CN115732902A - 一种宽带双极化基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽带双极化基站天线，属于通信技术领域，它包括地板腔、偶极子臂、第一介质基板、馈电支撑结构；在第一介质基板上设置有4个偶极子臂，且每个偶极子臂朝第一介质基板的直角方向，两个偶极子臂之间夹角为90°，在每个偶极子臂的末端设置有耦合寄生贴片，以增加频率谐振点，在每个偶极子臂上设置有对称的开槽，以增加电流路径；馈电支撑结构一端插入地板腔内，另一端与4个偶极子臂焊接。本发明利用末端加载以及耦合寄生贴片形成额外的谐振点，提升天线的频率带宽，实现了宽带定向辐射；在天线的偶极子臂上进行对称三角形开槽，改变了电流路径，使高频段末端加载上的电流较大，增强了寄生贴片与末端加载之间耦合形成的谐振点。

Description

一种宽带双极化基站天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种宽带双极化基站天线。

背景技术

天线作为通信系统中必不可少的重要组件之一，其性能对于整个通信系统的质量起到了决定性的作用，随着通信系统的技术发展，5G技术得到了广泛的应用，同时数据流量也迅速增长，而随之带来的就是对于多频段基站天线阵列的巨大需求，在一些人流密集的区域，比如酒店、体育馆、商场等等，都需要部署比以往更多的基站以满足大量数据传输的需求。

目前为了节省空间，基站天线通常采用共口径结构，由低频天线和多个高频天线共同组成阵列单元，以达到小型化的目的；常用的基站天线，主要采用双极化天线作为阵列单元，在收发双工的模式下，利用+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作，以达到节省单个定向基站天线数量以及小型化的目的，双极化天线在具有带宽特性的前提下，同时具有较高交叉极化比，由于双极化天线的突出优点，在基站天线的设计中得到广泛的应用。

常见双极化天线主要有交叉偶极子和磁电偶极子天线，交叉偶极子是将两个偶极子正交放置，通过添加距离四分之一波长的地板，实现定向交叉极化辐射；磁电偶极子天线是利用惠更斯原理，电偶极子和磁偶极子方向图组合实现定向辐射，由于两种偶极子为互补天线，可以实现很宽的阻抗带宽，两种天线都可以实现宽带双极化辐射，天线尺寸理论上也基本类似，但是交叉偶极子组装较为方便，具有更高的交叉极化比。

就目前常见的定向天线而言，八木天线可以实现具有高争议特性的定向辐射，但是带宽很窄，很难应用于带宽基站设计，全金属结构天线虽然可以实现宽带定向辐射，但是相对于PCB结构加工较为繁琐；而磁电偶极子天线由于本身属于不对称结构，存在无法在两个极化方向同时实现较高的交叉极化比的问题，而交叉偶极子天线由于是由两个偶极子组成，通常采用PCB结构进行加工，但是谐振点较少，导致无法实现较宽频带的问题。

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，提供了一种宽带双极化基站天线，解决了现有交叉偶极子天线存在的问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种宽带双极化基站天线，它包括地板腔、偶极子臂、第一介质基板、馈电支撑结构；

在所述第一介质基板上设置有4个偶极子臂，且每个偶极子臂朝第一介质基板的直角方向，两个偶极子臂之间夹角为90°，在每个偶极子臂的末端设置有耦合寄生贴片，以增加频率谐振点，在每个偶极子臂上设置有对称的开槽，以增加电流路径，实现小型化；所述馈电支撑结构一端插入地板腔内，另一端与4个偶极子臂焊接，实现天线的馈电。

所述耦合寄生贴片的形状结构为三角形形状，通过将耦合寄生贴片设置为三角形使得具有强方向性，对电流具有强引向性，进而提高天线的交叉极化比。

所述开槽的形状结构为三角形形状，通过将开槽设置为三角形在偶极子臂满足方向图对称的前提下，使得体积空间最小。

所述馈电支撑结构包括两个垂直交叉设置的第二介质基板7，第二介质基板的一端插入地板腔内，另一端与第一介质基板焊接，以支撑第一介质基板；

在第二介质基板上设置有两个对称的接地贴片，接地贴片的一端插入地板腔与地板腔的底部连接，另一端焊接在偶极子臂的首端；

在两个第二介质基板上的其中一个接地贴片上分别设置有一个Г型的馈电巴伦，在每个馈电巴伦的底部设置有同轴线端口。

本发明具有以下优点：一种宽带双极化基站天线，利用末端加载以及耦合寄生贴片形成额外的谐振点，极大的提升天线的频率带宽，实现了宽带定向辐射；通过偶极子臂和交叉偶极子之间的间隙各自形成了一个谐振点，通过匹配结构形成了宽带定向辐射；在天线的偶极子臂上进行对称三角形开槽，改变了电流路径，使高频段末端加载上的电流较大，增强了寄生贴片与末端加载之间耦合形成的谐振点；由于开槽增加了电流路径，同时边缘使用弯曲的地板，形成地板腔，实现了天线小型化的要求，满足基站小型化的需求。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明馈电支撑结构的示意图；

图3为同轴线端口S参数的反射系数示意图；

图4为同轴线端口S参数的隔离度示意图；

图5为两个同轴线端口分别激励时的峰值增益对比图；

图6为同轴线端口1激励时的天线方向图；

图7为同轴线端口2激励时的天线方向图；

图中：1-地板腔，2-偶极子臂，3-第一介质基板，4-耦合寄生贴片，5-开槽，6-接地贴片，7-第二介质基板，8-馈电巴伦，9-同轴线端口。

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所示，本发明具体涉及一种宽带双极化基站天线，它包括地板腔1、偶极子臂2、第一介质基板3、馈电支撑结构；

进一步地，在所述第一介质基板3上设置有4个偶极子臂2，且每个偶极子臂2朝第一介质基板3的直角方向，两个偶极子臂2之间夹角为90°，在每个偶极子臂2的末端设置有耦合寄生贴片4，以增加频率谐振点，在每个偶极子臂2上设置有对称的开槽5，以增加电流路径，实现小型化；所述馈电支撑结构一端插入地板腔1内，另一端与4个偶极子臂2焊接，实现天线的馈电。

其中，4个偶极子臂2组成交叉极化偶极子天线，交叉偶极子的作用是产生天线z方向的辐射，形成正交线极化辐射。

进一步地，耦合寄生贴片4的形状结构为三角形形状，通过将耦合寄生贴片4设置为三角形使得具有强方向性，对电流具有强引向性，进而提高天线的交叉极化比。开槽5的形状结构为三角形形状，通过将开槽5设置为三角形在偶极子臂2满足方向图对称的前提下，使得体积空间最小。

其中，四个三角形的耦合寄生贴片4，它们的作用是利用偶极子臂2末端枝节加载在高频具有较大电流，耦合形成新的谐振点，从而达到拓宽频带的目的。

进一步地，如图2所示，馈电支撑结构包括两个垂直交叉设置的第二介质基板7，第二介质基板7的一端插入地板腔1内，另一端与第一介质基板3焊接，以支撑第一介质基板3；

在第二介质基板7上设置有两个对称的接地贴片6，接地贴片6的一端插入地板腔1与地板腔1的底部连接，另一端焊接在偶极子臂2的首端；

在两个第二介质基板7上的其中一个接地贴片6上分别设置有一个Г型的馈电巴伦8，在每个馈电巴伦8的底部设置有同轴线端口9。

通过两个Г型的馈电巴伦8作用激励交叉偶极子的两个极化，提升双极化偶极子的阻抗带宽。

如图3和图4所示，是天线在电磁仿真软件上的S参数结果，结果满足反射系数S11在1.42-2.91Ghz小于14dB，隔离度大于20dB。图5是两个端口分别激励时在每个频率点天线增益最大方向的最大增益，在频段内几乎全部大于8dbi，性能良好。图6和图7是在theta＝0°，phi＝0°和90°的情况下两个端口分别激励，主极化和交叉极化在平面极坐标下的显示，在最大辐射方向theta＝0交叉极化比大于23dB，theta＝±60°方向大于19dB。性能优异。

本发明利用基本双极化交叉偶极子实现宽带双极化的辐射波束，同时利用放置在偶极子比2下方四分之一波长位置的地板将偶极子的全向方向图反射为朝向+Z方向的定向辐射。偶极子臂2上的三角形开槽改变了原有的电流路径，等效于增加了偶极子臂的长度从而达到小型化的目的。偶极子本身以及交叉偶极子之间的间隙分别形成两个谐振点，同时在偶极子末端加上与偶极子臂2垂直的末端加载，用以加强与下方的三角形寄生贴片之间的耦合，形成第三个谐振点。三个谐振点的组合使天线能够覆盖1.42-2.91GHz。该天线使用的基板为FR4材料基板，基板上使用的金属材料为铜，地板使用材料为铝板。馈电为连接有50欧姆的半刚性同轴线的SMA(3.5mm)。天线的设计频段为LTE应用频段(1.7-2.7GHz)。

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 (4)

1.一种宽带双极化基站天线，其特征在于：它包括地板腔(1)、偶极子臂(2)、第一介质基板(3)、馈电支撑结构；

在所述第一介质基板(3)上设置有4个偶极子臂(2)，且每个偶极子臂(2)朝第一介质基板(3)的直角方向，两个偶极子臂(2)之间夹角为90°，在每个偶极子臂(2)的末端设置有耦合寄生贴片(4)，以增加频率谐振点，在每个偶极子臂(2)上设置有对称的开槽(5)，以增加电流路径，实现小型化；所述馈电支撑结构一端插入地板腔(1)内，另一端与4个偶极子臂(2)焊接，实现天线的馈电。

2.根据权利要求1所述的一种宽带双极化基站天线，其特征在于：所述耦合寄生贴片(4)的形状结构为三角形形状，通过将耦合寄生贴片(4)设置为三角形使得具有强方向性，对电流具有强引向性，进而提高天线的交叉极化比。

3.根据权利要求1所述的一种宽带双极化基站天线，其特征在于：所述开槽(5)的形状结构为三角形形状，通过将开槽(5)设置为三角形在偶极子臂(2)满足方向图对称的前提下，使得体积空间最小。

4.根据权利要求1所述的一种宽带双极化基站天线，其特征在于：所述馈电支撑结构包括两个垂直交叉设置的第二介质基板(7)，第二介质基板(7)的一端插入地板腔(1)内，另一端与第一介质基板(3)焊接，以支撑第一介质基板(3)；

在第二介质基板(7)上设置有两个对称的接地贴片(6)，接地贴片(6)的一端插入地板腔(1)与地板腔(1)的底部连接，另一端焊接在偶极子臂(2)的首端；

在两个第二介质基板(7)上的其中一个接地贴片(6)上分别设置有一个Г型的馈电巴伦(8)，在每个馈电巴伦(8)的底部设置有同轴线端口(9)。

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