CN111769355B - 一种应用于5g移动通信的三频基站天线 - Google Patents

一种应用于5g移动通信的三频基站天线 Download PDF

Info

Publication number
CN111769355B
CN111769355B CN202010711041.7A CN202010711041A CN111769355B CN 111769355 B CN111769355 B CN 111769355B CN 202010711041 A CN202010711041 A CN 202010711041A CN 111769355 B CN111769355 B CN 111769355B
Authority
CN
China
Prior art keywords
base station
parasitic coupling
station antenna
dielectric substrate
mobile communication
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010711041.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111769355A (zh
Inventor
安文星
赵文莉
马凯学
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN202010711041.7A priority Critical patent/CN111769355B/zh
Publication of CN111769355A publication Critical patent/CN111769355A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111769355B publication Critical patent/CN111769355B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种应用于5G移动通信的三频基站天线，包括主要辐射结构(200)和寄生耦合结构(100)；寄生耦合结构，悬置在主要辐射结构的上方；其中，主要辐射结构，包括第一介质基板(4)；第一介质基板(4)的顶面中部，印刷有纵向对称分布的两个阶梯型的偶极子(1)；两个偶极子(1)的横向左右两边，都间隔印刷有第一槽臂(2)和第二槽臂(3)；其中，寄生耦合结构，包括第二介质基板(9)；第二介质基板(9)上印刷有横向左右对称分布的、两个阶梯型的寄生耦合单元(5)。本发明通过加载寄生耦合单元，实现覆盖5G通信频段且向下兼容3G、4G移动通信频段的基站天线的设计。

Description

一种应用于5G移动通信的三频基站天线
技术领域
本发明涉及5G移动通信的天线技术领域，特别是涉及一种应用于5G移动通信的三频基站天线。
背景技术
目前，在移动通信覆盖中，作为无线接入系统的基站天线，随着通信系统的更替而改进，基站天线的性能，直接影响无线网络的整体性能。
传统的基站天线，在性能上对带宽、极化和增益稳定性的要求，提出了各式各样的天线结构，例如：磁电偶极子天线、缝隙天线、交叉偶极子天线等。
随着中国工信部公布5G移动通信频段，5G通信系统的商用已迫在眉睫。移动通信技术的不断发展，人们对于基站天线的要求也越来越严格，而传统的基站天线已不足以覆盖5G移动通信的工作频段。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种应用于5G移动通信的三频基站天线。
为此，本发明提供了一种应用于5G移动通信的三频基站天线，包括主要辐射结构和寄生耦合结构；
寄生耦合结构，悬置在主要辐射结构的上方；
其中，主要辐射结构，包括第一介质基板；
第一介质基板的顶面中部，印刷有纵向对称分布的两个阶梯型的偶极子；
两个偶极子的横向左右两边，都间隔印刷有第一槽臂和第二槽臂；
第一槽臂和第二槽臂呈纵向分布；
第一槽臂与两个偶极子的间距，小于第二槽臂与两个偶极子的间距；
其中，寄生耦合结构，包括第二介质基板；
第二介质基板上印刷有横向左右对称分布的、两个阶梯型的寄生耦合单元。
其中，第一介质基板的底部，设置有馈电结构；
馈电结构包括微带线、第一馈线和第二馈线；
纵向分布的微带线的内侧端，连接至第一馈线；
第二馈线一端接偶极子，另一端接反射板；
第一馈线和第二馈线相互平行，是渐变的平行双线馈电；
微带线另一侧连接至SMA接头，微带线用于为天线进行馈电。
其中，第一介质基板是相对介电常数为4.4的介质基板；
第二介质基板是相对介电常数为2.2的介质基板。
其中，寄生耦合结构中的寄生耦合单元，距离主要辐射结构的距离为14mm。
其中，寄生耦合结构通过相对介电常数为2.1的特富龙Teflon支柱固定在主要辐射结构的上方。
其中，特富龙Teflon支柱是直径为1mm的圆柱形支柱。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种应用于5G移动通信的三频基站天线，其通过加载寄生耦合单元，实现覆盖5G通信频段且向下兼容3G、4G移动通信频段的基站天线的设计，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线的主要辐射结构示意图；
图2为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线的寄生耦合单元的结构示意图；
图3为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线的馈电结构图；
图4为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线的主要辐射结构与寄生耦合单元的相对位置图；
图5为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线，有无加载枝节的性能对比图；
图6a为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线，低频|S11|的示意图；
图6b为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线，中频|S11|的示意图；
图6c为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线，高频|S11|的示意图；
图7a为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线，低频增益(Cain)示意图；
图7b为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线，中频增益(Cain)示意图；
图7c为本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线，高频增益(Cain)示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。
此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定安装，也可以是可拆卸安装。
对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
参见图1至图7，本发明提供了一种应用于5G移动通信的三频基站天线，主要通过加载寄生耦合单元的方式来实现5G频段的覆盖及向下兼容，具体包括主要辐射结构200和寄生耦合结构100；
寄生耦合结构100，悬置在主要辐射结构200的上方；
寄生耦合结构100通过相对介电常数为2.1、直径为1mm的Teflon(即特富龙)支柱(例如是圆柱形支柱)固定在主要辐射结构200的上方。
其中，主要辐射结构200，包括第一介质基板4；
第一介质基板4的顶面中部，印刷有纵向对称分布的两个阶梯型的偶极子1；
两个偶极子1的横向左右两边，都间隔印刷有第一槽臂2和第二槽臂3；
第一槽臂2和第二槽臂3呈纵向分布；
第一槽臂2与两个偶极子1的间距，小于第二槽臂3与两个偶极子1的间距；
其中，寄生耦合结构100，包括第二介质基板9；
第二介质基板9上印刷有横向左右对称分布的、两个阶梯型的寄生耦合单元5。
在本发明中，具体实现上，第一介质基板4的底部，设置有馈电结构；
馈电结构包括微带线6、第一馈线7和第二馈线8；
纵向分布的微带线6的内侧端，连接至第一馈线7；
第二馈线8一端接偶极子1，另一端接反射板；
第一馈线7和第二馈线8相互平行(相互间隔)，是渐变(即阻抗为指数渐变)的平行双线馈电；
微带线6一侧连接至SMA(Sub Miniature version A)接头，另一侧(即内侧端)与第一馈线7相连接，微带线6用于为天线进行馈电。
在本发明中，具体实现上，第一介质基板4是相对介电常数为4.4的介质基板；
第二介质基板9是相对介电常数为2.2的介质基板。
在本发明中，具体实现上，寄生耦合结构中的寄生耦合单元5，距离主要辐射结构的距离为14mm，也就是说，Teflon(即特富龙)支柱的垂直方向长度(高度)为14mm。
需要说明的是，相比较于其他的其他天线设计，本发明可以实现690-960MHz，1710-2690MHz，3300-5000MHz三个频段的完全覆盖。
在本发明的馈电结构中，采用微带线和平行双线的方式。其中微带线属于非平衡传输线，可以非常方便的采用同轴馈电，平行双线属于平衡传输线，从微带线到平行双线，这种馈电方式的变换是一种很好选择，并且用渐变线与SMA接头连接，可以更好的实现阻抗匹配，在宽频带内具有很好的性能。
在本发明中，本发明提出了一种加载枝节方式，即基于图1中的第二槽臂3的结构，来实现三频基站天线的低频段覆盖。如图5所示，加载枝节的天线相较于未加载枝节的天线，能完全覆盖690-960MHz的目标频段，具有更好的阻抗匹配特性。
对于本发明，在加载寄生耦合结构后，本发明设计的|S11|(即输入反射系数，也就是输入回波损耗)在690-960MHz、1710-2690MHz及3300-5000MHz这三个频段内均小于-10dB，如图6a、图6b、图6c所示，本发明可以实现5G移动通信频段的全面覆盖。通过这种设计，本发明在三个频段内都可以获得稳定的增益，如图7a、图7b、图7c所示。
需要说明的是，对于本发明，本发明作为一种应用于5G移动通信的三频基站天线，天线的主要辐射结构如图1所示，它由矩形槽和阶梯型偶极子构成；寄生耦合单元结构如图2所示。馈电结构如图3所示，本发明采用微带线及平行双线激励的方式。
在本发明中，具体实现上，采用单贴片开槽的方法，实现690-960MHz及1710-2690MHz频段的完全覆盖。该方法是在一个完整的铁片上按规则刻蚀一定的形状，使原本完整的贴片变为不规则的贴片，在槽口边缘可激发多个谐振模，实现双频或多频通信。
在本发明中，具体实现上，本发明采用加载寄生耦合单元的方法，实现3300-5000MHz频段的工作。两个尺寸不同的贴片位置如图4所示，其中较小尺寸的贴片(即寄生耦合结构)悬置于较大尺寸贴片(即主要辐射结构)的上方，使得馈网中的能量通过层层耦合的形式辐射。
对于本发明，在天线的辐射体上方加载寄生耦合单元，采用电磁耦合的馈电方式激励寄生单元，是扩展微带天线工作带宽的有效方式。通过调整寄生耦合单元的结构参数，使之与主辐射体(即主要辐射结构200)的谐振频率接近，采用谐振叠加的方式，扩展天线的工作带宽。其中，较小尺寸的寄生耦合单元产生高频3300-5000MHz的工作频段，较大尺寸的辐射贴片产生低频690-960MHz和中频1710-2690MHz的工作频段。这种结构也可扩宽三个工作频带的带宽，让有用的信息全部通过通道，不遗漏任何有用的信息。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种应用于5G移动通信的三频基站天线，其通过加载寄生耦合单元，实现覆盖5G通信频段且向下兼容3G、4G移动通信频段的基站天线的设计，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种应用于5G移动通信的三频基站天线，其特征在于，包括主要辐射结构(200)和寄生耦合结构(100)；
寄生耦合结构(100)，悬置在主要辐射结构(200)的上方；
其中，主要辐射结构(200)，包括第一介质基板(4)；
第一介质基板(4)的顶面中部，印刷有纵向对称分布的两个阶梯型的偶极子(1)；
两个偶极子(1)的横向左右两边，都间隔印刷有第一槽臂(2)和第二槽臂(3)；
第一槽臂(2)和第二槽臂(3)呈纵向分布；
第一槽臂(2)与两个偶极子(1)的间距，小于第二槽臂(3)与两个偶极子(1)的间距；
其中，寄生耦合结构(100)，包括第二介质基板(9)；
第二介质基板(9)上印刷有横向左右对称分布的、两个阶梯型的寄生耦合单元(5)。
2.如权利要求1所述的应用于5G移动通信的三频基站天线，其特征在于，第一介质基板(4)的底部，设置有馈电结构；
馈电结构包括微带线(6)、第一馈线(7)和第二馈线(8)；
纵向分布的微带线(6)的内侧端，连接至第一馈线(7)；
第二馈线(8)一端接偶极子(1)，另一端接反射板；
第一馈线(7)和第二馈线(8)相互平行，是渐变的平行双线馈电；
微带线(6)另一侧连接至SMA接头，微带线(6)用于为天线进行馈电。
3.如权利要求1所述的应用于5G移动通信的三频基站天线，其特征在于，第一介质基板(4)是相对介电常数为4.4的介质基板；
第二介质基板(9)是相对介电常数为2.2的介质基板。
4.如权利要求1所述的应用于5G移动通信的三频基站天线，其特征在于，寄生耦合结构中的寄生耦合单元(5)，距离主要辐射结构的距离为14mm。
5.如权利要求1至4中任一项所述的应用于5G移动通信的三频基站天线，其特征在于，寄生耦合结构(100)通过相对介电常数为2.1的特富龙Teflon支柱固定在主要辐射结构(200)的上方。
6.如权利要求5所述的应用于5G移动通信的三频基站天线，其特征在于，特富龙Teflon支柱是直径为1mm的圆柱形支柱。
CN202010711041.7A 2020-07-22 2020-07-22 一种应用于5g移动通信的三频基站天线 Active CN111769355B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010711041.7A CN111769355B (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种应用于5g移动通信的三频基站天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010711041.7A CN111769355B (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种应用于5g移动通信的三频基站天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111769355A CN111769355A (zh) 2020-10-13
CN111769355B true CN111769355B (zh) 2022-06-10

Family

ID=72727163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010711041.7A Active CN111769355B (zh) 2020-07-22 2020-07-22 一种应用于5g移动通信的三频基站天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111769355B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070097009A1 (en) * 2005-11-01 2007-05-03 Torres Alfonso R Planar slot antenna design using optically transmissive materials
JP2014049818A (ja) * 2012-08-29 2014-03-17 Nippon Antenna Co Ltd アンテナ装置
US9595756B1 (en) * 2014-01-31 2017-03-14 Rockwell Collins, Inc. Dual polarized probe coupled radiating element for satellite communication applications
CN109149094B (zh) * 2018-08-24 2021-02-26 深圳大学 偶极子天线阵列
CN110690551B (zh) * 2019-11-01 2024-03-15 大连海事大学 全频段双层梯形数字电视发射天线

Also Published As

Publication number Publication date
CN111769355A (zh) 2020-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107275808B (zh) 超宽频带辐射器和相关的天线阵列
US11522298B2 (en) Ultra-wide bandwidth low-band radiating elements
CN111883906B (zh) 一种加载人工磁导体结构反射板的高低频复合结构基站天线
CN110474157B (zh) 一种移动通信频段印刷单极子天线
US20030103015A1 (en) Skeleton slot radiation element and multi-band patch antenna using the same
CN109301455A (zh) 一种宽带低剖面定向天线
CN102664307A (zh) 一种缝隙加载的多频印刷天线
CN106654545B (zh) 加载左手材料的基站天线
CN201138684Y (zh) 多频框形振子天线
CN111262005B (zh) 适用于5g基站的双极化宽带磁电偶极子天线单元及天线阵列
CN109980329A (zh) 一种宽带双极化天线
KR101345764B1 (ko) 쿼시 야기 안테나
CN112467364B (zh) 一种双频融合天线阵列、共模抑制方法及通信设备
CN107968256A (zh) 一种小型多功能天线
CN107248613B (zh) 一种高增益双频天线单元
CN114361779B (zh) 天线装置与低频透波振子
CN105490035B (zh) 一种低剖面gsm、lte共面定向天线
Thakur et al. A review on antenna design for 5G applications
CN108258403B (zh) 小型化双频嵌套天线
CN102340056B (zh) 多频带天线
CN205376776U (zh) 一种低剖面gsm、lte共面定向天线
CN111541016B (zh) 一种用于毫米波手机终端的多模式宽带贴片天线阵列
CN113078469A (zh) 一种用于卫星通信的Ku波段双频双极化天线
CN109860976B (zh) 一种基于差分谐振器馈电的宽带贴片天线
CN108448245B (zh) 一种差分馈电双频平面天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant