CN203983453U

CN203983453U - 一种偶极子双极化lte宽带天线

Info

Publication number: CN203983453U
Application number: CN201420194681.5U
Authority: CN
Inventors: 王世伟; 黄启凯; 孙光华; 褚庆昕
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2024-04-21

Abstract

本实用新型公开了一种偶极子双极化LTE宽带天线，包括介质基板、金属地板，第一同轴线、第二同轴线、第一信号金属板和第二信号金属板，第一信号金属板和第二信号金属板直立设置在介质基板上且相互垂直；所述第一同轴线的内导体穿过介质基板后与第一信号金属板连接，外导体紧贴介质基板下表面，并通过介质基板与第一信号金属板连接；所述第二同轴线的内导体穿过介质基板后与第二信号金属板连接，外导体紧贴介质基板下表面，并通过介质基板与第二信号金属板连接；所述第一同轴线和第二同轴线的底端分别穿过金属地板后接SMA头。本实用新型具有较长的带宽，较大的增益，能够满足LTE手机基站天线应用于1.61Ghz～2.8Ghz的宽带高速无线通讯系统的要求。

Description

一种偶极子双极化LTE宽带天线

技术领域

本实用新型涉及一种LTE宽带天线，尤其是一种偶极子双极化LTE宽带天线，属于无线通信领域。

背景技术

无线通信技术的迅速发展，使得各种电子设备都在朝着小型化和宽带化发展，而作为无线通信技术桥梁和空中接口，也必然朝着这个方向发展。传统的天线是由一个固定元件构成，屏蔽性不好，集成度不高，尺寸大，频带较窄，这些因素导致了传统天线已经无法满足未来的无线通信需求。因此，小型宽带天线的研究成为一个重要的课题。

随着宽带通信网络技术的发展，尤其是现在LTE技术3G迈向4G过程的关键一步，LTE移动通信技术是将来的发展趋势。不过，现在宽带天线的尺寸较大而且结构复杂，这对于LTE天线的制作成本和推广利用都不太理想。

据调查与了解，已经公开的现有技术如下：

2013年16期的《移动通信》，夏小勇和廖成发表题为“一种双极化印刷偶极子基站天线”的文章中提出了一种新型的印刷偶极子天线，因为印刷偶极子天线具有剖面薄、重量轻、体积小、成本低、便于集成和组成阵列等优点而得到广泛运用。该文章采用中间馈电结构，调节馈电的巴伦的尺寸，以此实现扩展带宽，并将其应用于双极化基站天线中，研究表明该双极化天线具有较好的电特性和方向图特性。但这种现有技术仍没解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种偶极子双极化LTE宽带天线，该天线具有偶极子和双极化特性，且易加工、结构简单、体积小、成本低、频带宽，可以应用于1.61～2.8GHz的LTE的手机基站中。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种偶极子双极化LTE宽带天线，包括介质基板以及位于介质基板下方的金属地板，其特征在于：还包括第一同轴线、第二同轴线、第一信号金属板和第二信号金属板，所述第一信号金属板和第二信号金属板直立设置在介质基板上且相互垂直，所述第一同轴线与第二同轴线相互平行；所述第一同轴线的内导体穿过介质基板后与第一信号金属板连接，外导体紧贴介质基板下表面，并通过介质基板与第一信号金属板连接；所述第二同轴线的内导体穿过介质基板后与第二信号金属板连接，外导体紧贴介质基板下表面，并通过介质基板与第二信号金属板连接；所述第一同轴线和第二同轴线的底端分别穿过金属地板后接SMA头。

作为一种优选方案，所述第一信号金属板和第二信号金属板采用表面覆盖有金属片的PCB板。

作为一种优选方案，所述第一信号金属板采用的PCB板沿底部中心位置向上开有第一切槽，所述第二信号金属板采用的PCB板沿顶部中心位置向下开有第二切槽，通过第一切槽与第二信号金属板的无切槽部分相配合以及第二切槽与第一信号金属板的无切槽部分相配合，使第一信号金属板卡住第二信号金属板。

作为一种优选方案，所述第一信号金属板和第二信号金属板采用的PCB板正面或反面覆盖有金属片。

作为一种优选方案，所述介质基板上开设有第一过孔、第二过孔、第三过孔和第四过孔，所述第一同轴线的内导体穿过第一过孔后与第一信号金属板连接，所述第二同轴线的内导体穿过第二过孔后与第二信号金属板连接；所述介质基板下表面设有与第三过孔连接的第一微带线，所述第一同轴线的外导体紧贴介质基板下表面，并通过第一微带线与第一信号金属板连接；所述介质基板上表面设有与第四过孔连接的第二微带线，所述第二同轴线的外导体紧贴介质基板下表面，并通过第二微带线与第二信号金属板连接。

作为一种优选方案，所述第一切槽与第二切槽的的深度均为11mm。

作为一种优选方案，所述第一信号金属板和第二信号金属板采用的PCB板正反两面均覆盖有金属片，所述PCB板上开有多个通孔，所述多个通孔贯穿PCB板正反两面的金属片。

作为一种优选方案，所述介质基板上开设有第一过孔、第二过孔、第三过孔和第四过孔，所述第一同轴线的内导体穿过第一过孔后与第一信号金属板连接，外导体紧贴介质基板下表面，并通过第三过孔与第一信号金属板连接；所述第二同轴线的内导体穿过第二过孔后与第二信号金属板连接，外导体紧贴介质基板下表面，并通过第四过孔第二信号金属板连接。

作为一种优选方案，所述第一切槽的深度为2.2mm，所述第二切槽的深度为19mm；所述第一信号金属板和第二信号金属板的底部贯穿介质基板。

作为一种优选方案，还包括四根支撑柱，所述四根支撑柱的一端固定在金属地板的四个角落处，另一端贯穿介质基板。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型的LTE宽带天线与现有技术的设计相比，具有两块信号金属板，两块信号金属板相互垂直构成一对偶极子天线(两个偶极子单元)，偶极子天线作为辐射体完成天线信号的发射或接收，由于使用一对辐射体，在天线阵同等单元数目下，具有较好的增益。

2、本实用新型的LTE宽带天线与现有技术的设计相比，可以改善频带内性能，从输入端口回波损耗的仿真结果表明，该天线在1.61Ghz～2.8Ghz的频段范围内，具有较长的带宽，较大的增益，性能良好，能够满足LTE手机基站天线应用于1.61Ghz～2.8Ghz的宽带高速无线通讯系统的要求。

3、本实用新型的LTE宽带天线具有的两个偶极子单元，可以采用单面或双面覆盖金属片的PCB板构成，而采用双面覆盖金属的PCB板，并在PCB板打上过孔，可以进一步改善辐射的稳定性。

4、本实用新型的LTE宽带天线的介质基板加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足该LTE天线低造价的要求。

5、本实用新型的LTE宽带天线具有结构简单、低剖面和尺寸小的优点，需要调整的参数较少，容易加工设计，适合工程应用，解决了现有技术的一些LTE天线结构复杂、尺寸大，且带内带外特性不好的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的LTE宽带天线同轴线与金属地板、介质基板、信号金属板连接的立体图。

图2为本实用新型实施例1的LTE宽带天线正视图

图3为本实用新型实施例1的LTE宽带天线左视图。

图4为本实用新型实施例1的LTE宽带天线俯视图。

图5为本实用新型实施例1的LTE宽带天线中介质基板下表面的结构图。

图6为本实用新型实施例1的LTE宽带天线中介质基板上表面的结构图。

图7为本实用新型实施例1的LTE宽带天线中第一信号金属板的正面结构图。

图8为本实用新型实施例1的LTE宽带天线中第二信号金属板的正面结构图。

图9为本实用新型实施例1的LTE宽带天线|S₁₁|参数的仿真结果曲线图。

图10为本实用新型实施例2的LTE宽带天线中同轴线与金属地板、介质基板、信号金属板连接的立体图。

图11为本实用新型实施例2的LTE宽带天线正视图

图12为本实用新型实施例2的LTE宽带天线左视图。

图13为本实用新型实施例2的LTE宽带天线俯视图。

图14为本实用新型实施例2的LTE宽带天线中第一信号金属板的正面结构图。

图15为本实用新型实施例2的LTE宽带天线中第二信号金属板的正面结构图。

图16为本实用新型实施例2的LTE宽带天线|S₁₁|参数的仿真结果曲线图。

其中，1-介质基板，2-金属地板，3-第一同轴线，4-第二同轴线，5-第一信号金属板，6-第二信号金属板，7-支撑柱，8-第一过孔，9-第二过孔，10-第三过孔，11-第四过孔，12-第一微带线，13-第二微带线，14-金属片，15-第一切槽，16-第二切槽，17-通孔。

具体实施方式

实施例1：

如图1-图8所示，本实施例的偶极子双极化LTE宽带天线，包括介质基板1、金属地板2、第一同轴线3、第二同轴线4、第一信号金属板5、第二信号金属板6以及四根支撑柱7；所述第一信号金属板5和第二信号金属板6直立设置在介质基板1上且相互垂直，所述第一同轴线3与第二同轴线4相互平行；所述金属地板2位于介质基板1下方，所述四根支撑柱7的一端固定在金属地板2的四个角落处，另一端贯穿介质基板1，所述第一同轴线3和第二同轴线4的内导体直径为2.17mm，外导体的直径为5mm；

所述介质基板1上开设有第一过孔8、第二过孔9、第三过孔10和第四过孔11，第一过孔8和第二过孔9的直径为2.17mm，第三过孔10和第四过孔11的直径为0.6mm；所述第一同轴线3的内导体穿过第一过孔8后与第一信号金属板5连接，所述第二同轴线4的内导体穿过第二过孔9后与第二信号金属板6连接；所述介质基板1下表面设有与第三过孔10连接的第一微带线12，所述第一同轴线3的外导体紧贴介质基板1下表面，并通过第一微带线12与第一信号金属板5连接；所述介质基板1上表面设有与第四过孔11连接的第二微带线13，所述第二同轴线4的外导体紧贴介质基板1下表面，并通过第二微带线13与第二信号金属板6连接；所述第一同轴线3和第二同轴线4的底端分别穿过金属地板2后接SMA头；

所述第一信号金属板5和第二信号金属板6采用正面覆盖有金属片14的PCB板，其中第一信号金属板5采用的PCB板沿底部中心位置向上开有第一切槽15，所述第二信号金属板6采用的PCB板沿顶部中心位置向下开有第二切槽16，通过第一切槽15与第二信号金属板6的无切槽部分相配合以及第二切槽16与第一信号金属板5的无切槽部分相配合，使第一信号金属板5卡住第二信号金属板6，所述第一切槽15与第二切槽的16的深度均为11mm。

所述介质基板1的介质常数为3.8，损耗角为0.002，其加工工艺成熟，成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足该LTE宽带天线低造价的要求。

所述第一信号金属板5和第二信号金属板6构成一对偶极子天线(两个偶极子单元)，偶极子天线作为一对辐射体完成天线信号的发射或接收；信号从第一同轴线3和第二同轴线4底端，通过SMA头接入或接出。

调整本实施例的LTE宽带天线各部分的尺寸参数后，通过计算和电磁场仿真，对本实施例的LTE宽带天线进行了验证仿真，如图9所示，给出了该天线在1～4Ghz频率范围内的|S₁₁|参数(输入端口回波损耗)仿真结果的曲线，图中有两条曲线，S1(1)，1(1)的曲线是指第一信号金属板5的|S₁₁|仿真参数，S1(2)，1(2)的曲线是指第二信号金属板6的|S₁₁|仿真参数；可以看到，在1.61GHz～2.8GHz频段范围内，两条曲线的值都小于-10dB，仿真结果表明本实施例的LTE宽带天线具有较长的带宽，较大的增益，性能良好，能够满足LTE手机基站天线应用于1.61GHz～2.8GHz的宽带高速无线通讯系统的要求。

实施例2：

如图10-图15所示，为改善性能，进一步得到稳定的辐射方向图，本实施例的第一信号金属板5和第二信号金属板6采用正反两面均覆盖有金属片14的PCB板，所述PCB板上开有多个通孔17，所述多个通孔17贯穿PCB板正反两面的金属片14，每个通孔17的直径为2mm；

所述介质基板1上开设有第一过孔8、第二过孔9、第三过孔10和第四过孔11，所述第一同轴线3的内导体穿过第一过孔8后与第一信号金属板5连接，外导体紧贴介质基板1下表面，并通过第三过孔10与第一信号金属板5连接；所述第二同轴线4的内导体穿过第二过孔9后与第二信号金属板6连接，外导体紧贴介质基板1下表面，并通过第四过孔11与第二信号金属板5连接；

所述第一信号金属板5采用的PCB板沿底部中心位置向上开有第一切槽15，所述第二信号金属板6采用的PCB板沿顶部中心位置向下开有第二切槽16，通过第一切槽15与第二信号金属板6的无切槽部分相配合以及第二切槽16与第一信号金属板5的无切槽部分相配合，使第一信号金属板5卡住第二信号金属板6，所述第一切槽15的深度为2.2mm，所述第二切槽16的深度为19mm；所述第一信号金属板5和第二信号金属板6的底部贯穿介质基板1；

调整本实施例的LTE宽带天线各部分的尺寸参数后，通过计算和电磁场仿真，对本实施例的LTE宽带天线进行了验证仿真，如图16所示，给出了该天线在1～4Ghz频率范围内的|S₁₁|参数(输入端口回波损耗)仿真结果的曲线，图中有两条曲线，S1，1的曲线是指第一信号金属板5的|S₁₁|仿真参数，S2，2的曲线是指第二信号金属板的|S₁₁|仿真参数；可以看到，在1.61GHz～2.8GHz频段范围内，两条曲线的值都小于-10dB，仿真结果表明本实施例的LTE宽带天线具有较长的带宽，较大的增益，性能良好，能够满足LTE手机基站天线应用于1.61GHz～2.8GHz的宽带高速无线通讯系统的要求。

上述实施例1和2中，所述PCB板采用FR-4、聚酰亚胺、聚四氟乙烯玻璃布和共烧陶瓷任意一种材料构成；所述金属地板2、第一同轴线3、第二同轴线4、第一信号金属板5和第二信号金属板6采用的金属为铝、铁、锡、铜、银、金和铂的任意一种，或为铝、铁、锡、铜、银、金和铂任意一种的合金。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利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专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。

Claims

1.一种偶极子双极化LTE宽带天线，包括介质基板以及位于介质基板下方的金属地板，其特征在于：还包括第一同轴线、第二同轴线、第一信号金属板和第二信号金属板，所述第一信号金属板和第二信号金属板直立设置在介质基板上且相互垂直，所述第一同轴线与第二同轴线相互平行；所述第一同轴线的内导体穿过介质基板后与第一信号金属板连接，外导体紧贴介质基板下表面，并通过介质基板与第一信号金属板连接；所述第二同轴线的内导体穿过介质基板后与第二信号金属板连接，外导体紧贴介质基板下表面，并通过介质基板与第二信号金属板连接；所述第一同轴线和第二同轴线的底端分别穿过金属地板后接SMA头。

2.根据权利要求1所述的一种偶极子双极化LTE宽带天线，其特征在于：所述第一信号金属板和第二信号金属板采用表面覆盖有金属片的PCB板。

3.根据权利要求2所述的一种偶极子双极化LTE宽带天线，其特征在于：所述第一信号金属板采用的PCB板沿底部中心位置向上开有第一切槽，所述第二信号金属板采用的PCB板沿顶部中心位置向下开有第二切槽，通过第一切槽与第二信号金属板的无切槽部分相配合以及第二切槽与第一信号金属板的无切槽部分相配合，使第一信号金属板卡住第二信号金属板。

4.根据权利要求3所述的一种偶极子双极化LTE宽带天线，其特征在于：所述第一信号金属板和第二信号金属板采用的PCB板正面或反面覆盖有金属片。

5.根据权利要求4所述的一种偶极子双极化LTE宽带天线，其特征在于：所述介质基板上开设有第一过孔、第二过孔、第三过孔和第四过孔，所述第一同轴线的内导体穿过第一过孔后与第一信号金属板连接，所述第二同轴线的内导体穿过第二过孔后与第二信号金属板连接；所述介质基板下表面设有与第三过孔连接的第一微带线，所述第一同轴线的外导体紧贴介质基板下表面，并通过第一微带线与第一信号金属板连接；所述介质基板上表面设有与第四过孔连接的第二微带线，所述第二同轴线的外导体紧贴介质基板下表面，并通过第二微带线与第二信号金属板连接。

6.根据权利要求4所述的一种偶极子双极化LTE宽带天线，其特征在于：所述第一切槽与第二切槽的的深度均为11mm。

7.根据权利要求3所述的一种偶极子双极化LTE宽带天线，其特征在于：所述第一信号金属板和第二信号金属板采用的PCB板正反两面均覆盖有金属片，所述PCB板上开有多个通孔，所述多个通孔贯穿PCB板正反两面的金属片。

8.根据权利要求7所述的一种偶极子双极化LTE宽带天线，其特征在于：所述介质基板上开设有第一过孔、第二过孔、第三过孔和第四过孔，所述第一同轴线的内导体穿过第一过孔后与第一信号金属板连接，外导体紧贴介质基板下表面，并通过第三过孔与第一信号金属板连接；所述第二同轴线的内导体穿过第二过孔后与第二信号金属板连接，外导体紧贴介质基板下表面，并通过第四过孔第二信号金属板连接。

9.根据权利要求7所述的一种偶极子双极化LTE宽带天线，其特征在于：所述第一切槽的深度为2.2mm，所述第二切槽的深度为19mm；所述第一信号金属板和第二信号金属板的底部贯穿介质基板。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种偶极子双极化LTE宽带天线，其特征在于：还包括四根支撑柱，所述四根支撑柱的一端固定在金属地板的四个角落处，另一端贯穿介质基板。