CN112582784A - 一种基于环加载和开槽的宽带基站天线及无线通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于环加载和开槽的宽带基站天线及无线通信设备，包括天线辐射单元、馈电巴伦和反射板，所述天线辐射单元通过馈电巴伦设置在反射板的上方，所述辐射介质基板的上表面设置四个辐射臂及耦合方环，四个辐射臂设置在耦合方环内，本发明结构简单，平面结构，且巴伦馈电可以大大降低高度。

Description

一种基于环加载和开槽的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，具体涉及一种基于环加载和开槽的宽带基站天线及无线通信设备。
背景技术
基站天线作为移动通信系统的重要组成部分，是手机等移动终端与基站直接通信的门户，也是无线通信系统实现频率复用、分集接收等技术的重要载体。随着移动通信的发展，出现了多制式多系统多频段并存的局面，移动通信技术向着高速率、大容量、集成化和小型化的方向发展，所以小型化宽带基站天线的设计显得尤为重要。此外，大规模MIMO天线是当前5G，未来B5G，和6G的重要核心技术之一，大规模MIMO天线采用大规模数量的辐射单元，在宽带基站天线中，低边频的间距明显小于半波长，从而会引入显著的互耦效应，影响大规模MIMO天线的阻抗匹配和辐射性能，因此辐射单元的小型化成为技术突破的关键。小型化基站天线依据小尺寸的优势可以减少布置空间，便于天线选址，亦可缓解天面资源紧张的压力。基站天线小型化以后，还有诸多以下的优势：风载面积小，具有更高的安全性；尺寸与重量减小可以降低包装成本与运输成本，同时可以降低对基站铁塔的强度要求，减小建设成本；小尺寸的基站天线更易制作，有利于与射频模块集成。
随着移动通信技术的发展，带宽的需求越来越重要，不同移动系统占用不同的频段，同一个天线若能覆盖多个系统频段将可以减小制作成本，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690MHz-1680 MHz，同时用于支持2G、3G、4G制式下不同频段的移动通信系统和IMT1.4/1.5GHz频段，以取得更大的经济效益。另外，随着移动通信技术的发展，2G制式将逐渐退网，原本用于2G系统的通信频段被逐步释放，可用于新的4G或者5G制式来实现高速移动通信网络的优质覆盖。目前平面型的宽带基站天线带宽支持难以达到65％及更高带宽覆盖，特别是难以在65％及更高带宽覆盖上保持稳定的辐射方向图和增益；另一方面，宽带天线的小型化也是设计难点，通常具有50％相对带宽覆盖的天线尺寸基本都大于其工作频段中心频率所对应波长的一半以上。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明的首要目的是提供一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，该天线辐射增益高，且方向图稳定，该宽带基站天线能实现82％的阻抗带宽，覆盖690-1680MHz的频段。
本发明的次要目的是提供一种无线通信设备。
本发明的首要目的采用如下技术方案：
一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，包括天线辐射单元、馈电巴伦和反射板，所述天线辐射单元通过馈电巴伦设置在反射板的上方；
所述天线辐射单元包括辐射介质基板，所述辐射介质基板的上表面印制第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂及第四辐射臂，所述辐射介质基板的上表面还印制耦合环，耦合环将四个辐射臂环绕在其内；所述馈电巴伦包括第一馈电巴伦及第二馈电巴伦，所述第一辐射臂及第三辐射臂构成+45度极化振子，由第一馈电巴伦馈电，所述第二辐射臂及第四辐射臂构成-45度极化振子，由第二馈电巴伦馈电。
进一步，耦合环为方环。
进一步，每个辐射臂上均沿着辐射介质基板对称轴方向设置两条狭长矩形缝隙。
进一步，两条狭长矩形缝隙的结构尺寸相同。
进一步，辐射臂与耦合环间隔距离。
进一步，天线辐射单元距离反射板的距离为0.1λ0-0.5λ0，其中λ0为该宽带基站天线中心频率1.2GHz在自由空间中所对应波长。
进一步，所述第一辐射臂及第三辐射臂关于辐射介质基板的中心点对称，第二辐射臂及第四辐射臂关于辐射介质基板的中心点对称。
进一步，四个辐射臂结构相同，具体为菱形贴片。
进一步，每个辐射臂都设置掏空部分。
本发明的次要目的采用如下技术方案：
一种无线通信设备，包括所述的一种基于环加载和开槽的宽带基站天线。
本发明的有益效果：
(1)本发明带宽完全覆盖690-1680MHz，适用于2G、3G、4G(LTE)系统和IMT-1.4/1.5GHz频段覆盖。
(2)本发明辐射臂设有狭长矩形缝隙，有效的扩展频带。
(3)本发明的耦合方环，可以有效的减小辐射臂的尺寸，使辐射体结构小型化。
(4)本发明结构简单，平面结构，且巴伦馈电可以大大降低高度。
(5)本发明辐射体结构新颖，宽带宽，方向图稳定，增益高。
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是本发明的第一馈电巴伦示意图；
图4是本发明的第二馈电巴伦示意图；
图5是本发明的正视剖面图；
图6是本发明的小型平面宽带基站天线的阻抗带宽。
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
如图1-图5所示，一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，包括天线辐射单元1，馈电巴伦2和反射板3。所述天线辐射单元通过馈电巴伦设置在反射板的上方。
所述天线辐射单元包括辐射介质基板4，所述辐射介质基板的上表面印制第一辐射臂5A、第二辐射臂5B、第三辐射臂5C及第四辐射臂5D，所述辐射介质基板的上表面还印制耦合环6，耦合环根据实际需要选择不同形状，本实施例为耦合方环，耦合方环将四个辐射臂环绕在其内；所述第一辐射臂及第三辐射臂构成+45度极化振子，由第一馈电巴伦馈电，所述第二辐射臂及第四辐射臂构成-45度极化振子，由第二馈电巴伦馈电，所述第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂及第四辐射臂的结构相同，均为印制在辐射介质基板的菱形贴片，所述菱形贴片均设部分掏空及两条矩形缝隙。所述第一辐射臂及第三辐射臂关于辐射介质基板的中心点对称，第二辐射臂及第四辐射臂关于辐射介质基板的中心点对称。
本实施例中每个辐射臂上均沿着介质基板对称轴方向设置两条狭长矩形缝隙，结构尺寸相同，四个辐射臂的矩形缝隙关于天线中心对称，采用所述狭长矩形缝隙可以增加高频谐振点，以扩展带宽。
所述四个辐射臂设置在耦合方环内，并间隔一定距离，耦合方环用于产生低频的谐振，以扩展带宽。
辐射臂是相应中心频率波长的四分之一。
天线辐射臂的掏空部分形状不限，与狭长矩形缝隙协同作用，用于加强天线矩形缝隙的辐射，使得匹配更好，并且在天线阵列的融合中，振子掏空可以降低该天线上的耦合电流。本实施例中的掏空部分为类三角形。
所述馈电巴伦包括第一馈电巴伦及第二馈电巴伦，所述馈电巴伦具体有两块竖直介质基板7A、7B，竖直介质基板7A的前后表面分别印制第一馈电巴伦馈线8A和第一馈电巴伦金属地9A，竖直介质基板7B的前后表面分别印制第二馈电巴伦馈线8B和第二馈电巴伦金属地9B，两块竖直介质基板的尺寸相同，两个馈电巴伦金属地尺寸相同。竖直介质基板、第一馈电巴伦馈线及第一馈电巴伦金属地构成第一馈电巴伦，竖直介质基板、第二馈电巴伦馈线及第二馈电巴伦金属地构成第二馈电巴伦。两个馈电巴伦馈线相互垂直交叉，为便于交叉集成，两条馈电巴伦馈线在相交错的地方分别向上凸起或者向下凹陷。
本实施例中每个辐射臂上均沿着介质基板对称轴方向设置两条狭长矩形缝隙，结构尺寸相同，一条位于靠近辐射介质基板上下边缘的位置，另一条靠近辐射介质基板的左右两侧位置，四个辐射臂的矩形缝隙关于天线中心对称，采用所述缝隙可以增加高频谐振点，以扩展带宽。
天线辐射单元距离反射板的距离为0.1λ0-0.5λ0，其中λ0为该宽带基站天线中心频率1.2GHz在自由空间中所对应波长。
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。
本实例中反射板与天线辐射单元的距离为77mm，所述介质基板为高频板材RO4350B，厚度为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690-1680MHz，回波损耗大于10dB。
本发明还包括SMA头用于天线整体馈电，SMA头的内外导体分别与巴伦的馈线和金属地焊接。
如图6所示，是本实施例的阻抗带宽，由图6可以得出结论，本发明的双极化天线具有690-1680MHz的阻抗带宽，回波损耗达10dB，并且在该带宽上隔离度基本达到30dB以上，增益在8dBi以上，适用于现阶段2G、3G、4G(LTE)5G系统和IMT-1.4/1.5GHz频段覆盖，也是未来B5G和6G大规模MIMO天线的良选
本小型平面宽带基站天线具有结构新颖，平面结构，制作简单，带宽大，隔离度高，辐射方向图稳定，增益高等特点。
实施例2
一种无线通信设备，包括实施例1所述的基于环加载和开槽的宽带基站天线。包括天线辐射单元1，馈电巴伦2和反射板3。所述天线辐射单元通过馈电巴伦设置在反射板的上方。
所述天线辐射单元包括辐射介质基板4，所述辐射介质基板的上表面印制第一辐射臂5A、第二辐射臂5B、第三辐射臂5C及第四辐射臂5D，所述辐射介质基板的上表面印制耦合环6，耦合环将辐射臂环绕在其内；所述第一辐射臂及第三辐射臂构成+45度极化振子，由第一馈电巴伦馈电，所述第二辐射臂及第四辐射臂构成-45度极化振子，由第二馈电巴伦馈电，所述第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂及第四辐射臂的结构相同，均为印制在辐射介质基板的菱形贴片，所述菱形贴片均设部分掏空及两条矩形缝隙。所述第一辐射臂及第三辐射臂关于辐射介质基板的中心点对称，第二辐射臂及第四辐射臂关于辐射介质基板的中心点对称。
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)

1.一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，其特征在于，包括天线辐射单元、馈电巴伦和反射板，所述天线辐射单元通过馈电巴伦设置在反射板的上方；
所述天线辐射单元包括辐射介质基板，所述辐射介质基板的上表面印制第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂及第四辐射臂，所述辐射介质基板的上表面还印制耦合环，耦合环将四个辐射臂环绕在其内；所述馈电巴伦包括第一馈电巴伦及第二馈电巴伦，所述第一辐射臂及第三辐射臂构成+45度极化振子，由第一馈电巴伦馈电，所述第二辐射臂及第四辐射臂构成-45度极化振子，由第二馈电巴伦馈电。
2.根据权利要求1所述的一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，其特征在于，每个辐射臂上均沿着辐射介质基板对称轴方向设置两条狭长矩形缝隙。
3.根据权利要求2所述的一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，其特征在于，两条狭长矩形缝隙的结构尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，其特征在于，辐射臂与耦合环间隔距离。
5.根据权利要求1所述的一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，其特征在于，所述耦合环为方形。
6.根据权利要求1所述的一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，其特征在于，天线辐射单元距离反射板的距离为0.1λ0-0.5λ0，其中λ0为该宽带基站天线中心频率1.2GHz在自由空间中所对应波长。
7.根据权利要求1所述的一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，其特征在于，所述第一辐射臂及第三辐射臂关于辐射介质基板的中心点对称，第二辐射臂及第四辐射臂关于辐射介质基板的中心点对称。
8.根据权利要求1所述的一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，其特征在于，四个辐射臂结构相同，具体为菱形贴片。
9.根据权利要求1所述的一种基于环加载和开槽的宽带基站天线，其特征在于，每个辐射臂都设置掏空部分。
10.一种无线通信设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的一种基于环加载和开槽的宽带基站天线。
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