CN111600115B - 宽带双频的双极化滤波基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带双频的双极化滤波基站天线，主要解决现有技术无法同时满足2G、3G、4G和5G通信的问题。其包括辐射贴片(1)，馈电结构(2)、介质板(3)、同轴线(4)、反射板(5)和覆层(6)，覆层固定在介质板的上方，馈电结构和辐射贴片分别印制在介质板的上下表面，反射板位于介质板的下方；辐射贴片的边缘带有鼠耳型枝节A，中间设有宽度渐变的微带线B；覆层包括介质基板(61)和圆形金属贴片(62)，圆形金属贴片包括圆环和四叶圆,且印制在介质基板下表面，本发明可覆盖1.65‑2.7GHz与3.4‑3.6GHz双频工作频段，辐射方向图稳定，能有效滤除干扰信号，可用于2G、3G、4G和5G通信系统。

Description

宽带双频的双极化滤波基站天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种双极化滤波基站天线，可用于5G无线通信。

背景技术

随着信息时代的蓬勃发展，为了满足人们高速化，大容量，低延时的通信需求，通信设备迅速更新迭代。而基站天线作为连接终端用户的媒介，在移动通信系统中扮演着重要的角色，为社会的发展作出了巨大的贡献。随着“万物互联”的物联网和大数据等新概念被提出，5G通信技术应运而生，国内的5G商用技术的频段主要集中于sub6波段，为了节约站址资源，提升空间资源利用率，站址复用技术将在5G基站的架设过程中进行普及，其关键要求在于5G基站天线与传统4GLTE天线具备一定的兼容性。

目前2G、3G、4G系统的频段集中于1710-2690MHz，而国内三家通信运营商的5G商用频段分别是2515-2675MHz和3.4-3.6GHz。因此研究出一款覆盖现有2G、3G、4G和5G通信频段的宽带基站天线能够有效解决基站兼容性问题。宽带双频基站天线不仅可以实现站址复用，而且具备多系统天线复用的潜力。

站址复用技术会导致相邻通信系统的信号产生三阶交调干扰，具备滤波特性的基站天线可以滤除干扰，使得双频宽带基站天线在4G和5G频段均保持良好的信号收发能力。

然而，目前宽带基站天线的研究主要集中在2G、3G和4G频段，例如授权公告号为CN110676579 A，名称为”一种平面扩频宽带基站天线”的中国专利，公开了一种工作频段覆盖1390-2710MHz的双极化偶极子天线，该天线的辐射体为菱形贴片结构，通过刻蚀直角缝隙获得宽带特性，适用于2G、3G和4G通信系统。又如授权公告号为CN 110600863A，名称为“一种具有c形槽的三模宽带双极化基站天线”的中国专利，公开了一种工作频段覆盖1.29-2.34GHz的双极化偶极子天线，该天线通过在正方形辐射贴片上刻蚀C形槽来获得宽带特性。

以上两种天线虽然其低频性能较好，但是由于工作频段均没有包含5G频段，因而无法应用于5G通信系统。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有基站天线的不足，提出一种宽带双频的双极化滤波基站天线，以将其工作频段扩展到能覆盖1.65-2.7GHz与3.4-3.6GHz双频范围内，满足5G无线通信的需求。

为实现上述目的，本发明宽带双频的双极化滤波基站天线，包括辐射贴片，馈电结构、介质板、同轴线和反射板，馈电结构和辐射贴片分别印制在介质板的上下表面，反射板位于介质板的下方，同轴线与馈电结构相连接，其特征在于：

辐射贴片，其包括第一辐射片、第二辐射片、第三辐射片和第四辐射片，这四个辐射片的结构相同，并以介质板的中心点呈旋转对称分布，形成环形结构；该第一辐射片和第三辐射片构成+45°极化辐射臂，该第二辐射片和第四辐射片构成-45°极化辐射臂；每个辐射片的弧形边缘带有鼠耳型枝节，中间设有宽度渐变的微带线；

介质板的上方固定有覆层，以实现对辐射贴片的阻抗调节，该覆层为双层结构，包括介质基板和圆形金属贴片，圆形金属贴片印制在介质基板的下表面；

进一步，所述馈电结构包括第一Y型馈电线、第二Y型馈电线，所述第一Y型馈电线和第二Y型馈电线呈垂直分布，且第二Y型馈电线有弯折，该第一Y型馈电线用于给+45°极化辐射臂馈电，第二Y型馈电线用于给-45°极化辐射臂馈电。

进一步，所述同轴线包含第一同轴线和第二同轴线，该第一同轴线的内导体与第一Y型馈电线连接，该第二同轴线的内导体与第二Y型馈电线连接，第一同轴线的外导体与第一辐射片连接，第二同轴线的外导体与第二辐射片连接。

进一步，所述圆形金属贴片包括圆环和四叶圆，四叶圆内嵌于圆环之中，并以微带线连接圆环，该四叶圆由四个圆片部分交叠形成。

本发明的有益效果：

(1)本发明辐射贴片由四个辐射片构成，辐射片采用环形结构，使得天线更加紧凑，同时由于每个辐射片带有鼠耳型枝节，使得辐射片能够同时产生高频和低频谐振，从而实现工作频段覆盖1.65-2.7GHz和3.4-3.6GHz的双频辐射性能，且两个端口的隔离度大于30dB，可适用于2G、3G、4G系统和5G系统。

(2)本发明由于介质基板和圆形金属贴片构成覆层，通过圆形金属贴片可以调节天线阻抗，提高增益，拓展工作带宽，提升了天线的工作性能。

(3)本发明由于在辐射贴片的中间设有渐变微带线，不仅增加了主极化电场分量，提升天线交叉极化隔离度，而且能调节阻抗，拓展工作带宽。

仿真结果表明，本发明能够在高频段和低频段之间产生高驻波点和低增益点，能够有效滤除干扰，从而实现两个频带之间的信号隔离。

附图说明

图1是本发明的3D结构示意图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明中的环形辐射贴片俯视图；

图4是本发明中的Y型馈电结构示意图；

图5是本发明中的覆层示意图；

图6是本发明中的圆形金属贴片示意图；

图7是本发明的模拟仿真远场H面和V面方向图：

图8为本发明的鼠耳枝节长度和环形贴片耦合边长度对驻波的影响示意图；

图9为本发明的驻波与隔离度示意图；

图10为本发明各频点增益仿真示意图.

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例和效果作进一步详细描述：

参照图1和图2，本实例提供的宽带双频的双极化滤波基站天线，包括辐射贴片1，馈电结构2、介质板3、同轴线4、反射板5和覆层6，覆层6固定介质板3的上方，同轴线4与馈电结构2相连接，馈电结构2和辐射贴片1分别印制在介质板3的上下表面，反射板5位于介质板3的下方，且与介质板3的距离D为0.2-0.5λ，本实例取但不限于D＝0.25λ，其中λ为该基站天线低频中心频率2.2GHz在自由空间的波长。

参照图3，所述辐射贴片1，其包括第一辐射片11、第二辐射片12、第三辐射片13和第四辐射片14，这四个辐射片的结构相同，大小尺寸也相同，并以介质板3的中心点呈旋转对称分布，形成环形结构；该第一辐射片11和第三辐射片13构成+45°极化辐射臂，该第二辐射片12和第四辐射片14构成-45°极化辐射臂；每个辐射片的弧形边缘带有鼠耳型枝节A，该枝节使得辐射片能够同时产生高频和低频谐振，图8所示，从而实现工作频段覆盖1.65-2.7GHz和3.4-3.6GHz的双频辐射性能，且驻波小于1.5，可完全覆盖2G、3G、4G系统和5G系统的工作频段；辐射贴片1的中间设有宽度渐变的微带线B，用于调节阻抗。该鼠耳型枝节A和宽度渐变的微带线B的边缘均由二次贝塞尔函数曲线绘制而成，以增加主极化电场分量，提升天线交叉极化隔离度，拓展工作带宽。

参照图4和图5，所述覆层6为双层结构，其包括介质基板61和圆形金属贴片62，且与介质板3上表面的距离为D1为5mm-9mm，本实例取但不限于D1＝8mm。圆形金属贴片62印制在介质基板61的下表面；介质基板61采用高频板材RO4350B，厚度为0.762，相对介电常数为3.45，双层介质基板61的间距D2为4-9mm，本实例取但不限于D2＝6mm。所述圆形金属贴片62包括圆环621和四叶圆622，四叶圆622由四个圆片部分交叠形成，且内嵌于圆环621之中，并以微带线连接圆环621。

参照图6，所述馈电结构2包括第一Y型馈电线21、第二Y型馈电线22；所述同轴线4包含第一同轴线41和第二同轴线42。该第一Y型馈电线21与第二Y型馈电线22呈垂直分布，且第二Y型馈电线22有弯折，其中第一Y型馈电线21用于给+45°极化辐射臂馈电，该第二Y型馈电线22用于给-45°极化辐射臂馈电。该第一同轴线41的内导体与第一Y型馈电线21连接，该第二同轴线42的内导体与第二Y型馈电线22连接，第一同轴线41的外导体与第一辐射片11连接，第二同轴线42的外导体与第二辐射片12连接。

本实例的效果可以通过以下仿真进一步说明：

一.仿真条件

本实施例的仿真软件为HFSS15电磁仿真软件。

二.仿真内容

仿真1，对本实例的远场辐射方向图进行仿真，并观察本发明在工作频段内的辐射性能，结果如图7所示。其中：

图7(a)为本实例在1.7GHz的H面和V面辐射方向图；

图7(b)为本实例在2.2GHz的H面和V面辐射方向图；

图7(c)为本实例在2.7GHz的H面和V面辐射方向图；

图7(d)为本实例在3.4GHz的H面和V面辐射方向图；

图7(e)为本实例在3.5GHz的H面和V面辐射方向图；

图7(f)为本实例在3.6GHz的H面和V面辐射方向图。

图7表明，在工作频带内，本实例的辐射方向图稳定，交叉极化隔离度高。

仿真2，对本实例的驻波影响参数进行仿真，观察鼠耳型枝节和辐射贴片耦合边对本实例驻波的影响，以获取最佳的驻波系数，结果如图8所示。其中：

图8(a)为鼠耳型枝节长度pl对端口驻波的影响示意图；

图8(b)为辐射贴片耦合边长度l对端口驻波的影响示意图。

图8表明，本实例使用的鼠耳型枝节和辐射贴片耦合边对整个天线的端口驻波有明显的调节作用。

仿真3，对本实例的驻波和端口隔离度进行仿真，结果如图9所示，其中：

图9(a)为本实例两个端口的驻波示意图，图9(b)为本实例的端口隔离度示意图；图9仿真结果表明，在1.65-2.7GHz和3.4-3.6GHz的工作频段内，本实例两个端口的驻波均小于1.5，且两个端口的隔离度均小于30dB,可适用于2G、3G、4G和5G通信系统。

仿真4，对本实例的增益进行仿真，结果如图10所示，其中：

图10为本实例的增益示意图；

图10仿真结果表明，本实例在1.65-2.7GHz的增益值为8.2±0.2dB，在3.4-3.6GHz的增益值为7.6±0.9dB，同时在高频和低频之间产生低增益点，能够有效滤除干扰。

Claims (5)

1.一种宽带双频的双极化滤波基站天线，包括辐射贴片(1)，馈电结构(2)、介质板(3)、同轴线(4)和反射板(5)，馈电结构(2)和辐射贴片(1)分别印制在介质板(3)的上下表面，反射板(5)位于介质板(3)的下方，同轴线(4)与馈电结构(2)相连接，其特征在于：

辐射贴片(1)，其包括第一辐射片(11)、第二辐射片(12)、第三辐射片(13)和第四辐射片(14)，这四个辐射片的结构相同，并以介质板(3)的中心点呈旋转对称分布，形成环形结构；该第一辐射片(11)和第三辐射片(13)构成+45°极化辐射臂，该第二辐射片(12)和第四辐射片(14)构成-45°极化辐射臂；每个辐射片的弧形边缘带有鼠耳型枝节(A)，中间设有宽度渐变的微带线(B)；鼠耳型枝节(A)包括两条末端连接的弧形边缘；微带线(B)通过在辐射片上设置两条对称的弧形开槽实现，微带线(B)的两条弧形边缘不相连接；且该鼠耳型枝节(A)与宽度渐变的微带线(B)的边缘均由二次贝塞尔函数曲线绘制而成；

介质板(3)的上方固定有覆层(6)，以实现对辐射贴片的阻抗调节，该覆层(6)为双层结构，每层覆层均包括介质基板(61)和圆形金属贴片(62)，圆形金属贴片(62)印制在介质基板(61)的下表面；所述圆形金属贴片(62)包括圆环(621)和四叶圆(622)，四叶圆(622)由四个圆片部分交叠形成，且内嵌于圆环(621)之中，并以微带线连接于圆环(621)。

2.根据权利要求书1所述的基站天线，其特征在于：反射板(5)与介质板(3)下表面的距离为0.2λ-0.5λ，其中λ为该基站天线低频中心频率2.2GHz在自由空间的波长。

3.根据权利要求书1所述的基站天线，其特征在于：馈电结构(2)包括第一Y型馈电线(21)、第二Y型馈电线(22)，所述第一Y型馈电线(21)和第二Y型馈电线(22)呈垂直分布，且第二Y型馈电线(22)有弯折，该第一Y型馈电线(21)用于给+45°极化辐射臂馈电，第二Y型馈电线(22)用于给-45°极化辐射臂馈电。

4.根据权利要求书3所述的基站天线，其特征在于：同轴线(4)包含第一同轴线(41)和第二同轴线(42)，该第一同轴线(41)的内导体与第一Y型馈电线(21)连接，该第二同轴线(42)的内导体与第二Y型馈电线(22)连接，第一同轴线(41)的外导体与第一辐射片(11)连接，第二同轴线(42)的外导体与第二辐射片(12)连接。

5.根据权利要求书1所述的基站天线，其特征在于：所述覆层(6)的下层与介质板(3)上表面的距离为5mm-9mm。

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