CN115579611A - 一种金属±45°双极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属±45°双极化天线，包括寄生贴片、主贴片、金属地板、空气微带线、尼龙柱和馈电同轴线，本发明辐射结构为纯金属，而非印制电路板，减少了介质损耗，天线辐射效率很高。与传统的贴片天线从中间馈电不同，本发明从主贴片对角线处斜着馈电，可以激励起±45°极化的辐射模式。本发明天线几何拓扑简单，尺寸参数较少，便于根据实际需求优化调谐。本发明通过对正方形主贴片的四角切角，将高次模式推至更高的频点，改善了带内两极化间隔离度。本发明金属地板上的三处地板缝隙可以改善带内阻抗匹配和两极化端口间的隔离度。

Description

一种金属±45°双极化天线
技术领域
本发明属于基站天线技术领域，具体涉及一种金属±45°双极化天线的设计。
背景技术
随着第四代移动通讯技术（4G）的普及和第五代移动通讯技术（5G）的飞速发展，移动通讯设备的数量日益增加，用户对移动通讯的数据传输速率和延迟提出了更高的要求。基站天线是移动通讯的重要组成部分，负责接收和发射高频载波，其辐射效率对整个基站系统的性能影响较大。
天线是将输入的电磁能量辐射到空间或者反过来将空间中的电磁信号接收到后端电路中的结构。理想的天线能将馈电电路传输的全部电磁能量辐射到空间中，而实际的天线有能量损耗。天线的能量损耗来源有馈电和天线间的阻抗失配、天线结构的介质损耗、天线结构的金属损耗。现有的天线常采用印制电路板（PCB）技术，将辐射结构印制在介质基板上，会造成电磁能量的介质损耗，从而降低了天线的辐射效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的PCB天线会造成电磁能量的介质损耗，从而降低了天线的辐射效率的问题，提出了一种金属±45°双极化天线。
本发明的技术方案为：一种金属±45°双极化天线，包括寄生贴片、主贴片、金属地板、空气微带线、尼龙柱和馈电同轴线；寄生贴片、主贴片和金属地板从上到下依次设置，寄生贴片上设置有三个呈等腰三角形排布的第一通孔，主贴片上设置有三个与第一通孔一一对应的第二通孔，金属地板上设置有三个与第二通孔一一对应的第三通孔，三根尼龙柱分别穿设于对应的第一通孔、第二通孔和第三通孔，将寄生贴片、主贴片和金属地板固定连接；金属地板为正方形，两个空气微带线均设置于主贴片和金属地板之间，且位于金属地板的不同对角线上；金属地板上还设置有两个第四通孔，两根所述馈电同轴线分别穿过一个第四通孔与空气微带线连接。
进一步地，寄生贴片为圆形，寄生贴片上设置有四个旋转对称的矩形寄生贴片缝隙。
进一步地，主贴片为四个角经过切角处理的正方形。
进一步地，空气微带线包括金属条和介质支架，金属条通过介质支架设置于金属地板的上表面。
进一步地，金属地板上设置有两条第一地板缝隙和一条第二地板缝隙，第二地板缝隙与金属地板的一组对边平行，两条第一地板缝隙分别位于第二地板缝隙两侧，并与第二地板缝隙呈45°夹角，每条第一地板缝隙对应设置于一个金属条下方，并与对应金属条垂直。
进一步地，寄生贴片、主贴片、金属地板和金属条均为金属结构。
本发明的有益效果是：
（1）本发明提供了一种工作于1.67-1.95GHz（S11<-14dB）的金属结构±45°双极化天线，辐射结构为纯金属，而非印制电路板，减少了介质损耗，天线辐射效率很高。
（2）与传统的贴片天线从中间馈电不同，本发明从主贴片对角线处斜着馈电，可以激励起±45°极化的辐射模式。
（3）本发明天线几何拓扑简单，尺寸参数较少，便于根据实际需求优化调谐。
（4）本发明通过对正方形主贴片的四角切角，将高次模式推至更高的频点，改善了带内两极化间隔离度。
（5）本发明金属地板上的三处地板缝隙可以改善带内阻抗匹配和两极化端口间的隔离度。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种金属±45°双极化天线三维结构图。
图2所示为本发明实施例提供的一种金属±45°双极化天线侧视图。
图3所示为本发明实施例提供的寄生贴片俯视图。
图4所示为本发明实施例提供的主贴片俯视图。
图5所示为本发明实施例提供的金属地板俯视图。
图6所示为本发明实施例提供的金属地板和空气微带线俯视图。
图7所示为本发明实施例提供的金属双极化天线效率随频率变化示意图。
图8所示为本发明实施例提供的主贴片四角切角与未切角的S参数对比图。
图9所示为本发明实施例提供的金属地板上有缝隙与无缝隙的S参数对比图。
图10所示为本发明实施例提供的金属双极化天线峰值增益随频率变化示意图。
图11所示为本发明实施例提供的金属双极化天线3D方向示意图。
附图标记说明：1-寄生贴片、11-寄生贴片缝隙、2-主贴片、21-主贴片切角、3-金属地板、31-第一地板缝隙、32-第二地板缝隙、4-空气微带线、41-金属条、42-介质支架、5-尼龙柱、6-馈电同轴线。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
本发明实施例提供了一种金属±45°双极化天线，如图1和图2共同所示，包括寄生贴片1、主贴片2、金属地板3、空气微带线4、尼龙柱5和馈电同轴线6；寄生贴片1、主贴片2和金属地板3从上到下依次设置。
如图3所示，寄生贴片1上设置有三个呈等腰三角形排布的第一通孔；如图4所示，主贴片2上设置有三个与第一通孔一一对应的第二通孔；如图5所示，金属地板3上设置有三个与第二通孔一一对应的第三通孔；如图2所示，三根尼龙柱5分别穿设于对应的第一通孔、第二通孔和第三通孔，将寄生贴片1、主贴片2和金属地板3固定连接。
如图2和图6所示，金属地板3为正方形，两个空气微带线4均设置于主贴片2和金属地板3之间，且位于金属地板3的不同对角线上。
如图2和图5所示，金属地板3上还设置有两个第四通孔，两根馈电同轴线6分别穿过一个第四通孔与空气微带线4连接。空气微带线4将馈电同轴线6中的电磁能量耦合至主贴片2处，激励起天线辐射模式。
如图3所示，寄生贴片1为圆形，寄生贴片1上设置有四个旋转对称的矩形寄生贴片缝隙11。寄生贴片缝隙11可以拉长寄生贴片1的电流路径，从而减小寄生贴片1的尺寸，实现小型化的效果。
如图4所示，主贴片2为四个角经过切角处理的正方形。四个主贴片切角21可以将高次模式推到更高的频点，减少其对带内隔离度的恶化。图8分别展示了对主贴片四角切角和不切角的S参数情况，从图8中S参数曲线可以看出：不切角时，第一处带外高次模式出现在2.5GHz，此处隔离度仅5dB，造成工作频带内隔离度最差仅17dB（1.85GHz）；而切角处理后，高次模出现的频率提升至3.04GHz，工作频带（1.67-1.95GHz，S11<-14dB）内隔离度优于23dB。
如图6所示，空气微带线4包括金属条41和介质支架42，金属条41通过介质支架42设置于金属地板3的上表面。
如图5和图6所示，金属地板3上设置有两条第一地板缝隙31和一条第二地板缝隙32，第二地板缝隙32与金属地板3的一组对边平行，两条第一地板缝隙31分别位于第二地板缝隙32两侧，并与第二地板缝隙32呈45°夹角，每条第一地板缝隙31对应设置于一个金属条41下方，并与对应金属条41垂直。
第一地板缝隙31可以改善天线的阻抗匹配，第二地板缝隙32可以阻断地板上两个微带线间的耦合电流，改善两端口间隔离度。图9展示了金属地板3上有第一地板缝隙31、第二地板缝隙32和无缝隙的S参数情况，从图9中S参数曲线可以看出：第一地板缝隙31、第二地板缝隙32使得带内S11参数均小于14dB，将端口最差隔离度从19dB改善至23dB。
本发明实施例中，寄生贴片1、主贴片2、金属地板3和金属条41均为金属结构，即除了介质支架42、尼龙柱5等少数介质支撑结构和馈电同轴线6中的部分介质外，本发明实施例提供的±45°双极化天线均为金属结构，介质损耗很小，辐射效率很高，如图7所示，本发明实施例提供的±45°双极化天线工作频带内（1.67-1.95GHz）仿真效率高于98%，很适合实际应用。
图10和图11展示了本发明实施例提供的±45°双极化天线的辐射特性，带内峰值增益高于8.8dBi，辐射性能良好。
尽管本发明实施例中的金属双极化天线工作于1.67-1.95GHz，应当理解：天线的工作频率可以根据实际需要设置，只需对本发明实施例中天线的尺寸进行调整即可。
尽管本发明实施例中金属天线通过两个端口分别激励实现±45°双极化，应当理解：让两个输入端口的激励信号相位差90度，可以实现圆极化辐射。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种金属±45°双极化天线，其特征在于，包括寄生贴片（1）、主贴片（2）、金属地板（3）、空气微带线（4）、尼龙柱（5）和馈电同轴线（6）；所述寄生贴片（1）、主贴片（2）和金属地板（3）从上到下依次设置，所述寄生贴片（1）上设置有三个呈等腰三角形排布的第一通孔，所述主贴片（2）上设置有三个与第一通孔一一对应的第二通孔，所述金属地板（3）上设置有三个与第二通孔一一对应的第三通孔，三根所述尼龙柱（5）分别穿设于对应的第一通孔、第二通孔和第三通孔，将寄生贴片（1）、主贴片（2）和金属地板（3）固定连接；所述金属地板（3）为正方形，两个所述空气微带线（4）均设置于主贴片（2）和金属地板（3）之间，且位于金属地板（3）的不同对角线上；所述金属地板（3）上还设置有两个第四通孔，两根所述馈电同轴线（6）分别穿过一个第四通孔与空气微带线（4）连接。
2.根据权利要求1所述的金属±45°双极化天线，其特征在于，所述寄生贴片（1）为圆形，所述寄生贴片（1）上设置有四个旋转对称的矩形寄生贴片缝隙（11）。
3.根据权利要求1所述的金属±45°双极化天线，其特征在于，所述主贴片（2）为四个角经过切角处理的正方形。
4.根据权利要求1所述的金属±45°双极化天线，其特征在于，所述空气微带线（4）包括金属条（41）和介质支架（42），所述金属条（41）通过介质支架（42）设置于金属地板（3）的上表面。
5.根据权利要求4所述的金属±45°双极化天线，其特征在于，所述金属地板（3）上设置有两条第一地板缝隙（31）和一条第二地板缝隙（32），所述第二地板缝隙（32）与金属地板（3）的一组对边平行，两条所述第一地板缝隙（31）分别位于第二地板缝隙（32）两侧，并与第二地板缝隙（32）呈45°夹角，每条所述第一地板缝隙（31）对应设置于一个金属条（41）下方，并与对应金属条（41）垂直。
6.根据权利要求4所述的金属±45°双极化天线，其特征在于，所述寄生贴片（1）、主贴片（2）、金属地板（3）和金属条（41）均为金属结构。
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