CN111799573A - 一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线 - Google Patents

一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种应用于Sub‑6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，该天线包含低频天线和高频天线，所述低频天线包括第一磁电偶极子、第一Г型馈电线、第一电介质柱、第二磁电偶极子、第二Г型馈电线、第二电介质柱和低频反射板；所述高频天线包括四个相同的高频天线单元，四个高频天线单元对应的安装在低频反射板上的四组高频天线安装孔内。所述高频天线单包括第一介质基板、第一电偶极子、第二电偶极子、第二介质基板、第一微带巴伦、第三介质基板、第二微带巴伦、第四介质基板、高频反射板和四根第三电介质柱；该天线具有结构紧凑、双频双极化的特点，同时具有带宽较宽、辐射特性好且适用于高频率比的优势。

Description

一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体是一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，人们对无线通信系统的性能要求越来越高。基站天线作为移动通信中电磁波的中转者起着至关重要的作用。双极化天线有着对抗多径衰落和提高容量等优异性能，并且凭借其结构紧凑，节省空间等特点，在基站中得到了广泛的应用。应用于基站的双极化天线大体可分为缝隙/贴片天线和偶极子天线。与前者相比，偶极子的宽带特性和稳定辐射特性使其在基站天线中得到了迅速的发展。
Ahmed Alieldin等人发表的文献《A Triple-Band Dual-Polarized Indoor BaseStation Antenna for 2G,3G,4G and Sub-6 GHz 5G Applications》文章中提出一种单天线实现多频段的设计，但此设计方法造成了某些频段增益不足的问题，在3.3-3.4GHz和0.7-0.96GHz两个频段增益只有6dBi左右；黄河发表的《移动通信系统中终端天线和基站天线的研究》中设计了一款基站天线，但只适用于频率比为2的双频基站天线。因此设计出一种带宽较宽、辐射特性好且适用于高频率比的Sub-6GHz双频双极化5G基站天线具有重大的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种应用于Sub-6GHz双频双极化5G基站天线。该天线具有结构紧凑、双频双极化的特点，同时具有带宽较宽、辐射特性好且适用于高频率比的优势。
本发明拟解决所述技术问题的技术方案是：设计一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，该天线包含低频天线和高频天线，所述低频天线包括第一磁电偶极子、第一Г型馈电线、第一电介质柱、第二磁电偶极子、第二Г型馈电线、第二电介质柱和低频反射板；
所述第一磁电偶极子由左第一磁电偶极子臂和右第一磁电偶极子臂组成，二者形状、大小均相同，对称但不接触的设置在低频反射板的左右两侧；左第一磁电偶极子臂由竖直放置的接地短路长方形铜板和水平放置的电偶极子臂三角形铜板衔接而成；电偶极子臂三角形铜板的一条边衔接在接地短路长方形铜板的顶端，其与该边相对的顶点朝向低频反射板的外侧设置，接地短路长方形铜板的下部固定在低频反射板上；第二磁电偶极子的结构与第一磁电偶极子的结构相同，第一磁电偶极子沿低频反射板的左右方向布置，第二磁电偶极子沿低频反射板的上下方向布置，第二磁电偶极子绕其中点旋转90°后与第一磁电偶极子重合；
第一Г型馈电线设置在第一磁电偶极子的两个磁电偶极子臂之间的空隙内，且距离左侧的磁电偶极子臂较右侧的磁电偶极子臂近，且其靠近左侧的磁电偶极子臂的一端设置有孔，第一电介质柱的上端安装在该孔内，第一电介质柱的下端安装在低频反射板上；
第二Г型馈电线设置在第二磁电偶极子的两个磁电偶极子臂之间的空隙内，且距离上侧的磁电偶极子臂较下侧的磁电偶极子臂近，且其靠近上侧的磁电偶极子臂的一端设置有孔，第二电介质柱的上端安装在该孔内，第二电介质柱的下端安装在低频反射板上；第二Г型馈电线的结构与第一Г型馈电线结构相同，两者呈90°交叉布置，第二Г型馈电线的高度低于第一Г型馈电线，且第二Г型馈电线绕两者交叉部位中心朝左转90°后位于第一Г型馈电线的正下方；
所述第一Г型馈电线由长矩形铜板、水平矩形铜板和短矩形铜板组成，长矩形铜板、短矩形铜板分别竖直朝下的衔接在水平矩形铜板两端，靠近短矩形铜板一侧的水平矩形铜板上设置有一圆形孔，该圆形孔为第一电介质柱上端的安装孔；长矩形铜板的宽度较短矩形铜板的宽度窄，短矩形铜板的宽度与水平矩形铜板的宽度相同；第一Г型馈电线的长矩形铜板的长度比第二Г型馈电线的长矩形铜板的长度长，第一电介质柱的长度较第二电介质柱的长度长，除第一Г型馈电线的长矩形铜板的长度外，第一Г型馈电线的其它部分的尺寸与第二Г型馈电线相同；
所述低频反射板由一个正方形铜板和四个扁长铜板组成，四个扁长铜板的长度与正方形铜板的边长相等；四个扁长铜板分别衔接在正方形铜板的四条边上，且与正方形铜板的底面呈135°夹角设置；第一磁电偶极子、第二磁电偶极子设置在正方形铜板上，且第一磁电偶极子从其左侧到右侧的长度小于正方形铜板的边长；在正方形铜板的四个角上均设置有一组由四个圆形槽构成的高频天线安装孔，四组高频天线安装孔对称的设置在由第一磁电偶极子、第二磁电偶极子所构成结构的周边，且位于正方形铜板的两条对角线上；在正方形铜板的中间设置有两个圆形槽，其大小和位置与第一Г型馈电线上的圆形孔以及第二Г型馈电线上的圆形孔均相同，且在空间上重合，用于安装第一电介质柱和第二电介质柱的下端；
所述高频天线包括四个相同的高频天线单元，四个高频天线单元对应的安装在四组高频天线安装孔内；所述高频天线单包括第一介质基板、第一电偶极子、第二电偶极子、第二介质基板、第一微带巴伦、第三介质基板、第二微带巴伦、第四介质基板、高频反射板和四根第三电介质柱；第一电偶极子、第二电偶极子设置在第一介质基板的上表面，第二介质基板与第三介质基板通过两者中间的槽道十字交叉嵌合设置，第一介质基板设在第二介质基板与第三介质基板的顶部，第四介质基板安装在第二介质基板与第三介质基板的下部，高频反射板安装在第二介质基板与第三介质基板的末端，第三电介质柱的上端固定在高频反射板上，其下部安装在高频天线安装孔内；第一微带巴伦设置在第二介质基板的侧面上，第二微带巴伦设置在第三介质基板的侧面上，第一微带巴伦与第二微带巴伦在空间上呈90°交叉但不接触，第一微带巴伦位于第二微带巴伦的下方；
所述第一介质基板是一个正方形，在其近中心位置的对角线上对称的挖有大小相等的四个长方形槽，在其近边缘的对角线上对称的挖有四个圆形槽，该圆形槽内均安装有竖直向下的铜柱；
所述第一电偶极子由左第一电偶极子臂和右第一电偶极子臂组成，两者对称但不接触的设置在第一介质基板上表面左右顶点对角线上；左第一电偶极子臂的左右顶点的对角线与第一介质基板的左右顶点的对角线重合；左第一电偶极子臂为正方形预留有与第一介质基板上的四个长方形槽、两个圆形槽的位置及尺寸相匹配的槽孔的结构；此外，以左第一电偶极子臂的上顶点和下顶点为圆心分别挖有两个四分之一圆槽，以上顶点与左顶点连线的中点和左顶点与下顶点连线的中点为圆心分别挖有两个半圆槽；
第二电偶极子的结构与第一电偶极子的结构相同，第二电偶极子设置在第一介质基板上表面上下顶点对角线上，且第二电偶极子绕其中点旋转90°后与第一电偶极子重合；
所述第二介质基板的主体部分为一个大长方形且在其上、下两端均衔接有两个小长方形的结构，上端的两个小长方形对称的设置在大长方形顶端的两侧，下端的两个小长方形位于上端的两个小长方形的正下方；此外，在大长方形的顶部正中间的位置从顶端朝向下设有顶端卡槽；
第一微带巴伦设置在第二介质基板的前、后侧面上，包括前第一微带巴伦传输线和后第一微带巴伦接地，所述前第一微带巴伦传输线由第一长方形、第二长方形、第三长方形、第四长方形和第五长方形组成，第四长方形水平的设置在顶端卡槽下方且以顶端卡槽的中线为对称轴居中放置，第五长方形竖直朝下的衔接在第四长方形的右侧末端，第三长方形竖直朝下的衔接在第四长方形的左侧末端；第二长方形竖直朝下的居中衔接在第三长方形的下端，第一长方形竖直朝下的居中衔接在第二长方形的下端；后第一微带巴伦接地设置在第二介质基板的后侧面上，除了中部预留有一个以顶端卡槽的中线为对称轴的长条空隙、下端预留一个圆形空隙外，第二介质基板后侧面的其余部分均被后第一微带巴伦接地覆盖；长条空隙位于第二介质基板后侧面的正中间且其上、下两端与大长方形的上、下两端平齐；所述圆形空隙位于第一微带巴伦传输线的第一长方形的背侧，且圆形空隙的下边缘与第二介质基板下侧的小长方形的上边缘重合，第一长方形的末端位于圆形空隙的圆周覆盖范围之内；
所述第三介质基板的主体部分结构及尺寸与第二介质基板相同，但其顶部未设置顶端卡槽，而是在其下部中间位置朝上设置有下端卡槽，下端卡槽的顶部到第三介质基板的中间的顶部之间的距离与第二介质基板的上端卡槽卡槽的深度相等；
第二微带巴伦设置在第三介质基板的前、后侧面上，第二微带巴伦与第一微带巴伦形状相同，但前第二微带巴伦传输线的第一长方形的高度比前第一微带巴伦传输线的第一长方形的高度要高，前第二微带巴伦传输线的顶部高度比前第一微带巴伦传输线的顶部高度高，前第一微带巴伦传输线沿水平面逆时针旋转90°后位于前第二微带巴伦传输线的正下方；
所述第二介质基板与第三介质基板通过第二介质基板上的顶端卡槽和第三介质基板的下端卡槽嵌合组装成十字形结构，该十字形结构顶端的四个小长方形设置在第一介质基板中心位置的四个长方形槽内，其下端的四个小长方形依次穿过第四介质基板、高频反射板；
所述第四介质基板是一个正方形板，在其中部的对角线上对称的设置有四个用于安装第二介质基板与第三介质基板下部的长方形槽；在第四介质基板上侧的长方形槽的左右两侧分别设置有一个圆形槽，左侧的圆形槽在左侧长方形槽的上方，右侧的圆形槽在上侧长方形槽的右方；
所述高频反射板位于第四介质基板的下方，由圆形铜板和圆环铜片衔接而成；圆形铜板的中部设置有四个长方形槽，在上侧的长方形槽的左右两侧均设置有一个圆形槽，该四个长方形槽及两个圆形槽与第四介质基板上的四个长方形槽及两个圆形槽的尺寸和位置均相同，且在空间上重合；在第四介质基板外周的高频反射板上对称的设置有四个电介质柱安装孔；四根第三电介质柱的顶端分别固定在四个电介质柱安装孔内，其下端安装在低频反射板的高频天线安装孔内。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1、与现有适用于频率比约为2的双频双极化基站天线相比，本发明提出了一种适用于高频率比(约为4)的双频双极化基站天线的新结构。
2、在不引入新结构(如频率选择性表面)的前提下，实现了690-960MHz和3.3-3.6GHz两个工作频段，满足2/3/4G与5G频段要求，从而达到将设计简单化的目标。
3、该发明在两个频段上都实现了高增益(大于8.1dBi)，与单天线实现多频段的设计相比，在高频处增益高出约为2dBi，且该发明具有低剖面特点。
附图说明
图1是本发明天线一种实施例的整体结构示意图。
图2是本发明天线一种实施例的低频天线主视结构示意图。
图3是本发明天线一种实施例的低频天线反射板结构示意图。
图4是本发明天线一种实施例的低频天线前视结构示意图。
图5是本发明天线一种实施例的第一Г型馈电线与第二Г型馈电线的装配示意图。
图6是本发明天线一种实施例的高频天线单元主视结构示意图。
图7是本发明天线一种实施例的高频天线单元前视结构示意图。
图8是本发明天线一种实施例的第二介质基板与第一微带巴伦结构示意图。
图9是本发明天线一种实施例的第三介质基板与第二微带巴伦结构示意图。
图10是本发明天线一种实施例的第四介质基板结构示意图。
图11是本发明天线一种实施例的高频天线反射板结构示意图。
图12是本发明实施例1所得天线的低频回波损耗曲线图。
图13是本发明实施例1所得天线的高频回波损耗曲线图。
图14是本发明实施例1所得天线在0.82GHz的辐射方向图，其中，图14(a)为XoZ面的辐射方向图，图14(b)为YoZ面的辐射方向图。
图15是本发明实施例1所得天线在3.45GHz的辐射方向图，其中，图15(a)为XoZ面的辐射方向图，图15(b)为YoZ面的辐射方向图。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线(简称天线，参见图1-11)，其特征在于，该天线包含低频天线和高频天线，所述低频天线包括第一磁电偶极子1、第一Г型馈电线2、第一电介质柱3、第二磁电偶极子4、第二Г型馈电线5、第二电介质柱6和低频反射板7；
所述第一磁电偶极子1由左第一磁电偶极子臂11和右第一磁电偶极子臂12组成，二者形状、大小均相同，对称但不接触的设置在低频反射板7的左右两侧；左第一磁电偶极子臂11由竖直放置的接地短路长方形铜板11a和水平放置的电偶极子臂三角形铜板11b衔接而成；电偶极子臂三角形铜板11b的一条边衔接在接地短路长方形铜板11a的顶端，其与该边相对的顶点朝向低频反射板7的外侧(以低频反射板7的中心位置为内)设置，接地短路长方形铜板11a的下部固定在低频反射板7上；第二磁电偶极子4的结构与第一磁电偶极子1的结构相同，第一磁电偶极子1沿低频反射板7的左右方向布置，第二磁电偶极子4沿低频反射板7的上下方向布置，第二磁电偶极子4绕其中点旋转90°后与第一磁电偶极子1重合。
第一Г型馈电线2设置在第一磁电偶极子1的两个磁电偶极子臂之间的空隙内，且距离左侧的磁电偶极子臂较右侧的磁电偶极子臂近，且其靠近左侧的磁电偶极子臂的一端设置有孔，第一电介质柱3的上端安装在该孔内，第一电介质柱3的下端安装在低频反射板7上；
第二Г型馈电线5设置在第二磁电偶极子4的两个磁电偶极子臂之间的空隙内，且距离上侧的磁电偶极子臂较下侧的磁电偶极子臂近，且其靠近上侧的磁电偶极子臂的一端设置有孔，第二电介质柱6的上端安装在该孔内，第二电介质柱6的下端安装在低频反射板7上；第二Г型馈电线5的结构与第一Г型馈电线2结构相同，两者呈90°交叉布置，第二Г型馈电线5的高度低于第一Г型馈电线2，且第二Г型馈电线5绕两者交叉部位中心朝左转90°后位于第一Г型馈电线的正下方。
所述第一Г型馈电线2由长矩形铜板21、水平矩形铜板22和短矩形铜板23组成，长矩形铜板21、短矩形铜板23分别竖直朝下的衔接在水平矩形铜板22两端，靠近短矩形铜板23一侧的水平矩形铜板22上设置有一圆形孔22a，该圆形孔22a为第一电介质柱3上端的安装孔；长矩形铜板21的宽度较短矩形铜板23的宽度窄，短矩形铜板23的宽度与水平矩形铜板22的宽度相同；第一Г型馈电线2的长矩形铜板21的长度比第二Г型馈电线5的长矩形铜板51的长度长，第一电介质柱3的长度较第二电介质柱6的长度长，除第一Г型馈电线2的长矩形铜板21的长度外，第一Г型馈电线2的其它部分的尺寸与第二Г型馈电线5相同。
所述低频反射板7由一个正方形铜板71和四个扁长铜板72组成，四个扁长铜板72的长度与正方形铜板71的边长相等；四个扁长铜板72分别衔接在正方形铜板71的四条边上，且与正方形铜板71的底面呈135°夹角设置。第一磁电偶极子1、第二磁电偶极子4设置在正方形铜板71上，且第一磁电偶极子1从其左侧到右侧的长度小于正方形铜板71的边长；在正方形铜板71的四个角上均设置有一组由四个圆形槽构成的高频天线安装孔71a，四组高频天线安装孔71a对称的设置在由第一磁电偶极子1、第二磁电偶极子4所构成结构的周边，且位于正方形铜板71的两条对角线上；在正方形铜板71的中间设置有两个圆形槽71b，其大小和位置与第一Г型馈电线上的圆形孔22a以及第二Г型馈电线上的圆形孔均相同，且在空间上重合，用于安装第一电介质柱3和第二电介质柱6的下端。
所述高频天线包括四个相同的高频天线单元，四个高频天线单元对应的安装在四组高频天线安装孔71a内。
所述高频天线单包括第一介质基板A、第一电偶极子B、第二电偶极子C、第二介质基板D、第一微带巴伦E、第三介质基板F、第二微带巴伦G、第四介质基板H、高频反射板I和四根第三电介质柱J。第一电偶极子B、第二电偶极子C设置在第一介质基板A的上表面，第二介质基板D与第三介质基板F通过两者中间的槽道十字交叉嵌合设置，第一介质基板A设在第二介质基板D与第三介质基板F的顶部，第四介质基板H安装在二介质基板D与第三介质基板F的下部，高频反射板I安装在第二介质基板D与第三介质基板F的末端，第三电介质柱J的上端固定在高频反射板I上，其下部安装在高频天线安装孔71a内。第一微带巴伦E设置在第二介质基板D的侧面上，第二微带巴伦G设置在第三介质基板F的侧面上，第一微带巴伦E与第二微带巴伦G在空间上呈90°交叉但不接触，第一微带巴伦E位于第二微带巴伦G的下方。
所述第一介质基板A是一个正方形FR-4板，在其近中心位置的对角线上对称的挖有大小相等的四个长方形槽A1，在其近边缘的对角线上对称的挖有四个圆形槽A2，该圆形槽A2内均安装有竖直向下的铜柱B1c。
所述第一电偶极子B由左第一电偶极子臂B1和右第一电偶极子臂B2组成，两者对称但不接触的设置在第一介质基板A上表面左右顶点对角线上；左第一电偶极子臂B1的左右顶点的对角线与第一介质基板A的左右顶点的对角线重合；左第一电偶极子臂B1为正方形预留有与第一介质基板A上的四个长方形槽A1、两个圆形槽A2的位置及尺寸相匹配的槽孔的结构；此外，以左第一电偶极子臂B1的上顶点和下顶点为圆心分别挖有两个四分之一圆槽(上端的四分之一圆槽记为B1a)，以上顶点与左顶点连线的中点和左顶点与下顶点连线的中点为圆心分别挖有两个半圆槽(下端的半圆槽记为B1b)；
第二电偶极子C的结构与第一电偶极子B的结构相同，第二电偶极子C设置在第一介质基板A上表面上下顶点对角线上，且第二电偶极子C绕其中点旋转90°后与第一电偶极子B重合。
所述第二介质基板D的主体部分为一个大长方形D1且在其上、下两端均衔接有两个小长方形的结构，上端的两个小长方形D2对称的设置在大长方形D1顶端的两侧，下端的两个小长方形D3位于上端的两个小长方形D2的正下方；此外，在大长方形D1的顶部正中间的位置从顶端朝下设有顶端卡槽D1a。
第一微带巴伦E设置在第二介质基板D的前、后侧面上，包括前第一微带巴伦传输线E1和后第一微带巴伦接地E2，所述前第一微带巴伦传输线E1由第一长方形E1a、第二长方形E1b、第三长方形E1c、第四长方形E1d和第五长方形E1e组成，第四长方形E1d水平的设置在顶端卡槽D1a下方且以顶端卡槽D1a的中线为对称轴居中放置，第五长方形E1e竖直朝下的衔接在第四长方形E1d的右侧末端，第三长方形E1c竖直朝下的衔接在第四长方形E1d的左侧末端；第二长方形E1b竖直朝下的居中衔接在第三长方形E1c的下端，第一长方形E1a竖直朝下的居中衔接在第二长方形E1b的下端。后第一微带巴伦接地E2设置在第二介质基板D的后侧面上，除了中部预留有一个以顶端卡槽D1a的中线为对称轴的长条空隙E2a、下端预留一个圆形空隙E2b外，第二介质基板D后侧面的其余部分均被后第一微带巴伦接地E2覆盖；长条空隙E2a位于第二介质基板D后侧面的正中间且其上、下两端与大长方形D1的的上、下两端平齐；所述圆形空隙E2b位于第一微带巴伦传输线E1的第一长方形E1a的背侧，且圆形空隙E2b的下边缘与第二介质基板D下侧的小长方形D2的上边缘重合，第一长方形E1a的末端位于圆形空隙E2b的圆周覆盖范围之内。
所述第三介质基板F的主体部分结构及尺寸与第二介质基板D相同，但其顶部未设置顶端卡槽D1a，而是在其下部中间位置朝上设置有下端卡槽F1a，下端卡槽F1a的顶部到第三介质基板F的中间的顶部之间的距离与第二介质基板D的上端卡槽D1a卡槽的深度相等。
第二微带巴伦G设置在第三介质基板F的前、后侧面上，第二微带巴伦G与第一微带巴伦E形状相同，但前第二微带巴伦传输线G1的第一长方形G1a的高度比前第一微带巴伦传输线E1的第一长方形E1a的高度要高，前第二微带巴伦传输线G1的顶部高度比前第一微带巴伦传输线E1的顶部高度高，前第一微带巴伦传输线E1沿水平面逆时针旋转90°后位于前第二微带巴伦传输线G1的正下方；
所述第二介质基板D与第三介质基板F通过第二介质基板D上的顶端卡槽D1a和第三介质基板F的下端卡槽F1a嵌合组装成十字形结构，该十字形结构顶端的四个小长方形设置在第一介质基板A中心位置的四个长方形槽A1内，其下端的四个小长方形依次穿过第四介质基板H、高频反射板I。
所述第四介质基板H是一个正方形板，在其中部的对角线上对称的设置有四个用于安装第二介质基板D与第三介质基板F下部的长方形槽H1；在第四介质基板H上侧的长方形槽H1的左右两侧分别设置有一个圆形槽(右侧圆形槽记为H2)，左侧的圆形槽在左侧长方形槽的上方，右侧的圆形槽在上侧长方形槽的右方；
所述高频反射板I位于第四介质基板H的下方，由圆形铜板I1和圆环铜片I2衔接而成；圆形铜板I1的中部设置有四个长方形槽I1a，在上侧的长方形槽I1a的左右两侧均设置有一个圆形槽I1b，该四个长方形槽I1a及两个圆形槽I1b与第四介质基板H上的四个长方形槽H1及两个圆形槽的尺寸和位置均相同，且在空间上重合；在第四介质基板H外周的高频反射板I上对称的设置有四个电介质柱安装孔I1c，四根第三电介质柱J的顶端分别固定在四个电介质柱安装孔I1c内，其下端安装在低频反射板7的高频天线安装孔71a内。
实施例1
本实施例提供一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线(简称天线)，该天线具有上述的结构和下述的参数：
第一磁电偶极子1中的左第一磁电偶极子臂11的具体尺寸为：竖直放置的接地短路长方形铜板11a的尺寸为32mm×88.8mm×0.8mm，其中32mm为水平方向边的尺寸，88.8mm为竖直方向边的尺寸，0.8mm为厚度；水平放置的电偶极子臂三角形铜板11b的尺寸为32mm×85.8mm×0.8mm，整体形状为等腰三角形，其中32mm为等腰三角形的底边，85.8mm为等腰三角形的高，0.8mm为厚度；电偶极子臂三角形铜板11b的底边与接地短路长方形铜板11a的水平方向边衔接在一起；左第一磁电偶极子臂11的最右端与右第一磁电偶极子臂12的最左端相距39.2mm。
第二磁电偶极子4的结构和尺寸与第一磁电偶极子1的结构相同，第一磁电偶极子1沿低频反射板7的左右方向布置，第二磁电偶极子4沿低频反射板7的上下方向布置，第二磁电偶极子4绕其中点旋转90°后与第一磁电偶极子1重合。
第一Г型馈电线2的长矩形铜板21尺寸是9.4mm×83.2mm×0.8mm，其中9.4mm为水平边尺寸，83.2mm为竖直边(即高度)尺寸，0.8mm为厚度，其底部与低频反射板7的距离是3.9mm，与右第一磁电偶极子臂12的距离是4.4mm；水平矩形铜板22的尺寸是13.5mm×33mm×0.8mm，其中13.5mm为与长矩形铜板21的水平边衔接的边的长度，33mm为衔接在长矩形铜板21与短矩形铜板23之间的边的长度，0.8mm为厚度；短矩形铜板23的尺寸是13.5mm×36.4mm×0.8mm，13.5mm为与水平矩形铜板22衔接的边的长度，36.4mm为竖直朝下设置的边的长度，0.8mm为厚度，其与左第一磁电偶极子臂11的距离是0.2mm；水平矩形铜板22上的圆形孔22a的半径为2mm。
第二Г型馈电线5的结构与第一Г型馈电线2结构相同，两者呈90°交叉布置，第二Г型馈电线5的长矩形铜板51的高度为74.6mm，其余参数均与第一Г型馈电线2相同，且第二Г型馈电线5绕两者交叉部位中心朝左转90°后位于第一Г型馈电线的正下方。
第一电介质柱3、第二电介质柱6均是FR-4圆柱，半径为2mm，第一电介质柱3的高度为87.1mm，第二电介质柱6的高度是78.5mm。
低频反射板7中的正方形铜板71的尺寸是220mm×220mm×0.4mm，扁长铜板72的尺寸是220mm×52mm×0.4mm，其与正方形铜板71的夹角是135°，正方形铜板71上的高频天线安装孔71a和圆形槽72b的半径为2mm。
第一介质基板A是一个正方形FR-4板，尺寸是25mm×25mm×0.8mm，在其近中心位置的对角线上对称的挖有大小相等的四个长方形槽A1的尺寸是3mm×0.8mm×0.8mm，其近边缘的对角线上对称的挖有四个圆形槽A2的半径为0.5mm；第一介质基板A的圆形槽A2处向下连有的铜柱B1c的半径是0.5mm，长度是10mm。
第一电偶极子B采用材料是金属，具体是铜，左第一电偶极子臂B1的正方形外形尺寸为11mm×11mm，其上预留有与第一介质基板A上的四个长方形槽A1、两个圆形槽A2的位置及尺寸相匹配的槽孔；此外，以左第一电偶极子臂B1的上顶点和下顶点为圆心分别挖有两个四分之一圆槽(上端的四分之一圆记为B1a)，以上顶点与左顶点连线的中点和左顶点与下顶点连线的中点为圆心分别挖有两个半圆槽(下端的半圆槽记为B1b)，所挖的两个四分之一圆槽和两个半圆槽的半径都是1mm；左第一电偶极子臂B1的左侧顶点所在的两条边与第一介质基板A的左侧顶点所在的两条边对应的平行且距离均为0.5mm。
所述第二介质基板D和第三介质基板F均是FR-4板，第二介质基板D的主体部分大长方形D1的尺寸为14mm×21mm×0.8mm，其中14mm为水平边长度，21mm为竖直边长度；衔接在上端水平边两侧的两个小长方形D2的内侧竖直边距离上端水平边中心的距离均为3mm,尺寸是3mm×2mm×0.8mm，其中3mm是水平边长度，2mm是竖直边长度，衔接在下端水平边两侧的两个小长方形D3的尺寸和位置与其相同；顶端卡槽D1a设置在主体部分大长方形D1的上端的中部，由其上端水平边中部往下开槽，尺寸是1.5mm×0.8mm；
所述第三介质基板F的主体部分结构及尺寸与第二介质基板D相同，但其顶部未设置顶端卡槽D1a，而是在其下部中间位置朝上设置有下端卡槽F1a，下端卡槽F1a尺寸是19.5mm×0.8mm×0.8mm。
第一微带巴伦E、第二微带巴伦G采用材料是金属，具体是铜；第一微带巴伦E设置在第二介质基板D的前、后侧面上，包括前第一微带巴伦传输线E1和后第一微带巴伦接地E2，前第一微带巴伦传输线E1的第一长方形E1a、第二长方形E1b、第三长方形E1c、第四长方形E1d和第五长方形E1e的尺寸依次为2.95mm×1.5mm、8mm×1.1mm、7mm×0.8mm、8mm×0.4mm和5mm×0.5mm，五个部分均沿长度较长的侧边依次居中衔接成型；后第一微带巴伦接地E2覆盖在第二介质基板D后侧面上，其中部的长条空隙E2a的尺寸为4mm×21mm，且长条空隙E2a位于第二介质基板D后侧面的正中间位置，后第一微带巴伦接地E2其余部分的形状和尺寸与第二介质基板D的后侧面相同。后第一微带巴伦接地E2下端预留的圆形空隙E2b的下侧边缘处与第二介质基板D的下侧小长方形D3的上侧边缘处重合，圆形空隙E2b的半径为1.5mm；
第二微带巴伦传输线G的前第二微带巴伦传输线G1的第一长方形G1a尺寸是3.95mm×1.5mm，其它部分的结构和尺寸与第一微带巴伦E相同；前第一微带巴伦传输线E1沿水平面逆时针旋转90°后其顶部较前第二微带巴伦传输线G1的顶部低1mm，两者的底部平齐。
所述第四介质基板H是一个正方形FR-4板，其尺寸是20mm×20mm×0.8mm，其上的两个圆形槽H2的半径为1.5mm，，左侧的圆形槽的圆心距离左侧长方形槽的上边缘3mm，右侧的圆形槽的圆心距离上侧长方形槽的右边缘3mm。
第一介质基板A、第二介质基板D、第三介质基板F、第四介质基板H均为相对介电常数为4.4、损耗角正切值为0.02的FR-4材料。
高频反射板I的圆形铜板I1的半径是35mm，厚度为0.8mm，圆环铜片I2的高度是11mm，厚度为0.4mm，电介质柱安装孔I1c的半径是2mm。
第三电介质柱J是FR-4圆柱，半径为2mm，高度是66.2mm，上接高频反射板I的电介质柱安装孔I1c处，下接低频反射板7的高频天线安装孔71a处。
将实施例1所得的天线进行仿真测试，设置第一Г型馈电线2的底部为端口1，第二Г型馈电线5的底部为端口2，第一微带巴伦E上的圆形空隙为端口3，第二微带巴伦G上的圆形空隙为端口4；用S12表示端口1和端口2之间的隔离度；S11用来衡量端口1的回拨损耗，其绝对值为端口1的回拨损耗值；S22来衡量端口2的回拨损耗，其绝对值为端口2的回拨损耗值；用S34表示端口3和端口4之间的隔离度；S33用来衡量端口3的回拨损耗，其绝对值为端口3的回拨损耗值；S44来衡量端口4的回拨损耗，其绝对值为端口4的回拨损耗值。Co-Pol表示主极化，Cro-Pol表示交叉极化。
图12是本发明实施例1所得天线的低频回拨损耗曲线图，从图中可以看出天线在低频690-960MHz频段上回拨损耗大于10dB。
图13是本发明实施例1所得天线的高频回拨损耗曲线图，从图中可以看出天线在高频3.3-3.6GHz频段上回拨损耗大于15dB。
图14是本发明实施例1所得天线在0.82GHz的辐射方向图，增益达到8.6dBi，交叉极化在最大辐射方向上大于20dB。
图15是本发明实施例1所得天线在3.45GHz的辐射方向图，增益达到8.18dBi，交叉极化在最大辐射方向上大于15dB。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，该天线包含低频天线和高频天线，所述低频天线包括第一磁电偶极子、第一Г型馈电线、第一电介质柱、第二磁电偶极子、第二Г型馈电线、第二电介质柱和低频反射板；
所述第一磁电偶极子由左第一磁电偶极子臂和右第一磁电偶极子臂组成，二者形状、大小均相同，对称但不接触的设置在低频反射板的左右两侧；左第一磁电偶极子臂由竖直放置的接地短路长方形铜板和水平放置的电偶极子臂三角形铜板衔接而成；电偶极子臂三角形铜板的一条边衔接在接地短路长方形铜板的顶端，其与该边相对的顶点朝向低频反射板的外侧设置，接地短路长方形铜板的下部固定在低频反射板上；第二磁电偶极子的结构与第一磁电偶极子的结构相同，第一磁电偶极子沿低频反射板的左右方向布置，第二磁电偶极子沿低频反射板的上下方向布置，第二磁电偶极子绕其中点旋转90°后与第一磁电偶极子重合；
第一Г型馈电线设置在第一磁电偶极子的两个磁电偶极子臂之间的空隙内，且距离左侧的磁电偶极子臂较右侧的磁电偶极子臂近，且其靠近左侧的磁电偶极子臂的一端设置有孔，第一电介质柱的上端安装在该孔内，第一电介质柱的下端安装在低频反射板上；
第二Г型馈电线设置在第二磁电偶极子的两个磁电偶极子臂之间的空隙内，且距离上侧的磁电偶极子臂较下侧的磁电偶极子臂近，且其靠近上侧的磁电偶极子臂的一端设置有孔，第二电介质柱的上端安装在该孔内，第二电介质柱的下端安装在低频反射板上；第二Г型馈电线的结构与第一Г型馈电线结构相同，两者呈90°交叉布置，第二Г型馈电线的高度低于第一Г型馈电线，且第二Г型馈电线绕两者交叉部位中心朝左转90°后位于第一Г型馈电线的正下方；
所述第一Г型馈电线由长矩形铜板、水平矩形铜板和短矩形铜板组成，长矩形铜板、短矩形铜板分别竖直朝下的衔接在水平矩形铜板两端，靠近短矩形铜板一侧的水平矩形铜板上设置有一圆形孔，该圆形孔为第一电介质柱上端的安装孔；长矩形铜板的宽度较短矩形铜板的宽度窄，短矩形铜板的宽度与水平矩形铜板的宽度相同；第一Г型馈电线的长矩形铜板的长度比第二Г型馈电线的长矩形铜板的长度长，第一电介质柱的长度较第二电介质柱的长度长，除第一Г型馈电线的长矩形铜板的长度外，第一Г型馈电线的其它部分的尺寸与第二Г型馈电线相同；
所述低频反射板由一个正方形铜板和四个扁长铜板组成，四个扁长铜板的长度与正方形铜板的边长相等；四个扁长铜板分别衔接在正方形铜板的四条边上，且与正方形铜板的底面呈135°夹角设置；第一磁电偶极子、第二磁电偶极子设置在正方形铜板上，且第一磁电偶极子从其左侧到右侧的长度小于正方形铜板的边长；在正方形铜板的四个角上均设置有一组由四个圆形槽构成的高频天线安装孔，四组高频天线安装孔对称的设置在由第一磁电偶极子、第二磁电偶极子所构成结构的周边，且位于正方形铜板的两条对角线上；在正方形铜板的中间设置有两个圆形槽，其大小和位置与第一Г型馈电线上的圆形孔以及第二Г型馈电线上的圆形孔均相同，且在空间上重合，用于安装第一电介质柱和第二电介质柱的下端；
所述高频天线包括四个相同的高频天线单元，四个高频天线单元对应的安装在四组高频天线安装孔内；
所述高频天线单包括第一介质基板、第一电偶极子、第二电偶极子、第二介质基板、第一微带巴伦、第三介质基板、第二微带巴伦、第四介质基板、高频反射板和四根第三电介质柱；第一电偶极子、第二电偶极子设置在第一介质基板的上表面，第二介质基板与第三介质基板通过两者中间的槽道十字交叉嵌合设置，第一介质基板设在第二介质基板与第三介质基板的顶部，第四介质基板安装在第二介质基板与第三介质基板的下部，高频反射板安装在第二介质基板与第三介质基板的末端，第三电介质柱的上端固定在高频反射板上，其下部安装在高频天线安装孔内；第一微带巴伦设置在第二介质基板的侧面上，第二微带巴伦设置在第三介质基板的侧面上，第一微带巴伦与第二微带巴伦在空间上呈90°交叉但不接触，第一微带巴伦位于第二微带巴伦的下方；
所述第一介质基板是一个正方形，在其近中心位置的对角线上对称的挖有大小相等的四个长方形槽，在其近边缘的对角线上对称的挖有四个圆形槽，该圆形槽内均安装有竖直向下的铜柱；
所述第一电偶极子由左第一电偶极子臂和右第一电偶极子臂组成，两者对称但不接触的设置在第一介质基板上表面左右顶点对角线上；左第一电偶极子臂的左右顶点的对角线与第一介质基板的左右顶点的对角线重合；左第一电偶极子臂为正方形预留有与第一介质基板上的四个长方形槽、两个圆形槽的位置及尺寸相匹配的槽孔的结构；此外，以左第一电偶极子臂的上顶点和下顶点为圆心分别挖有两个四分之一圆槽，以上顶点与左顶点连线的中点和左顶点与下顶点连线的中点为圆心分别挖有两个半圆槽；
第二电偶极子的结构与第一电偶极子的结构相同，第二电偶极子设置在第一介质基板上表面上下顶点对角线上，且第二电偶极子绕其中点旋转90°后与第一电偶极子重合；
所述第二介质基板的主体部分为一个大长方形且在其上、下两端均衔接有两个小长方形的结构，上端的两个小长方形对称的设置在大长方形顶端的两侧，下端的两个小长方形位于上端的两个小长方形的正下方；此外，在大长方形的顶部正中间的位置从顶端朝向下设有顶端卡槽；
第一微带巴伦设置在第二介质基板的前、后侧面上，包括前第一微带巴伦传输线和后第一微带巴伦接地，所述前第一微带巴伦传输线由第一长方形、第二长方形、第三长方形、第四长方形和第五长方形组成，第四长方形水平的设置在顶端卡槽下方且以顶端卡槽的中线为对称轴居中放置，第五长方形竖直朝下的衔接在第四长方形的右侧末端，第三长方形竖直朝下的衔接在第四长方形的左侧末端；第二长方形竖直朝下的居中衔接在第三长方形的下端，第一长方形竖直朝下的居中衔接在第二长方形的下端；后第一微带巴伦接地设置在第二介质基板的后侧面上，除了中部预留有一个以顶端卡槽的中线为对称轴的长条空隙、下端预留一个圆形空隙外，第二介质基板后侧面的其余部分均被后第一微带巴伦接地覆盖；长条空隙位于第二介质基板后侧面的正中间且其上、下两端与大长方形的上、下两端平齐；所述圆形空隙位于第一微带巴伦传输线的第一长方形的背侧，且圆形空隙的下边缘与第二介质基板下侧的小长方形的上边缘重合，第一长方形的末端位于圆形空隙的圆周覆盖范围之内；
所述第三介质基板的主体部分结构及尺寸与第二介质基板相同，但其顶部未设置顶端卡槽，而是在其下部中间位置朝上设置有下端卡槽，下端卡槽的顶部到第三介质基板的中间的顶部之间的距离与第二介质基板的上端卡槽卡槽的深度相等；
第二微带巴伦设置在第三介质基板的前、后侧面上，第二微带巴伦与第一微带巴伦形状相同，但前第二微带巴伦传输线的第一长方形的高度比前第一微带巴伦传输线的第一长方形的高度要高，前第二微带巴伦传输线的顶部高度比前第一微带巴伦传输线的顶部高度高，前第一微带巴伦传输线沿水平面逆时针旋转90°后位于前第二微带巴伦传输线的正下方；
所述第二介质基板与第三介质基板通过第二介质基板上的顶端卡槽和第三介质基板的下端卡槽嵌合组装成十字形结构，该十字形结构顶端的四个小长方形设置在第一介质基板中心位置的四个长方形槽内，其下端的四个小长方形依次穿过第四介质基板、高频反射板；
所述第四介质基板是一个正方形板，在其中部的对角线上对称的设置有四个用于安装第二介质基板与第三介质基板下部的长方形槽；在第四介质基板上侧的长方形槽的左右两侧分别设置有一个圆形槽，左侧的圆形槽在左侧长方形槽的上方，右侧的圆形槽在上侧长方形槽的右方；
所述高频反射板位于第四介质基板的下方，由圆形铜板和圆环铜片衔接而成；圆形铜板的中部设置有四个长方形槽，在上侧的长方形槽的左右两侧均设置有一个圆形槽，该四个长方形槽及两个圆形槽与第四介质基板上的四个长方形槽及两个圆形槽的尺寸和位置均相同，且在空间上重合；在第四介质基板外周的高频反射板上对称的设置有四个电介质柱安装孔；四根第三电介质柱的顶端分别固定在四个电介质柱安装孔内，其下端安装在低频反射板的高频天线安装孔内。
2.根据权利要求1所述的一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，第一磁电偶极子中的左第一磁电偶极子臂的具体尺寸为：竖直放置的接地短路长方形铜板的尺寸为32mm×88.8mm×0.8mm，其中32mm为水平方向边的尺寸，88.8mm为竖直方向边的尺寸，0.8mm为厚度；水平放置的电偶极子臂三角形铜板的尺寸为32mm×85.8mm×0.8mm，整体形状为等腰三角形，其中32mm为等腰三角形的底边，85.8mm为等腰三角形的高，0.8mm为厚度；电偶极子臂三角形铜板的底边与接地短路长方形铜板的水平方向边衔接在一起；左第一磁电偶极子臂的最右端与右第一磁电偶极子臂的最左端相距39.2mm；
第二磁电偶极子的结构和尺寸与第一磁电偶极子的结构相同，第一磁电偶极子沿低频反射板的左右方向布置，第二磁电偶极子沿低频反射板的上下方向布置，第二磁电偶极子绕其中点旋转90°后与第一磁电偶极子重合。
3.根据权利要求1所述的一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，第一Г型馈电线的长矩形铜板尺寸是9.4mm×83.2mm×0.8mm，其中9.4mm为水平边尺寸，83.2mm为竖直边尺寸，0.8mm为厚度，其底部与低频反射板的距离是3.9mm，与右第一磁电偶极子臂的距离是4.4mm；水平矩形铜板的尺寸是13.5mm×33mm×0.8mm，其中13.5mm为与长矩形铜板的水平边衔接的边的长度，33mm为衔接在长矩形铜板与短矩形铜板之间的边的长度，0.8mm为厚度；短矩形铜板的尺寸是13.5mm×36.4mm×0.8mm，13.5mm为与水平矩形铜板衔接的边的长度，36.4mm为竖直朝下设置的边的长度，0.8mm为厚度，其与左第一磁电偶极子臂的距离是0.2mm；水平矩形铜板上的圆形孔的半径为2mm；
第二Г型馈电线的结构与第一Г型馈电线结构相同，两者呈90°交叉布置，第二Г型馈电线的长矩形铜板的高度为74.6mm，其余参数均与第一Г型馈电线相同，且第二Г型馈电线绕两者交叉部位中心朝左转90°后位于第一Г型馈电线的正下方。
4.根据权利要求1所述的一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，第一电介质柱、第二电介质柱、第三电介质柱均为FR-4圆柱，半径均为2mm，第一电介质柱的高度为87.1mm，第二电介质柱的高度是78.5mm，第三电介质柱的高度是66.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，低频反射板中的正方形铜板的尺寸是220mm×220mm×0.4mm，扁长铜板的尺寸是220mm×52mm×0.4mm，其与正方形铜板的夹角是135°，正方形铜板上的高频天线安装孔和圆形槽的半径为2mm。
6.根据权利要求1所述的一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，第一介质基板是一个正方形FR-4板，尺寸是25mm×25mm×0.8mm，在其近中心位置的对角线上对称的挖有大小相等的四个长方形槽的尺寸是3mm×0.8mm×0.8mm，其近边缘的对角线上对称的挖有四个圆形槽的半径为0.5mm；第一介质基板的圆形槽处向下连有的铜柱的半径是0.5mm，长度是10mm。
7.根据权利要求1所述的一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，第一电偶极子采用材料是金属，具体是铜，左第一电偶极子臂的正方形外形尺寸为11mm×11mm，其上预留有与第一介质基板上的四个长方形槽、两个圆形槽的位置及尺寸相匹配的槽孔；其上所挖的两个四分之一圆槽和两个半圆槽的半径都是1mm；左第一电偶极子臂的左侧顶点所在的两条边与第一介质基板的左侧顶点所在的两条边对应的平行且距离均为0.5mm；
所述第二介质基板和第三介质基板均是FR-4板，第二介质基板的主体部分大长方形的尺寸为14mm×21mm×0.8mm，其中14mm为水平边长度，21mm为竖直边长度；衔接在上端水平边两侧的两个小长方形的内侧竖直边距离上端水平边中心的距离均为3mm,尺寸是3mm×2mm×0.8mm，其中3mm是水平边长度，2mm是竖直边长度，衔接在下端水平边两侧的两个小长方形的尺寸和位置与其相同；顶端卡槽设置在主体部分大长方形的上端的中部，由其上端水平边中部往下开槽，尺寸是1.5mm×0.8mm；
所述第三介质基板的主体部分结构及尺寸与第二介质基板相同，但其顶部未设置顶端卡槽，而是在其下部中间位置朝上设置有下端卡槽，下端卡槽尺寸是19.5mm×0.8mm×0.8mm。
8.根据权利要求1所述的一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，第一微带巴伦、第二微带巴伦采用材料是金属，具体是铜；第一微带巴伦设置在第二介质基板的前、后侧面上，包括前第一微带巴伦传输线和后第一微带巴伦接地，前第一微带巴伦传输线的第一长方形、第二长方形、第三长方形、第四长方形和第五长方形的尺寸依次为2.95mm×1.5mm、8mm×1.1mm、7mm×0.8mm、8mm×0.4mm和5mm×0.5mm，五个部分均沿长度较长的侧边依次居中衔接成型；后第一微带巴伦接地覆盖在第二介质基板后侧面上，其中部的长条空隙的尺寸为4mm×21mm，下部的圆形空隙的半径为1.5mm；
第二微带巴伦传输线的前第二微带巴伦传输线的第一长方形尺寸是3.95mm×1.5mm，其它部分的结构和尺寸与第一微带巴伦E相同。
9.根据权利要求1所述的一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，所述第四介质基板是一个正方形FR-4板，其尺寸是20mm×20mm×0.8mm，其上的两个圆形槽的半径为1.5mm，，左侧的圆形槽的圆心距离左侧长方形槽的上边缘3mm，右侧的圆形槽的圆心距离上侧长方形槽的右边缘3mm；
高频反射板的圆形铜板的半径是35mm，厚度为0.8mm，圆环铜片的高度是11mm，厚度为0.4mm，电介质柱安装孔的半径是2mm。
10.根据权利要求1所述的一种应用于Sub-6GHz的双频双极化5G基站天线，其特征在于，第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第四介质基板均为相对介电常数为4.4、损耗角正切值为0.02的FR-4材料。
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