.5-1mm。
在一中具体的实施方式中，辐射片、正耦合片一212、背耦合片一213、正耦合片二222、背耦合片二223和连接片12所用的材质均为良性导体。在具体实施方式中，优选为铜、铝等金属良导体。
将本发明的双极化天线振子置于天线外罩内仿真，外罩介电常数＜4.5，辐射片距离外罩高度8-20mm范围内，双极化天线振子（辐射单元）依然能够保持较好的性能。振子仿真波宽在61±2°时，增益范围值在9.87-10.06 dB，前后比>25dB，隔离度＜34.5，电压驻波比＜1.4。
从图9可以看出，该辐射单元阻抗好，组阵后能降低天线调试难度，作为接收天线而言，灵敏度高；对于发射天线而言，发射效率高。
从图10可以看出，该辐射单元在3.3GHz-3.8GHz频段内，隔离度达到-32dB以下，两极化干扰减少，对于5G制式3.5GHz天线而言，单元间距小，隔离度调试难度增加，该款辐射单元有效地降低了调试难度。
从图11可以看出，该辐射单元在3.3GHz-3.8GHz频段内，增益>9.8dBi，保证了在相同数量相同辐射单元间距一定的天线中，使用该款辐射单元能达到最大的增益，增加了天线辐射距离跟强度。
从图12可以看出，该辐射单元在3.3GHz-3.8GHz频段内，3dB水平波宽浮动范围在3°范围内，波宽收敛，有效降低了天线3dB水平波宽调试难度，能更高精度地控制辐射范围。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，其特征在于：包括辐射体、振子基座（1）以及设置于辐射体和振子基座（1）之间为辐射体馈电的巴伦（2）；所述辐射体包括介质基板（3）和设置于介质基板（3）上表面的辐射片，所述辐射片包括四个T型子辐射片，所述T型子辐射片包括相互垂直的横部（41）和竖部（42），内部具有相应的T型镂空部（43），所述四个T型子辐射片的横部（41）之间互不接触，所述T型镂空部（43）包括相互垂直的横镂空部（431）和竖镂空部（432），所述竖镂空部（432）将竖部（42）分隔成竖部一（421）和竖部二（422），每个所述T型子辐射片的竖部一（421）都与相邻T型子辐射片的竖部二（422）连接，构成一个密闭的空间，四个所述T型镂空部（43）通过竖镂空部（432）相互连通。
2.如权利要求1所述的5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，其特征在于：所述横部（41）的两端在靠近竖部（42）的一侧均具有直线倒角，在两个相邻横部（41）之间形成通道（44）。
3.如权利要求1所述的5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，其特征在于：一个所述T型子辐射片的竖部一（421）和与其连接的相邻T型子辐射片的竖部二（422）在二者的连接部位具有向竖镂空部（432）凸出的凸出部（45）。
4.如权利要求1所述的5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，其特征在于：所述辐射片的相对两个T型子辐射片的最远距离为d，d为1/2λ。
5.如权利要求1所述的5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，其特征在于：所述介质基板（3）的厚度小于0.5mm，介电常数为2.1-3.5。
6.如权利要求1所述的5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，其特征在于：所述巴伦（2）包括巴伦一（21）和巴伦二（22）；
所述巴伦一（21）包括巴伦基板一（211）、正耦合片一（212）和背耦合片一（213），所述巴伦基板一（211）中央开设有凹口一（2111），所述巴伦基板一（211）在凹口一（2111）的两侧分别设有一个上连接部一（2112），所述巴伦基板一（211）在与两个上连接部一（2112）相对的一端设有两个下连接部一（2113），所述正耦合片一（212）呈倒U型，设置在巴伦基板一（211）的正面，使凹口一（2111）位于倒U型正耦合片一（212）的上方，所述倒U型正耦合片一（212）的一端延伸至其中一个下连接部一（2113），所述背耦合片一（213）设置在巴伦基板一（211）的背面，被凹口一（2111）所在中央区域分为两部分；
所述巴伦二（22）包括巴伦基板二（221）、正耦合片二（222）和背耦合片二（223），所述巴伦基板二（221）中央具有与凹口一（2111）匹配的凹口二（2211），所述巴伦基板二（221）在凹口二（2211）的两侧分别设有一个下连接部二（2212），所述巴伦基板二（221）在与两个下连接部二（2212）相对的一端设有两个上连接部二（2213），所述正耦合片二（222）呈倒U型，设置在巴伦基板二（221）的正面，使凹口二（2211）位于倒U型正耦合片二（222）的内部，所述倒U型正耦合片二（222）的一端延伸至其中一个下连接部二（2212），所述背耦合片二（223）设置在巴伦基板二（221）的背面，被凹口二（2211）所在中央区域分为两部分；
所述辐射体上设有四个连接孔一（5），所述四个连接孔一（5）分别位于四个T型子辐射片的竖部一（421）和竖部二（422）两两相连的位置；
所述振子基座（1）上设有四个与连接孔一（5）对应的连接孔二（11）和两个连接片（12），所述两个连接片（12）的一端分别延伸至两个连接孔二（11）；
所述巴伦一（21）和巴伦二（22）通过凹口一（2111）与凹口二（2211）彼此垂直连接，并通过上连接部一（2112）和上连接部二（2213）与连接孔一（5）的配合与辐射体连接，通过下连接部一（2113）和下连接部二（2212）与连接孔二（11）的配合与振子基座（1）连接。
7.如权利要求6所述的5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，其特征在于：所述巴伦基板一（211）和巴伦基板二（221）的高度均为h，h为1/5λ-1/4λ，厚度均为0.5-1mm，介电常数均为2.1-3.5。
8.如权利要求6所述的5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，其特征在于：两个所述连接片（12）之间的距离为w，w为1/4λ，所述振子基座（1）的厚度小于1mm，介电常数小于3.0。
9.如权利要求1-8任一项所述的5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，其特征在于：所述辐射片、正耦合片一（212）、背耦合片一（213）、正耦合片二（222）、背耦合片二（223）和连接片（12）的厚度均小于0.5mm；所述正耦合片一（212）和正耦合片二（222）的宽度均为1.5-1mm。
10.如权利要求1-8任一项所述的5G制式3.5GHz宽带小型双极化振子，其特征在于：所述辐射片、正耦合片一（212）、背耦合片一（213）、正耦合片二（222）、背耦合片二（223）和连接片（12）所用的材质均为良性导体。
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