CN113991301A - 一种频选天线罩及天线 - Google Patents

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申志科
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杨程
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Abstract

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种频选天线罩及天线，频选天线罩包括：第一介质板、设置于第一介质板一面的第二介质板、以及印制于第二介质板表面的呈现阵列排布的微单元；每个所述微单元分别刻蚀有超材料结构的金属图案；天线包括：频选天线罩、第一天线、第二天线、以及天线支架；所述天线支架将所述频选天线罩、第一天线以及所述第二天线相互支撑连接，且使所述第一天线、所述频选天线罩、以及所述第二天线依次平行设置；所述第一天线位于第一介质板一侧，所述第二天线位于第二介质板一侧；所述第一天线的工作频率高于所述第二天线的工作频率，本发明提供的频选天线罩及天线能够在不同频段分别表现出透波和反射特性。

Description

一种频选天线罩及天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种频选天线罩及天线。
背景技术
基站天线普遍用于移动通信系统中，基站天线可将射频信号按要求发射至空间中，并接收移动终端发射过来的电磁信号，是移动通信系统中重要的设备。
随着移动通信的发展，天线逐渐往小型化、多频化、模块化的方向发展。在4G与5G并行应用的需求下，可灵活支持4G与5G一起工作的天线具有较大的应用前景。其中，可支持4G天线与5G天线独立模块化的设计，则更具有潜在的应用可能。
为了实现4G天线与5G天线的独立模块化，其中一种方案是在4G天线的设计中在下方留出独立的5G天线安装的空间。但传统的4G天线底部是金属反射板，该反射板将阻挡5G天线的辐射。
因此，有必要对现有的频选天线罩及天线进行改进，提供一种在不同频段分别表现出透波和反射特性的特殊天线罩及相应的天线。例如，在4G频段表现为对电磁波反射，能体现传统4G天线的金属反射板的效果；在5G频段表现为对电磁波透波，以允许在受限空间的设计限制下也实现5G天线的工作性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种频选天线罩及天线，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种频选天线罩，包括：
第一介质板、设置于第一介质板一面的第二介质板、以及印制于第二介质板表面的呈现阵列排布的微单元；每个所述微单元分别刻蚀有超材料结构的金属图案。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一介质板及第二介质板使用粘合材料粘贴。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一介质板为塑料材质，所述第二介质板为PCB板。
作为上述技术方案的进一步改进，所述金属图案包括矩形环金属条以及分别从所述矩形环金属条的四个端点朝中心延伸的金属条，所述金属图案呈中心对称。
第二方面，本发明实施例还提供了一种天线，包括：
第一天线、第二天线、天线支架以及第一方面所述的频选天线罩；
所述天线支架将所述频选天线罩、第一天线以及所述第二天线相互支撑连接，且使所述第一天线、所述频选天线罩、以及所述第二天线依次平行设置；所述第一天线位于第一介质板一侧，所述第二天线位于第二介质板一侧；所述第一天线的工作频率高于所述第二天线的工作频率。
本发明的有益效果是：本发明公开一种频选天线罩及天线，通过在第二介质板的上表面刻蚀周期性的金属电路图案作为频选表面，第二介质板的下表面与第一介质板粘合成为复合超材料天线罩，可在不同的指定频率分别具有反射及透波特性。该频选天线罩对低频信号表现为反射，对工作频率较高的第一天线表现为透波，从而在有限的面积限制下将低频天线和高频天线集成在一起，实现相同方向的电磁波辐射。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中天线的整体结构示意图；
图2是图1所示频选天线罩的局部放大示意图；
图3是本发明实施例中天线的另一结构示意图；
图4是本发明实施例中频选天线罩的反射波响应示意图；
图5是本发明实施例中频选天线罩的透射波响应示意图；
图6是本发明实施例中低频段下采用频选天线罩前后的增益对比图；
图7是本发明实施例中高频段、0度波束下采用频选天线罩前后的增益对比图；
图8是本发明实施例中高频段、60度波束下采用频选天线罩前后的增益对比图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
现有技术中，要么仅考虑透波特性，未考虑特定频段的反射特性的改善；要么均采用金属图案印制于两层介质板之间的方案，要求对称性，对两块介质板之间的结构稳定性要求较高。发明人针对现有技术中存在的问题，发现超材料由于可实现传统材料无法达到的特殊频率响应，通过结合超材料及天线罩，可实现满足所需频段的透波及反射特性的特殊天线罩。基于此，提供以下改进的技术方案：
参考图1和图2，本发明实施例提供的一种频选天线罩100，所述频选天线罩100包括：
第一介质板110、设置于第一介质板110一面的第二介质板120、以及印制于第二介质板120表面的呈现阵列排布的微单元121；每个所述微单元121分别刻蚀有超材料结构的金属图案。
需要说明的是，不同微单元121的金属图案的尺寸可各不相同。依照具体需求，位于第二介质板120中心区域与边缘区域的金属图案的尺寸可呈现不相同的分布。
本发明提供的实施例中，基于频率选择表面的理论，在第二介质板120的上表面刻蚀周期性的金属电路图案作为频选表面，第二介质板120的下表面与第一介质板110(现有技术中常规的塑料材质的天线罩)粘合成为复合超材料天线罩。该频选天线罩100可允许5G高频段电磁波透过，且反射4G低频段电磁波。从而可实现4G天线和5G天线的独立工作。统筹考虑优化4G频段的反射特性及5G频段的透波特性，可在不同的指定频率分别具有反射及透波特性。具有加工要求低，利于保持性能稳定的优点。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一介质板110及第二介质板120使用粘合材料粘贴。
本实施例中，第一介质板110及第二介质板120的厚度无严格要求，可按实际需求选择。第一介质板110及第二介质板120需要使用具有稳定粘性的粘合材料粘贴为一个整体。将印制由微单元121的第二介质板120与第一介质板110粘合后成为频选天线罩100。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一介质板110为塑料材质，所述第二介质板120为PCB板。
一般地，所述第一介质板110为塑料材质，即为现有技术中的天线罩。第二介质板120为可刻蚀金属电路的PCB板。本实施例中，结合现有基站天线的天线罩及PCB加工工艺，可实现具有频选功能的天线罩。
作为上述技术方案的进一步改进，所述金属图案包括矩形环金属条以及分别从所述矩形环金属条的四个端点朝中心延伸的金属条，所述金属图案呈中心对称。
本实施例中，分别从所述矩形环金属条的四个端点朝中心延伸的金属条呈十字结构。矩形环金属条用于进行带通滤波，十字结构的金属条用于调节的谐振频率。
参考图1和图3，本发明实施例还提供一种天线，包括：
第一天线210、第二天线220、天线支架300以及上述任一实施例中的频选天线罩100；
所述天线支架300将所述频选天线罩100、第一天线210以及所述第二天线220相互支撑连接，且使所述第一天线210、所述频选天线罩100、以及所述第二天线220依次平行设置；所述第一天线210位于第一介质板110一侧，所述第二天线220位于第二介质板120一侧；所述第一天线210的工作频率高于所述第二天线220的工作频率。
该天线的应用场景示意图如下。
频选天线罩100位于低频天线(第二天线220)下方，高频天线(第一天线210)上方。基于本实施例中频选天线罩100、以及所述第二天线220的位置关系，该频选天线罩100(通过第二介质板120)对低频信号表现为反射，则可看作是低频天线(第二天线220)的反射板，保持低频天线(第二天线220)的定向性。该频选天线罩100(通过第一介质板110)对高频信号表现为透波，则在高频天线(第一天线210)上方的天线罩不会阻挡其电磁波向上辐射，从而在有限的面积限制下将低频和高频天线的集成在一起，实现相同方向的电磁波辐射。
其原理详细描述如下：
根据频率选择表面的理论，口径型图案是带通结构，起带通滤波的作用。基于此理论，我们提出上述实施例中的频选天线罩100的结构，在矩形口径图案基础上向内伸出交叉十字，用以调节发射到第二介质板120上的电磁波的谐振频率。采用周期性边界进行仿真和优化，可以对该频选表面的反射和透波特性进行估计，如图4和图5所示。
可以看到，在1GHz以下的频段，反射系数接近于0dB，即接近完全反射；而在3.4～3.6GHz的频段，反射系数很小，透射系数接近于0dB，即接近完全透射。可以看到仿真中该设计实现了所需的不同频段分别表现反射和透射特性的功能。
在一些实施例中，根据具体的应用场景，设计了频选天线罩100，并应用于本实施例所提供的天线中。实现的效果性能对比如图6、图7和图8所示：
根据图6、图7和图8提供的仿真结果可以看到，采用频选天线罩100时，低频段的4G天线增益下降幅度在0.3dB以内；高频段的5G天线阵列的0度波束及60度波束增益变化均小于1dB。该频选天线罩100实现了低频的反射及高频的透波，且加入该频选天线罩100后的各频段天线的性能与原始天线接近。说明该频选天线罩100实现了分频段的反射及透波功能，可允许5G天线与4G天线的解耦设计与安装。
需要说明的是，本实施例中的金属图案可依照理论或仿真独立调节设置，以使天线增益达到更优的效果。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (5)

1.一种频选天线罩，其特征在于，包括：
第一介质板、设置于第一介质板一面的第二介质板、以及印制于第二介质板表面的呈现阵列排布的微单元；每个所述微单元分别刻蚀有超材料结构的金属图案。
2.根据权利要求1所述的一种频选天线罩，其特征在于，所述第一介质板及第二介质板使用粘合材料粘贴。
3.根据权利要求2所述的一种频选天线罩，其特征在于，所述第一介质板为塑料材质，所述第二介质板为PCB板。
4.根据权利要求1所述的一种频选天线罩，其特征在于，所述金属图案包括矩形环金属条以及分别从所述矩形环金属条的四个端点朝中心延伸的金属条，所述金属图案呈中心对称。
5.一种天线，其特征在于，包括：
第一天线、第二天线、天线支架以及权利要求1至4任一所述的频选天线罩；
所述天线支架将所述频选天线罩、第一天线以及所述第二天线相互支撑连接，且使所述第一天线、所述频选天线罩、以及所述第二天线依次平行设置；所述第一天线位于第一介质板一侧，所述第二天线位于第二介质板一侧；所述第一天线的工作频率高于所述第二天线的工作频率。
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