CN215008566U - 低剖面超宽带双极化天线振子、天线阵列及基站设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低剖面超宽带双极化天线振子、天线阵列及基站设备，天线振子包括辐射板和支架，所述辐射板设置于所述支架的上方；所述辐射板包括介质层以及设置于所述介质层上的辐射层，所述辐射板上设有馈电连接孔，所述支架上设有馈电结构，所述馈电结构通过所述馈电连接孔与所述辐射层连接；所述辐射层包括四个辐射体，所述四个辐射体之间设有十字形缝隙，所述四个辐射体靠近所述十字形缝隙的中心点的一角及其对角处设有切角。本实用新型的天线振子具有带宽宽、高增益、高隔离度、高交叉极化比、高前后比、剖面低和易加工易组阵等优点。

Description

低剖面超宽带双极化天线振子、天线阵列及基站设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种低剖面超宽带双极化天线振子、天线阵列及基站设备。

背景技术

随着5G技术大规模的应用，5G基站天线的数量出现了爆发式增长。5G基站天线需要覆盖更多的频段且对应的带宽需要足够宽。同时，5G射频模块在逐渐朝着小型化的趋势发展，对于天线工作者来说，在设计天线的同时，不仅需要考虑天线自身的性能，也需要考虑整个射频系统的体积、功耗和实用性等性能。因此，在保证良好的辐射特性和阻抗特性的条件下，基站天线的设计通常更注重超宽带、低剖面、小型化的尝试。过去的学者和研究人员对于紧凑的低剖面、宽频带、小型化的天线已经进行过很多这方面的研究，提出了很多关于减小天线尺寸、实现低剖面结构、增加天线的阻抗带宽以及实现双极化辐射等良好性能的方式。但是，目前的大多数天线在宽带、双极化、低剖面、小型化、易组阵列和低成本这几方面没办法同时兼顾，传统的PIFA天线剖面低，但很难实现双极化和组阵；PATCH天线(贴片天线)带宽窄；传统偶极子剖面高，哪怕用上人工磁导体(AMC)，高度只能降低到1/8波长，而且整个振子尺寸大、成本高，很难组阵列等等。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种低剖面超宽带双极化天线振子、天线阵列及基站设备，具有频带宽、剖面低和易组阵等优点。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种低剖面超宽带双极化天线振子，包括辐射板和支架，所述辐射板设置于所述支架的上方；所述辐射板包括介质层以及设置于所述介质层上的辐射层，所述辐射板上设有馈电连接孔，所述支架上设有馈电结构，所述馈电结构通过所述馈电连接孔与所述辐射层连接；所述辐射层包括四个辐射体，所述四个辐射体之间设有十字形缝隙，所述四个辐射体靠近所述十字形缝隙的中心点的一角及其对角处设有切角。

进一步地，所述四个辐射体上分别设有开窗。

进一步地，所述开窗呈扇面形。

进一步地，所述四个辐射体相对所述十字形缝隙的中心点旋转对称。

进一步地，所述支架包括相连的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和第二支撑板构成十字形结构；所述馈电结构包括第一馈电线路、第二馈电线路、两个第一馈电点、两个第二馈电点、两个第一馈电地板和两个第二馈电地板；所述第一馈电线路和两个第一馈电点设置于所述第一支撑板的一面，所述两个第一馈电地板设置于所述第一支撑板的另一面，且所述两个第一馈电地板之间设有第一缝隙；所述第二馈电线路和两个第二馈电点设置于所述第二支撑板的一面，所述两个第二馈电地板设置于所述第二支撑板的另一面，且所述两个第二馈电地板之间设有第二缝隙。

进一步地，所述第一支撑板和第二支撑板位于所述四个辐射体的下方；所述第一馈电线路和第二馈电线路均呈Γ型，且正交分布。

进一步地，所述馈电连接孔的数量为四个，四个馈电连接孔分别与所述四个辐射体一一对应；所述第一支撑板和第二支撑板上分别设有两个与所述馈电连接孔相适配的凸起部；所述两个第一馈电点分别设置于所述第一支撑板的两个凸起部上，所述两个第一馈电地板分别延伸至所述第一支撑板的两个凸起部；所述两个第二馈电点分别设置于所述第二支撑板的两个凸起部上，所述两个第二馈电地板分别延伸至所述第二支撑板的两个凸起部。

本实用新型还提出了一种天线阵列，包括底板以及至少一个的如上所述的低剖面超宽带双极化天线振子，所述天线振子设置于所述底板上，所述底板上设有馈电网络，所述天线振子中的馈电结构与所述馈电网络连接。

本实用新型还提出了一种基站设备，包括如上所述的天线阵列。

进一步地，所述馈电网络的走线方向与所述天线振子的极化方向相同。

本实用新型的有益效果在于：通过在特定位置设置切角，可有效提升振子隔离度，且可实现阻抗匹配。本实用新型的天线振子具有带宽宽、高增益、高隔离度、高交叉极化比、高前后比、剖面低和易加工易组阵等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的一种低剖面超宽带双极化天线振子的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的天线振子中的辐射板的俯视示意图；

图3为本实用新型实施例一的天线振子中的支架的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一的第一支撑板的正反面示意图；

图5为本实用新型实施例一的第二支撑板的正反面示意图；

图6为本实用新型实施例一的天线振子的S参数仿真结果示意图；

图7为本实用新型实施例一的天线振子的方向图仿真结果示意图；

图8为本实用新型实施例二的天线阵列的侧面示意图；

图9为本实用新型实施例二的天线阵列的结构示意图；

图10为本实用新型实施例二的天线阵列中的馈电网络的结构示意图。

标号说明：

100、天线振子；

1、辐射板；2、支架；3、馈电结构；4、底板；5、馈电网络；

11、介质层；12、辐射层；13、馈电连接孔；

121、辐射体；122、切角；123、开窗；

21、第一支撑板；22、第二支撑板；23、凸起部；

31、第一馈电线路；32、第二馈电线路；33、第一馈电点；34、第二馈电点；35、第一馈电地板；36、第二馈电地板；37、第一缝隙；38、第二缝隙。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，一种低剖面超宽带双极化天线振子，包括辐射板和支架，所述辐射板设置于所述支架的上方；所述辐射板包括介质层以及设置于所述介质层上的辐射层，所述辐射板上设有馈电连接孔，所述支架上设有馈电结构，所述馈电结构通过所述馈电连接孔与所述辐射层连接；所述辐射层包括四个辐射体，所述四个辐射体之间设有十字形缝隙，所述四个辐射体靠近所述十字形缝隙的中心点的一角及其对角处设有切角。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：频带宽、剖面低、重量轻，且驻波、隔离、增益、前后比和交叉极化比等电性能指标优异。

进一步地，所述四个辐射体上分别设有开窗。

由上述描述可知，可提高天线振子的性能。

进一步地，所述开窗呈扇面形。

由上述描述可知，均匀变化的形状有利于拓展带宽。

进一步地，所述四个辐射体相对所述十字形缝隙的中心点旋转对称。

由上述描述可知，可实现良好的双极化。

进一步地，所述支架包括相连的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和第二支撑板构成十字形结构；所述馈电结构包括第一馈电线路、第二馈电线路、两个第一馈电点、两个第二馈电点、两个第一馈电地板和两个第二馈电地板；所述第一馈电线路和两个第一馈电点设置于所述第一支撑板的一面，所述两个第一馈电地板设置于所述第一支撑板的另一面，且所述两个第一馈电地板之间设有第一缝隙；所述第二馈电线路和两个第二馈电点设置于所述第二支撑板的一面，所述两个第二馈电地板设置于所述第二支撑板的另一面，且所述两个第二馈电地板之间设有第二缝隙。

由上述描述可知，通过调节馈电地板的大小和缝隙，可有效提升振子隔离度。

进一步地，所述第一支撑板和第二支撑板位于所述四个辐射体的下方；所述第一馈电线路和第二馈电线路均呈Γ型，且正交分布。

由上述描述可知，通过合理的线路优化，能实现超宽带的阻抗匹配。

进一步地，所述馈电连接孔的数量为四个，四个馈电连接孔分别与所述四个辐射体一一对应；所述第一支撑板和第二支撑板上分别设有两个与所述馈电连接孔相适配的凸起部；所述两个第一馈电点分别设置于所述第一支撑板的两个凸起部上，所述两个第一馈电地板分别延伸至所述第一支撑板的两个凸起部；所述两个第二馈电点分别设置于所述第二支撑板的两个凸起部上，所述两个第二馈电地板分别延伸至所述第二支撑板的两个凸起部。

由上述描述可知，四个辐射体分别通过四个馈电连接孔，与其下方的馈电线路延伸上来的馈电点和接地点相连，从而将电磁波从垂直馈电线路上传导到辐射体上辐射出去。

本实用新型还提出了一种天线阵列，包括底板以及至少一个的如上所述的低剖面超宽带双极化天线振子，所述天线振子设置于所述底板上，所述底板上设有馈电网络，所述天线振子中的馈电结构与所述馈电网络连接。

进一步地，所述馈电网络的走线方向与所述天线振子的极化方向相同。

由上述描述可知，可有效提升天线振子组阵后的隔离度。

本实用新型还提出了一种基站设备，包括如上所述的天线阵列。

实施例一

请参照图1-7，本实用新型的实施例一为：一种低剖面超宽带双极化天线振子，可应用于5G基站，适用于实现Massive MIMO技术和波束赋型技术。

如图1所示，包括辐射板1和支架2，所述辐射板1设置于所述支架2的上方；所述辐射板1包括介质层11以及设置于所述介质层11上的辐射层12，所述辐射板1上设有馈电连接孔13，所述支架2上设有馈电结构3，所述馈电结构3通过所述馈电连接孔13与所述辐射层12连接。其中，辐射层即天线辐射面，介质层可采用PCB介质板。

如图2所示，所述辐射层包括四个辐射体121，所述四个辐射体121之间设有十字形缝隙，所述四个辐射体121靠近所述十字形缝隙的中心点的一角及其对角处设有切角122。通过设置切角，可有效提升振子隔离且可实现阻抗匹配。

进一步地，所述四个辐射体121上分别设有开窗123。优选地，所述开窗123呈扇面形，均匀变化的形状有利于拓展带宽。进一步地，可在开窗内增加不同的微带线结构，提高天线振子的性能。

进一步地，所述四个辐射体相对所述十字形缝隙的中心点旋转对称，其中，对称旋转角为90。

如图3所示，所述支架包括相连的第一支撑板21和第二支撑板22，所述第一支撑板21和第二支撑板22组合后构成十字形结构。其中，第一支撑板和第二支撑板可采用PCB介质板。

所述馈电结构包括第一馈电线路、第二馈电线路、两个第一馈电点、两个第二馈电点、两个第一馈电地板和两个第二馈电地板。如图4所示，所述第一馈电线路31和两个第一馈电点33设置于所述第一支撑板21的一面，所述两个第一馈电地板35设置于所述第一支撑板21的另一面，且所述两个第一馈电地板35之间设有第一缝隙37。如图5所示，所述第二馈电线路32和两个第二馈电点34设置于所述第二支撑板22的一面，所述两个第二馈电地板36设置于所述第二支撑板22的另一面，且所述两个第二馈电地板36之间设有第二缝隙38。

也就是说，支撑板的正面为馈电线，背面为接地地板，两者组成微带线，给辐射层馈电，通过合理的线路优化，能实现超宽带的阻抗匹配，通过调节馈电地板的大小和缝隙(即第一缝隙和第二缝隙)，可有效提升振子隔离度。

进一步地，所述第一支撑板和第二支撑板位于所述四个辐射体的下方。优选地，第一支撑板和第二支撑板所构成的十字形结构在辐射板上的投影与辐射层的两条对角线重合，也即与四个辐射体之间的十字形缝隙45°交错。所述第一馈电线路和第二馈电线路均呈Γ型，且两者呈90°正交分布，但在空间中错开，避免相交。

进一步地，如图2所示，所述馈电连接孔13的数量为四个，四个馈电连接孔13分别与所述四个辐射体121一一对应。

如图4-5所示，所述第一支撑板21和第二支撑板22上分别设有两个与所述馈电连接孔相适配的凸起部23；所述两个第一馈电点33分别设置于所述第一支撑板21的两个凸起部23上，所述两个第一馈电地板35分别延伸至所述第一支撑板21的两个凸起部23，可作为接地点与辐射体连接；所述两个第二馈电点34分别设置于所述第二支撑板22的两个凸起部23上，所述两个第二馈电地板36分别延伸至所述第二支撑板22的两个凸起部23，同样可作为接地点与辐射体连接。

也就是说，四个辐射体分别通过四个馈电连接孔，与其下方的正交馈电线路延伸上来的馈电点和接地点相连，从而将电磁波从垂直馈电线路上传导到辐射体上辐射出去。

本实施例以实现3.3-4.2GHz频段为例对天线振子进行调节并进行仿真。图6为本实施例的天线振子的S参数仿真结果示意图，如图所示，S11和S22在工作频段3.3-4.2GHz内均小于-15dB，S21在工作频段3.3-4.2GHz内小于-30dB。其中，S11表示天线振子+45°极化的回波损耗，S22表示天线振子-45°极化的回波损耗，S21表示隔离度。

图7为本实施例的天线振子的方向图仿真结果示意图，可以看出，交叉极化轴向大于30dB，±60°大于11dB，前后比大于33dB。

本实施例的天线振子具有带宽宽、高增益、高隔离度、高交叉极化比、高前后比、剖面低和易加工易组阵等优点，以频率3.3-4.2GHz为例，单振子总高度为7mm，高度只是低频点的1/13波长，即本实施例的天线振子的高度小于或等于其谐振频率的十三分之一的波长长度。

本实施例通过辐射面的优化，结合伽玛馈电及调节馈电地板的大小，实现宽带的阻抗匹配和高性能指标。

实施例二

请参照图8-10，本实施例为一种天线阵列，如图8所示，包括底板4以及实施例一的低剖面超宽带双极化天线振子100，所述天线振子100设置于所述底板4上。如图9所示，所述天线阵列包括至少一个天线振子100，所述底板4上设有馈电网络5，各天线振子100中的馈电结构分别与所述馈电网络5连接。具体地，第一馈电线路和第二馈电线路分别与所述馈电网络的不同端口连接，两个第一馈电地板和两个第二馈电地板分别与底板上的接地层连接。其中，本实施例中的底板为天线反射金属底板。

由于天线振子的高度低于谐振频率的1/13的波长长度，振子与馈电网络耦合严重，因此通过优化馈电网络的走线，有利于去耦。

进一步地，本实施例中的馈电网络结构如图10所示，馈电网络由不同宽度的矩形微带连接而成，通过合理设置各段微带线的宽度可以完成对电路的阻抗匹配和天线的有效馈电，有效提高天线的驻波和有效降低天线的高度，通过合理调整振子下方馈电网络的走线位置能有效提高天线隔离度。优选地，馈电网络的走线方向与天线振子的极化方向相同。

综上所述，本实用新型提供的一种低剖面超宽带双极化天线振子、天线阵列及基站设备，天线振子频带宽、剖面低、重量轻，且驻波、隔离、增益、前后比和交叉极化比等电性能指标优异，垂直面和水平面的半功率波束宽度非常收敛；同时，成本低，易于加工，且批量一致性好。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低剖面超宽带双极化天线振子，其特征在于，包括辐射板和支架，所述辐射板设置于所述支架的上方；所述辐射板包括介质层以及设置于所述介质层上的辐射层，所述辐射板上设有馈电连接孔，所述支架上设有馈电结构，所述馈电结构通过所述馈电连接孔与所述辐射层连接；所述辐射层包括四个辐射体，所述四个辐射体之间设有十字形缝隙，所述四个辐射体靠近所述十字形缝隙的中心点的一角及其对角处设有切角。

2.根据权利要求1所述的低剖面超宽带双极化天线振子，其特征在于，所述四个辐射体上分别设有开窗。

3.根据权利要求2所述的低剖面超宽带双极化天线振子，其特征在于，所述开窗呈扇面形。

4.根据权利要求1所述的低剖面超宽带双极化天线振子，其特征在于，所述四个辐射体相对所述十字形缝隙的中心点旋转对称。

5.根据权利要求1所述的低剖面超宽带双极化天线振子，其特征在于，所述支架包括相连的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和第二支撑板构成十字形结构；所述馈电结构包括第一馈电线路、第二馈电线路、两个第一馈电点、两个第二馈电点、两个第一馈电地板和两个第二馈电地板；所述第一馈电线路和两个第一馈电点设置于所述第一支撑板的一面，所述两个第一馈电地板设置于所述第一支撑板的另一面，且所述两个第一馈电地板之间设有第一缝隙；所述第二馈电线路和两个第二馈电点设置于所述第二支撑板的一面，所述两个第二馈电地板设置于所述第二支撑板的另一面，且所述两个第二馈电地板之间设有第二缝隙。

6.根据权利要求5所述的低剖面超宽带双极化天线振子，其特征在于，所述第一支撑板和第二支撑板位于所述四个辐射体的下方；所述第一馈电线路和第二馈电线路均呈Γ型，且正交分布。

7.根据权利要求5所述的低剖面超宽带双极化天线振子，其特征在于，所述馈电连接孔的数量为四个，四个馈电连接孔分别与所述四个辐射体一一对应；所述第一支撑板和第二支撑板上分别设有两个与所述馈电连接孔相适配的凸起部；所述两个第一馈电点分别设置于所述第一支撑板的两个凸起部上，所述两个第一馈电地板分别延伸至所述第一支撑板的两个凸起部；所述两个第二馈电点分别设置于所述第二支撑板的两个凸起部上，所述两个第二馈电地板分别延伸至所述第二支撑板的两个凸起部。

8.一种天线阵列，其特征在于，包括底板以及至少一个的如权利要求1-7任一项所述的低剖面超宽带双极化天线振子，所述天线振子设置于所述底板上，所述底板上设有馈电网络，所述天线振子中的馈电结构与所述馈电网络连接。

9.根据权利要求8所述的天线阵列，其特征在于，所述馈电网络的走线方向与所述天线振子的极化方向相同。

10.一种基站设备，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的天线阵列。

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