CN112382854B - 5g基站全双工超高隔离度双极化mimo天线阵列 - Google Patents

5g基站全双工超高隔离度双极化mimo天线阵列 Download PDF

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Abstract

本发明公开5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列。本发明经过添加超材料隔离墙能够有效阻挡天线辐射对相邻天线单元的干扰，提高了单元间端口隔离度。本发明通过添加第二层支撑接地板减少了天线单元间的耦合，另外在支撑接地板上添加缺陷地开槽，减少了表面电流对相邻天线单元的影响，有效提高了单元间端口隔离度。本发明通过在馈电处添加滤波结构，有效减少了天线单元内两个极化端口的相互影响，提高了单元内端口隔离度。本发明通过差分馈电结构，单元内端口干扰可以相互抵消，有效减少了天线单元内两个极化端口的相互影响，提高了单元内端口隔离度。

Description

5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种全双工高隔离度MIMO基站天线。
背景技术
massive MIMO天线作为一种极具潜力的5G通信系统关键技术，近年来受到广泛的关注。大规模MIMO技术的主要思想是在基站端配置大规模天线阵列，使每个小区中基站端天线数目远大于用户端天线数目的总和。大量的基站天线可以给系统带来许多好处，包括更高的频谱效率和能量效率，简单线性信号处理技术的渐进最优特性，以及非相关干扰和噪声的渐进消除特性等等。
全双工传输是另一种有潜力的5G关键技术。在传统的无线通信系统中通常采用如时分双工和频分双工的半双工传输。然而，如果能够有效地应用全双工通信，即使收发机在相同的频率资源上同时进行信号发射和接收，将有可能在理论上实现两倍于半双工系统的频谱效率。除了对频谱效率的提升，全双工传输还能给接入层的系统设计带来一些方便和好处。
在天线端，全双工天线对自天线和相邻天线单元的干扰提出了更高要求，因此，能够实现单元内端口和单元间端口超高的隔离度的MIMO全双工天线设计，来满足5G高速通信，是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术中所提到的现有技术的缺陷，提供一种用于5G基站全双工超高隔离度宽带双极化MIMO天线阵列。该MIMO天线阵列的体积小，易于加工实现，覆盖3.4-3.6GHz宽频带，能够实现了不同端口间的超高隔离度。本发明采用的技术方案如下：
用于5G基站全双工超高隔离度宽带双极化MIMO天线阵列，包括M*N个天线单元系统(10)，M,N均为大于等于1的自然数；相邻天线单元系统(10)采用支撑接地板(02)固定。
所述的天线单元系统(10)包括滤波结构(1)、两个移相器(2)、天线单元(3)；
所述滤波结构(1)包括馈电接地板(11)、馈电介质板(12)、馈电线(13)、馈电过孔(14)、滤波单元(15)；所述馈电线(13)和滤波单元(15)位于馈电介质板(12)下表面，馈电接地板(11)位于馈电介质板(12)上表面；所述馈电线(13)包括两条轴对称的第一微带线(131)、第二微带线(132)；所述滤波单元(15)位于第一微带线(131)和第二微带线(132)中间，并且滤波单元(15)与第一微带线(131)和第二微带线(132)不接触，实现容性耦合。第一微带线(131)的两端分别作为第一端口P1、第三端口P3，第二微带线(132)的两端分别作为第二端口P2、第四端口P4。
作为优选，所述滤波单元(15)为一体成型“中”字形结构。
所述滤波单元(15)开有馈电过孔(14)，用于滤波单元(15)与馈电接地板(11)相连。
作为优选，所述馈电过孔(14)包括第一金属过孔(141)、第二金属过孔(142)；所述滤波单元(15)下方靠近第一微带线(131)处开有第一金属过孔(141)，使其与馈电接地板(11)相连；所述滤波单元(15)上方靠近第二微带线(132)处开有第二金属过孔(142)，使其与接地板(11)相连。
所述移相器的主要功能是实现功分和移相的作用。
作为优选，每个移相器(2)包括移相器接地板(21)、移相器介质板(22)、移相器微带线(23)、接地过孔(24)、贴片电阻(25)；移相器微带线(23)和贴片电阻(25)位于移相器介质板(22)上表面，移相器接地板(21)位于移相器介质板(22)下表面。
所述移相器微带线(23)包括第一移相传输线(231)和第二移相传输线(232)；第一移相传输线(231)的一端和第二移相传输线(232)的一端相交构成第五端口P5；第一移相传输线(231)的另一端和第二移相传输线(232)的另一端分别作为第五正端口(P51+)和第五负端口(P51-)；
第一移相传输线(231)比第二移相传输线(232)长0.5λ，两移相传输线产生180°相位差。第一移相传输线(231)和第二移相传输线(232)在移相功能的同时，实现等功率分配。
所述第二移相传输线(232)具有第一细长枝节(251)和第二细长枝节(252)；所述第一细长枝节(251)和第二细长枝节(252)末端分别通过第一移相接地过孔(241)和第二移相接地过孔(242)连接至移相器接地板(21)。
所述贴片电阻(25)两端分别连接第一移相传输线(231)和第二移相传输线(232)。
更为优选，第一移相传输线(231)和第二移相传输线(232)弯折设置，以减小尺寸。
所述天线单元(3)包括辐射单元(31)、辐射地板(32)和同轴馈线(33)；其中辐射单元(31)位于辐射地板(32)的上方，且两者间具有一定距离；
作为优选，辐射单元(31)和辐射地板(32)的距离约为0.1-0.5λ。
所述辐射单元(31)包括辐射贴片(311)、辐射介质板(312)、激励贴片(313)、馈电点(314)。辐射贴片(311)位于辐射介质板(312)的下表面；激励贴片(313)位于辐射介质板(312)的上表面。
所述辐射贴片(311)为对称结构，包括主辐射贴片(3111)；主辐射贴片(3111)为轴对称八边形，主辐射贴片(3111)中心开有十字形缝隙(3113)；十字形缝隙(3113)每个末端开有矩形缝隙(3112)；所述辐射贴片(311)开有四个开孔(3115),四个开孔(3115)关于十字形缝隙(3113)中心对称分布，两个对角位置的开孔(3115)连接线与十字形缝隙(3113)呈45°夹角，以实现波束对称。
作为优选，十字形缝隙(3113)中心边缘直角处有45°切角(3114)；
作为优选，矩形缝隙(3112)与十字形缝隙(3113)末端垂直。
所述激励贴片(313)为十字形金属贴片，在十字结构金属贴片末端分别连接有矩形贴片用于焊接。
所述馈电点位于开孔(3115)中心；同轴馈线(33)穿过辐射贴片(311)，贯通辐射介质板(312)，连接激励贴片(313)。所述同轴馈线(33)内芯与馈电点(314)相连，同轴馈线(33)外导体与开孔(3115)边缘相连。关于十字形缝隙中心对称分布的馈电点连接的同轴馈线(33)分别作为天线单元的第六正输入端口(P6+)和第六负输入端口(P6-)，另外两个馈电点分别作为天线单元的第七正输入端口(P7+)和第七负输入端口(P7-)；
所述支撑接地板(02)位于天线单元(3)中辐射地板(32)的下方，且两者具有一定的距离；支撑接地板(02)上开有两个馈线开槽(021)和缺陷地开槽(022)，两个馈线开槽(021)位于缺陷地开槽(022)的两侧；所述馈线开槽位于天线单元正下方，用于同轴馈线(33)的贯穿；所述缺陷地开槽(022)包括两条细长缝隙(0221)和矩形开槽(0222)；所述缺陷地开槽(022)位于两个天线单元(01)之间，并且与两个天线单元(01)不接触。
作为优选，矩形开槽(0222)的两端分别与两条细长缝隙(0221)连通；两条细长缝隙(0221)所在的直线与两个馈线开槽(021)中心连线垂直设置。
作为优选，支撑接地板(02)与辐射地板(32)距离约0.1λ。
所述滤波结构(1)的第一端口(P1)和第二端口(P2)连接天线外部端口,第三端口(P3)通过同轴电缆连接第一个移相器(2)的第五端口(P51)，第一个移相器(2)的两个差分端口第五正端口(P51+)和第五负端口(P51-)分别连接天线单元的第六正端口(P6+)和第六负端口(P6-)；P4通过同轴电缆连接第二个移相器(2)的第五端口(P52)，第二个移相器(2)的两个差分端口第五正端口(P52+)和第五负端口(P52-)分别连接天线单元的第七正端口(P7+)和第七负端口(P7-)。第一端口(P1)、第三端口(P3)、第五端口(P51)、第一个移相器(2)和天线单元组成+45°极化；第二端口(P2)、第四端口(P4)、第五端口(P52)、第二个移相器(2)和天线单元组成-45°极化；
所述天线单元能够覆盖3.4-3.6GHz频段，并可以通过同比例放大或者缩小天线单元，覆盖其他频段。
作为优选，每一个天线单元四周设有隔离墙；四面隔离墙围成封闭结构；
所述超材料隔离墙从内到外依次包括金属贴片阵列、隔离墙介质板(51)、隔离墙接地板(54)；所述金属贴片阵列位于隔离墙介质板(51)顶部；所述隔离墙接地板(54)位于隔离墙介质板(51)底部；所述金属贴片阵列由若干周期性分布的金属贴片(52)构成，每个金属贴片(52)通过一个隔离墙金属过孔(53)与隔离墙接地板(54)连接。
作为优选，超材料隔离墙向外倾斜0°-60°；天线波束宽度受倾斜角度较小的隔离墙影响较大。这样既能够实现隔离性能，又能够在一定程度上减少隔离墙对天线波束的限制，提高波束宽度。
本发明适用于5G基站全双工超高隔离度宽带双极化MIMO天线阵列，具体是：
1)本发明经过添加超材料隔离墙能够有效阻挡天线辐射对相邻天线单元的干扰，提高了单元间端口隔离度，并可以通过将超材料隔离墙向外倾斜一定角度，降低隔离墙对天线波束宽度的影响，提高天线的波束宽度。
2)本发明通过添加第二层支撑接地板减少了天线单元间的耦合，另外在支撑接地板上添加缺陷地开槽，减少了表面电流对相邻天线单元的影响，有效提高了单元间端口隔离度。
3)本发明通过在馈电处添加滤波结构，有效减少了天线单元内两个极化端口的相互影响，提高了单元内端口隔离度。
滤波结构为集成的一体化设计，相比于集总的电容和电感器件组成的滤波网络，本滤波结构基于PCB工艺，能够保证良好的精度和一致性。另外由于不需要额外焊接，可以避免集总器件产生的寄生效应对滤波性能的影响。最后，不需要增加额外的器件，减少安装的时间和成本。本滤波结构巧妙地将滤波单元和馈电网络集成，不会额外增加天线的尺寸。
4)本发明通过差分馈电结构，单元内端口干扰可以相互抵消，有效减少了天线单元内两个极化端口的相互影响，提高了单元内端口隔离度。
5)本发明天线单元实现模块化，能够实现不同规模阵列的扩展，总体上端口隔离度能够达到近-70dB。
6)本发明优化了馈电结构和辐射结构，使得天线能够覆盖3.4-3.6GHz约200MHz的宽频带，并能通过放大或者缩小尺寸使天线工作在其它频段。本发明采用低损耗结构，并且对端口进行了良好的匹配，天线效率能达到90％。本发明将天线波束集中，实现了9dBi的高增益。
7)本发明采用PCB(印刷电路板)制作主要结构，精度较高，可以保证一致性，便于加工生产。
附图说明
图1为本发明实施例1天线单元结构示意图；
图2为滤波单元示意图；
图3为移相器示意图；
图4为辐射单元示意图；
图5为支撑接地板示意图；
图6为滤波单元、移相器、天线单元的连接顺序示意图；
图7为超材料隔离墙的整体结构示意图；
图8为实施例1天线单元与支撑接地板、超材料隔离墙的结构示意图；
图9为实施例1全双工通信宽频带双极化高隔离度基站天线1*2阵列的整体结构示意图；
图10为实施例2全双工通信宽频带双极化高隔离度基站天线阵列的整体结构示意图；
图11为实施例1MIMO天线阵列单元内的端口反射系数测试示意图；
图12为实施例1MIMO天线阵列单元间的端口隔离度测试示意图；
图中标记：天线单元系统10、支撑接地板02、馈线开槽021、缺陷地开槽022、细长缝隙0221、矩形开槽0222、滤波结构1、馈电接地板11、馈电介质板12、馈电线13、第一微带线131、第二微带线132、馈电过孔14、第一金属过孔141、第二金属过孔142、滤波单元15、移相器2、移相器接地板21、移相器介质板22、移相器微带线23、第一移相传输线231、第二移相传输线232、接地过孔24、第一移相接地过孔241、第二移相接地过孔242、贴片电阻25、第一细长枝节251、第二细长枝节252、天线单元3、辐射单元31、辐射贴片311、主辐射贴片3111、矩形缝隙3112、十字形缝隙3113、45°切角3114、圆形开孔3115、3116、辐射介质板312、激励贴片313、馈电点314、辐射地板32、同轴馈线33、隔离墙介质板51、金属贴片52、隔离墙金属过孔53、隔离墙接地板54、第一端口P1)、第二端口P2)、第三端口P3、第四端口P4、第五端口P5、第五正端口P5+、第五负端口P5-、第六正端口P6+、第五负端口P6-、第七正端口P7+、第七负端口P7-。
具体实施方式
为了更加清楚地说明本发明解决的问题、采用的技术方案和有益效果，下面结合图示说明本发明的具体实施方式，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用以限制本发明，凡是在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等。均应在本发明的保护范围之内，以上这些技术的若干组合也应在本发明的保护范围之内。
实施例1：
如图10所示5G基站全双工超高隔离度宽带双极化MIMO天线阵列，为如图9所示呈1*2一维平行紧凑分布的天线单元系统(10)，天线单元系统(10)采用支撑接地板02固定。
如图6每个天线单元系统(10)从下至上依次包括滤波结构1、移相器2、天线单元3，滤波结构1的第一输入端口P1和第二输入端口P2连接天线外部端口,滤波结构1的第三输出端口P3通过同轴电缆连接第一个移相器2的第五输入端口P51，第一个移相器2的两个差分端口第五正输出端口P51+和第五负输出端口P51-分别连接天线单元的第六正输入端口P6+和第六负输入端口P6-；滤波结构1的第四输出端口P4通过同轴电缆连接第二个移相器2的第五输入端口P52，第二个移相器2的两个差分端口第五正输出端口P52+和第五负输出端口P52-分别连接天线单元的第七正输入端口P7+和第七负输入端口P7-。连接功分器和天线单元的同轴电缆通过馈线开槽021，穿过支撑接地板02，所以馈线开槽021的形状不限于矩形，也可以为圆形或其它多边形。
如图2所示，滤波结构1包括馈电接地板11、馈电介质板12、馈电线13、馈电过孔14、滤波单元15；所述馈电线13和滤波单元15位于馈电介质板12下表面，馈电接地板11位于馈电介质板12上表面。馈电线13包括第一微带线131和第二微带线132。滤波单元15位于第一微带线131和第二微带线132中间，为一体成型“中”字形结构，所述滤波单元15下方靠近第一微带线131处开有第一金属过孔141，使其与接地板11相连；所述滤波单元15上方靠近第二微带线132处开有第二金属过孔142，使其与接地板11相连。其主要作用是作为一个带阻滤波器，提高第一端口和第二端口的隔离度。
滤波器单元15不与第一微带线131和第二微带线132直接相连，而是间隔一定距离，特定频率的电磁波可以通过第一微带线131和第二微带线132耦合到滤波单元。滤波单元通过第一接地过孔141和第二接地过孔142连接到馈电接地板11，用来滤除特定频率的电磁波信号，该设计能够有效提高天线单元内的端口隔离度。
滤波结构1为集成的一体化设计，相比于集总的电容和电感器件组成的滤波网络，本滤波结构基于PCB工艺，能够保证良好的精度和一致性。另外由于不需要额外焊接，可以避免集总器件产生的寄生效应对滤波性能的影响。最后，不需要增加额外的器件，减少安装的时间和成本。
如图3所示，移相器2包括移相器接地板21、移相器介质板22、移相器微带线23、接地过孔24、贴片电阻25；移相器微带线23和贴片电阻25位于移相器介质板22上表面，移相器接地板21位于移相器介质板22下表面。
移相器微带线23包括第一移相传输线231和第二移相传输线232；第一移相传输线231比第二移相传输线232长0.5λ，两移相传输线产生180°相位差。第一移相传输线231和第二移相传输线232在移相功能的同时，实现等功率分配。第一移相传输线231和第二移相传输线232弯折用于减小尺寸。所述第二移相传输线232具有第一细长枝节251和第二细长枝节252；所述第一细长枝节251和第二细长枝节252末端分别通过第一移相接地过孔241和第二移相接地过孔242连接至移相器接地板21。所述贴片电阻25两端分别连接第一移相传输线231和第二移相传输线232。
第一移相传输线231的一端与第二移相传输线232的一端连接后作为第五端口P5，第一移相传输线231的另一端作为第五正输出端口P5+，第二移相传输线232的另一端作为第五负输出端口P5-。
移相器2通过第五端口P5馈电，通过功分结构实现两路等功率分配，因为第一移相传输线231比第二移相传输线232长度多了半个波长，因此P5-比P5+相位相差180°,实现差分输出。移相器的主要功能是实现功分和移相的作用，因此其结构不只局限于上述结构，能够实现功分和移相的器件如T型功分器、威尔金森功分器、3dB耦合环等器件均可。
天线单元馈电采用差分馈电方式，能够从理论上实现天线单元内两个端口之间干扰的抵消，有效提高端口间隔离度。为实现天线的宽带性能，移相器需要在较宽频带内实现180°相移，采用PCB方式可以准确控制移相器尺寸，减少加工带来的误差。另外，移相器需要承受大功率，因此移相器中的贴片电阻采用大功率电阻。
如图1天线单元3包括辐射单元31、辐射地板32和同轴馈线33；其中辐射单元31位于辐射地板32的上方，且两者间距离0.1-0.5λ；
如图4所示，所述辐射单元31包括辐射贴片311、辐射介质板312、激励贴片313、馈电点314。辐射贴片311位于辐射介质板312下表面；激励贴片313位于辐射介质板312上表面。所述馈电点位于圆形开孔3115中心,贯通辐射介质板312，连接辐射贴片311和激励贴片313。所述同轴馈线33内芯与馈电点314相连，同轴馈线33外导体与圆形开孔3115边缘相连。辐射单元距离底部辐射地板(32)高度为0.1λ-0.25λ。
每一个天线单元3四周设有超材料隔离墙，即四面隔离墙围成封闭结构；且超材料隔离墙5垂直于支撑接地板02。
如图7所示，所述超材料隔离墙包括隔离墙介质板51、金属贴片阵列、隔离墙金属过孔53、隔离墙接地板54；所述金属贴片阵列位于隔离墙介质板51的内侧面；所述隔离墙接地板54位于隔离墙介质板51的外侧面；所述金属贴片阵列由若干周期性分布的金属贴片52构成，每个金属贴片52通过一个隔离墙金属过孔53与隔离墙接地板54连接。
作为优选，金属贴片52大小为0.05λ，金属贴片的形状包括但不限于正方形，也可以为圆形或其他多边形。
作为优选，超材料隔离墙距离天线单元中心的距离为λ。
四面隔离墙围成封闭结构，将天线单元包围起来，约束天线波束向前辐射，阻挡天线单元向周围的辐射，降低对其他天线单元的干扰。超材料隔离墙环绕在天线单元四周，实现了全方位的隔离，这样便于二维组阵时的扩展，一面隔离墙只能实现一维组阵时的扩展。另外，隔离墙环绕四周能够实现天线的有效隔离，但是会对天线的波束宽度产生限制，造成天线波束宽度过窄。在本设计中，为了解决这个问题，超材料隔离墙可以向外倾斜一定角度，范围在0°-60°，如图8所示，此时，天线波束宽度受倾斜角度较小的隔离墙影响较大。这样既能够实现隔离性能，又能够在一定程度上减少隔离墙对天线波束的限制，提高波束宽度。
如图5和图8所示，所述支撑接地板02位于辐射地板32下方，距离辐射地板32约0.1λ。所述支撑接地板02包含馈线开槽021和缺陷地开槽022；所述馈线开槽位于天线单元正下方；所述缺陷地开槽022包含细长缝隙0221和矩形开槽0222；所述缺陷地开槽022位于两个天线单元01之间，并且垂直于天线单元01的对角线。在支撑接地板02上开有缺陷地开槽，缺陷地开槽位于两个天线单元中间，实现对表面电流的有效隔离，降低对其他单元的干扰。
天线单元之间5G基站全双工超高隔离度宽带双极化MIMO天线阵列单元和隔离墙结构组成阵列，天线单元内部的滤波结构可以提高单元间的端口隔离度；通过差分馈电结构，单元内端口干扰可以相互抵消，有效减少了天线单元内两个极化端口的相互影响，提高了单元内端口隔离度。天线单元周围的隔离墙可以阻挡本天线单元对其他天线的单元的电磁波辐射，通过支撑接地板添加缺陷地开槽，减少了表面电流对相邻天线单元的影响，有效提高了单元间端口隔离度。天线阵列可以包括M*N个天线单元所述的天线单元，M,N均为大于等于1的自然数。优选的可以是2*4、4*4、8*8阵列。
如图11和图12所示，为本发明5G基站全双工超高隔离度宽带双极化MIMO天线阵列单元的端口隔离度测试示意图，传统天线的端口隔离度一般只能达到-40dB左右，在发明实施的5G基站全双工超高隔离度宽带双极化MIMO天线阵列单元内端口隔离度S12典型值能达到-60dB到-70dB。相邻天线单元间端口隔离度S13、S23、S24和S14的典型值同样能够达到-60dB到-70dB。
实施例2：
本实施实例提供一种4*4个单元的16T16R的5G基站全双工超高隔离度宽带双极化MIMO天线阵列，其结构如图10所示，实施例2是以实施例1所述的MIMO天线为基础进行二维扩展。也可以以实施实例一所述的MIMO天线为基础进行其它单元数目的二维扩展，例如2*4、8*8个单元的64T64R阵列。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列，其特征在于包括M*N个天线单元系统（10），M,N均为大于等于1的自然数；相邻天线单元系统（10）采用支撑接地板（02）固定；
所述的天线单元系统（10）包括滤波结构（1）、两个移相器（2）、天线单元（3）；
所述滤波结构（1）包括馈电接地板（11）、馈电介质板（12）、馈电线（13）、馈电过孔（14）、滤波单元（15）；所述馈电线（13）和滤波单元（15）位于馈电介质板（12）下表面，馈电接地板（11）位于馈电介质板（12）上表面，馈电过孔（14）用于滤波单元（15）与馈电接地板（11）相连；所述馈电线（13）包括两条轴对称的第一微带线（131）、第二微带线（132）；所述滤波单元（15）位于第一微带线（131）和第二微带线（132）中间，并且滤波单元（15）与第一微带线（131）和第二微带线（132）不接触，实现容性耦合；第一微带线（131）的两端分别作为第一输入端口、第三输出端口，第二微带线（132）的两端分别作为第二输入端口、第四输出端口；
所述移相器的主要功能是实现功分和移相的作用，实现差分输出；
所述天线单元（3）包括辐射单元（31）、辐射地板（32）和同轴馈线（33）；其中辐射单元（31）位于辐射地板（32）的上方，且两者间具有一定距离；
所述辐射单元（31）包括辐射贴片（311）、辐射介质板（312）、激励贴片（313）、馈电点（314）；辐射贴片（311）位于辐射介质板（312）的下表面；激励贴片（313）位于辐射介质板（312）的上表面；
所述辐射贴片（311）为对称结构，包括主辐射贴片（3111）；主辐射贴片（3111）为轴对称八边形，主辐射贴片（3111）中心开有十字形缝隙（3113）；十字形缝隙（3113）每个末端开有矩形缝隙（3112）；所述辐射贴片（311）开有四个开孔（3115）, 四个开孔（3115）关于十字形缝隙（3113）中心对称分布，两个对角位置的开孔（3115）连接线与十字形缝隙（3113）呈45°夹角，以实现波束对称；
所述激励贴片（313）为十字形金属贴片；
所述馈电点位于开孔（3115）中心；同轴馈线（33）的一端接移相器的输出端，另一端穿过支撑接地板（02）、辐射地板（32）、辐射贴片（311）、辐射介质板（312），连接激励贴片（313）；所述同轴馈线（33）内芯与馈电点（314）相连，同轴馈线（33）外导体与开孔（3115）边缘相连；关于十字形缝隙中心对称分布的馈电点连接的同轴馈线（33）分别作为天线单元的第六正输入端口、第六负输入端口、第七正输入端口和第七负输入端口；
所述支撑接地板（02）位于天线单元（3）的辐射地板（32）下方，且两者具有一定的距离；支撑接地板（02）上开有馈线开槽（021）和缺陷地开槽（022）；所述馈线开槽位于天线单元正下方，用于同轴馈线（33）的贯穿；所述缺陷地开槽（022）与天线单元（3）不接触；
所述滤波结构（1）的第一输入端口和第二输入端口连接天线外部端口,第三输出端口通过同轴馈线（33）连接第一个移相器（2）的第五输入端口，第一个移相器（2）的两个差分端口即第五正端口和第五负端口分别连接天线单元的第六正输入端口和第六负输入端口；第四输出端口通过同轴馈线（33）连接第二个移相器（2）的第五输入端口，第二个移相器（2）的两个差分端口即第五正端口和第五负端口分别连接天线单元的第七正输入端口和第七负输入端口；
每一个天线单元四周设有隔离墙；四面隔离墙围成封闭结构；
所述隔离墙从内到外依次包括金属贴片阵列、隔离墙介质板（51）、隔离墙接地板（54）；所述金属贴片阵列位于隔离墙介质板（51）顶部；所述隔离墙接地板（54）位于隔离墙介质板（51）底部；所述金属贴片阵列由若干周期性分布的金属贴片（52）构成，每个金属贴片（52）通过一个隔离墙金属过孔（53）与隔离墙接地板（54）连接。
2.如权利要求1所述的5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列，其特征在于所述滤波单元（15）为一体成型“中”字形结构。
3.如权利要求1所述的5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列，其特征在于移相器（2）包括移相器接地板（21）、移相器介质板（22）、移相器微带线（23）、接地过孔（24）、贴片电阻（25）；移相器微带线（23）和贴片电阻（25）位于移相器介质板（22）上表面，移相器接地板（21）位于移相器介质板（22）下表面；
所述移相器微带线（23）包括第一移相传输线（231）和第二移相传输线（232）；第一移相传输线（231）的一端和第二移相传输线（232）的一端相交构成第五输入端口；第一移相传输线（231）的另一端和第二移相传输线（232）的另一端分别作为第五正输出端口和第五负输出端口；
所述贴片电阻（25）两端分别连接第一移相传输线（231）和第二移相传输线（232）。
4.如权利要求3所述的5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列，其特征在于第一移相传输线（231）比第二移相传输线（232）长0.5λ，两移相传输线产生180°相位差。
5.如权利要求3或4所述的5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列，其特征在于所述第二移相传输线（232）具有第一细长枝节（251）和第二细长枝节（252）；所述第一细长枝节（251）和第二细长枝节（252）末端分别通过第一移相接地过孔（241）和第二移相接地过孔（242）连接至移相器接地板（21）。
6.如权利要求3所述的5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列，其特征在于第一移相传输线（231）和第二移相传输线（232）弯折设置，以减小尺寸。
7.如权利要求1所述的5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列，其特征在于辐射单元（31）和辐射地板（32）的距离为0.1-0.5λ；支撑接地板（02）与辐射地板（32）距离为0.1λ。
8.如权利要求1所述的5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列，其特征在于支撑接地板（02）上开有两个馈线开槽（021）和一个缺陷地开槽（022），两个馈线开槽（021）位于缺陷地开槽（022）的两侧；所述馈线开槽位于天线单元正下方，用于同轴馈线（33）的贯穿；所述缺陷地开槽（022）位于两个天线单元（3）之间，并且与两个天线单元（3）不接触。
9.如权利要求1或8所述的5G基站全双工超高隔离度双极化MIMO天线阵列，其特征在于所述缺陷地开槽（022）包括两条细长缝隙（0221）和矩形开槽（0222）；矩形开槽（0222）的两端分别与两条细长缝隙（0221）连通；两条细长缝隙（0221）所在的直线与两个馈线开槽（021）中心连线垂直设置。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023024023A1 (zh) * 2021-08-26 2023-03-02 京东方科技集团股份有限公司 天线结构及电子设备
CN114204256B (zh) * 2021-11-29 2022-12-13 广东工业大学 全双工应用的宽带高隔离贴片天线及无线通信设备
CN116315663A (zh) * 2023-05-11 2023-06-23 深圳芯盛思技术有限公司 一种基于差分发射差分接收方式的抗干扰型收发一体天线
CN117175207B (zh) * 2023-09-27 2024-06-25 普罗斯通信技术（苏州）有限公司 一种天线

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103703620A (zh) * 2013-08-26 2014-04-02 华为技术有限公司 宽带双极化阵列天线及基站
CN110504542A (zh) * 2019-08-28 2019-11-26 重庆大学 加载复合隔离器的宽带双极化高密度高隔离度阵列天线
CN111029739A (zh) * 2019-11-29 2020-04-17 维沃移动通信有限公司 一种天线单元和电子设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9722323B2 (en) * 2012-03-26 2017-08-01 Galtronics Corporation Ltd. Isolation structures for dual-polarized antennas

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103703620A (zh) * 2013-08-26 2014-04-02 华为技术有限公司 宽带双极化阵列天线及基站
CN110504542A (zh) * 2019-08-28 2019-11-26 重庆大学 加载复合隔离器的宽带双极化高密度高隔离度阵列天线
CN111029739A (zh) * 2019-11-29 2020-04-17 维沃移动通信有限公司 一种天线单元和电子设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
5G的基站通信天线的研究;孟涛;《通信电源技术》;20200510(第09期);全文 *
Cross-Polarization Discrimination and Port-to-Port Isolation Enhancement of Dual-Polarized Antenna Structures Enabling Polarization MIMO;Shuhei Yamada;《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》;20190712;全文 *

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