CN116487885B - 一种复合结构的双陷波双极化基站天线 - Google Patents

一种复合结构的双陷波双极化基站天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合结构的双陷波双极化基站天线，属于无线通信领域，包括从上至下依次连接的辐射结构、巴伦结构、固定介质基板、第一接地平面以及反射板，辐射结构包括带矩形槽辐射片、缺口矩形线、辐射介质基板和铜柱，带矩形槽辐射片设置在所述辐射介质基板的上层，缺口矩形线设置在辐射介质基板的下层，带矩形槽辐射片和缺口矩形线之间通过铜柱连接。本发明仅通过在介质基板上方的辐射片刻蚀矩形槽，并在矩形槽开口处增加两个金属过孔与介质基板下方的覆铜矩形线相连接，形成双陷波结构。该复合结构形成的陷波带，不仅单个陷波深度较好，而且产生了两个不同的陷波带，从而增加基站天线的抗干扰性，更好适用于当下高密度基站的应用环境。

Description

一种复合结构的双陷波双极化基站天线
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种复合结构的双陷波双极化基站天线。
背景技术
随着无线通信系统的发展，在高密度应用环境中，避免来自其他窄带系统的干扰尤为重要，如工业、科学和医疗波段。此外，在阵列天线多端口的情况下，天线的收发将在阵列中相互干扰。为了避免来自其他频带的不需要的信号，在不改变其技术标准的情况下，在天线原始频带上对干扰频带进行陷波是一种有效的方法，例如现有技术中通过在辐射器上方提出了一个交叉哑铃形寄生元件，以产生2.9至3.1GHz的陷波带。又如通过在每个辐射器的边缘引入鼠耳形臂，实现了从2.9到3.2 GHz的陷波带。再如在C形短截线被布置在馈线旁边，以便对2.27到2.53GHz的不需要的频带进行滤波。
现有的陷波基站天线，主要是由在辐射片上开槽、馈线旁增加枝节以及增加其他寄生元件形成陷波结构。由于单一结构产生的陷波带的陷波效果较差，大部分现有的陷波基站天线会设计利用两种不同的结构形成二阶陷波增加同一陷波带的陷波深度，但这样设计会增加天线的结构复杂度，同时产生的单一陷波带带宽较窄，难以满足高密度应用环境的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有陷波基站天线存在的问题，提供了一种复合结构的双陷波双极化基站天线。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
主要提供一种复合结构的双陷波双极化基站天线，包括从上至下依次连接的辐射结构、巴伦结构、固定介质基板、第一接地平面以及反射板，所述辐射结构包括带矩形槽辐射片、缺口矩形线、辐射介质基板和铜柱，所述带矩形槽辐射片设置在所述辐射介质基板的上层，所述缺口矩形线设置在所述辐射介质基板的下层，所述带矩形槽辐射片和缺口矩形线之间通过铜柱连接；所述辐射结构上开设有矩形通孔，所述巴伦结构的上端插入所述矩形通孔中。
作为一优选项，一种复合结构的双陷波双极化基站天线，所述矩形通孔开设在辐射结构的中心位置处。
作为一优选项，一种复合结构的双陷波双极化基站天线，所述巴伦结构包括第一巴伦结构和第二巴伦结构，所述第一巴伦结构由第一馈线、第二接地平面和第一巴伦介质基板组成；所述第二巴伦结构由第二馈线、第三接地平面和第二巴伦介质基板组成；所述第一巴伦介质基板和第二巴伦介质基板正交垂直放置，所述第二接地平面、第三接地平面分别与所述带矩形槽辐射片连接。
作为一优选项，一种复合结构的双陷波双极化基站天线，所述第一馈线和第二馈线正交处设置为上下弧形结构。
作为一优选项，一种复合结构的双陷波双极化基站天线，所述第一馈线和第二馈线均为单边梯形结构。
作为一优选项，一种复合结构的双陷波双极化基站天线，所述第一馈线和第二馈线在末端设置不同长度。
作为一优选项，一种复合结构的双陷波双极化基站天线，所述辐射介质基板的材质为Taconic TLY，其相对介电常数2.2，介质损耗为0.0009，尺寸为20mm*20mm*0.762mm。
作为一优选项，一种复合结构的双陷波双极化基站天线，所述第一巴伦介质基板和第二巴伦介质基板的材质为Taconic TLY。
作为一优选项，一种复合结构的双陷波双极化基站天线，所述固定介质基板的材质为FR4，其相对介电常数4.4，介质损耗为0.02，尺寸为20mm*20mm*0.8mm。
作为一优选项，一种复合结构的双陷波双极化基站天线，所述第一接地平面为固定介质基板的下层覆铜层；所述反射板的材质为铝，尺寸为40mm*40mm*1mm。
需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
（1）本发明仅通过在介质基板上方的辐射片刻蚀矩形槽，并在矩形槽开口处增加两个金属过孔与介质基板下方的覆铜矩形线相连接，形成双陷波结构。该复合结构形成的陷波带，不仅单个陷波深度较好，而且产生了两个不同的陷波带，低频段陷波带由下层缺口矩形线产生，高频段陷波带由上层辐射片的矩形槽产生，同时由于两者的相互耦合，每个陷波带陷波深度较好，从而增加基站天线的抗干扰性，更好适用于当下高密度基站的应用环境。
（2）在一个示例中，对于巴伦结构，在第一馈线和第二馈线正交处，创新的设置为上下弧形结构，能降低两个馈线之间的相互耦合，提高天线端口的隔离度，使巴伦能工作在更高的频段。
（3）在一个示例中，所述第一馈线和第二馈线均为单边梯形结构，使天线达到良好的匹配，得到更宽的带宽。
（4）在一个示例中，第一馈线和第二馈线在末端设置不同长度，以便于实现两个端口的达到良好的匹配度。
附图说明
图1为本发明实施例示出的一种复合结构的双陷波双极化基站天线的结构示意图；
图2为本发明实施例示出的辐射结构示意图；
图3为本发明实施例示出的第一巴伦结构示意图；
图4为本发明实施例示出的第二巴伦结构示意图；
图5为本发明实施例示出的天线驻波比示意图；
图6为本发明实施例示出的天线端口隔离度S12示意图。
图中标号：1、辐射结构；2、第一巴伦结构；3、第二巴伦结构；4、固定介质基板；5、第一接地平面；6、反射板；7、带矩形槽辐射片；8、缺口矩形线；9、辐射介质基板；10、铜柱；11、第一馈线；12、第二接地平面；13、第一巴伦介质基板；14、第二馈线；15、第三接地平面；16、第二巴伦介质基板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，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。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在一示例性实施例中，提供一种复合结构的双陷波双极化基站天线，该陷波基站天线从上至下，由辐射结构1、第一巴伦结构2、第二巴伦结构3、固定介质基板4、第一接地平面5、反射板6组成，如图1所示；辐射结构1由带矩形槽辐射片7、缺口矩形线8、辐射介质基板9和铜柱10组成，如图2所示；第一巴伦结构2由第一馈线11、第二接地平面12和第一巴伦介质基板13组成，如图3所示；第二巴伦结构3由第二馈线14、第三接地平面15和第二巴伦介质基板16组成，如图4所示。
具体地，辐射介质基板9材质为Taconic TLY，其相对介电常数2.2，介质损耗为0.0009，尺寸为20mm*20mm*0.762mm。带矩形槽辐射片7为辐射介质基板9的上层覆铜层，缺口矩形线8为辐射介质基板9的下层覆铜层，铜柱10将上层带矩形槽辐射片7和下层缺口矩形线8连接。同时带矩形槽辐射片7和辐射介质基板9在辐射结构1中心位置开矩形通孔，以便将第一巴伦结构2、第二巴伦结构3的上端插入辐射结构1，第一巴伦结构2的第二接地平面12和第二巴伦结构3的第三接地平面15与带矩形槽辐射片7相连接。其中，矩形通孔的开孔位置在考虑机械结构的同时，优化孔的相关参数，使天线具有更好的阻抗匹配。
进一步地，第一巴伦介质基板13和第二巴伦介质基板16材质为Taconic TLY，第一巴伦介质基板13和第二巴伦介质基板16正交垂直放置，其下端插入带有矩形通孔的固定介质基板4，以便固定天线位置，同时第二接地平面12和第三接地平面15与第一接地平面5相连接。第一馈线11为第一巴伦介质基板13的上层覆铜层，第二接地平面12为第一巴伦介质基板13的下层覆铜层。第二馈线14为第二巴伦介质基板16的上层覆铜层，第三接地平面15为第二巴伦介质基板16的下层覆铜层。
固定介质基板4材质为FR4，其相对介电常数4.4，介质损耗为0.02，尺寸为20mm*20mm*0.8mm，第一接地平面5为固定介质基板4的下层覆铜层，反射板6材质为铝，40mm*40mm*1mm，第一接地平面5与反射板6相连接。
进一步地，该天线用同轴线进行馈电，对于端口一，同轴线内导体第一巴伦介质基板13与第一馈线11下端相连接，同轴线外导体与第二接地平面12相连接；同样对于对于端口二，同轴线内导体第二巴伦介质基板16与第二馈线14下端相连接，同轴线外导体与第三接地平面15相连接。
对于辐射结构，在上层辐射片开矩形槽可以得到一个陷波频带，但仅通过辐射片开矩形槽得到的陷波带其效果较差，本发明创新的在辐射介质基板9下层覆缺口矩形线铜层，其大小为与上层矩形槽相似，同时通在辐射介质基板9嵌入铜柱，使上层辐射片与下层缺口矩形线相连接。由此得到的新型复合结构，能产生两个陷波带，低频段陷波带由下层缺口矩形线产生，高频段陷波带由上层辐射片的矩形槽产生，同时由于两者的相互耦合，每个陷波带陷波深度较好，具有很高的应用价值。
在一个示例中，对于巴伦结构，在第一馈线11和第二馈线14正交处，创新的设置为上下弧形结构，能降低两个馈线之间的相互耦合，提高天线端口的隔离度，使巴伦能工作在更高的频段。第一馈线11和第二馈线14均设置为单边梯形结构，使天线达到良好的匹配，得到更宽的带宽。第一馈线11和第二馈线14在末端设置不同长度，以便于实现两个端口的达到良好的匹配度。
进一步地，对本发明天线进行仿真，其在驻波比1.5以下，得到3.07-3.6GHz、4.09-4.25 GHz和4.74-5.15GHz的工作频带，如图5所示。同时天线两个端口的隔离度在工作频带上都低于-30dB，如图6所示。
以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种复合结构的双陷波双极化基站天线，包括从上至下依次连接的辐射结构、巴伦结构、固定介质基板、第一接地平面以及反射板，其特征在于，所述辐射结构包括带矩形槽辐射片、缺口矩形线、辐射介质基板和铜柱，所述带矩形槽辐射片设置在所述辐射介质基板的上层，所述缺口矩形线设置在所述辐射介质基板的下层，所述带矩形槽辐射片和缺口矩形线之间通过铜柱连接；所述辐射结构上开设有矩形通孔，所述巴伦结构的上端插入所述矩形通孔中；
所述矩形通孔开设在辐射结构的中心位置处；所述巴伦结构包括第一巴伦结构和第二巴伦结构，所述第一巴伦结构由第一馈线、第二接地平面和第一巴伦介质基板组成；所述第二巴伦结构由第二馈线、第三接地平面和第二巴伦介质基板组成；所述第一巴伦介质基板和第二巴伦介质基板正交垂直放置，所述第二接地平面、第三接地平面分别与所述带矩形槽辐射片连接。
2.根据权利要求1所述的一种复合结构的双陷波双极化基站天线，其特征在于，所述第一馈线和第二馈线正交处设置为上下弧形结构。
3.根据权利要求1所述的一种复合结构的双陷波双极化基站天线，其特征在于，所述第一馈线和第二馈线均为单边梯形结构。
4.根据权利要求1所述的一种复合结构的双陷波双极化基站天线，其特征在于，所述第一馈线和第二馈线在末端设置不同长度。
5.根据权利要求1所述的一种复合结构的双陷波双极化基站天线，其特征在于，所述辐射介质基板的材质为Taconic TLY，其相对介电常数2.2，介质损耗为0.0009，尺寸为20mm*20mm*0.762mm。
6.根据权利要求1所述的一种复合结构的双陷波双极化基站天线，其特征在于，所述第一巴伦介质基板和第二巴伦介质基板的材质为Taconic TLY。
7.根据权利要求1所述的一种复合结构的双陷波双极化基站天线，其特征在于，所述固定介质基板的材质为FR4，其相对介电常数4.4，介质损耗为0.02，尺寸为20mm*20mm*0.8mm。
8.根据权利要求1所述的一种复合结构的双陷波双极化基站天线，其特征在于，所述第一接地平面为固定介质基板的下层覆铜层；所述反射板的材质为铝，尺寸为40mm*40mm*1mm。
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