CN112864600A - 高交叉极化比贴片天线及通讯基站 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高交叉极化比贴片天线及通讯基站，贴片天线包括：基板、金属反射面、主辐射面及寄生辐射面；主辐射面设置于基板的上表面，主辐射面设有主辐射片和馈电口；主辐射面的一端设有凸型结构，凸型结构的形状为凸字形，其凸出方向为所述馈电口的方向，且与馈电口平行，凸型结构的两侧均连接馈电口；金属反射面位于基板的下表面，其通过激光镭雕或选择性电镀技术一体成型；寄生辐射面包括寄生辐射片，寄生辐射片平行设置于主辐射片的正上方，寄生辐射片通过支撑柱固定在基板上。采用前述的结构，通过在主辐射片设置凸型结构，提高主辐射面的极化纯度，进而提高贴片天线的交叉极化比，此外，本申请结构采用两点馈电，使贴片天线排线简单。

Description

高交叉极化比贴片天线及通讯基站

技术领域

本申请涉及移动通信基站技术领域，尤其涉及一种高交叉极化比贴片天线及通讯基站。

背景技术

传统的通信基站天线多是利用±45度交叉排布的偶极子天线作为振子，该振子具有宽频，高隔离，高交叉极化比等优点。但为了保证偶极子天线的良好反射特性，通常偶极子天线的阵面与地面的高度要求保持约四分之一个波长的距离。而降低天线阵列高度是5G通信基站技术时代的大趋势。因此，在5G通信基站对天线阵列高度的苛刻限制要求中，偶极子天线的振子类型在降低天线阵列高度上并不占优势。

在针对低剖面振子的设计中，贴片天线属于较好的选择，贴片天线能将振子高度大幅降低，能够满足5G通信基站的要求。因此，越来越多的5G通信基站采用贴片天线。然而，贴片天线存在交叉极化比较低的问题，而交叉极化比是衡量天线辐射性能及覆盖效果的重要指标，其具体是指天线主极化分量与交叉极化分量的比值，体现的是基站天线的极化纯度，因此，交叉极化比低将会影响网络覆盖效果以及上行通信质量。为了提高贴片天线交叉极化比，传统是利用四探针差分馈电的方式改善极化纯度，如，将两两一组的探针等幅反相(即相位差180度)设置，以达到提高极化纯度的效果，进而提高贴片天线交叉极化比，然而，上述贴片天线存在网络排线复杂的问题，因此，如何获得高交叉极化比且排线简单的贴片天线是亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种高交叉极化比贴片天线及通讯基站，以获得高交叉极化比且排线简单的贴片天线。

第一方面，本申请实施例提供一种高交叉极化比贴片天线，包括：基板、金属反射面、主辐射面以及寄生辐射面；

所述主辐射面设置于所述基板的上表面，所述主辐射面设置有主辐射片和馈电口；

所述主辐射面通过覆铜、激光镭雕或者选择性电镀的方式成型于基板上表面；

所述主辐射面的一端设置有凸型结构，所述凸型结构的形状为凸字形，所述凸型结构的凸出方向为所述馈电口的方向，且与所述馈电口平行，所述凸型结构的两侧均连接馈电口；

所述金属反射面位于所述基板的下表面，所述金属反射面通过激光镭雕或选择性电镀技术一体成型，使其与所述基板上表面的主辐射片最终构成往外辐射电磁波的微带天线；

所述寄生辐射面包括寄生辐射片，所述寄生辐射片平行设置于所述主辐射片的正上方，所述寄生辐射片通过支撑柱固定在所述基板上。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述高交叉极化比贴片天线还包括：隔离墙；

所述隔离墙为金属隔离墙，所述隔离墙垂直设置在所述基板的两侧，其数量为两个，两个所述隔离墙平行设置。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述主辐射片相对于凸型结构的另一端设置为梯形结构，所述主辐射片为一体成型结构。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述凸型结构与所述馈电口之间设有间隙，所述馈电口的长度大于所述凸型结构的凸出长度，所述馈电口的外边缘与所述凸型结构的外边缘平齐；其中，所述馈电口的外边缘为远离凸型结构的一边。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述基板的材质为改性塑料。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述支撑柱为四个塑料支撑柱，所述寄生辐射片利用金属薄片固定于四个塑料支撑柱处。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述基板与主辐射面之间还设置有：多个高交叉极化比贴片天线之间通过传输线连接，形成多单元天线阵列。

结合第一方面，在一种实现方式中，所述主辐射片小于寄生辐射片，所述主辐射片与寄生辐射片正对放置。

第二方面，本申请实施例部分提供了一种通讯基站，所述基站包括如第一方面任一种实现方式中所述的高交叉极化比贴片天线。

本申请公开了一种高交叉极化比贴片天线及通讯基站，所述贴片天线包括：基板、主辐射面、金属反射面以及寄生辐射面；所述主辐射面设置于所述基板的上表面，所述主辐射面通过覆铜、激光镭雕或者选择性电镀的方式成型于所述基板的上表面；所述主辐射面设置有主辐射片和馈电口；所述主辐射面的一端设置有凸型结构，所述凸型结构的形状为凸字形，所述凸型结构的凸出方向为所述馈电口的方向，且与所述馈电口平行，所述凸型结构的两侧均连接馈电口；所述金属反射面位于所述基板的下表面，所述金属反射面通过激光镭雕或选择性电镀技术一体成型，使其与所述基板上表面的主辐射片最终构成往外辐射电磁波的微带天线；所述寄生辐射面包括寄生辐射片，所述寄生辐射片平行设置于所述主辐射片的上方，所述寄生辐射片通过支撑柱固定在所述基板上。采用前述的结构，通过在主辐射片设置凸型结构，使电流分布向单一馈电口集中，提高了所述主辐射面的极化纯度，进而提高了贴片天线的交叉极化比，此外，本申请结构采用两点馈电，使贴片天线排线简单。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种高交叉极化比贴片天线的整体结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种高交叉极化比贴片天线的俯视图；

图3是本申请实施例提供的一个实施例中主辐射片电流分布图；

图4是现有技术中贴片天线单元的辐射方向图；

图5是本申请实施例公开的一种高交叉极化比贴片天线辐射方向图。

其中，1-基板，11-支撑柱；2-主辐射面，21-主辐射片，211-凸型结构，22-馈电口；3-寄生辐射面，31-寄生辐射片；4-隔离墙；5-金属反射板。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

由背景技术的描述可知，交叉极化比具体是指天线主极化分量与交叉极化分量的比值，用来体现天线的极化纯度；交叉极化比越大，说明从天线能够获得的信号正交性越强，两路信号之间的相关性越小，从而带来良好的网络覆盖效果以及优秀的上行通信质量。因此，找出能改善贴片天线的交叉极化比的方法在5G基站技术领域里具有重要的意义。本申请实施例以Massive MIMO贴片天线为研究对象，通过仿真分析辐射天线表面电流分布情况，然后优化贴片天线的主辐射片的结构形式，从而大幅提高了天线的交叉极化比特性，得到一种高交叉极化比贴片天线。

为解决上述问题，本申请是基于贴片天线本身的设计，由于主辐射面两个极化直接物理连通，互相干扰相对容易，故常规的设计容易导致其表面电流杂乱分布，进而出现交叉极化比等问题，故本申请在不改变辐射单元基本形式的前提下，借助于仿真手段对主辐射片上的电流分布情况进行分析发现，馈电信号的电磁波在馈电网络中呈现传输模式，而当其从馈电网络进入主辐射片时，电磁波将由传输模式转变成辐射模式，因此在馈电网络与主辐射片的连接处，表面电磁波出现较大的突变，进而在该处形成高次模，最终导致进入辐射片的电流出现杂乱分布，使得天线的整体辐射效果恶化，各项辐射性能指标难以达到预期目标要求，因此，为了不改变天线单元设计形式，且不增加额外的设计与加工难度。本申请公开了以下方案：

参见图1和图2，本申请实施例提供一种高交叉极化比贴片天线，图1是所述高交叉极化比贴片天线的整体结构示意图，图2是高交叉极化比贴片天线的俯视剖面图，所述高交叉极化比贴片天线包括：基板1、金属反射面(图中未标出)、主辐射面2以及寄生辐射面3。

可选地，所述金属反射面位于所述基板1的下表面，所述金属反射面通过激光镭雕或选择性电镀技术一体成型，使其与所述基板1上表面的主辐射片21最终构成往外辐射电磁波的微带天线。

所述基板1的材质为改性塑料，所述基板1将以注塑成型工艺加工，所述基板1包括塑料挡墙，加强筋，以及塑料支撑柱11。

其中，改性塑料的相对介电常数为4，正切损耗为0.005。该改性塑料可根据实际环境的需求，添加相应的填充材料或者改变其加工工艺，提高其阻燃性、强度、抗冲击性、韧性等方面的性能，使其适应使用环境。

所述基板1的正下方还设置有大的金属反射板5，所述金属反射板5用于安装固定天线本体，同时也具有反射电磁波的作用，使得天线获得较高的辐射增益。

所述主辐射面2设置于所述基板1的上表面，所述主辐射面2设置有主辐射片21和馈电口22。

其中，所述主辐射片21与馈电口22连接，所述馈电口22为两个，设置在所述主辐射片21的一端，相对设置。

所述主辐射面2的一端设置有凸型结构211，也就是所述主辐射片21的一端设置有凸型结构211，所述凸型结构211的形状为凸字形，所述凸型结构211的凸出方向为所述馈电口22的方向，且与所述馈电口22平行，所述凸型结构211的两侧均连接馈电口22。

其中，所述主辐射片21采用镭雕化镀方式制成，镭雕化镀的方式可以使天线具有更好的信号发射接收能力。

本实施例中，所述凸型结构211是所述主辐射片21靠近馈电口22的一端中间凸起形成的凸字形结构，所述凸出部分的内角为90度，所述凸型结构211的凸出部分与所述馈电口22平行，两个馈电口22分别设置在凸型结构211的两侧，也就是在两馈电口之间加入凸台结构改善电流分布，进而改善天线交叉极化比，亦可以通过馈电端口处延申枝节或切槽开缝的方式进行结构设计，最终只要实现天线表面电流平衡即可。

所述凸型结构211的设置可以修正主辐射面2表面电流流过的路径(即流向±45度方向)，使电流分布向单一馈电口22集中，提高了所述主辐射面2的极化纯度，进而提高了贴片天线的交叉极化比；如图3所示，图3中(a)图为无凸型结构211的主辐射面2电流分布图，图3中(b)图为加入凸型结构211的主辐射面2电流分布图，从图3中(a)图中可以看出，从主辐射面2电流分布来看，电流分布十分分散并且杂乱，这极大程度上影响了极化的纯度，降低了交叉极化比特性；然而从图3中(b)图中的主辐射面2电流分布来看，由于凸型结构211的加入，电流分布开始向单一馈电口22集中，很大程度上改善了极化的纯度，因此将大幅提高天线的交叉极化比特性。

本申请公开的高交叉极化比贴片天线，其轴向交叉极化比相比现有的结构，至少提高10dB以上，例如在3.8GHz频段，轴向交叉极化比为26.02dB，在3.7GHz频段，轴向交叉极化比为25.22dB，在3.3GHz频段，轴向交叉极化比为21.64dB。

所述寄生辐射面3包括寄生辐射片31，所述寄生辐射片31平行设置于所述主辐射片21的正上方，所述寄生辐射片31通过支撑柱11固定在所述基板1上。

其中，所述寄生辐射面3作为主辐射面2的寄生结构，所述寄生辐射面3设置有寄生辐射片31，其主要中作用是增加天线带宽。所述寄生辐射片31的形状为方形结构。所述寄生辐射片31通过支撑柱11平行设置于所述主辐射片21的正上方。

进一步地，如果高交叉极化比贴片天线为多个，多个高交叉极化比贴片天线之间通过传输线连接，形成多单元天线阵列。

本实施例中，由于本申请结构采用两点馈电，不存在四探针差分馈电，因此，与现有技术相比，本申请贴片天线排线简单。

本申请的高交叉极化比贴片天线属于双层结构，即基板1上表面第一层为馈电口以及主辐射面2层，第二层(即顶层)作为主辐射面2的寄生结构，通过电磁耦合获得更好的辐射方向性，同时也能提高天线单元的带宽特性。本申请通过在第一层主辐射面2加入凸型结构211，也就是仅在主辐射片21的两个极化的馈电端口处加入凸型结构，以修正主辐射面2表面电流流过的路径(即流向±45度方向)，使得天线的电流分布趋于更加均匀，提高贴片天线的交叉极化比。

本申请公开了一种高交叉极化比贴片天线，所述贴片天线包括：基板1、主辐射面2、金属反射面以及寄生辐射面3；所述主辐射面2设置于所述基板1的上表面，所述主辐射面通过覆铜、激光镭雕或者选择性电镀的方式成型于所述基板1的上表面；所述主辐射面2设置有主辐射片21和馈电口22；所述主辐射面21的一端设置有凸型结构211，所述凸型结构211的形状为凸字形，所述凸型结构211的凸出方向为所述馈电口22的方向，且与所述馈电口22平行，所述凸型结构211的两侧均连接馈电口22；所述金属反射面位于所述基板1的下表面，所述金属反射面通过激光镭雕或选择性电镀技术一体成型，使其与所述基板1上表面的主辐射片21最终构成往外辐射电磁波的微带天线；所述寄生辐射面3包括寄生辐射片31，所述寄生辐射片31平行设置于所述主辐射片21的正上方，所述寄生辐射片31通过支撑柱11固定在所述基板1上。采用前述的结构，通过在主辐射片21设置凸型结构211，使电流分布向单一馈电口22集中，提高了所述主辐射面2的极化纯度，进而提高了贴片天线的交叉极化比，同样的所述凸型结构211亦会使另一馈电端口的电流集中至另一端，使得两个极化的电流均能均匀分布，获得较好的方向性，最终获得较好的极化纯度，此外，本申请结构采用两点馈电，使贴片天线排线简单。

由上述方案可以看出，本申请通过巧妙的改变辐射片馈电端口处的结构形式，进而消除该处由于电流的突变性而产生的高次模，相较于改变辐射单元形式为复杂的差分馈电或偶极子等形式，具有较为简单的设计形式，可以大幅度提高贴片天线的交叉极化比，满足5G通讯基站的应用。

进一步地，所述高交叉极化比贴片天线还包括：隔离墙4；

所述隔离墙4为金属隔离墙4，所述隔离墙4垂直设置在所述基板1的两侧，其数量为两个，两个所述隔离墙4平行设置，所述隔离墙4可以通过模内成型或激光切割的形式使其与金属反射板一体成型，增加了整体的可靠性。

本实施例中，所述金属隔离墙4成对设置在所述基板1的两侧，所述隔离墙4的结构为类似凹型结构，凹型结构的凹槽较深，几乎贴近底边，且凹槽的宽度大于两边凸起部分的宽度。

可选地，所述主辐射片21相对于凸型结构211的另一端设置为梯形结构，所述主辐射片21为一体成型结构。

所示电流的走向为由梯形的斜边向馈电口22方向集中。

可选地，所述凸型结构211与所述馈电口22之间设有间隙，所述馈电口22的长度大于所述凸型结构211的凸出长度，所述馈电口22的外边缘与所述凸型结构211的外边缘平齐；其中，所述馈电口22的外边缘为远离凸型结构211的一边。

可选地，所述支撑柱11为四个塑料支撑柱11，所述寄生辐射片31利用金属薄片固定于四个塑料支撑柱11处。

所述寄生辐射片31利用金属薄片热熔方式固定于四个塑料支撑柱11处。

可选地，所述主辐射片21与寄生辐射片31在靠近馈电口22的一端齐平。

由于本申请的高交叉极化比贴片天线，利用塑料镀金以及金属片热熔工艺，因此本申请的天线在一致性方面，较传统PCB组装工艺，具有明显地优势。

为了更清楚上述贴片天线的有益效果，本申请实施例还公开了上述高极化比贴片天线与现有技术中的贴片天线的效果对比，具体如下：

参见图4，图4为现有技术中传统贴片天线单元的辐射方向图，图中横坐标Theta(deg)为角度，纵坐标Y1表示主极化与交叉极化辐射场归一化电平，由图中可以看出该天线单元的主极化方向图收敛性相对较差，尤其靠近后向区域方向图亦区域发散，同时交叉极化分量在轴向存在较高的拱起分量，该方向图的结果与图3中(a)图的电流发散亦能较好的呼应，最终导致交叉极化比相对较差，尤其轴向分量最差至12dB，差于一般工程上所要求的15dB。

图5为本申请实施例公开的天线的交叉极化比辐射方向图，图中横坐标Theta(deg)为角度，纵坐标Y1表示主极化与交叉极化辐射场归一化电平，可以看到与图4相比，本申请公开的天线的结构，其交叉极化比特性得到大幅提升。轴向交叉极化比最低点能达到21dB以上，相比现有技术，本申请的天线单元轴向交叉极化比提高10dB左右。因此，使用本申请所提出的加入凸型结构的方式可以通过修正主辐射面电流路径来大幅提高交叉极化比特性。可见，本申请通过在贴片馈电端口处加入凸台的方式改善天线交叉极化比的方法，其本质是通过优化易产生高次模的馈电端口处的结构形式，进而平衡辐射片上的表面电流，最终消除高次模的影响，因此该种改善天线交叉极化比的方法并不局限于通过加入凸台的形式进行设计天线结构，亦可以通过馈电端口处延伸枝节或切槽开缝的方式进行结构设计，最终只要实现天线表面电流平衡即可。

由以上可见，本申请贴片天线的结构改进，对天线的交叉极化比特性的提升十分显著。因此本申请适用于各类类似该申请为例的双层贴片天线结构，对5G时代低高度的贴片天线要求改善交叉极化比的问题进行广泛应用，同时本申请不局限于双层贴片天线形式，亦可针对单层贴片天线的设计，此外，本申请所示的为直接馈电设计，亦可针对耦合探针馈电设计天线结构。本申请不做具体限定。

基于上述公开的高交叉极化比贴片天线，本申请实施例部分还提供了一种通讯基站，所述基站包括如上述任一种实现方式中所述的高交叉极化比贴片天线。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种高交叉极化比贴片天线，其特征在于，包括：基板、金属反射面、主辐射面以及寄生辐射面；

所述主辐射面设置于所述基板的上表面，所述主辐射面设置有主辐射片和馈电口；

所述主辐射面通过覆铜、激光镭雕或者选择性电镀的方式成型于所述基板的上表面；

所述主辐射面的一端设置有凸型结构，所述凸型结构的形状为凸字形，所述凸型结构的凸出方向为所述馈电口的方向，且与所述馈电口平行，所述凸型结构的两侧均连接馈电口；

所述金属反射面位于所述基板的下表面，所述金属反射面通过激光镭雕或选择性电镀技术一体成型，使其与所述基板上表面的主辐射片最终构成往外辐射电磁波的微带天线；

所述寄生辐射面包括寄生辐射片，所述寄生辐射片平行设置于所述主辐射片的正上方，所述寄生辐射片通过支撑柱固定在所述基板上。

2.根据权利要求1所述的高交叉极化比贴片天线，其特征在于，所述高交叉极化比贴片天线还包括：隔离墙；

所述隔离墙为金属隔离墙，所述隔离墙垂直设置在所述基板的两侧，其数量为两个，两个所述隔离墙平行设置。

3.根据权利要求1所述的高交叉极化比贴片天线，其特征在于，所述主辐射片相对于凸型结构的另一端设置为梯形结构，所述主辐射片为一体成型结构。

4.根据权利要求1所述的高交叉极化比贴片天线，其特征在于，所述凸型结构与所述馈电口之间设有间隙，所述馈电口的长度大于所述凸型结构的凸出长度，所述馈电口的外边缘与所述凸型结构的外边缘平齐；其中，所述馈电口的外边缘为远离凸型结构的一边。

5.根据权利要求1所述的高交叉极化比贴片天线，其特征在于，所述基板的材质为改性塑料。

6.根据权利要求1所述的高交叉极化比贴片天线，其特征在于，所述支撑柱为四个塑料支撑柱，所述寄生辐射片利用金属薄片固定于四个塑料支撑柱处。

7.根据权利要求1所述的高交叉极化比贴片天线，其特征在于，多个高交叉极化比贴片天线之间通过传输线连接，形成多单元天线阵列。

8.根据权利要求1所述的高交叉极化比贴片天线，其特征在于，所述主辐射片小于寄生辐射片，所述主辐射片与寄生辐射片正对放置。

9.一种通讯基站，其特征在于，所述基站包括如权利要求1-8任一项所述的高交叉极化比贴片天线。

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