CN203644953U - 具有y形馈电单元的双极化基站天线 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种具有Y形馈电单元的双极化基站天线,包括介质基板、金属反射板、第一同轴线和第二同轴线,金属反射板两边设有金属翻边,介质基板的下表面设有第一环形辐射单元、第二环形辐射单元、第三环形辐射单元和第四环形辐射单元,第一环形辐射单元和第二环形辐射单元相互对称组成第一天线结构,第三环形辐射单元和第四环形辐射单元相互对称组成第二天线结构,介质基板的上表面设有第一Y形馈电单元以及第二Y形馈电单元;第一同轴线分别与第二环形辐射单元和第一Y形馈电单元相连,第二同轴线分别与第四环形辐射单元和第二Y形馈电单元相连。本实用新型的双极化基站天线性能良好、结构简单、加工方便、加工成本低,且调节方便。

Description

具有Y形馈电单元的双极化基站天线
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种基站天线,尤其是一种具有Y形馈电单元的双极化基站天线,属于移动通信天线技术领域。
背景技术
[0002] 在蜂窝移动通信系统中,基站天线是通信设备电信号与空间辐射电磁波的转换器,它在整个通信系统中具有举足轻重的地位,其性能好坏将直接影响整个系统的整体性能。通过基站天线的媒介作用,使得移动通信网络的覆盖范围更广,通信容量更大,速率更高,服务项目更丰富,而且基站天线的存在,使得移动站天线的辐射功率降低,有效地保护了人体免受强电磁辐射。
[0003] 随着通信技术的不断发展,移动通信即将进入第四代移动通信网络(4G网络)。在新一代移动通信体制下,多种通信标准要求移动通信天线能够实现多系统共用,以节省基站的站址安装资源,减少网络建设成本。现阶段,市场需要一种频率覆盖1710MHz-2690MHz频段的基站天线,带宽为44.5%,并且要求在各项指标中都具有稳定的宽带特性,例如阻抗匹配宽带(VSWR〈1.5)、辐射方向图宽带(半功率波瓣宽度满足65° ±5° )、增益、隔离度、前后比、交叉极化比等,给基站天线的设计提出了新的挑战。同时,基站天线成本的控制和结构简单也很重要,通常印刷天线加工简单并且其成本比较低,如果能用于基站天线的设计将是个不错的选择。
[0004] 据调查与了解,目前公开的现有技术如下:
[0005] I) 2009 年 Kwa1-Man Luk 等人在发表在 IEEE ANTENNAS AND WIRELESSPROPAGATION LETTERS 上题为 “A Broadband Dual-Polarized Magneto-Electric DipoleAntenna With Simple Feeds”的文章,其通过使用“ T ”形馈电结构来实现很宽的阻抗匹配,并且引入磁电偶极子的概念实现了方向图宽带。
[0006] 2) 2Ol2 年 Zengdi Bao 等人在 IEEE Asia-Pacific Conference on Antennas andPropagation发表题为“A Broadband Dual-Polarization Antenna Element for WirelessCommunication Base station”的文章,通过引入巴伦来实现很宽的阻抗匹配。
[0007] 3)2013 年 Qing-Xin Chu 等人在 IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION 上发表了题为 “A Broadband Unidirectional Mult1-dipole Antenna withVery Stable Beamwidth”的文章,在该天线中,通过在不同高度的两个不同长度的偶极子天线实现了很宽的阻抗宽带,并且E面和H面辐射方向图非常稳定。
[0008] 但是,上述现有技术仍然存在天线结构复杂、加工难度大和加工成本高的问题,而且调节起来比较麻烦,难以满足人们的需求。
实用新型内容
[0009] 本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷,提供一种结构简单、加工方便、加工成本低,且调节方便的具有Y形馈电单元的双极化基站天线。[0010] 本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0011] 具有Y形馈电单元的双极化基站天线,包括介质基板和设置在介质基板下方的金属反射板,其特征在于:还包括用于传输信号的第一同轴线和第二同轴线,所述介质基板的下表面设有第一环形辐射单元、第二环形辐射单元、第三环形辐射单元和第四环形辐射单元,所述第一环形辐射单元和第二环形辐射单元相互对称组成第一天线结构,所述第三环形辐射单元和第四环形辐射单元相互对称组成第二天线结构,所述第一天线结构与第二天线结构相互正交形成双极化天线结构;所述介质基板的上表面设有用于给第一天线结构馈电的第一 Y形馈电单元以及用于给第二天线结构馈电的第二 Y形馈电单元;所述第一同轴线分别与第二环形辐射单元和第一 Y形馈电单元相连,所述第二同轴线分别与第四环形辐射单元和第二 Y形馈电单元相连。
[0012] 作为一种优选方案,所述第一 Y形馈电单元包括依次相连的第一分叉部分、第一延伸部分和第二延伸部分,所述第二 Y形馈电单元包括相连的第二分叉部分和第三延伸部分;所述第一分叉部分用于耦合激励第一环形辐射单元,所述第二分叉部分用于耦合激励第三环形辐射单元。
[0013] 作为一种优选方案,所述介质基板开设有第一开孔和第二开孔,所述介质基板的下表面还设有固定单元;所述固定单元的一端通过第一探针穿过介质基板上的第一开孔后与第一延伸部分相连,另一端通过第二探针穿过介质基板上的第二开孔后与第二延伸部分相连。
[0014] 作为一种优选方案,所述介质基板开设有第三开孔和第四开孔,所述第一同轴线的外导体与第二环形辐射单元相焊接,内导体穿过介质基板上的第三开孔后与第二延伸部分相焊接;所述第二同轴线的外导体与第四环形辐射单元相焊接,内导体穿过介质基板上的第四开孔后与第三延伸部分相焊接。
[0015] 作为一种优选方案,所述第一同轴线和第二同轴线均采用阻抗为50Ω的同轴线。
[0016] 作为一种优选方案,所述金属反射板的两边设有与金属反射板垂直的金属翻边。
[0017] 本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果:
[0018] 1、本实用新型的双极化基站天线性能良好、结构简单、加工方便、加工成本低,通过介质基板下表面的四个环形辐射单元两两对称形成两个天线结构,在一个天线结构工作时,另一个与该天线结构正交的天线结构就当作该天线结构的加载,从而节省了材料,降低了成本,而无需额外地增加元件当作加载来实现阻抗匹配。
[0019] 2、本实用新型的双极化基站天线通过介质基板上表面的两个Y形馈电单元,不仅能够很方便地用于调节阻抗匹配(尤其是高频处的阻抗匹配),而且与四个环形辐射单元一起协同作用辐射电磁波,实现了稳定的天线方向图带宽。
[0020] 3、本实用新型的双极化基站天线在所需频段内都出现了两个谐振点,并且两个谐振频率分别由四个环形辐射单元和两个Y形馈电单元的长度决定,故两个谐振点可以独立调节,通过合理调节天线的尺寸,将两个谐振点组合在一起,就可以实现很宽的阻抗带宽。
[0021] 4、本实用新型的双极化基站天线布局合理,四个环形辐射单元分布在介质基板的下表面,两个Y形馈电单元分布在介质基板的上表面,使两个Y形馈电单元既能调节阻抗匹配,又可以参与辐射。附图说明
[0022] 图1为本实用新型实施例1的双极化基站天线的立体结构示意图。
[0023] 图2为本实用新型实施例1的双极化基站天线中环形辐射单元、馈电单元与同轴线焊接的立体结构示意图。
[0024] 图3为本实用新型实施例1的双极化基站天线中介质基板的下表面结构示意图。
[0025] 图4为本实用新型实施例1的双极化基站天线中介质基板的上表面结构示意图。
[0026] 图5为本实用新型实施例1的双极化基站天线工作在1.71GHz-2.69GHz频段时的S参数电磁仿真曲线图。
[0027] 图6为本实用新型实施例1的双极化基站天线工作在790MHz-960MHz频段时的S参数电磁仿真曲线图。
[0028] 图7为本实用新型实施例1的双极化基站天线工作在1.71GHz-2.69GHz频段时的驻波比电磁仿真曲线图。
[0029] 图8为本实用新型实施例1的双极化基站天线工作在790MHz-960MHz频段时的驻波比电磁仿真曲线图。
[0030] 图9为本实用新型实施例1的双极化基站天线工作在1.71GHz-2.69GHz频段时的水平面半功率波瓣宽度电磁仿真曲线图。
[0031] 图10为本实用新型实施例1的双极化基站天线工作在790MHz-960MHz频段时的水平面半功率波瓣宽度电磁仿真曲线图。
[0032] 图11为本实用新型实施例1的双极化基站天线工作在1.71GHz-2.69GHz频段时的增益电磁仿真曲线图。
[0033] 图12为本实用新型实施例1的双极化基站天线工作在790MHz-960MHz频段时的增益电磁仿真曲线图。
[0034] 图13为本实用新型实施例2的双极化基站天线中环形辐射单元、馈电单元与同轴线焊接的立体结构示意图。
[0035] 其中,1-介质基板,2-金属反射板,3-第一同轴线,4-第二同轴线,5-金属翻边,6-第一环形辐射单元,7-第二环形辐射单元,71-第一圆形部分,8-第三环形辐射单元,9-第四环形辐射单元,91-第二圆形部分,10-固定单元,11-第一 Y形馈电单元,111-第一分叉部分,112-第一延伸部分,113-第二延伸部分,12-第二 Y形馈电单元,121-第二分叉部分,122-第三延伸部分,13-第一开孔,14-第二开孔,15-第三开孔,16-第四开孔,17-第一探针,18-第二探针。
具体实施方式
[0036] 实施例1:
[0037] 如图1-图4所示,本实施例的双极化基站天线包括介质基板1、金属反射板2、第一同轴线3以及第二同轴线4,所述金属反射板2设置在介质基板I下方,其两边设有与金属反射板2垂直的金属翻边5,所述金属反射板2和金属翻边5可以采用铜、铝、银等不同材料组成,所述第一同轴线3和第二同轴线4的阻抗均为50 Ω ;所述介质基板I的下表面设有第一环形辐射单元6、第二环形辐射单元7、第三环形辐射单元8、第四环形辐射单元9以及固定单元10,所述介质基板I的上表面设有第一 Y形馈电单元11和第二 Y形馈电单元12,所述介质基板I开设有第一开孔13、第二开孔14、第三开孔15和第四开孔16,其中:
[0038] 所述第一环形辐射单元6、第二环形辐射单元7、第三环形辐射单元8、第四环形辐射单元9均调整为六边形的结构,所述第一环形辐射单元6和第二环形辐射单元7相互对称组成第一天线结构,所述第三环形辐射单元8和第四环形辐射单元9相互对称组成第二天线结构,所述第一天线结构与第二天线结构相互正交形成双极化天线结构,由于馈电需要,所述第二环形辐射单元7挖去第一圆形部分71,该第一圆形部分71使第二环形辐射单元7与第一同轴线3的外导体相焊接;所述第四环形辐射单元9挖去第二圆形部分91,该第二圆形部分91使第四环形辐射单元9与第二同轴线4的外导体相焊接。
[0039] 所述第一 Y形馈电单元11用于给第一天线结构馈电,包括第一分叉部分111、第一延伸部分112和第二延伸部分113,所述第一同轴线3的内导体穿过介质基板I上的第三开孔15后与第二延伸部分113相焊接;所述固定单元10的一端通过第一探针17穿过介质基板I上的第一开孔13后与第一延伸部分112相连,另一端通过第二探针18穿过介质基板I上的第二开孔14后与第二延伸部分113相连,使第一 Y形馈电单元11不与第二 Y形馈电单元12相重合;所述第一分叉部分111与第一延伸部分112相连,通过第一分叉部分111耦合激励第一环形辐射单元6。
[0040] 所述第二 Y形馈电单元12用于给第二天线结构馈电,包括第二分叉部分121和第三延伸部分122,所述第二同轴线4的内导体穿过介质基板I上的第四开孔16后与第三延伸部分122相焊接,所述第二分叉部分121与第三延伸部分122相连,通过第二分叉部分121耦合激励第三环形辐射单元8。
[0041] 如图5所示,为本实施例的双极化基站天线工作在1.71GHz-2.69GHz频段的S参数电磁仿真曲线(Sll指输入端口 I的回波损耗,S22指输出端口 2的回波损耗,S12指反向传输系数,即隔离),在1.SGHz和2.55GHz频率处分别出现了一个谐振点,低频处的谐振频率由四个环形辐射单元的长度决定,其越长越往低频方向移动;而高频处的谐振频率由两个Y形馈电单元的长度决定,其越长越往低频方向移动;通过合理地调节四个环形辐射单元的长度和两个Y形馈电单元的长度,使低频处和高频处都达到了很好的匹配,从而实现很宽的阻抗带宽,隔离度也达到了 27dB以上。
[0042] 如图6所示,为本实施例的双极化基站天线工作在790MHz-960MHz频段时的S参数电磁仿真曲线(Sll指输入端口 I的回波损耗,S22指输出端口 2的回波损耗,S12指反向传输系数,即隔离),在800MHz和1060MHz频率处分别出现了一个谐振点,通过合理地调节四个环形辐射单元的长度和两个Y形馈电单元的长度,使低频处和高频处都达到了很好的匹配,从而实现很宽的阻抗带宽,隔离度也达到了 30dB以上。
[0043] 如图7和图8所示,分别为本实施例的双极化基站天线工作在1.71GHz-2.69GHz频段和790MHz-960MHz频段时的驻波比电磁仿真曲线(Portl指输入端口 I的驻波比,Port2指输出端口 2的驻波比),可见在两个频段内,驻波比分别小于1.5和小于1.4,此外,通过四个环形辐射单元和两个Y形馈电单元的协同作用,天线辐射方向图也很稳定。
[0044] 如图9和图10所示,分别为本实施例的双极化基站天线工作在1.71GHz-2.69GHz频段和790MHz-960MHz频段时的水平面半功率波瓣宽度电磁仿真曲线(Portl指输入端口I的水平面半功率波瓣宽度,Port2指输出端口 2的水平面半功率波瓣宽度),可见在两个频段内,水平面半功率波瓣宽度都在65° ±5°范围内。[0045] 如图11和图12所示,分别为本实施例的双极化基站天线工作在1.71GHz-2.69GHz频段和790MHz-960MHz频段时的电磁仿真曲线(Portl指输入端口 I的增益,Port2指输出端口 2的增益),可见在两个频段内,增益都能达到SdBi以上。
[0046] 实施例2:
[0047] 如图13所示,本实施例的双极化基站天线主要特点是:所述第一环形辐射单元6、第二环形辐射单元7、第三环形辐射单元8、第四环形辐射单元9均调整为八边形的结构,所述第一 Y形馈电单元11的第一分叉部分111和第二 Y形馈电单元12的第二分叉部分121均比实施例1的尺寸要短。其余同实施例1。
[0048] 以上所述,仅为本实用新型优选的实施例,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型所公开的范围内,根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变,都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.具有Y形馈电单元的双极化基站天线,包括介质基板和设置在介质基板下方的金属反射板,其特征在于:还包括用于传输信号的第一同轴线和第二同轴线,所述介质基板的下表面设有第一环形辐射单元、第二环形辐射单元、第三环形辐射单元和第四环形辐射单元,所述第一环形辐射单元和第二环形辐射单元相互对称组成第一天线结构,所述第三环形辐射单元和第四环形辐射单元相互对称组成第二天线结构,所述第一天线结构与第二天线结构相互正交形成双极化天线结构;所述介质基板的上表面设有用于给第一天线结构馈电的第一 Y形馈电单元以及用于给第二天线结构馈电的第二 Y形馈电单元;所述第一同轴线分别与第二环形辐射单元和第一 Y形馈电单元相连,所述第二同轴线分别与第四环形辐射单元和第二 Y形馈电单元相连。
2.根据权利要求1所述的具有Y形馈电单元的双极化基站天线,其特征在于:所述第一 Y形馈电单元包括依次相连的第一分叉部分、第一延伸部分和第二延伸部分,所述第二 Y形馈电单元包括相连的第二分叉部分和第三延伸部分;所述第一分叉部分用于耦合激励第一环形辐射单元,所述第二分叉部分用于耦合激励第三环形辐射单元。
3.根据权利要求2所述的具有Y形馈电单元的双极化基站天线,其特征在于:所述介质基板开设有第一开孔和第二开孔,所述介质基板的下表面还设有固定单元;所述固定单元的一端通过第一探针穿过介质基板上的第一开孔后与第一延伸部分相连,另一端通过第二探针穿过介质基板上的第二开孔后与第二延伸部分相连。
4.根据权利要求2所述的具有Y形馈电单元的双极化基站天线,其特征在于:所述介质基板开设有第三开孔和第四开孔,所述第一同轴线的外导体与第二环形辐射单元相焊接,内导体穿过介质基板上的第三开孔后与第二延伸部分相焊接;所述第二同轴线的外导体与第四环形辐射单元相焊接,内导体穿过介质基板上的第四开孔后与第三延伸部分相焊接。
5.根据权利要求4所述的具有Y形馈电单元的双极化基站天线,其特征在于:所述第一同轴线和第二同轴线均采用阻抗为50Ω的同轴线。
6.根据权利要求1所述的具有Y形馈电单元的双极化基站天线,其特征在于:所述金属反射板的两边设有与金属反射板垂直的金属翻边。
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