CN111653869B - 一种贴片加载的宽带双极化基站天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种贴片加载的宽带双极化基站天线，包括：第一宽带巴伦结构、第二宽带巴伦结构，金属贴片及反射板；所述第一宽带巴伦结构、第二宽带巴伦结构与所述反射板连接；其中，所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构与所述反射板垂直且相互正交；所述金属贴片位于所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构的上方。本发明通过巴伦结构耦合激励可以引入新的谐振模式，从而拓展天线的带宽；采用馈电结构与辐射单元一体化设计，通过加载贴片拓展天线带宽，可以简化天线的设计；在实现宽的工作频带的同时，具有高增益、高隔离度、低交叉极化的特点且能够实现稳定的辐射方向图特性。

Description

一种贴片加载的宽带双极化基站天线
技术领域
本发明涉及基站天线技术领域，尤其是涉及一种贴片加载的宽带双极化基站天线。
背景技术
随着通信系统技术和基站天线的不断发展，网络覆盖越来越完善，网络质量也逐步提升。我国的基站天线产业也有了稳步发展，如今基站天线市场的发展势头正猛，前景广阔。
随着第五代移动通信(5G)的到来，对天线的带宽等有更高的要求，尤其是对于在宽带下天线仍要具备稳定的方向图、增益及较低的交叉极化性能，这无疑增加了天线的设计难度。
对于天线的尺寸，在宽带的条件下还要满足小型化的需求，很难做到，采用天线进行组阵的设计方案，可以使天线获得高的增益，但这也增加了天线设计的横截面积。双极化天线组合了两幅极化方向相互正交的天线，并能同时工作在收发双工的模式下，具有允许通信系统采用极化分集技术、改善端口隔离度并提高通信质量的优势，同时也可有效减少天线的数量，降低生产成本、节约使用空间。
因此，设计具有宽带、高增益、高隔离度、低交叉极化特点且能够实现稳定辐射方向图等特性的基站天线是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种贴片加载的宽带双极化基站天线，以解决现有基站天线结构复杂、天线工作频带窄的技术问题。
本发明的目的，可以通过如下技术方案实现：
一种贴片加载的宽带双极化基站天线，包括：第一宽带巴伦结构、第二宽带巴伦结构，金属贴片及反射板；所述第一宽带巴伦结构、第二宽带巴伦结构与所述反射板连接；
其中，所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构与所述反射板垂直且相互正交；
所述金属贴片位于所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构的上方。
可选地，所述第一宽带巴伦结构包括第一介质基板、第一接地平面与第一馈线；其中，所述第一接地平面为印刷在所述第一介质基板背面的金属，所述第一馈线印刷在所述第一介质基板的正面，所述第一宽带巴伦结构的上端设有凹陷部，其下端设有第一宽带巴伦结构插块。
可选地，所述第二宽带巴伦结构包括第二介质基板、第二接地平面和第二馈线；其中，所述第二接地平面为印刷在所述第二介质基板背面的金属，所述第二馈线印刷在所述第二介质基板的正面，所述第二宽带巴伦结构的下端设有槽，其下端设有第二宽带巴伦结构插块。
可选地，所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构通过所述凹陷部、所述槽连接。
可选地，所述反射板包括第三介质基板和第三接地平面，所述第三接地平面印刷在所述第三介质基板的背面。
可选地，所述反射板的中间开设有插槽，所述第一宽带巴伦结构通过所述第一宽带巴伦结构插块与所述反射板连接，所述第二宽带巴伦结构通过所述第二宽带巴伦结构插块与所述反射板连接。
可选地，所述第一接地平面、所述第二接地平面由两个背靠背的U型金属平面构成。
可选地，所述金属贴片为多边形结构。
可选地，所述金属贴片上设有开槽，所述开槽为矩形。
可选地，所述金属贴片与所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构的相对位置是可变的。
本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线，包括：一种贴片加载的宽带双极化基站天线，包括：第一宽带巴伦结构、第二宽带巴伦结构，金属贴片及反射板；所述第一宽带巴伦结构、第二宽带巴伦结构与所述反射板连接；其中，所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构与所述反射板垂直且相互正交；所述金属贴片位于所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构的上方。
本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线，带来的有益效果是：
(1)基站天线利用巴伦结构辐射可形成双极化辐射特性，金属贴片置于巴伦结构上方，通过巴伦结构耦合激励可以引入新的谐振模式从而拓展天线的带宽。
(2)基站天线利用巴伦结构辐射，采用馈电结构与辐射单元一体化设计，通过加载贴片拓展天线带宽，可以简化天线的设计。
(3)基站天线可以通过调节巴伦辐射结构、金属贴片的尺寸及其相对位置，从而控制天线的谐振模式，因此，可以根据不同的需求，灵活设计覆盖所需的频段。
(4)基站天线可实现宽的工作频带，同时，在工作频带内具有高增益、高隔离度、低交叉极化的特点，且能够实现稳定的辐射方向图特性。
附图说明
图1为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的结构示意图；
图2为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的第一宽带巴伦机构的正面示意图；
图3为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的第一宽带巴伦机构的反面示意图；
图4为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的第二宽带巴伦机构的正面示意图；
图5为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的第二宽带巴伦机构的反面示意图；
图6为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的第一宽带巴伦机构的侧视示意图；
图7为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的第二宽带巴伦机构的侧视示意图；
图8为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的反射板的正面示意图；
图9为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的反射板的反面示意图；
图10为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的金属贴片示意图；
图11为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的反射系数图；
图12为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的的增益图；
图13为本发明提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的辐射方向图。
图中，1发射板，2第一宽带巴伦结构，3第二宽带巴伦结构，4金属贴片，5第一介质基板，6第一接地平面，7第一馈线，8第一馈线下端，9凹陷部，10第一宽带巴伦结构插块，11第二介质基板，12第二接地平面，13第二馈线，14第二馈线下端，15槽，16第二宽带巴伦结构插块，17U型金属平面，18插槽，19第三接地平面，20开槽，21边角，22第一端口，23第二端口。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种贴片加载的宽带双极化基站天线，以解决现有基站天线结构复杂、天线工作频带窄的技术问题。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例提供了一种贴片加载的宽带双极化基站天线，包括：第一宽带巴伦结构2、第二宽带巴伦结构3，金属贴片4及反射板1；所述第一宽带巴伦结构2、第二宽带巴伦结构3与所述反射板1连接；其中，所述第一宽带巴伦结构2、所述第二宽带巴伦结构3与所述反射板1垂直且相互正交；所述金属贴片4位于所述第一宽带巴伦结构2、所述第二宽带巴伦结构3的上方。
请参阅图1至图13，本发明实施例一种贴片加载的宽带双极化基站天线，其中，图1表示本发明实施例提供的贴片加载的宽带双极化基站天线的结构示意图，基站天线包括反射板1、第一宽带巴伦结构2、第二宽带巴伦结构3和两组金属贴片4，第一宽带巴伦结构2、第二宽带巴伦结构3与反射板1垂直且相互正交，利用巴伦结构辐射可形成双极化辐射特性，金属贴片4置于第一宽带巴伦结构2、第二宽带巴伦结构3的上方且正交摆放，通过巴伦结构耦合激励可以引入新的谐振模式，从而拓展天线的带宽。
具体的，本发明实施例中，第一宽带巴伦结构2包括第一介质基板5、第一接地平面6与第一馈线7，第一接地平面6为印刷在第一介质基板5背面的金属，第一馈线7印刷在第一介质基板5的正面，第一宽带巴伦结构2的上端设有凹陷部9，其下端设有第一宽带巴伦结构插块10，在第一馈线7的第一馈线下端8处设置有第一端口22，第一馈线7的第一馈线下端8通过第一端口22与50欧姆同轴线相连，第一第一介质基板5为FR4材质，介电常数为4.4，损耗正切为0.02。
具体的，本发明实施例中，第二宽带巴伦结构3包括第二介质基板11、第二接地平面12与第二馈线13，第二接地平面12为印刷在第二介质基板11背面的金属，第二馈线13印刷在第二介质基板11的正面，第二宽带巴伦结构3的上端设有槽15，其下端设有第二宽带巴伦结构插块16，在第二馈线13的第二馈线下端14处设置有第二端口23，第二馈线13的第二馈线下端14通过第二端口23与50欧姆同轴线相连，第二介质基板5为FR4材质，介电常数为4.4，损耗正切为0.02。
本发明实施例中的第一宽带巴伦结构2、第二宽带巴伦结构3通过所述凹陷部9、槽15连接；本发明实施例中的第一宽带巴伦结构2、第二宽带巴伦结构3与传统巴伦结构不同，第一宽带巴伦结构2的第一接地平面6与第一介质基板5为一体化设计，第二宽带巴伦结构3的第一接地平面12与第一介质基板11为一体化设计，本发明实施例中宽带巴伦结构的接地平面与辐射单元为一体化设计，相当于偶极子天线，可以使其具有辐射特性。
具体的，本发明实施例中，第一宽带巴伦结构2、第二宽带巴伦结构3垂直反射板1且相互正交，第一宽带巴伦结构2的底部具有凸起的第一宽带巴伦结构插块10、第二宽带巴伦结构3的底部具有凸出的第二宽带巴伦结构插块16，第一宽带巴伦结构2通过第一宽带巴伦结构插块10与反射板1中间的插槽18相连接，第二宽带巴伦结构3通过第二宽带巴伦结构插块16与反射板1中间的插槽18相连接，便于安装。
具体的，本发明实施例中，反射板1由第三介质基板制成，第三介质基板背面印刷金属贴片作为第三接地平面19，第三介质基板为FR4材质，介电常数为4.4，损耗正切为0.02，反射板1中央具有两组插槽。
具体的，本发明实施例中，第一宽带巴伦结构2的第一接地平面6由一对背靠背U型金属平面构成；第二宽带巴伦结构3的第二接地平面12由一对背靠背U型金属平面构成。U型金属平面的上臂部分相当于偶极子的两臂，等效于偶极子辐射，可通过改变其尺寸控制基站天线的谐振模式。
具体的，本发明实施例中，第一宽带巴伦结构2与第二宽带巴伦结构3上方的正交放置的两组金属贴片4为多边形结构，金属贴片4通过辐射巴伦耦合激励，可以产生新的谐振模式，从而拓展天线的带宽。利用巴伦结构辐射形成双极化辐射特性，辐射巴伦结构可以有不同形式。
具体的，本发明实施例中，加载的金属贴片4能够提供容性补偿，可以改善天线的阻抗匹配特性；两组金属贴片4可以是不同的形状，如矩形、菱形、椭圆形等；金属贴片4的上面开设矩形槽，可以进一步改善天线低频段的阻抗匹配特性，同时金属贴片上设置的开槽20也可以有多种形状，包括但不限于矩形槽。金属贴片4可以引入新的谐振模式，可以通过调节其尺寸控制引入的谐振模式的工作频点。
具体的，本发明实施例中，可改变金属贴片4与第一宽带巴伦结构2、第二宽带巴伦结构3的相对位置，从而改变金属贴片与巴伦结构之间的耦合强度及容性大小，因此能够调节基站天线的阻抗匹配特性。
本发明实施例提供的贴片加载的宽带双极化基站天线，包括两个宽带巴伦结构，两组开槽金属贴片及反射板；其中，两个宽带巴伦结构与反射板垂直且相互正交，利用巴伦结构辐射可形成双极化辐射特性，金属贴片置于巴伦结构上方，通过巴伦结构耦合激励可以引入新的谐振模式从而拓展天线的带宽。
本发明实施例提供的贴片加载的宽带双极化基站天线，该基站天线的宽带巴伦结构与传统的巴伦结构不同，其接地平面与辐射单元为一体化设计，可以使其具有辐射特性；该基站天线的宽带巴伦结构呈感性，加载的金属贴片能够提供容性补偿，可以改善天线的阻抗匹配特性。此外，金属贴片开槽可以进一步改善天线的阻抗匹配特性；该基站天线的反射板由介质基板制成，介质基板的背面印刷金属作为接地平面；该基站天线的两组金属贴片置于巴伦结构上方且正交摆放，通过宽带巴伦耦合激励可以引入新的谐振模式，从而可以拓展天线的带宽。
本发明实施例提供的贴片加载的宽带双极化基站天线，利用巴伦结构辐射形成双极化辐射特性，辐射巴伦结构可以有不同的形状；两组金属贴片可以是不同的形状，如矩形、菱形、椭圆形等，同时金属贴片上设置的开槽也可以有多种形状，包括但不限于矩形槽。
本发明实施例提供的贴片加载的宽带双极化基站天线，利用巴伦结构辐射可形成双极化辐射特性，金属贴片置于巴伦结构上方，通过巴伦结构耦合激励可以引入新的谐振模式从而拓展天线的带宽。
本发明实施例提供的贴片加载的宽带双极化基站天线，利用巴伦结构辐射，采用馈电结构与辐射单元一体化设计，通过加载贴片拓展天线带宽，可以简化天线的设计。
本发明实施例提供的贴片加载的宽带双极化基站天线，可以通过调节巴伦辐射结构与金属贴片的尺寸，控制天线的谐振模式，可以根据不同的需求，灵活设计覆盖所需的频段。
本发明实施例提供的贴片加载的宽带双极化基站天线，可实现宽的工作频带，同时，在工作频带内具有高增益、高隔离度、低交叉极化的特点且能够实现稳定的辐射方向图特性。
具体实例如下：
请参阅图11，图11所示为本发明实施例提供的基站天线的反射系数随频率的变化结果图，S11表示第一端口的回波损耗，S22表示第二端口的回波损耗。从图中结果可知，本发明实施例提供的基站天线，其阻抗匹配特性良好，第一端口的-15dB阻抗带宽为54％(3.04-5.28GHz)，端口2的-15dB阻抗带宽为54％(3.03-5.28GHz)，可见两个端口具有较高的一致性，能够覆盖5G通信的Sub-6 GHz频段，适用于Sub-6 GHz通信的基站天线应用。
请参阅图12，图12所示为本发明实施例提供的基站天线的增益随频率的变化结果图，由图中结果可以看出，本发明实施例提供的基站天线，在工作频带内(3.04-5.28GHz)的平均增益为9.0dBi，可见该基站天线具有较高且稳定的增益特性。
请参阅图13，图13所示为本发明实施例提供的基站天线在工作频点处的辐射方向图，其中，Co-pol表示主极化，X-pol表示交叉极化，Co-pol(xoz_plane)表示xoz平面的主极化，Co-pol(yoz_plane)表示yoz平面的主极化，X-pol(xoz_plane)表示xoz平面的交叉极化，X-pol(yoz_plane)表示yoz平面的交叉极化。可见，本发明实施例提供的基站天线，在工作频点处具有稳定的辐射方向图特性，xoz平面与yoz平面内的交叉交叉极化均在-20dB以下，具有较好的交叉极化抑制水平。
本发明实施例提供的贴片加载的宽带双极化基站天线，包括两个宽带巴伦结构、两组金属贴片及反射板。其中，两个宽带巴伦结构与反射板垂直且相互正交，利用巴伦结构辐射可形成双极化辐射特性，开槽金属贴片置于巴伦结构上方，通过巴伦结构的耦合激励可以引入新的谐振模式，从而拓展天线的带宽。本发明实施例可获得较大的工作带宽，同时能实现稳定的增益及良好的辐射方向图特性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种贴片加载的宽带双极化基站天线，其特征在于，包括：第一宽带巴伦结构、第二宽带巴伦结构，两组金属贴片及反射板；所述第一宽带巴伦结构、第二宽带巴伦结构与所述反射板连接；
其中，所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构与所述反射板垂直且相互正交；
所述两组金属贴片位于所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构的上方且正交摆放，所述两组金属贴片上设有开槽；所述两组金属贴片与所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构的相对位置是可变的；
所述第一宽带巴伦结构包括第一介质基板、第一接地平面与第一馈线；其中，所述第一接地平面为印刷在所述第一介质基板背面的金属，所述第一馈线印刷在所述第一介质基板的正面，所述第一宽带巴伦结构的上端设有凹陷部，其下端设有第一宽带巴伦结构插块；
所述第二宽带巴伦结构包括第二介质基板、第二接地平面和第二馈线；其中，所述第二接地平面为印刷在所述第二介质基板背面的金属，所述第二馈线印刷在所述第二介质基板的正面，所述第二宽带巴伦结构的下端设有槽，其下端设有第二宽带巴伦结构插块；
所述第一接地平面、所述第二接地平面由两个背靠背的U型金属平面构成。
2.根据权利要求1所述的贴片加载的宽带双极化基站天线，其特征在于，所述第一宽带巴伦结构、所述第二宽带巴伦结构通过所述凹陷部、所述槽连接。
3.根据权利要求1所述的贴片加载的宽带双极化基站天线，其特征在于，所述反射板包括第三介质基板和第三接地平面，所述第三接地平面印刷在所述第三介质基板的背面。
4.根据权利要求1所述的贴片加载的宽带双极化基站天线，其特征在于，所述反射板的中间开设有插槽，所述第一宽带巴伦结构通过所述第一宽带巴伦结构插块与所述反射板连接，所述第二宽带巴伦结构通过所述第二宽带巴伦结构插块与所述反射板连接。
5.根据权利要求1所述的贴片加载的宽带双极化基站天线，其特征在于，所述两组金属贴片为多边形结构。
6.根据权利要求1所述的贴片加载的宽带双极化基站天线，其特征在于，所述开槽为矩形。
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