CN113410654A - 一种双频高增益双极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双频高增益双极化天线，包括槽形反射板，设置在所述槽形反射板的底部的馈电基板，设置在所述馈电基板的上方的天线基板，设置在所述天线基板上的第一磁电偶极子阵列和第二磁电偶极子阵列，以及分别设置在所述第一磁电偶极子阵列和所述第二磁电偶极子阵列的下方并与所述馈电基板和所述天线基板相连的第一馈电支架和第二馈电支架，本发明双极化天线的反射板采用槽形设计，大幅度提高了天线高频带范围的增益，并且天线单元采用了呈田字形分布的单频磁电偶极子和双频磁电偶极子阵列，实现了双极化天线单端的双频特性，明显提高双极化天线带宽，并且双极化天线的整体结构简单、紧凑，制作方便，还能节约成本。

Description

一种双频高增益双极化天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种双频高增益双极化天线。
背景技术
随着网络多元化、智能化和高速化的发展，无线频谱资源变得越来越短缺，双极化天线以其独特的特性和优点广泛地应用于移动通信系统。
目前，双极化天线的实现主要包括以下模式：1.共面微带线馈电模式，将微带线和方形辐射贴片分布在同一介质表面，采用边馈或角馈实现双极化的工作模式。2.缝隙耦合模式，通过在地板上引入缝隙结构结合相互正交的微带馈电，实现双极化工作模式。3.混合馈电模式，利用两种不同的馈电模式，例如共面微带线和缝隙耦合馈电的混合。传统的上述各种模式的双极化天线在性能上各具有优点，但都还存在一定的不足，现有技术缺乏一种具备双频段、高增益和宽带宽的双极化天线。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明提供一种双频高增益双极化天线，旨在解决现有技术的双极化天线频段不足，带宽较窄和增益不够高的技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种双频高增益双极化天线，包括：
槽形反射板；
馈电基板，设置在所述槽形反射板的底部；
天线基板，设置在所述馈电基板的上方；
第一磁电偶极子阵列和第二磁电偶极子阵列，均设置在所述天线基板上；
第一馈电支架和第二馈电支架，分别设置在所述第一磁电偶极子阵列和所述第二磁电偶极子阵列的下方并与所述馈电基板和所述天线基板相连；
所述第一磁电偶极子阵列包括呈田字形分布的第一单频磁电偶极子、第二单频磁电偶极子、第一双频磁电偶极子和第二双频磁电偶极子，在田字形中，所述第一单频磁电偶极子和所述第二单频磁电偶极子对角设置，所述第一双频磁电偶极子和所述第二双频磁电偶极子对角设置；
所述第二磁电偶极子阵列包括呈田字形分布的第三单频磁电偶极子、第四单频磁电偶极子、第三双频磁电偶极子和第四双频磁电偶极子，在田字形中，所述第三单频磁电偶极子和所述第四单频磁电偶极子对角设置，所述第三双频磁电偶极子和所述第四双频磁电偶极子对角设置。
在本发明一种可选的实施方式中，所述第一馈电支架包括相互垂直设置的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板设置在所述第一单频磁电偶极子和所述第二单频磁电偶极子的下方，所述第二支撑板设置在所述第一双频磁电偶极子和所述第二双频磁电偶极子的下方。
在本发明一种可选的实施方式中，所述第一支撑板上设置有用于为所述第一单频磁电偶极子和所述第二单频磁电偶极子耦合馈电的第一钩形馈电电路，所述第二支撑板上设置有用于为所述第一双频磁电偶极子和所述第二双频磁电偶极子耦合馈电的第二钩形馈电电路。
在本发明一种可选的实施方式中，所述第二馈电支架包括相互垂直设置的第三支撑板和第四支撑板，所述第三支撑板设置在所述第三单频磁电偶极子和所述第四单频磁电偶极子的下方，所述第四支撑板设置在所述第三双频磁电偶极子和所述第四双频磁电偶极子的下方。
在本发明一种可选的实施方式中，所述第三支撑板上设置有用于为所述第三单频磁电偶极子和所述第四单频磁电偶极子耦合馈电的第三钩形馈电电路，所述第四支撑板上设置有用于为所述第三双频磁电偶极子和所述第四双频磁电偶极子耦合馈电的第四钩形馈电电路。
在本发明一种可选的实施方式中，所述第一单频磁电偶极子、所述第二单频磁电偶极子、所述第三单频磁电偶极子和所述第四单频磁电偶极子均包括相互垂直设置的第一电偶极子和第一磁偶极子。
在本发明一种可选的实施方式中，所述第一双频磁电偶极子、所述第二双频磁电偶极子、所述第三双频磁电偶极子和所述第四双频磁电偶极子均包括相互垂直设置的第二电偶极子和第二磁偶极子，以及设置在所述第二电偶极子上的冂形寄生单元。
在本发明一种可选的实施方式中，所述第二支撑板和所述第四支撑板向上贯穿所述第二电偶极子形成有用于固定所述冂形寄生单元的延伸部。
在本发明一种可选的实施方式中，所述第一电偶极子和所述第二电偶极子均为多边形，且所述第一电偶极子和所述第二电偶极子对称设置。
在本发明一种可选的实施方式中，所述馈电基板上设置有用于与所述第一钩形馈电电路和所述第三钩形馈电电路电连接的第一功分器，以及用于与所述第二钩形馈电电路和所述第四钩形馈电电路电连接的第二功分器。
有益效果为：本发明提供了一种双频高增益双极化天线，包括槽形反射板，设置在所述槽形反射板的底部的馈电基板，设置在所述馈电基板的上方的天线基板，设置在所述天线基板上的第一磁电偶极子阵列和第二磁电偶极子阵列，以及分别设置在所述第一磁电偶极子阵列和所述第二磁电偶极子阵列的下方并与所述馈电基板和所述天线基板相连的第一馈电支架和第二馈电支架，本发明双极化天线的反射板采用槽形设计，大幅度提高了天线高频带范围的增益，并且天线单元采用了呈田字形分布的单频磁电偶极子和双频磁电偶极子阵列，实现了双极化天线单端的双频特性，明显提高双极化天线带宽，并且双极化天线的整体结构简单、紧凑，制作方便，还能节约成本。
附图说明
图1为本发明一种双频高增益双极化天线的结构示意图。
图2为本发明一种双频高增益双极化天线的俯视图。
图3为本发明第一馈电支架和第二馈电支架的安装结构示意图。
图4为本发明一种双频高增益双极化天线（第一视角）的馈电结构示意图。
图5为本发明一种双频高增益双极化天线（第二视角）的馈电结构示意图。
附图标号如下：
10-槽形反射板；20-馈电基板；30-天线基板；40-第一磁电偶极子阵列；50-第二磁电偶极子阵列；60-第一馈电支架；70-第二馈电支架；80-第一单频磁电偶极子；90-第二单频磁电偶极子；100-第一双频磁电偶极子；110-第二双频磁电偶极子；120-第三单频磁电偶极子；130-第四单频磁电偶极子；140-第三双频磁电偶极子；150-第四双频磁电偶极子；160-第一支撑板；170-第二支撑板；180-第一钩形馈电电路；190-第二钩形馈电电路；200-第三支撑板；210-第四支撑板；220-第三钩形馈电电路；230-第四钩形馈电电路；240-第一电偶极子；250-第一磁偶极子；260-第二电偶极子；270-第二磁偶极子；280-冂形寄生单元；290-延伸部；300-第一功分器；310-第二功分器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，双极化天线的实现主要包括以下模式：
1.共面微带线馈电模式，将微带线和方形辐射贴片分布在同一介质表面，采用边馈或角馈实现双极化的工作模式，并且易于制作、成本低，其中角馈贴片天线具有更低的互耦系数，端口隔离度较低，但是共面微带线馈电的双极化天线由于共面引起的微带线色散和寄生辐射问题，导致天线性能不稳定，交叉极化电平通常比较高。
2.缝隙耦合模式，通过在地板上引入缝隙结构结合相互正交的微带馈电，实现双极化工作模式，缝隙耦合相应地增大了天线带宽，并且馈电网络独立性强、易于与有源器件相互集成。但是缝隙耦合的双极化天线由于地板上的缝隙结构，在一定程度上加大了天线的背向辐射影响，降低了天线性能。此外，缝隙耦合结构需要多层结构，使加工成本变高。
总的来说，传统的双极化天线很难同时实现宽带宽、高隔离度和低交叉极化特性，并且两极化方向上的频段一般是相同的单频或者双频段，在一定程上降低了天线的多元性。
为了解决传统双极化天线的所存在的上述缺陷，参见图1，本发明提供的一种双频高增益双极化天线，包括：
槽形反射板10；槽形反射板10为双极化天线的地反射板，尺寸为122mm*45mm*6mm，采用槽形设计， 使得天线的最大增益值相比平面反射板的有所提升；
馈电基板20，设置在所述槽形反射板10的底部；馈电基板20用于安装馈电器件，馈电基板20可以采用FR4板材；
天线基板30，设置在所述馈电基板20的上方；天线基板30用于安装天线贴片，天线基板30同样可以采用FR4板材；
第一磁电偶极子阵列40和第二磁电偶极子阵列50，均设置在所述天线基板30上；本发明的双极化天线采用1*2的阵列单元形式（即第一磁电偶极子阵列40和第二磁电偶极子阵列50完全相同），结合槽形反射板设计，天线在频段2.3~2.4 GHz和3.3~5.0 GHz范围内的最大增益可以分别达到8.5dBi和11.4dBi；
第一馈电支架60和第二馈电支架70，分别设置在所述第一磁电偶极子阵列40和所述第二磁电偶极子阵列50的下方并与所述馈电基板20和所述天线基板30相连；在本实施例中，第一馈电支架60用于安装第一磁电偶极子阵列40的馈电线路，第二馈电支架70用于安装第二磁电偶极子阵列50的馈电线路；
参见图2，所述第一磁电偶极子阵列40包括呈田字形分布的第一单频磁电偶极子80、第二单频磁电偶极子90、第一双频磁电偶极子100和第二双频磁电偶极子110，在田字形中，所述第一单频磁电偶极子80和所述第二单频磁电偶极子90对角设置，所述第一双频磁电偶极子100和所述第二双频磁电偶极子110对角设置；
所述第二磁电偶极子阵列50包括呈田字形分布的第三单频磁电偶极子120、第四单频磁电偶极子130、第三双频磁电偶极子140和第四双频磁电偶极子150，在田字形中，所述第三单频磁电偶极子120和所述第四单频磁电偶极子130对角设置，所述第三双频磁电偶极子120和所述第四双频磁电偶极子150对角设置。
本发明利用磁电偶极子阵列实现极化分集，能有效地拓宽信道容量，缓解多径衰落现象引起的信号退化问题，适用于5G Sub-6GHz移动通信系统、电子对抗和雷达测量系统等。
参见图3，在本发明一种可选的实施方式中，所述第一馈电支架60包括相互垂直设置的第一支撑板160和第二支撑板170，所述第一支撑板160设置在所述第一单频磁电偶极子80和所述第二单频磁电偶极子90的下方，所述第二支撑板170设置在所述第一双频磁电偶极子100和所述第二双频磁电偶极子110的下方。
参见图3，在本发明一种可选的实施方式中，所述第一支撑板160上设置有用于为所述第一单频磁电偶极子80和所述第二单频磁电偶极子90耦合馈电的第一钩形馈电电路180，所述第二支撑板170上设置有用于为所述第一双频磁电偶极子100和所述第二双频磁电偶极子110耦合馈电的第二钩形馈电电路190。本发明双极化天线的天线单元由±45º的磁电偶极子阵列组成，并且采用倒钩形馈电形式，可以明显提高天线带宽，并且使天线在高频带范围的辐射方向图具有稳定性。
参见图3，在本发明一种可选的实施方式中，所述第二馈电支架70包括相互垂直设置的第三支撑板200和第四支撑板210，所述第三支撑板200设置在所述第三单频磁电偶极子120和所述第四单频磁电偶极子130的下方，所述第四支撑板210设置在所述第三双频磁电偶极子140和所述第四双频磁电偶极子150的下方。
参见图3，在本发明一种可选的实施方式中，所述第三支撑板200上设置有用于为所述第三单频磁电偶极子120和所述第四单频磁电偶极子130耦合馈电的第三钩形馈电电路220，所述第四支撑板210上设置有用于为所述第三双频磁电偶极子120和所述第四双频磁电偶极子150耦合馈电的第四钩形馈电电路230。本发明双极化天线的天线单元由±45º的磁电偶极子阵列组成，并且采用倒钩形馈电形式，可以明显提高天线带宽，并且使天线在高频带范围的辐射方向图具有稳定性。
参见图4，在本发明一种可选的实施方式中，所述第一单频磁电偶极子80、所述第二单频磁电偶极子90、所述第三单频磁电偶极子120和所述第四单频磁电偶极子130均包括相互垂直设置的第一电偶极子240和第一磁偶极子250。
参见图5，在本发明一种可选的实施方式中，所述第一双频磁电偶极子100、所述第二双频磁电偶极子110、所述第三双频磁电偶极子140和所述第四双频磁电偶极子150均包括相互垂直设置的第二电偶极子260和第二磁偶极子270，以及设置在所述第二电偶极子260上的冂形寄生单元280。在本实施例中，冂形寄生单元280可以耦合磁电偶极子的能量获得低频谐振点，本发明仅在磁电偶极子阵列的一对磁电偶极子上引入冂形寄生单元280（低频），可以实现双极化天线单端的双频特性，冂形寄生单元相应的工作频带是2.3~2.4GHz（VSWR≤2.0），最大增益是5.6dBi。
参见图3，在本发明一种可选的实施方式中，所述第二支撑板170和所述第四支撑板210向上贯穿所述第二电偶极子260形成有用于固定所述冂形寄生单元280的延伸部290。
参见图4和图2，在本发明一种可选的实施方式中，所述第一电偶极子240和所述第二电偶极子260均为多边形，且所述第一电偶极子240和所述第二电偶极子260对称设置。在本实施例中，第一电偶极子240和所述第二电偶极子260被制成多边形形式是为了延伸电流路径，进而增大天线带宽。
参见图4，在本发明一种可选的实施方式中，所述馈电基板20上设置有用于与所述第一钩形馈电电路180和所述第三钩形馈电电路220电连接的第一功分器300，以及用于与所述第二钩形馈电电路190和所述第四钩形馈电电路230电连接的第二功分器310。在本实施例中，本发明的双频高增益双极化天线阵列的馈电网络采用两个一分二功分器分别对单频磁电偶极子和双频磁电偶极子馈电，此时，单频磁电偶极子和双频磁电偶极子在频段2.3~2.4GHz和3.3~5.0GHz范围内隔离度分别大于18.5dB和24dB。
综上所述，本发明提供了一种双频高增益双极化天线，包括槽形反射板，设置在所述槽形反射板的底部的馈电基板，设置在所述馈电基板的上方的天线基板，设置在所述天线基板上的第一磁电偶极子阵列和第二磁电偶极子阵列，以及分别设置在所述第一磁电偶极子阵列和所述第二磁电偶极子阵列的下方并与所述馈电基板和所述天线基板相连的第一馈电支架和第二馈电支架，本发明双极化天线的反射板采用槽形设计，大幅度提高了天线高频带范围的增益，并且天线单元采用了呈田字形分布的单频磁电偶极子和双频磁电偶极子阵列，实现了双极化天线单端的双频特性，明显提高双极化天线带宽，并且双极化天线的整体结构简单、紧凑，制作方便，还能节约成本。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种双频高增益双极化天线，其特征在于，包括：
槽形反射板；
馈电基板，设置在所述槽形反射板的底部；
天线基板，设置在所述馈电基板的上方；
第一磁电偶极子阵列和第二磁电偶极子阵列，均设置在所述天线基板上；
第一馈电支架和第二馈电支架，分别设置在所述第一磁电偶极子阵列和所述第二磁电偶极子阵列的下方并与所述馈电基板和所述天线基板相连；
所述第一磁电偶极子阵列包括呈田字形分布的第一单频磁电偶极子、第二单频磁电偶极子、第一双频磁电偶极子和第二双频磁电偶极子，在田字形中，所述第一单频磁电偶极子和所述第二单频磁电偶极子对角设置，所述第一双频磁电偶极子和所述第二双频磁电偶极子对角设置；
所述第二磁电偶极子阵列包括呈田字形分布的第三单频磁电偶极子、第四单频磁电偶极子、第三双频磁电偶极子和第四双频磁电偶极子，在田字形中，所述第三单频磁电偶极子和所述第四单频磁电偶极子对角设置，所述第三双频磁电偶极子和所述第四双频磁电偶极子对角设置。
2.根据权利要求1所述的双频高增益双极化天线，其特征在于，所述第一馈电支架包括相互垂直设置的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板设置在所述第一单频磁电偶极子和所述第二单频磁电偶极子的下方，所述第二支撑板设置在所述第一双频磁电偶极子和所述第二双频磁电偶极子的下方。
3.根据权利要求2所述的双频高增益双极化天线，其特征在于，所述第一支撑板上设置有用于为所述第一单频磁电偶极子和所述第二单频磁电偶极子耦合馈电的第一钩形馈电电路，所述第二支撑板上设置有用于为所述第一双频磁电偶极子和所述第二双频磁电偶极子耦合馈电的第二钩形馈电电路。
4.根据权利要求3所述的双频高增益双极化天线，其特征在于，所述第二馈电支架包括相互垂直设置的第三支撑板和第四支撑板，所述第三支撑板设置在所述第三单频磁电偶极子和所述第四单频磁电偶极子的下方，所述第四支撑板设置在所述第三双频磁电偶极子和所述第四双频磁电偶极子的下方。
5.根据权利要求4所述的双频高增益双极化天线，其特征在于，所述第三支撑板上设置有用于为所述第三单频磁电偶极子和所述第四单频磁电偶极子耦合馈电的第三钩形馈电电路，所述第四支撑板上设置有用于为所述第三双频磁电偶极子和所述第四双频磁电偶极子耦合馈电的第四钩形馈电电路。
6.根据权利要求5所述的双频高增益双极化天线，其特征在于，所述第一单频磁电偶极子、所述第二单频磁电偶极子、所述第三单频磁电偶极子和所述第四单频磁电偶极子均包括相互垂直设置的第一电偶极子和第一磁偶极子。
7.根据权利要求6所述的双频高增益双极化天线，其特征在于，所述第一双频磁电偶极子、所述第二双频磁电偶极子、所述第三双频磁电偶极子和所述第四双频磁电偶极子均包括相互垂直设置的第二电偶极子和第二磁偶极子，以及设置在所述第二电偶极子上的冂形寄生单元。
8.根据权利要求7所述的双频高增益双极化天线，其特征在于，所述第二支撑板和所述第四支撑板向上贯穿所述第二电偶极子形成有用于固定所述冂形寄生单元的延伸部。
9.根据权利要求8所述的双频高增益双极化天线，其特征在于，所述第一电偶极子和所述第二电偶极子均为多边形，且所述第一电偶极子和所述第二电偶极子对称设置。
10.根据权利要求9所述的双频高增益双极化天线，其特征在于，所述馈电基板上设置有用于与所述第一钩形馈电电路和所述第三钩形馈电电路电连接的第一功分器，以及用于与所述第二钩形馈电电路和所述第四钩形馈电电路电连接的第二功分器。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2658957Y (zh) * 2003-04-10 2004-11-24 凯瑟雷恩工厂两合公司 具有至少一个偶极子或一个类似于偶极子的辐射器装置的天线
CN2699493Y (zh) * 2004-05-18 2005-05-11 智邦科技股份有限公司 天线反射装置
US20180166782A1 (en) * 2015-07-31 2018-06-14 Communication Components Antenna Inc. Widened beamwidth for dipole antennas using parasitic monopole antenna elements
CN211376923U (zh) * 2019-11-19 2020-08-28 太行通信股份有限公司 一种宽带磁电偶极子天线结构

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