CN113517558B - 一种高隔离度5g基站天线、无线通信终端 - Google Patents

一种高隔离度5g基站天线、无线通信终端 Download PDF

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Abstract

本发明属于基站天线阵列技术领域，公开了一种高隔离度5G基站天线、无线通信终端，金属地板通过介质螺柱固定有第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构；每层周期性排列贴片结构上设置有周期性排列的方形贴片；第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构位于天线单元之上，天线单元线阵之间设置有金属隔离墙，金属隔离墙通过螺丝固定在金属地板上。本发明通过对天线阵列加载开缝的金属隔离墙和两层周期性排列贴片结构，使5G基站天线阵列单元之间的隔离度得到了很大改善，可应用于5G通信系统中。

Description

一种高隔离度5G基站天线、无线通信终端
技术领域
本发明属于基站天线阵列技术领域，尤其涉及一种高隔离度5G基站天线、无线通信终端。
背景技术
目前，近年来无线通信技术发展迅速，对更快的数据传输速率，更大的传输容量的要求越来越迫切，目前的第四代移动通信系统将很难满足。工信部为我国5G技术的研发试验规划的Sub-6GHz频段为3.3-3.6GHz、4.8-5.0GHz。随着5G移动通信频段的公布，使得传统基站天线已不足以覆盖其工作频段。所以，作为移动通信中最为重要的功能组件，面向5G通信应用的基站天线的技术研究与设计成为近年来的热点。
5G基站天线单元采用双极化技术，有效降低多径衰落对通信的影响。对于5G基站天线来说，其一般由多个天线单元组成，多个单元之间相互影响并产生耦合，耦合会随着天线个数的增长或者天线单元距离的靠近而剧烈加强。空间的有限使得设计天线单元之间的间距变小，单元间距越小，隔离度变差。对于阵列天线来说，互耦是制约其应用的主要因素，也是困扰天线设计者的主要问题。天线单元的设计、数目、放置的位置等因素都会直接影响天线单元间的互耦。互耦的存在一方面会降低天线的辐射效率，另一方面会影响天线的阻抗匹配、辐射方向图和阵列扫描等特性。因此，对于5G基站天线来说，研究如何提高天线单元之间的隔离度是至关重要的。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中阵列天线存在互耦，降低了天线的辐射效率，影响了天线的阻抗匹配、辐射方向图和阵列扫描等特性。
解决以上问题及缺陷的难度为：对于此5G基站天线来说，加载两层周期排列金属贴片结构会使天线匹配，阻抗带宽和辐射效率等性能恶化，为了使隔离度和其他性能达到最佳结果，需要不断地调整隔离结构位置以及大小等参数，并且平衡阵列天线的各项性能，以上两点较为困难。
解决以上问题及缺陷的意义为：对于5G基站天线来说，提高单元之间的隔离度可以使天线的有源匹配以及宽角扫描特性得到很大的改善，而且提高隔离度也会使天线辐射效率提升。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高隔离度5G基站天线、无线通信终端。
本发明是这样实现的，一种高隔离度5G基站天线，所述高隔离度5G基站天线设置有金属地板；
金属地板通过介质螺柱固定有第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构；第一层周期性排列贴片结构上设置有第一层周期性排列的方形贴片，第二层周期性排列贴片结构上设置有第二层周期性排列的方形贴片；
第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构位于天线单元之上，天线单元线阵之间设置有金属隔离墙，金属隔离墙通过螺丝固定在金属地板上。
进一步，所述第二层周期性排列贴片结构位于第一层周期性排列贴片结构的上方。
进一步，所述第一层周期性排列贴片单元结构放置在天线阵列的顶端，第二层周期性排列贴片结构位于第一层周期性排列贴片结构的上方。
进一步，所述第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构都是由一层介质板和周期性排列的方形金属贴片组成，方形金属贴片印刷在介质板上方，且两层周期性排列贴片结构中的方形金属贴片的边长不同；每层周期性排列贴片结构中的方形金属贴片个数与天线单元数目以及排列方式保持一致，位置分布在每个天线单元的正上方，方形贴片的中心对应于天线单元的中心。
进一步，所述第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构中的介质板材料介电常数为2.2，厚度为1.5mm；
第二层周期性排列贴片结构距离第一层周期性排列贴片结构高度小于0.25倍波长；
第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构中方形金属贴片的边长不同，为0.25倍波长左右。
进一步，所述天线单元呈伞形振子结构，由两个±45°的辐射结构组成，且垂直交叉放置在金属地板上。
进一步，所述每个辐射结构包括介质板、伞形辐射贴片和巴伦匹配结构，伞形辐射贴片分为两部分，分别印刷在单元介质板的正面和反面。
进一步，所述巴伦匹配结构连接辐射贴片和馈电网络进行阻抗匹配的调节，通过功分器向天线单元进行馈电。
进一步，所述金属隔离墙放置在每列天线单元之间，每个金属隔离墙结构完全相同。
进一步，所述金属隔离墙为金属材料且在天线单元中心所对应的位置附近进行开缝设计，每个金属隔离墙上缝隙个数与每列单元个数保持一致，并且缝隙间隔相同，缝隙长度为0.1倍波长左右。
本发明的另一目的在于提供无线通信终端，所述无线通信终端安装有所述的高隔离度5G基站天线。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过对天线阵列加载开缝的金属隔离墙和两层周期性排列贴片结构，5G基站天线阵列单元之间的隔离度得到很大改善，天线的单元隔离度、同极化隔离度和交叉极化隔离度都达到了-20dB以下，同时天线的辐射、匹配和扫描等特性也得到了改善。隔离度的提高使得阵列天线在小间距情况下也能有很好的性能，并且该天线加入的两层周期排列金属贴片结构简单，易于加工，可应用于5G通信系统中。
本发明中天线整体结构的最下面接地板部分从上而下包括金属地板、介质板、铝板和最下层介质板，馈电网络位于最下层介质板的背面，通过功分器对天线进行馈电。同时本发明中天线单元呈现伞形结构，可实现双极化特性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明实施例提供的高隔离度5G基站天线结构示意图。
图2是本发明实施例提供的高隔离度5G基站天线侧视图。
图3是本发明实施例提供的端口隔离度的仿真结果图。
图4是本发明实施例提供的交叉极化隔离度的仿真结果图。
图5是本发明实施例提供的同极化隔离度的仿真结果图。
图中：1、第一层周期性排列贴片结构；2、第二层周期性排列贴片结构；3、第一层周期性排的方形贴片；4、第二层周期性排列的方形贴片；5、金属隔离墙；6、天线单元；7、金属地板；8、介质螺柱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高隔离度5G基站天线、无线通信终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的高隔离度5G基站天线设置有金属地板7，金属地板7通过介质螺柱8固定有第一层周期性排列贴片结构1和第二层周期性排列贴片结构2；其中，第二层周期性排列贴片结构2位于第一层周期性排列贴片结构1的上方。第一层周期性排列贴片结构1上设置有第一层周期性排列贴片结构方形贴片3，第二层周期性排列贴片结构2上设置有第二层周期性排列贴片结构方形贴片4。第一层周期性排列贴片结构1和第二层周期性排列贴片结构2位于天线单元6之上，天线单元6之间设置有金属隔离墙5，金属隔离墙5通过螺丝固定在金属地板7上；第一层周期性排列贴片单元结构1放置在天线阵列的顶端，第二层周期性排列贴片结构2位于第一层周期性排列贴片结构1的上方。
每层周期性排列贴片结构都是由一层介质板和周期性排列的方形金属贴片组成，方形金属贴片印刷在介质板上方，且两层周期性排列贴片结构中的方形金属贴片的边长不同；每层周期性排列贴片结构中的方形金属贴片个数与天线单元数目以及排列方式保持一致，位置分布在每个天线单元的正上方，方形贴片的中心对应于天线单元的中心。
两层周期性排列贴片结构的介质板材料介电常数为2.2，厚度为1.5mm；两层周期性排列贴片结构中，第二层周期性排列贴片结构距离第一层周期性排列贴片结构高度小于0.25倍波长，优选0.14倍波长。两层周期性排列贴片结构中方形金属贴片的边长不同，大约为0.25倍波长。方形金属贴片的大小和两层周期性排列贴片结构放置的高度都会对天线单元之间的隔离度产生很大的影响。天线单元6呈伞形振子结构，由两个±45°的辐射结构组成，从而实现基站天线双线极化的特性。每个辐射结构包括介质板、伞形辐射贴片和巴伦匹配结构。
伞形辐射贴片分为两部分，分别印刷在单元介质板的正面和反面。两个辐射结构以±45°的伞形振子辐射结构，且垂直交叉放置在金属地板上，巴伦匹配结构连接辐射贴片和馈电网络进行阻抗匹配的调节，通过功分器向天线单元进行馈电。金属隔离墙5放置在每列天线单元6之间，每个金属隔离墙5结构设计完全相同。隔离墙为金属材料且在天线单元中心所对应的位置附近进行开缝设计，每个金属隔离墙上缝隙个数与每列单元个数保持一致，并且缝隙间隔相同，缝隙长度为0.1倍波长左右。金属隔离墙结构和两层周期性排列贴片结构的作用是提高整个阵列天线的隔离度，使同极化隔离度、单元端口间隔离度和交叉极化隔离度都得到了很大的提高，均达到-20dB以下。
下面结合仿真实验对本发明的技术方案作进一步的描述。
由图3-图5可以看出，在所需频带范围内，本发明所述的一种高隔离度5G基站天线的端口隔离度、交叉极化隔离度和同极化隔离度都达到了-20dB以下。
本发明提供的一种高隔离度5G基站天线采用两层周期性排列贴片结构以及金属隔离墙，使阵列天线的同极化隔离度、端口隔离度和交叉极化隔离度都得到了明显的提高，达-20dB以下，可以应用于5G基站天线系统中。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高隔离度5G基站天线，其特征在于，所述高隔离度5G基站天线设置有：
金属地板；
金属地板通过介质螺柱固定有第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构；第一层周期性排列贴片结构上设置有第一层周期性排列的方形贴片，第二层周期性排列贴片结构上设置有第二层周期性排列的方形贴片；
第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构位于天线单元之上，天线单元线阵之间设置有金属隔离墙，金属隔离墙通过螺丝固定在金属地板上；
所述第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构都是由一层介质板和周期性排列的方形金属贴片组成，方形金属贴片印刷在介质板上方，且两层周期性排列贴片结构中的方形金属贴片的边长不同；每层周期性排列贴片结构中的方形金属贴片个数与天线单元数目以及排列方式保持一致，位置分布在每个天线单元的正上方，方形贴片的中心对应于天线单元的中心；
所述第一层周期性排列贴片单元结构放置在天线阵列的顶端，第二层周期性排列贴片结构位于第一层周期性排列贴片结构的上方；
第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构中方形金属贴片的边长不同，为0.25倍波长；
所述天线单元呈伞形振子结构，由两个±45°的辐射结构组成，且垂直交叉放置在金属地板上。
2.如权利要求1所述的高隔离度5G基站天线，其特征在于，所述第二层周期性排列贴片结构位于第一层周期性排列贴片结构的上方。
3.如权利要求1所述的高隔离度5G基站天线，其特征在于，所述第一层周期性排列贴片结构和第二层周期性排列贴片结构中的介质板材料介电常数为2.2，厚度为1.5mm；
第二层周期性排列贴片结构距离第一层周期性排列贴片结构高度小于0.25倍波长。
4.如权利要求1所述的高隔离度5G基站天线，其特征在于，所述每个辐射结构包括介质板、伞形辐射贴片和巴伦匹配结构，伞形辐射贴片分为两部分，分别印刷在单元介质板的正面和反面。
5.如权利要求4所述的高隔离度5G基站天线，其特征在于，所述巴伦匹配结构连接辐射贴片和馈电网络进行阻抗匹配的调节，通过功分器向天线单元进行馈电。
6.如权利要求1所述的高隔离度5G基站天线，其特征在于，所述金属隔离墙放置在每列天线单元之间，每个金属隔离墙结构完全相同；
所述金属隔离墙为金属材料且在天线单元中心所对应的位置附近进行开缝设计，每个金属隔离墙上缝隙个数与每列单元个数保持一致，并且缝隙间隔相同，缝隙长度为0.1倍波长。
7.一种无线通信终端，其特征在于，所述无线通信终端安装有权利要求1~6任意一项所述的高隔离度5G基站天线。
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