CN113764861B - 一种宽带5g毫米波通信基站天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带5G毫米波通信基站天线，通信基站天线包括：多层PCB结构层，带有切角的矩形驱动贴片、4个扇形的堆叠贴片、金属接地面、两个差分馈电网络、4根长铜柱和12根短铜柱；差分馈电网络设置在PCB结构层的第一层的下表面；金属接地面设置在PCB结构层的第二层的上表面；12根短铜柱穿过PCB结构层的第一层；4根长铜柱分别穿过PCB结构层的第一层、第二层和第三层；4个扇形的堆叠贴片均设置于PCB结构层的第七层的上表面；带有切角的矩形驱动贴片设置于PCB结构层的第三层的上表面。实现了宽带宽要求的同时，也实现了低增益波动和稳定的3‑dB波束宽度，适用于未来的5G毫米波天线系统。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种宽带5G毫米波通信基站天线。
背景技术
随着第五代移动通信的发展，毫米波技术由于大带宽和高速率等优点，可满足5G时代10Gbit/s的峰值速率和带宽需求。毫米波通信技术已成为5G研究的热点之一，在短距离通信5G小基站回传中发挥着重要的作用。目前，5G毫米波技术仍处于试验阶段，并没有得到正式商用。
5G毫米波宽带天线技术是5G毫米波系统核心技术之一。5G毫米波宽带天线技术一直以来受到学术界和工业界广泛关注。虽然能满足5G通信高速率和宽带宽的需求，但是由于其波长短，极其容易被阻挡，在周围环境中传输时存在很大的损耗，对通信的可靠性和信号覆盖范围会产生很大的影响，导致5G毫米波天线的辐射方向图不稳定，增益的波动大，难以满足宽带内方向图和增益的稳定性要求。因此，宽带内增益波动小和稳定波束宽度是5G毫米波天线设计的核心技术指标。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种宽带5G毫米波通信基站天线。
根据本发明的一个方面，提供了一种宽带5G毫米波通信基站天线，一种宽带5G毫米波通信基站天线，所述通信基站天线包括：多层PCB结构层，带有切角的矩形驱动贴片、4个扇形的堆叠贴片、金属接地面、两个差分馈电网络、4根长铜柱和12根短铜柱；
所述差分馈电网络设置在所述PCB结构层的第一层的下表面；
所述金属接地面设置在所述PCB结构层的第二层的上表面；
所述12根短铜柱穿过所述PCB结构层的第一层；
所述4根长铜柱分别穿过所述PCB结构层的第一层、第二层和第三层；
所述4个扇形的堆叠贴片均设置于所述PCB结构层的第七层的上表面；
所述带有切角的矩形驱动贴片设置于所述PCB结构层的第三层的上表面。
可选的，所述PCB结构层的第七层为6.92mm*6.92mm*0.305mm的Rogers RO4003板。
可选的，所述扇形的堆叠贴片和所述带有切角的矩形驱动贴片均为厚度为0.034mm的铜。
可选的，所述PCB结构层的第三层为6.92mm*6.92mm*0.102mm的Rogers RO4350板。
可选的，所述金属接地面为厚度为0.018mm的铜。
可选的，所述PCB结构层的第一层为6.92mm*6.92mm*0.102mm的Rogers RO4003板。
可选的，所述PCB结构层的第二层为6.92mm*6.92mm*0.305mm的Rogers 4450F板。
本发明提供的一种宽带5G毫米波通信基站天线，所述通信基站天线包括：多层PCB结构层，带有切角的矩形驱动贴片、4个扇形的堆叠贴片、金属接地面、两个差分馈电网络、4根长铜柱和12根短铜柱；所述差分馈电网络设置在所述PCB结构层的第一层的下表面；所述金属接地面设置在所述PCB结构层的第二层的上表面；所述12根短铜柱穿过所述PCB结构层的第一层；所述4根长铜柱分别穿过所述PCB结构层的第一层、第二层和第三层；所述4个扇形的堆叠贴片均设置于所述PCB结构层的第七层的上表面；所述带有切角的矩形驱动贴片设置于所述PCB结构层的第三层的上表面。实现了宽带宽要求的同时，也实现了低增益波动和稳定的3-dB波束宽度，适用于未来的5G毫米波天线系统。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例提供的具有稳定方向图的5G毫米波通信基站天线的主视图；
图2为本发明扇形堆叠贴片结构图；
图3为本发明带有切角的矩形贴片结构图；
图4为差分馈电网络结构图；
图5为天线实物结构的上表面图；
图6为天线实物结构的下表面图；
图7为天线单元S参数；
图8为天线单元增益；
图9为天线单元3db波束宽度示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
一款面向5G毫米波通信的高隔离基站天线由多层PCB结构100、一个带有切角的矩形驱动贴片110、四个扇形堆叠贴片120、金属接地面130、两个差分馈电网络140、四根穿过三层PCB的长铜柱150以及12根穿过一层PCB结构的短铜柱160组成；其特征在于：所述的扇形堆叠贴片120是厚度为0.034mm的铜，位于介质基板第七层Sub 7上表面，如图2所示，Sub7层是6.92mm*6.92mm*0.305mm的Rogers RO4003板；所述的带有切角的矩形贴片110是厚度为0.034mm的铜，位于第三层Sub 3上表面，如图3所示，Sub 3层是6.92mm*6.92mm*0.102mm的Rogers RO4350板；所述的金属接地面130是厚度为0.018mm的铜，位于第二层Sub 1上表面，Sub1层是6.92mm*6.92mm*0.102mm的Rogers RO4003板；所述的差分馈电网络140厚度为0.018mm，如图4所示，位于第一层Sub 1下表面；四根长铜柱150和12根短铜柱160的直径都为0.2mm，分别穿过Sub 1、Sub 2和Sub 3和Sub 1，Sub 2层是6.92mm*6.92mm*0.305mm的Rogers 4450F板。
本发明的工作原理是：所述的具有稳定方向图的5G毫米波通信基站天线为工作在24.25-27.5GHz的基站天线单元100。
所述的差分馈电网络140位于Sub 1层下表面，1端口馈电，通过四根长铜柱150连接带有切角的矩形贴片110完成馈电，此时形成第一个谐振点。由于差分馈电网络140的两个端口有180°的相位差，所以能实现高端口隔离度。
所述的扇形堆叠贴片120位于Sub 7层上表面，通过带有切角的矩形贴片110辐射耦合形成第二个谐振点，两个谐振点共同作用形成24.25-27.5GHz的工作带宽。
具有稳定方向图的5G毫米波通信基站天线的仿真图和实物图如下图1-6所示，天线性能在微波暗室测量完成，实测结果如下图7-8所示：
如下图7-9所示，具有稳定方向图的5G毫米波通信基站天线的S参数如图7所示，反射系数在24.25-27.5GHz处满足要求，整个天线单元的端口隔离度在整个工作频段上高达34dB，实现了高的端口隔离度。天线单元在工作频段内增益如图8所示，在带宽内可实现增益大于5.7dBi，增益波动小于1.1dB。天线单元在工作频段内3dB波束宽度如图9所示，波束宽度为75±4°。
有益效果：
本发明公开了一种具有稳定方向图的5G毫米波通信基站天线。采用了多层PCB天线封装技术，带来成本低和工艺简单的好处；采用差分馈电网络，带来端口极化隔离度高和交叉极化低的好处。该设计创新之处在于：该宽带天线通过设计新的stackedpatch结构，实现了宽带宽的要求，获得了低于1.1dB的增益波动和75°±4°的3dB波束宽度。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种宽带5G毫米波通信基站天线，其特征在于，所述通信基站天线包括：多层PCB结构层，带有切角的矩形驱动贴片、4个扇形的堆叠贴片、金属接地面、两个差分馈电网络、4根第一铜柱和12根第二铜柱；
所述差分馈电网络设置在所述PCB结构层的第一层的下表面；
所述金属接地面设置在所述PCB结构层的第二层的下表面；
所述12根第二铜柱穿过所述PCB结构层的第一层，每根所述第二铜柱的一端连接所述金属接地面，另一端连接所述差分馈电网络中对应的第二铜柱连接端；
所述4根第一铜柱分别穿过所述PCB结构层的第一层、第二层和第三层；所述4根第一铜柱的一端分别连接带有切角的矩形驱动贴片中对应的驱动铜柱连接端，另一端分别连接差分馈电网络中对应的第一铜柱连接端；
所述4个扇形的堆叠贴片均设置于所述PCB结构层的第七层的上表面；
所述带有切角的矩形驱动贴片设置于所述PCB结构层的第三层的上表面；所述带有切角的矩形驱动贴片设有四个驱动铜柱连接端；
所述两个差分馈电网络包括与四个所述驱动铜柱连接端一一对应的所述第一铜柱连接端；
其中两个相对的所述第一铜柱连接端组成第一差分馈电端口；另两个相对的所述第一铜柱连接端组成第二差分馈电端口；
所述第一差分馈电端口与第一信号端口连接；所述第二差分馈电端口与第二信号端口连接；
所述第一差分馈电端口与所述第一信号端口的连接线靠近第一信号端口的一端的两侧分别设有三个所述第二铜柱连接端；
所述第二差分馈电端口与所述第二信号端口的连接线靠近第二信号端口的一端的两侧分别设有三个所述第二铜柱连接端。
2.根据权利要求1所述的一种宽带5G毫米波通信基站天线，其特征在于，所述PCB结构层的第七层为6.92mm*6.92mm*0.305mm的Rogers RO4003板。
3.根据权利要求1所述的一种宽带5G毫米波通信基站天线，其特征在于，所述扇形的堆叠贴片和所述带有切角的矩形驱动贴片均为厚度为0.034mm的铜。
4.根据权利要求1所述的一种宽带5G毫米波通信基站天线，其特征在于，所述PCB结构层的第三层为6.92mm*6.92mm*0.102mm的Rogers RO4350板。
5.根据权利要求1所述的一种宽带5G毫米波通信基站天线，其特征在于，所述金属接地面为厚度为0.018mm的铜。
6.根据权利要求1所述的一种宽带5G毫米波通信基站天线，其特征在于，所述PCB结构层的第一层为6.92mm*6.92mm*0.102mm的Rogers RO4003板。
7.根据权利要求1所述的一种宽带5G毫米波通信基站天线，其特征在于，所述PCB结构层的第二层为6.92mm*6.92mm*0.305mm的Rogers4450F板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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