CN205863408U - 一种宽带双极化全向mimo天线 - Google Patents

Abstract

一种宽带双极化全向MIMO天线，采用两个独立馈电的水平、垂直极化单元组成，其中水平极化单元由四个印刷弧形偶极子、一个宽带的巴伦馈电网络、四个弧形寄生线和四个双L型寄生线组成，垂直极化单元由一个盘锥、一个圆袖和一个接地的顶部加载平面环组成。水平和垂直极化单元相对工作频率带宽均为48.9％或以上，两辐射单元隔离度在25dB,两辐射单元的交叉极化均小于20dB。本天线水平辐射单元为平面结构，垂直辐射单元为盘锥结构，采用50欧姆同轴电缆馈电，适用于作为4G LTE无线通讯系统、网络和基站的正交极化MIMO天线。

Description

一种宽带双极化全向MIMO天线

技术领域

本发明涉及天线。

背景技术

近年来,无线通信系统对于信号传输的速度和稳定性的需求加快。在复杂多样的环境中，双极化全向辐射MIMO天线系统能显著的提升室内无线网络或者基站的通讯性能。一个典型的双极化MIMO天线系统由一个水平极化天线和垂直极化天线组成。但是，这种原有的水平天线不能满足4GLTE带宽的要求。对于4G LTE MIMO天线的垂直极化单元，原有技术采用宽带单锥天线，这种天线能提供99％的相对带宽。但是，它需要一个参考地面(直径253mm)来产生满足操作宽带低频末端的阻抗匹配，这一限制使得该天线不适用于作为室内吸顶天线。

本发明提出了一种新的宽带双极化全向MIMO天线系统，在覆盖4G LTE系统工作频段的同时，减小天线尺寸，提供稳定增益。

发明内容

本发明的目的是:给4G LTE无线通讯系统、网络和基站提供一种理想的正交双极化MIMO天线方案，解决目前市场上4G LTE全向MIMO天线无法同时做到满足4G LTE带宽和小型化的难题。

本发明所提出的设计是一种宽带双极化全向MIMO天线，包括水 平极化天线(HP)单元模块和垂直极化天线(VP)单元模块；所述的HP天线单元模块为平板结构，可通过印刷电路工艺进行加工，正面有同处一面的偶极子和寄生线，反面有一个激励网络；所述VP天线模块为立体的盘锥结构，顶端有一个加载平面环，底端地面上有一个圆袖。

所述的HP天线模块能实现工作带宽为1700MHz到2800MHz，稳定增益2.0～2.35dBi且回波损耗优于10dB。所述的VP天线模块能实现工作带宽为1680MHz到2720MHz,稳定增益2.0～3.5dBi且回波损耗优于10dB。在重叠频段，VP和HP端口隔离度高于25dB；在1.8～2.2GHZ工作频段内，VP、HP天线表现出高圆度和低交叉极化。

所述HP天线模块在介质板的顶部为四个印刷弧形偶极子、四条弧形寄生线和四条双L型寄生线，在介质板底部为宽带的巴伦馈线网络；该模块用带有SMA连接器的50欧姆同轴电缆从顶部的中心馈电。

所述VP天线模块是盘锥天线，在顶端开口处有一个加载平面环，用三根等间距的短路针接地，且在地面上安置一个圆袖。

实现本发明的技术方案是：本发明对宽带双极化全向MIMO天线的HP单元采用四条寄生线和四条双L型寄生线安置在介质板的顶部用于减小天线的电抗从而增强带宽。巴伦支节用于优化宽带阻抗匹配。在激励的时候，辐射单元的对称结构会在天线表面产生同步顺时针或者逆时针电流，并且在方位面上产生全向辐射。本发明对VP单元采用盘锥结构，在盘锥顶端开口处添加一个加载平面环，使通过三根等间距的短路针连接到地面，并且在盘锥的参考地面安置圆袖套增强带 宽。本发明把上述的VP单元和HP单元组合在一起，实现天线全向辐射。

本发明的有益效果是：本发明采用了双极化天线的设计方案。在HP单元的设计方案，本发明采用偶极子附加寄生线，通过宽带巴伦馈线网络，缩小了HP天线单元面积，增加了HP单元带宽，解决了目前市场上4G LTE无线通讯系统、网络和基站的天线无法同时满足所需工作带宽和小型化的技术难题。在VP单元设计方案，本发明采用盘锥天线安置加载平面环，在地面安置圆袖，缩小了VP天线单元体积，增加VP单元带宽，解决了目前市场上的宽带单锥天线需要大地面进行阻抗匹配，无法满足基站天线要求的技术难题。本发明HP单元和VP单元组合的双极化天线相互间干扰小，工作带宽宽，总体尺寸大大缩小，可满足4G LTE无线通讯系统、网络和基站正交极化MIMO天线的要求。

附图说明

图1为宽带双极化全向MIMO天线效果图。

图2为宽带双极化全向MIMO天线主视图。

图3为宽带双极化全向MIMO天线的垂直天线模块效果图。

图4为宽带双极化全向MIMO天线的垂直天线模块的主视图。

图5为宽带全向MIMO垂直极化天线模块俯视图。

图6为宽带全向MIMO水平极化天线模块顶部图。

图7为宽带全向MIMO水平极化天线模块底部图。

图8为宽带全向MIMO天线水平、垂直极化增益随频率变化曲线。

图9为宽带全向MIMO天线S参数随频率变化曲线。

图10为宽带全向MIMO垂直极化天线在2.2GHz频率时，水平面上的辐射模式。

图11为宽带全向MIMO垂直极化天线在2.2GHz频率时，垂直面上的辐射模式。

图12为宽带全向MIMO水平极化天线在2.2GHz频率时，水平面上的辐射模式。

图13为宽带全向MIMO水平极化天线在2.2GHz频率时，垂直面上的辐射模式。

图2中100为水平极化天线模块；101为SMA接口，102为同轴线，200为泡沫填充物，300为垂直天线模块，301为SMA接口，400为参考地面。

图3中302为加载平面环,303为短路针，304为圆袖，305为垂直极化天线。

图4中D1为参考地半径，D2为加载平面环外半径，D3为平面环内半径和垂直天线的顶部半径，H1为圆袖高度，H2为垂直天线模块高度。

图6中103为辐射单元，W3为弧形偶极子宽度，Wg为偶极子宽度，104为弧形寄生线，A为弧形寄生线的角度，105为双L型寄生线，L1为双L型寄生线内侧线长度，L2为双L型寄生线外侧线长度，106为介质板，107为共圆接口#1。

图7中108为共圆馈线#2，109为馈电网络，R1为106半径，L11、L12、L13、L14、L15 依次为馈电网络每个回型支节从里到外每一段的长度,W1、W2 依次为馈电网络每个回型支节从里到外每段的宽度。

具体实施方式

如图6至图7所示，本发明实例中的水平极化天线模块为平面结构，辐射模块103、弧形寄生线104、双L型寄生线105、馈线网络109均采用印刷电路板工艺加工而成。实例中宽带双极化全向MIMO天线采用辐射模块103、弧形寄生线104、双L型寄生线105共面的设计，然后再印刷电路板的另一面添加馈线网络109。

如图3至图5所示，本发明实例中的垂直极化天线模块为立体结构，采用盘锥天线305；一个加载平面环302置于盘锥顶端，通过短路针303与地面连接；同时，将一个圆袖303置于地面。

图1的横截尺寸为100*100mm2,高度为22mm，可用于WCDMA、TDSCDMA、GSM1800/1900、PCS、UMTS、蓝牙、ISM、WLAN和所有1700M以上的LTE频带。

根据图2至图7所示结构图中的符号常识，并结合实际的应用需求，对此实例中的设计采用如下几何参数和电气参数：

表1 实例中水平极化天线模块和垂直极化天线模块的几何参数和电气参数

将水平极化天线模块置于垂直极化天线模块顶端，中心对称放置，构成该系统的实例。

Claims (10)

1.一种宽带双极化全向MIMO天线，其特征在于，包括水平天线模块，垂直天线模块；所述水平天线模块为平板结构，正面有同处一面的偶极子和寄生线，反面有一个激励网络；所述垂直天线模块为立体的盘锥结构，顶端有一个平面环，底端地面上有一个圆袖。

2.根据权利要求1所述的一种宽带双极化全向MIMO天线，其特征在于水平天线模块有四段弧形寄生线置于偶极子同侧的介质板上。

3.根据权利要求1所述的一种宽带双极化全向MIMO天线，其特征在于水平天线模块有四段双L型寄生线置于偶极子同侧的介质板上。

4.根据权利要求1所述的一种宽带双极化全向MIMO天线，其特征在于水平天线模块有一个宽带的馈电网络置于偶极子另一侧的介质板上。

5.根据权利要求1所述的一种宽带双极化全向MIMO天线，其特征在于垂直天线模块顶端有一加载平面环和地面三个等间距的短路针相连。

6.根据权利要求1所述的一种宽带双极化全向MIMO天线，其特征在于垂直天线模块地面安置一圆袖。

7.根据权利要求1所述的一种宽带双极化全向MIMO天线，其特征在于水平天线模块几何参数和电气参数如下：

馈电网络109支节长度L11为5.36(mm)；

馈电网络109支节长度L12为25.4(mm)；

馈电网络109支节长度L13为2.1(mm)；

馈电网络109支节长度L14为8.9(mm)；

馈电网络109支节长度L15为8.8(mm)；

馈电网络109支节宽度w1为0.5(mm)；

馈电网络109支节宽度w2为1.8(mm)；

辐射单元103弧形偶极子宽度w3为(mm)；

辐射单元103偶极子宽度wg为(mm)；

弧形寄生线104角度A为47(deg)；

双L型寄生线105内侧线长度L1长度为16.8(mm)；

双L型寄生线105外侧线长度L2长度为21.1(mm)；

介质板106半径R1为50(mm)。

8.根据权利要求1所述的一种宽带双极化全向MIMO天线，其特征在于，垂直天线模块几何参数和电气参数如下：

参考地面400半径长度D1为84(mm)；

加载平面环302外半径长度D2为55.2(mm)；

加载平面环302内半径长度D3为36(mm)；

圆袖304高度H1为11.3(mm)；

垂直天线模块300高度H2为22(mm)。

9.根据权利要求1所述的一种宽带双极化全向MIMO天线，其特征在于水平天线模块工作频段为1.7GHz～2.8GHz，该水平天线模块也可独自作为一种天线使用。

10.根据权利要求1所述的一种宽带双极化全向MIMO天线，其特征在于垂直天线模块工作频段为1.6GHz～2.8GHz，该垂直天线也可独自作为一种天线使用。