CN111916886A - 一种增强型扩频宽带基站天线及无线通信设备 - Google Patents

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杨镇恺
崔悦慧
张海伟
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Abstract

本发明公开了一种增强型扩频宽带基站天线及无线通信设备，包括反射板、天线辐射单元上方耦合单元及下方耦合单元，所述天线辐射单元通过支撑柱固定在反射板的上方，所述上方耦合单元固定在天线辐射单元的上方，所述下方耦合单元固定在反射板上方、位于反射板与天线辐射单元之间，所述天线辐射单元包括四个辐射臂、介质基板及馈线结构，其中两个辐射臂构成+45度极化振子，由第一馈线馈电，另外两个辐射臂构成‑45度极化振子，由第二馈线馈电，所述四个辐射臂均为印制在介质基板的六角形贴片，所述六角形贴片开有直角型缝隙。该天线具有带宽大，隔离度高，结构简单新颖，增益和辐射方向图稳定的优点。

Description

一种增强型扩频宽带基站天线及无线通信设备
技术领域
本发明涉及移动通信领域，具体涉及一种增强型扩频宽带基站天线及无线通信设备。
背景技术
随着移动通信技术的飞速发展，新频段的开发利用尤其重要，日本已经将1427-1515MHz频段运用在IMT(国际移动通信)服务上，在欧洲，25个欧盟国家支持将1415-1515MHz用于IMT服务，德国和意大利已经将中心频段1452-1442MHz拍卖给IMT服务。法国、爱尔兰和斯洛文尼亚在塞浦路斯监管机构咨询拍卖1452-1442MHz给IMT服务。现阶段在中国就有2G、3G、LTE(4G)系统，2G系统使用824-880MHz、890-960MHz，LTE(4G)系统使用698-806MHz，中国的无线通信系统目前已覆盖698-960MHz频段。随着移动通信技术的发展，带宽的需求越来越重要，不同移动系统的使用占用不同的频段，同一个天线若能覆盖更多的移动通信频段将可以降低制作成本，提高空间利用，增加经济收益，存在更大的价值。因此，新设计安装的宽带天线同时覆盖698-960MHz和1427-1515MHz，同时支持IMT和不同的移动通信系统，以取得更大的经济效益。
目前，宽带基站天线一般可以覆盖2G、3G、LTE(4G)系统的690-960MHz带宽或1700-2700MHz带宽，现有一种新型扩频宽带基站天线通过在天线辐射单元上方增加圆形金属片作为耦合单元实现带宽扩展，覆盖了1410-2800MHz(相对带宽为68％)，并不具备同时覆盖690-960MHz和IMT服务的带宽(相对带宽为74％)，若一副天线可以工作于多个通信系统频段，从而可以减少天线的数目，实现通信设备的小型化
发明内容
为了同时覆盖690-960MHz和IMT服务的带宽，本发明首要目的是提供一种增强型扩频宽带基站天线，本发明是一种辐射增益高、高隔离度，且方向图稳定的增强型扩频宽带基站天线，该宽带基站天线能实现74％的阻抗带宽，隔离度达到35dB，覆盖690-1520MHz的频段。
本发明次要目的是提供一种无线通信设备。
本发明首要目的采用如下技术方案：
一种增强型扩频宽带基站天线，包括反射板、天线辐射单元、上方耦合单元及下方耦合单元，所述天线辐射单元设置在反射板的上方，所述上方耦合单元固定在天线辐射单元的上方，所述下方耦合单元固定在反射板的上方，且位于反射板与天线辐射单元之间，所述天线辐射单元包括第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂、第四辐射臂、介质基板及馈线结构，所述馈线结构包括第一馈线及第二馈线，所述第一辐射臂、第四辐射臂及第一馈线印制在介质基板的上表面，所述第二辐射臂、第三辐射臂及第二馈线印制在介质基板的下表面，所述第一辐射臂及第三辐射臂构成+45度极化振子，由第一馈线馈电，所述第二辐射臂及第四辐射臂构成-45度极化振子，由第二馈线馈电；
所述上方耦合单元及下方耦合单元均包括一个圆形金属片；
优选的，第一、第二、第三及第四辐射臂的结构相同，均为印制在介质基板的六角形贴片，所述六角形贴片开有直角型缝隙。
优选的，所述直角型缝隙位于辐射臂的中心位置，其开口方向朝向介质基板的中心。
优选的，所述上方耦合单元和下方耦合单元的圆心均与介质基板的中心点在同一条竖直直线上。
优选的，上方耦合单元距离天线辐射单元为25mm，下方耦合单元距离天线辐射单元为9mm。
优选的，所述第一馈线及第二馈线相互垂直，垂直的交点位于介质基板的中心点。
优选的，所述第一及第三辐射臂关于介质基板中心点对称，第二及第四辐射臂关于介质基板中心点对称。
优选的，所述上方耦合单元的半径为40mm，所述下方耦合单元的半径为33mm。
优选的，反射板与天线辐射单元的距离为0.1λL-0.5λL，其中λL为该宽带基站天线中心频率1.1GHz在自由空间中所对应波长。
本发明次要目的是采用如下技术方案：
一种无线通信设备，包括所述的一种增强型扩频宽带基站天线。
本发明的有益效果：
(1)本发明带宽完全覆盖690-1520MHz，不仅适用于2G/3G/LTE(4G)系统还适用于IMT系统。
(2)本发明辐射臂具有镂空直角型结构，扩展频带效果好。
(3)本发明耦合单元结构简单，具有很好的阻抗匹配作用。
(4)本发明辐射体结构新颖，耦合单元结构简单，宽带宽，方向图稳定，增益高，隔离度高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明的正视剖面图；
图4是本发明的左视剖面图；
图5是本发明实施例天线的带宽测试图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
图1至图4所示，一种增强型扩频宽带基站天线，包括反射板5、天线辐射单元1、上方耦合单元2及下方耦合单元3，所述天线辐射单元1通过支撑柱6固定在反射板5的上方，本实施例中两者距离为87mm,所述上方耦合单元通过支撑柱固定在天线辐射单元的上方,所述下方耦合单元通过支撑柱固定在反射板的上方，且在天线辐射单元及反射板之间。本实施例中上方耦合单元距离天线辐射单元25mm，下方耦合单元距离天线辐射单元9mm，所述支撑柱均为绝缘塑料柱，
所述天线辐射单元包括第一辐射臂7A、第二辐射臂7B、第三辐射臂7C、第四辐射臂7D、介质基板及馈线结构，四个辐射臂印制在介质基板的四个象限内，所述馈线结构包括第一馈线8A及第二馈线8B，所述第一辐射臂、第四辐射臂及第一馈线8A印制在介质基板的上表面，所述第二辐射臂、第三辐射臂及第二馈线8B印制在介质基板9的下表面，所述第一辐射臂及第三辐射臂构成+45度极化振子，由第一馈线馈电，所述第二辐射臂及第四辐射臂构成-45度极化振子，由第二馈线馈电，可以实现35dB的隔离度。
所述第一馈线及第二馈线相互垂直，交点位于介质基板的中心点。
所述四个辐射臂的结构相同，大小尺寸也相同，均包括印制在介质基板的六角形贴片，所述六角形贴片开有直角型缝隙，所述直角型缝隙的开口朝向介质基板中心点。
本实施例中的六角形贴片，包括矩形和两个等腰三角形，四个直角型缝隙形成类似方形，方形的边长大于上方耦合单元的直径。
所述直角型缝隙位于辐射臂的中心位置，采用直角型缝隙产生高频谐振，增加谐振个数，扩展带宽，直角型缝隙增加一个高频谐振点，实现带宽扩展。
直角型缝隙的总长度约为高频谐振点的一个波长。
上方耦合单元及下方耦合单元可以相同，也可以不同，具体为圆形，十字形、方形或其他对称结构金属贴片，本实施例耦合单元形状相同，优选为圆形金属片，其匹配s参数及天线辐射性能最佳。
所述上方耦合单元由一个圆形金属片构成，半径为40mm,距离天线辐射单元为25mm；所述下方耦合单元由一个圆形金属片构成，半径为33mm,圆形金属片距离天线辐射单元为9mm。两个圆形金属片的圆心均与介质基板的中心点在一条竖直直线上。该结构的两个耦合单元用于调节阻抗匹配，改善所述增强型扩频宽带基站天线的回波损耗，实现双极化带宽690MHz-1520MHz(回波损耗可以大于15dB)。
进一步的，上方耦合单元与天线辐射单元的距离及耦合单元的半径可以起到引相器的作用，可以调节高频半波宽度及增益。
天线辐射单元距离反射板的距离为0.1λL-0.5λL，其中λL为该宽带基站天线中心频率1.1GHz在自由空间中所对应波长。
所述反射板为平面结构。
所述介质基板采用高频板材R04350B，厚度0.76mm，相对介电常数3.48。
天线辐射单元为平面结构，可实现双极化带宽690MHz-1520MHz，回波损耗大于15dB，隔离度大于35dB。
本发明还包括同轴线4，所述同轴线与馈线连接,所述同轴线与下方耦合单元不接触。
如图5所示，是本实施例的阻抗带宽，由图5可以得出结论，本发明的双极化天线具有690-1520MHz的阻抗带宽，回波损耗达到15dB，可同时覆盖IMT系统1427-1515MHz和690-960MHz频段，并且在该带宽上隔离度35dB以上，增益在8dBi以上。
本增强型扩频宽带基站天线具有结构新颖，制作简单，带宽大，隔离度高，增益和辐射方向图稳定等特点。
实施例2
一种无线通信设备，包括所述的一种增强型扩频宽带基站天线，该基站天线包括反射板5、天线辐射单元1、上方耦合单元2及下方耦合单元3，所述天线辐射单元1通过支撑柱6固定在反射板5的上方，所述上方耦合单元通过支撑柱固定在天线辐射单元的上方,所述下方耦合单元通过支撑柱固定在反射板的上方，且在天线辐射单元及反射板之间。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增强型扩频宽带基站天线，其特征在于，包括反射板、天线辐射单元、上方耦合单元及下方耦合单元，所述天线辐射单元设置在反射板的上方，所述上方耦合单元固定在天线辐射单元的上方，所述下方耦合单元固定在反射板的上方，且位于反射板与天线辐射单元之间，所述天线辐射单元包括第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂、第四辐射臂、介质基板及馈线结构，所述馈线结构包括第一馈线及第二馈线，所述第一辐射臂、第四辐射臂及第一馈线印制在介质基板的上表面，所述第二辐射臂、第三辐射臂及第二馈线印制在介质基板的下表面，所述第一辐射臂及第三辐射臂构成+45度极化振子，由第一馈线馈电，所述第二辐射臂及第四辐射臂构成-45度极化振子，由第二馈线馈电；
所述上方耦合单元及下方耦合单元均包括一个圆形金属片。
2.根据权利要求1所述的一种增强型扩频宽带基站天线，其特征在于，第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂及第四辐射臂的结构相同，均为印制在介质基板的六角形贴片，所述六角形贴片开有直角型缝隙。
3.根据权利要求2所述的一种增强型扩频宽带基站天线，其特征在于，所述直角型缝隙位于辐射臂的中心位置，其开口方向朝向介质基板的中心。
4.根据权利要求1所述的一种增强型扩频宽带基站天线，其特征在于，所述上方耦合单元和下方耦合单元的圆心均与介质基板的中心点在同一条竖直直线上。
5.根据权利要求4所述的一种增强型扩频宽带基站天线，其特征在于，上方耦合单元距离天线辐射单元为25mm，下方耦合单元距离天线辐射单元为9mm。
6.根据权利要求1所述的一种增强型扩频宽带基站天线，其特征在于，所述第一馈线及第二馈线相互垂直，垂直的交点位于介质基板的中心点。
7.根据权利要求1所述的一种增强型扩频宽带基站天线，其特征在于，所述第一辐射臂及第三辐射臂关于介质基板中心点对称，第二及第四辐射臂关于介质基板中心点对称。
8.根据权利要求3所述的一种增强型扩频宽带基站天线，其特征在于，所述上方耦合单元的半径为40mm，所述下方耦合单元的半径为33mm。
9.根据权利要求1所述的一种增强型扩频宽带基站天线，其特征在于，反射板与天线辐射单元的距离为0.1λL-0.5λL，其中λL为该宽带基站天线中心频率1.1GHz在自由空间中所对应波长。
10.一种无线通信设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的一种增强型扩频宽带基站天线。
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