CN111342206A - 低剖面高隔离度双极化基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，该天线包括第一基板(1)、铜反射板(4)、设置在该第一基板(1)上表面的辐射贴片(5)以及设置在该第一基板(1)与铜反射板(4)之间的馈电部分；其中：所述馈电部分至少包括第二基板(2)和第三基板(3)，所述第二基板(2)和第三基板(3)以±45°相互垂直交叉并以平面垂直的方式与所述第一基板(1)和铜反射板(4)固定连接；所述第二基板(2)和第三基板(3)设置相同贴片层并分别形成第一环天线和第二环天线，所述第一环天线和第二环天线以±45°相互垂直；所述第一同轴馈线(8)和第二同轴线(13)分别与所述第一环天线和第二环天线电气连接。本发明具有超宽带、低剖面、高隔离度、小型化、高增益等有益效果。

Description

低剖面高隔离度双极化基站天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于新型馈电方式的低剖面高隔离度双极化基站天线。

背景技术

在发展无线通信系统的过程中，天线满足某些特定的要求是很重要的，如双极化、稳定的辐射模式、高隔离、低剖面等。稳定的辐射模式可以提供稳定的信号覆盖，避免盲区的出现。随着越来越多的天线安装在通信塔上，为了节省安装空间，基站天线必须小型化。对于蜂窝无线通信系统，±45°

双极化基站天线被广泛用于满足高数据速率、大信道容量等要求。然而目前很多研制的基站天线单元的高度都在0.25λ及以上，使得天线的体积过于太大，在满足基站天线的基本要求的同时，低剖面天线也就相对难以实现。因此有必要去研究一种方案来解决此种缺陷。

发明内容

鉴于上述提出的缺陷，本发明的目的在于提出一种超宽带、低剖面、高隔离度双极化基站天线设计思想，采用两个环天线进行馈电，使得馈电结构变得更加简易，方便制作。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：

低剖面高隔离度双极化基站天线，该天线包括第一基板(1)、铜反射板(4)、设置在该第一基板(1)上表面的辐射贴片(5)以及设置在该第一基板(1)与铜反射板(4)之间的馈电部分；其中：

所述馈电部分至少包括第二基板(2)和第三基板(3)，所述第二基板(2)和第三基板(3)以±45°相互垂直交叉并以平面垂直的方式与所述第一基板(1)和铜反射板(4)固定连接；所述第二基板(2)和第三基板(3)设置相同贴片层并分别形成第一环天线和第二环天线，所述第一环天线和第二环天线以±45°相互垂直；所述第一同轴馈线(8)和第二同轴线(13)分别与所述第一环天线和第二环天线电气连接；

所述第一环天线或第二环天线的贴片层图形包括设置在基板一面的第一贴片层图形以及基板另一面的第二贴片层图形，其中，第一贴片层图形由半矩形环状贴片(9)、1/4圆环状贴片(11)以及矩形贴片(6)组成，半矩形环状贴片(9)与1/4圆环状贴片(11)相连接，再与第一同轴馈线(8)或第二同轴线(13)的外导体相接，矩形贴片(6)与三者不连接；第二贴片层图形由半矩形环状贴片(10)和半圆环状贴片(12)以及矩形贴片(7)组成，半矩形环状贴片(10)和半圆环状贴片(12)相连接后，再与第一同轴馈线(8)或第二同轴线(13)的内导体相连接，矩形贴片(7)与三者不连接。

作为进一步的改进方案，所述第一环天线和第二环天线之间具有高度差。

作为进一步的改进方案，所述第二基板(2)与第三基板(3)都开有长槽(14、15)，用于二者的正交组装。

作为进一步的改进方案，所述第二基板(2)和第三基板(3)四角都设置插脚(16)，用于插入第一基板(1)和铜反射板(4)上对应的插孔内以固定连接。

作为进一步的改进方案，所述第一环天线与第二环天线的高度差为2.1mm。

作为进一步的改进方案，所述第一贴片层图形和第二贴片层图形具有重叠部分，用于产生耦合调谐电容。采用该技术方案，基板顶部的中部会形成耦合调谐电容，使得矩形环天线上的电流更加趋于稳定。

作为进一步的改进方案，所述第一基板(1)的尺寸为45*45*0.8mm，第二基板(2)的尺寸为1*32.5*10mm,第三基板(3)的尺寸为32.5*1*12.1mm，辐射贴片(5)的尺寸为25*25mm，铜反射板的尺寸为100*100*1mm。

作为进一步的改进方案，半矩形环状贴片(9)与半矩形环状贴片(10)构成一个大的矩形环天线，1/4圆环状贴片(11)与半圆环状贴片(12)构成一个小的圆环天线，利用环天线本身具有感性，以此来中和低剖面天线中由于辐射贴片靠近地时产生的强耦合电容，形成一个谐振电路，来达到扩展带宽的有益效果。

作为进一步的改进方案，半矩形环状贴片(9)与半矩形环状贴片(10)大小相同，总长为38.6mm，圆环状贴片的内径为0.75mm，外径为1.15mm。

作为进一步的改进方案，所述第一基板(1)、第二基板(2)和第三基板(3)采用Rogers RO4003基板。

上述技术方案中，所述辐射贴片(5)置于第一基板(1)的上表面，与馈电部分不连接；所述铜反射板(4)相当于地面，与馈电部分不相连接，用于增强天线的定向性；

上述技术方案中，第三基板(3)上的贴片层分布与连接方式与第二基板(2)的贴片层完全相同。也即，第三基板(3)上的印刷贴片层是由第二基板(2)上的印刷贴片层旋转90°后，再向上移动一定高度所得；

与现有技术相比较，采用本发明的技术方案，在相同频段内比普通基站天线的尺寸要小，且没有额外的支撑结构，不用添加多余的谐振结构。与传统基站天线利用巴伦结构作为馈电单元不同，本发明采用两个环天线垂直交叉结构作为馈电单元，使得其辐射单元到地面的距离从传统基站天线的0.25λ减小至0.14λ；同时，传统低剖面双极化天线利用差分馈电以达到低剖面特性，本发明与之不同，本发明在单个极化方面上只有一个馈电点，采用单端口馈电，在减少工艺复杂程度和成本的基础上，使其更加简易化和小型化，实现传统基站天线的真正意义上的低剖面设计。

附图说明

图1是本发明低剖面高隔离度双极化基站天线的总体结构图。

图2是本发明一种优选实施方式中双极化基站天线+45°方向上(第一环天线)的三维馈电结构图，其中，a为前视图，b为后视图，c为左视图。

图3是本发明一种优选实施方式中双极化基站天线-45°方向上(第二环天线)的三维馈电结构图，其中，a为前视图，b为后视图，c为左视图。

图4是本发明低剖面高隔离度双极化基站天线的等效电路图。

图5是本发明一种优选实施方式中双极化基站天线S参数示意图。

图6是本发明一种优选实施方式中双极化基站天线的2D方向图。

图7是本发明一种优选实施方式中双极化基站天线的交叉极化示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。

参见图1、2、3，所示为本发明公开了一种低剖面高隔离度双极化基站天线，采用新型馈电方式。该天线包括第一基板1、铜反射板4、设置在该第一基板1上表面的辐射贴片5以及设置在该第一基板1与铜反射板4之间的馈电部分；其中：

所述馈电部分至少包括第二基板2和第三基板3，所述第二基板2和第三基板3以±45°相互垂直交叉并以平面垂直的方式与所述第一基板1和铜反射板4固定连接；所述第二基板2和第三基板3设置相同贴片层并分别形成第一环天线和第二环天线，所述第一环天线和第二环天线以±45°相互垂直；所述第一同轴馈线8和第二同轴线13分别与所述第一环天线和第二环天线电气连接；

所述第一环天线或第二环天线的贴片层图形包括设置在基板一面的第一贴片层图形(参见图2-a)以及基板另一面的第二贴片层图形(参见图2-b)，其中，第一贴片层图形由半矩形环状贴片9、1/4圆环状贴片11以及矩形贴片6组成，半矩形环状贴片9与1/4圆环状贴片11相连接，再与第一同轴馈线8或第二同轴线13的外导体相接，矩形贴片6与三者不连接；第二贴片层图形由半矩形环状贴片10和半圆环状贴片12以及矩形贴片7组成，半矩形环状贴片10和半圆环状贴片12相连接后，再与第一同轴馈线8或第二同轴线13的内导体相连接，矩形贴片7与三者不连接。

上述技术方案中，第一基板1置于上方，铜反射板4置于下方，第二基板2和第三基板3以±45°垂直交叉形式置于第一基板1与铜反射板4之间，空间结构为第一基板1与第二基板2、第三基板3共同相接，再与铜反射板4相接；

铜反射板4相当于地面，与馈电部分不相连接，作用是增强天线的定向性；第三基板3上的印刷贴片层是由第二基板2上的印刷贴片层旋转90°后，再向上移动一定高度H所得，即基板3的印刷贴片层分布与基板2的一致，其中H为2.1mm。

采用上述技术方案，采用环天线对矩形辐射贴片进行馈电，其方向图的形成可以如此理解：矩形贴片在E平面上的辐射方向图是8字形，在H平面上的辐射方向图是O字形，而环天线的辐射方向图在E平面上是O字形，在H平面上是8字形。在等功率、等相位下共激发的情况，得到的辐射方向图在E面和H面具有与正常基站天线所需辐射方向图相同的特点。更重要的是，背辐射被显著抑制，这在蜂窝通信中是非常理想的。

参见图4，所示为本发明基于新型馈电方式的低剖面高隔离双极化基站天线的简易等效电路图，其中R、L、C为辐射贴片的等效电阻、电感和电容，由于传统的基站天线在减小辐射贴片距离地的高度时，会与地面产生强耦合电容C1、C2，从而影响天线的性能，本发明所述馈电部分由环天线及矩形贴片组成，利用环天线本身具有感性，产生电感L1、L2，以此来中和低剖面天线中由于辐射贴片靠近地时产生的强耦合电容，其中L1用来中和+45°方向的强耦合电容C1，L2用来中和-45°方向上的强耦合电容C2，以此形成一个谐振电路，实现超宽带和低剖面有益效果。

本发明优点进一步可以通过仿真结果说明：

参见图5，所述±45°双极化基站天线的工作频段为3.24-3.94GHz,在此工作频段内的隔离度S12<-35dBi,具有很高的隔离度；

参见图6，所述±45°双极化基站天线在整个工作带宽内的半功率波束带宽为60±2°，增益大于9.5dBi，说明天线在具有稳定的方向图带宽的同时具有较高的增益，符合基站天线的设计要求；

参见图7，所述±45°双极化基站天线的在主辐射方向上的交叉极化XPD<-30dBi，具有较低的交叉极化。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，该天线包括第一基板(1)、铜反射板(4)、设置在该第一基板(1)上表面的辐射贴片(5)以及设置在该第一基板(1)与铜反射板(4)之间的馈电部分；其中：

所述馈电部分至少包括第二基板(2)和第三基板(3)，所述第二基板(2)和第三基板(3)以±45°相互垂直交叉并以平面垂直的方式与所述第一基板(1)和铜反射板(4)固定连接；所述第二基板(2)和第三基板(3)设置相同贴片层并分别形成第一环天线和第二环天线，所述第一环天线和第二环天线以±45°相互垂直；所述第一同轴馈线(8)和第二同轴线(13)分别与所述第一环天线和第二环天线电气连接；

所述第一环天线或第二环天线的贴片层图形包括设置在基板一面的第一贴片层图形以及基板另一面的第二贴片层图形，其中，第一贴片层图形由半矩形环状贴片(9)、1/4圆环状贴片(11)以及矩形贴片(6)组成，半矩形环状贴片(9)与1/4圆环状贴片(11)相连接，再与第一同轴馈线(8)或第二同轴线(13)的外导体相接，矩形贴片(6)与三者不连接；第二贴片层图形由半矩形环状贴片(10)和半圆环状贴片(12)以及矩形贴片(7)组成，半矩形环状贴片(10)和半圆环状贴片(12)相连接后，再与第一同轴馈线(8)或第二同轴线(13)的内导体相连接，矩形贴片(7)与三者不连接。

2.根据权利要求1所述的低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，所述第一环天线和第二环天线之间具有高度差。

3.根据权利要求1或2所述的低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，所述第二基板(2)与第三基板(3)都开有长槽(14、15)，用于二者的正交组装。

4.根据权利要求1或2所述的低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，所述第二基板(2)和第三基板(3)四角都设置插脚(16)，用于插入第一基板(1)和铜反射板(4)上对应的插孔内以固定连接。

5.根据权利要求1或2所述的低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，所述第一环天线与第二环天线的高度差为2.1mm。

6.根据权利要求1或2所述的低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，所述第一贴片层图形和第二贴片层图形具有重叠部分，用于产生耦合调谐电容。

7.根据权利要求1或2所述的低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，所述第一基板(1)的尺寸为45*45*0.8mm，第二基板(2)的尺寸为1*32.5*10mm,第三基板(3)的尺寸为32.5*1*12.1mm，辐射贴片(5)的尺寸为25*25mm，铜反射板的尺寸为100*100*1mm。

8.根据权利要求1或2所述的低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，半矩形环状贴片(9)与半矩形环状贴片(10)构成一个大的矩形环天线，1/4圆环状贴片(11)与半圆环状贴片(12)构成一个小的圆环天线，利用环天线本身具有感性，以此来中和低剖面天线中由于辐射贴片靠近地时产生的强耦合电容，形成一个谐振电路。

9.根据权利要求1或2所述的低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，半矩形环状贴片(9)与半矩形环状贴片(10)大小相同，总长为38.6mm，圆环状贴片的内径为0.75mm，外径为1.15mm。

10.根据权利要求1或2所述的低剖面高隔离度双极化基站天线，其特征在于，所述第一基板(1)、第二基板(2)和第三基板(3)采用Rogers RO4003基板。

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