CN115425386B - 一种srr加载双极化天线的共口径天线阵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SRR加载双极化天线的共口径天线阵，属于天线技术领域，它包括低频双极化天线、高频双极化天线和金属地板，所述低频双极化天线通过支撑柱固定在金属地板上。本发明天线中的SRR能抑制高频双极化天线激励起的感应电流，减少对高频双极化天线辐射的电磁波的影响，实现高频电磁透明特性；低频双极化天线通过两个耦合条带将馈电同轴线上的电磁波耦合到环状振子上，耦合条提供了容性阻抗分量，使低频天线便于匹配；高频双极化天线可由馈电PCB板固定，低频双极化天线可由四个尼龙柱固定，共口径天线阵具有良好的结构稳定性。

Description

一种SRR加载双极化天线的共口径天线阵
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种SRR加载双极化天线的共口径天线阵。
背景技术
随着全球移动通信技术的迅猛发展，移动通讯系统的容量和数据传输速率飞速提升。基站天线是移动通信系统的重要组件，基站天线性能指标的要求也随着移动通信技术的升级而越来越高：保证网络覆盖范围、系统容量；降低网络建设成本，减少安装难度；降低基站天线视觉污染等。基站天线的小型化、多频段和高效率成为企业和高校科研人员的研究热点。
若将双频段天线垂直放置在一起，低频天线会对高频天线造成遮挡，导致高频天线方向图偏转、波束宽度减小、交叉极化比恶化。虽然现有技术方案通过采用肩并肩方式布阵减少了低频天线对高频天线辐射性能的恶化，但是低频天线仅位于高频天线的一侧，会造成高频天线方向图不对称，不利于实际应用，而且，采用高低频天线肩并肩排布方式的基站天线阵面积都较大，不利于安装，在恶劣环境中的稳定性不好。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种SRR加载双极化天线的共口径天线阵，解决了现有高低频天线肩并肩排布方式的基站天线阵存在的不足。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种SRR加载双极化天线的共口径天线阵，它包括低频双极化天线、高频双极化天线和金属地板，所述低频双极化天线通过支撑柱固定在金属地板上；
所述低频双极化天线包括通过支撑柱固定在金属地板上的第一介质基板，在第一介质基板的底面设置有四个呈田字型排布的第一金属环，在第一介质基板的正面设置有两条耦合金属条带，第一金属环与耦合金属条带不直接接触，在每个第一金属环内设置有第一开口谐振环和第二开口谐振环；两条耦合金属条带与馈电同轴线的一端连接，将馈电同轴线中的电磁能量耦合到第一金属环上，馈电同轴线的另一端穿过金属地板。
所述第一金属环为矩形金属环，第二开口谐振环设置在靠第一介质基板中心的矩形金属环的两条边上，第一开口谐振环设置在矩形金属环剩下的两条边上，通过第一开口谐振环和第二开口谐振环抑制高频电磁波在低频双极化天线上激励起的感应电流，改善低频双极化天线对高频双极化天线辐射电磁波的影响。
所述高频双极化天线设置在低频双极化天线两侧，并通过支撑柱固定在金属地板上，且有一半面积的高频双极化天线位于低频双极化天线的正下方位置。
所述高频双极化天线包括第二介质基板和位于第二介质基板正面的四个第二金属环，且四个第二金属环呈田字型排布，第二介质基板通过两馈电PCB固定在金属地板上。
在第二介质基板中心位置的正下方设置有两个正交放置的第一馈电PCB和第二馈电PCB，通过第一馈电PCB和第二馈电PCB来激励两个极化，第一馈电PCB和第二馈电PCB的底端两侧突出部插入到金属地板内。
本发明具有以下优点：一种SRR加载双极化天线的共口径天线阵，可覆盖两个频段，高频双极化天线阵位于低频双极化天线正下方，低频双极化天线对高频双极化天线电磁透明；天线中的SRR能抑制高频双极化天线激励起的感应电流，减少对高频双极化天线辐射的电磁波的影响，实现高频电磁透明特性；低频双极化天线通过两个耦合条带将馈电同轴线上的电磁波耦合到环状振子上，耦合条提供了容性阻抗分量，使低频天线便于匹配；高频双极化天线可由馈电PCB板固定，低频双极化天线可由四个尼龙柱固定，共口径天线阵具有良好的结构稳定性。
附图说明
图1 本发明的3D视图；
图2 本发明的俯视图；
图3 高频双极化天线的爆炸视图；
图4 低频双极化天线3D视图；
图5 低频双极化天线俯视图；
图6 低频双极化天线为普通环形振子天线的双频双极化基站天线阵俯视图；
图7 单个高频双极化天线在天线阵中的3D辐射方向图；
图8 单个高频双极化天线在天线阵（低频天线为普通环形振子天线）中的3D辐射方向图；
图9 单个高频天线在天线阵（低频天线为本发明中的SRR加载天线）中的3D辐射方向图；
图10三种不同状态下一高频天线在阵列环境中两个极化端口的回波损耗示意图；
图11两个高频天线在天线阵（低频天线为本发明中的SRR加载天线）中同时激励得到的2D辐射方向图（yoz面）；
图中：1-低频双极化天线，11-第一金属环，121-第一开口谐振环，122-第二开口谐振环，13-耦合金属条带，14-馈电同轴线，15-第一介质基板，2-高频双极化天线，21-第二介质基板，22-第二金属环，231-第一馈电PCB，232-第二馈电PCB，3-金属地板，4-支撑柱，5-普通环形振子低频双极化天线。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1和图2所示，本发明具体涉及一种SRR加载双极化天线的共口径天线阵，它包括低频双极化天线1、高频双极化天线2和金属地板3，所述低频双极化天线1通过支撑柱4固定在金属地板3上；高频双极化天线2与低频双极化天线1都为±45°双极化天线。适合基站应用，其中，高频双极化天线2工作于1.71-1.83GHz,低频双极化天线1工作于700-960MHz。
进一步地，高频双极化天线2设置在低频双极化天线1两侧，并通过支撑柱4固定在金属地板3上，且有一半面积的高频双极化天线2位于低频双极化天线1的正下方位置。
如图3所示，高频双极化天线2包括第二介质基板21和位于第二介质基板21正面的四个第二金属环22，且四个第二金属环22呈田字型排布，第二介质基板21通过支撑柱4固定在金属地板3上。
进一步地，在第二介质基板21中心位置的正下方设置有两个正交放置的第一馈电PCB 231和第二馈电PCB 232，通过第一馈电PCB 231和第二馈电PCB 232来激励两个极化，第一馈电PCB 231和第二馈电PCB 232的底端两侧突出部插入到金属地板3内；具体为，第一馈电PCB 231和第二馈电PCB 232的底端两侧突出部插入到高频馈电PCB板的槽上，与内部同轴线相连进行馈电。
如图4和图5所示，低频双极化天线1包括通过支撑柱4固定在金属地板3上的第一介质基板15，在第一介质基板15的底面设置有四个呈田字型排布的第一金属环11，在第一介质基板15的正面设置有两条耦合金属条带13，第一金属环11与耦合金属条带13不直接接触，在每个第一金属环11内设置有第一开口谐振环（SRR）121和第二开口谐振环122；两条耦合金属条带13与馈电同轴线14的一端连接，将馈电同轴线14中的电磁能量耦合到第一金属环11上，馈电同轴线14的另一端穿过金属地板3，为低频双极化天线1提供容性阻抗分量，便于匹配。
其中，耦合金属条带13的顶层金属设置与第一介质基板15的正面，底层金属设置与第一介质基板15的底面。
进一步地，第一金属环11为矩形金属环，第二开口谐振环122设置在靠第一介质基板15中心的矩形金属环的两条边上，第一开口谐振环121设置在矩形金属环剩下的两条边上，通过第一开口谐振环121和第二开口谐振环122抑制高频电磁波在低频双极化天线1上激励起的感应电流，改善低频双极化天线1对高频双极化天线2辐射电磁波的影响。
其中，第一开口谐振环121和第二开口谐振环122为两种尺寸不同的开口谐振环（SRR），且都位于第一介质基板15的底面，SRR加载到低频双极化天线1中对高频双极化天线2具有电磁透明特性，两种不同尺寸的SRR能够抑制的高频感应电流对应不同的频率，保证相对宽带的电磁透明特性。
如图6所示，为一种低频双极化天线1为普通环形振子低频双极化天线5的天线阵，如图7-图9分别展示了在没有低频双极化天线1、低频双极化天线1为普通环形振子低频双极化天线5、低频双极化天线1为本发明中的SRR加载天线情况下，只激励位于上方的高频双极化天线2的一个极化对应的辐射方向图。普通环形振子低频双极化天线5对高频双极化天线2辐射的电磁波影响较大，方向图畸变严重；SRR加载天线对高频双极化天线2辐射的电磁波影响较小，该情况下的方向图与没有低频天线情况的方向图差别较小，对高频双极化天线2具有电磁透明特性。
如图10展示了在没有低频双极化天线1、低频双极化天线1为普通环形振子低频双极化天线5、低频双极化天线1为本发明中的SRR加载天线情况下，位于上方的高频天线两个极化端口（分别为端口1、2）的回波损耗情况。可以看出如果低频双极化天线1为传统的普通环形振子低频双极化天线5，高频双极化天线2两极化端口回波损耗变差，不能达到基站天线要求的-14dB以下。而低频双极化天线1为本发明中的SRR加载天线时，因为其对高频双极化天线2有电磁透明特性，高频双极化天线2端口回波损耗仍在-14dB以下。
如图11展示了共口径天线阵高频双极化天线2在水平面（如图1中的xoy平面）的辐射方向图。由于本发明中的SRR加载低频天线具有高频电磁透明特性，高频双极化天线2的辐射方向图很规则，±60°范围内交叉极化隔离度较高。
需要说明的是，尽管本发明中的高频双极化天线2工作于1.71-1.83GHz，低频双极化天线1工作于700-960MHz，应当理解：高频、低频天线的工作频率可以根据实际需要设置，只需对本发明中天线的尺寸进行调整即可。尽管本发明中的高频天线采用了环形振子，应当理解：高频双极化天线2可以换成其他类型的天线（如：微带天线、半波振子天线等），高频双极化天线2种类的变化不影响SRR加载天线对高频双极化天线2的电磁透明特性。尽管本发明中低频双极化天线1中只加载了两种尺寸不同的SRR，应当理解：可以在低频天线中只加载一种或多种尺寸的SRR，适当缩窄或拓宽天线的电磁透明带宽。尽管本发明中低频天线中是在环形天线的金属环上加载了SRR，应当理解：也可以在其他类型的天线（如：微带天线、半波振子天线等）中加载SRR，实现高频电磁透明特性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种SRR加载双极化天线的共口径天线阵，其特征在于：它包括低频双极化天线（1）、高频双极化天线（2）和金属地板（3），所述低频双极化天线（1）通过支撑柱（4）固定在金属地板（3）上；
所述低频双极化天线（1）包括通过支撑柱（4）固定在金属地板（3）上的第一介质基板（15），在第一介质基板（15）的底面设置有四个呈田字型排布的第一金属环（11），在第一介质基板（15）的正面设置有两条耦合金属条带（13），第一金属环（11）与耦合金属条带（13）不直接接触，在每个第一金属环（11）内加载有第一开口谐振环（121）和第二开口谐振环（122）；两条耦合金属条带（13）与馈电同轴线（14）的一端连接，将馈电同轴线（14）中的电磁能量耦合到第一金属环（11）上，馈电同轴线（14）的另一端穿过金属地板（3）；
所述第一金属环（11）为矩形金属环，第二开口谐振环（122）加载在靠第一介质基板（15）中心的矩形金属环的两条边上，第一开口谐振环（121）加载在矩形金属环剩下的两条边上，通过第一开口谐振环（121）和第二开口谐振环（122）抑制高频电磁波在低频双极化天线（1）上激励起的感应电流，改善低频双极化天线（1）对高频双极化天线（2）辐射电磁波的影响；
所述高频双极化天线（2）设置在低频双极化天线（1）两侧，并通过支撑柱（4）固定在金属地板（3）上，且有一半面积的高频双极化天线（2）位于低频双极化天线（1）的正下方位置。
2.根据权利要求1所述的一种SRR加载双极化天线的共口径天线阵，其特征在于：所述高频双极化天线（2）包括第二介质基板（21）和位于第二介质基板（21）正面的四个第二金属环（22），且四个第二金属环（22）呈田字型排布，第二介质基板（21）通过馈电PCB固定在金属地板（3）上。
3.根据权利要求2所述的一种SRR加载双极化天线的共口径天线阵，其特征在于：在第二介质基板（21）中心位置的正下方设置有两个正交放置的第一馈电PCB（231）和第二馈电PCB（232），通过第一馈电PCB（231）和第二馈电PCB（232）来激励两个极化，第一馈电PCB（231）和第二馈电PCB（232）的底端两侧突出部插入到金属地板（3）内。
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