CN218160798U - 一种双极化天线单元及阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于天线领域，公开了双极化天线单元及阵列天线，阵列天线包括双极化天线单元、共地反射板和馈电网络组件，双极化天线单元包括第一介质基板、第一辐射单元、第二辐射单元和金属地板，第一辐射单元和第二辐射单元均设置在第一介质基板上，第一辐射单元通过第一金属支撑件与金属地板连接，第二辐射单元通过第二金属支撑件与金属地板连接，金属墙包括围设在金属地板边缘的多个金属侧板，多个金属侧板形成金属谐振腔，每个金属侧板均设置有开槽，通过设置金属墙能有效提高此单元的波束宽度，并且通过在金属墙的金属侧板上设置开槽，有效增加了电长度，有效的拓展了阻抗带宽，使得带宽能够满足所需要的工作频段(5925‑7125MHz)。

Description

一种双极化天线单元及阵列天线

技术领域

本实用新型涉及天线领域，尤其涉及一种双极化天线单元及阵列天线。

背景技术

在过去的很多年，无线通信靠着仅有的2.4GHz和5GHz两个频段(共600多MHz频谱)，承载着不断增长的网络需求。但是随着5G通信的诞生，社会步入了5G时代，技术日新月异，无线通信面临着5G带来的强大压力，基站天线则面临着原来越严峻的各种各样的技术挑战。目前无线通信使用的2.4GHz和5GHz两个频段已经非常拥挤,具体来说即存在网络拥塞、网络延时的增加、用户速率的下降以及无线通信路由器之间的干扰变得越来越频繁等问题。并且常规的单极化辐射已经不能满足高速下载，业务繁多的需求。因此为了应对这些挑战，有必要扩充无线通信网络容量，将天线工作频段延伸到6GHz(5925-7125MHz)频段。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的在于提供一种双极化天线单元，其旨在解决现有的天线单元不能满足6GHz(5925-7125MHz)频段的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型提供的方案是：

一种双极化天线单元，包括第一介质基板、第一辐射单元、第二辐射单元、第一馈电单元、第二馈电单元、第一金属支撑件、第二金属支撑件、金属墙和金属地板，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元均设置在所述第一介质基板上，所述第一辐射单元通过所述第一金属支撑件与所述金属地板连接，且所述第一辐射单元通过所述第一馈电单元与馈电网络组件连接，所述第二辐射单元通过所述第二金属支撑件与所述金属地板连接，且所述第二辐射单元通过所述第二馈电单元与馈电网络组件连接，所述金属墙包括围设在所述金属地板边缘的多个金属侧板，多个所述金属侧板均与所述第一介质基板接触，多个所述金属侧板形成金属谐振腔，每个所述金属侧板均设置有开槽。

优选地，所述金属侧板的上部内侧与所述第一介质基板的侧面接触；或者所述金属侧板的顶部与所述第一介质基板的底部接触。

优选地，所述金属侧板呈凹字形设置。

优选地，所述第一馈电单元包括第一馈电点和第一馈电导体，所述第一馈电点设置在所述第一辐射单元上，所述第一馈电导体分别与所述第一馈电点和馈电网络组件连接，所述第二馈电单元包括第二馈电点和第二馈电导体，所述第二馈电点设置在所述第二辐射单元上，所述第二馈电导体分别与所述第二馈电点和馈电网络组件连接。

优选地，所述第一辐射单元包括第一辐射贴片和第二辐射贴片，所述第一馈电点设置在所述第一辐射贴片上，所述第一馈电导体的屏蔽线连接至所述第二辐射贴片，所述第二辐射贴片通过所述第一金属支撑件与所述金属地板连接，所述第二辐射单元包括第三辐射贴片和第四辐射贴片，所述第二馈电点设置在所述第三辐射贴片上，所述第二馈电导体的屏蔽线连接至所述第四辐射贴片，所述第四辐射贴片通过所述第二金属支撑件与所述金属地板连接；所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片组成磁电偶极子天线，所述第三辐射贴片和所述第四辐射贴片组成磁电偶极子天线。

本实用新型的第二个目的在于提供一种阵列天线，包括双极化天线单元、共地反射板和馈电网络组件，所述双极化天线单元采用如上所述的双极化天线单元，所述双极化天线单元设置有多个，多个所述双极化天线单元间隔设置在所述共地反射板上，所述共地反射板在相邻两个双极化天线单元之间开设有通槽，所述第一馈电单元穿过所述共地反射板与所述馈电网络组件连接，所述第二馈电单元穿过所述共地反射板与所述馈电网络组件连接。

优选地，所述天线单元设置有16个，组成1x16的阵列天线。

优选地，所述馈电网络组件包括第二介质基板、金属反射板、第三介质基板和馈电网络，所述第二介质基板设置有两个，两个所述第二介质基板分别设置在所述金属反射板的正面，并位于多个所述双极化天线单元的两侧，所述第三介质基板设置有四个，四个所述第三介质基板分别设置在所述金属反射板的反面，并沿多个所述双极化天线单元的阵列方向排布，馈电网络设置有两组，每组馈电网络均包括上层馈电网络和下层馈电网络，上层馈电网络包括一个设置在所述第二介质基板上的1分4的馈电线路，下层馈电网络包括四个分别设置在四个所述第三介质基板上的1分4的馈电线路，上层馈电网络和下层馈电网络通过金属通孔连接。

优选地，所述第一介质基板、所述第二介质基板和所述第三介质基板均为F4B板材，所述共地反射板和所述金属反射板均为铝板。

本实用新型提供的双极化天线单元通过在第一辐射单元和第二辐射单元周侧设置金属墙，能有效提高此单元的波束宽度，并且通过在金属墙的金属侧板上设置开槽，有效增加了电长度，有效的拓展了阻抗带宽，使得带宽能够满足所需要的工作频段(5925-7125MHz)。

本实用新型提供的阵列天线通过增加共地反射板，增加了辐射面积，能够提高高频部分的增益，使工作频点之间的波束宽度更稳定；而且通过在共地反射板上开设通槽，能够减少低频段的同极化端口之间的耦合，改善了阵列天线低频的阻抗匹配，同时这种结构还起到了固定的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的阵列天线的结构示意图；

图2是图1中A的放大图；

图3是本实用新型实施例提供的阵列天线的局部示意图；

图4是本实用新型实施例提供的双极化天线单元的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的馈电网络组件的俯视图；

图6是本实用新型实施例提供的馈电网络组件的仰视图；

图7是本实用新型实施例提供的单天线单元、仅添加金属墙以及金属墙开槽三种结构的反射系数对比图；

图8是本实用新型实施例提供的单天线单元、仅添加金属墙以及金属墙开槽三种结构的对单元波束宽度的影响的对比图；

图9是本实用新型实施例提供的单天线单元、仅添加金属墙以及金属墙开槽三种结构的对双端口隔离度的影响的对比图；

图10是本实用新型实施例提供的共地反射板对阵列天线增益的影响及阵列天线隔离度展示图；

图11和图12是本实用新型实施例提供的共地反射板对两个端口反射系数的影响的展示图；

图13是本实用新型实施例提供的阵列天线的增益展示图；

图14是本实用新型实施例提供的阵列天线第一端口馈电的水平面辐射图；

图15是本实用新型实施例提供的阵列天线第一端口馈电的水平面辐射图。

附图标号说明：

10、双极化天线单元；11、第一介质基板；12、第一辐射单元；121、第一辐射贴片；1221、半圆槽；122、第二辐射贴片；13、第二辐射单元；131、第三辐射贴片；132、第四辐射贴片；14、第一馈电单元；141、第一馈电点；142、第一馈电导体；15、第二馈电单元；151、第二馈电点；152、第二馈电导体；16、第一金属支撑件；17、第二金属支撑件；18、金属地板；19、金属墙；191、金属侧板；192、开槽；20、共地反射板；21、通槽；30、馈电网络组件；31、第二介质基板；32、金属反射板；33、第三介质基板；34、上层馈电网络；35、下层馈电网络。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1至图15所示，其为本实用新型的一种实施例的双极化天线单元10，包括第一介质基板11、第一辐射单元12、第二辐射单元13、第一馈电单元14、第二馈电单元15、第一金属支撑件16、第二金属支撑件17、金属墙19和金属地板18，第一辐射单元12和第二辐射单元13均设置在第一介质基板11上，第一辐射单元12通过第一金属支撑件16与金属地板18连接，且第一辐射单元12通过第一馈电单元14与馈电网络组件30连接，第二辐射单元13通过第二金属支撑件17与金属地板18连接，且第二辐射单元13通过第二馈电单元15与馈电网络组件30连接，金属墙19包括围设在金属地板18边缘的多个金属侧板191，多个金属侧板191形成金属谐振腔，每个金属侧板191均设置有开槽192，多个金属侧板191均与第一介质基板11接触。

可选地，金属侧板191的上部内侧与第一介质基板11的侧面接触，或金属侧板191的顶部与第一介质基板11的底部接触。

可选地，第一介质基板11采用的是F4B板材。

可选地，第一金属支撑件16和第二金属支撑件17为金属铜柱，将第一辐射单元12、第二辐射单元13通过金属铜柱与金属地板18连接，可以提高两个端口之间的隔离度。

本实用新型实施例的双极化天线单元10通过在第一辐射单元12和第二辐射单元13周侧设置金属墙19，能有效提高此单元的波束宽度，并且通过在金属墙19的金属侧板191上设置开槽192，有效增加了电长度，有效的拓展了阻抗带宽，使得带宽能够满足所需要的工作频段(5925-7125MHz)。

请重点参阅图1-图4所示，示例性地，在某些实施例中，开槽192为U形槽，即金属侧板191呈凹字形设置，使得两个端口的波束宽度都提升至100°以上。

请重点参阅图1-图6所示，示例性地，在某些实施例中，第一馈电单元14包括第一馈电点141和第一馈电导体142，第一馈电点141设置在第一辐射单元12上，第一馈电导体142分别与第一馈电点141和馈电网络组件30连接，第二馈电单元15包括第二馈电点151和第二馈电导体152，第二馈电点151设置在第二辐射单元13上，第二馈电导体152分别与第二馈电点151和馈电网络组件30连接。

请重点参阅图1-图4所示，示例性地，在某些实施例中，第一辐射单元12包括第一辐射贴片121和第二辐射贴片122，第一馈电点141设置在第一辐射贴片121上，第一馈电导体142的屏蔽线连接至第二辐射贴片122，第二辐射贴片122通过第一金属支撑件16与金属地板18连接，第二辐射单元13包括第三辐射贴片131和第四辐射贴片132，第二馈电点151设置在第三辐射贴片131上，第二馈电导体152的屏蔽线连接至第四辐射贴片132，第四辐射贴片132通过第二金属支撑件17与金属地板18连接；第一辐射贴片121和第二辐射贴片122组成磁电偶极子天线，第三辐射贴片131和第四辐射贴片132组成磁电偶极子天线，使得天线单元在工作频段(5925-7125MHz)内具有宽波束宽度和高隔离度的性能。

可选地，第一馈电导体142的屏蔽线通过金属通孔和微带线连接至第二辐射贴片122，第二馈电导体152的屏蔽线通过金属通孔和微带线连接至第四辐射贴片132。

进一步地，第一辐射贴片121、第二辐射贴片122、第三辐射贴片131和第四辐射贴片132均开设有半圆槽1221。

请参阅图1-图15所示，本实用新型实施例还提供了一种阵列天线，包括双极化天线单元10、共地反射板20和馈电网络组件30，双极化天线单元10采用如上所述的双极化天线单元10，双极化天线单元10设置有多个，多个双极化天线单元10间隔设置在共地反射板20上，共地反射板20在相邻两个双极化天线单元10之间开设有通槽21，第一馈电单元14穿过共地反射板20与馈电网络组件30连接，第二馈电单元15穿过共地反射板20与馈电网络组件30连接。

可选地，通槽21为矩形槽。

本实用新型实施例的阵列天线通过增加共地反射板20，增加了辐射面积，能够提高高频部分的增益，使工作频点之间的波束宽度更稳定；而且通过在共地反射板20上开设通槽21，能够减少低频段的同极化端口之间的耦合，改善了阵列天线低频的阻抗匹配，同时这种结构还起到了固定的作用。

请重点参阅图1-图6所示，示例性地，在某些实施例中，双极化天线单元10设置有16个，组成1x16的阵列天线。

进一步地，馈电网络组件30包括第二介质基板31、金属反射板32、第三介质基板33和馈电网络，第二介质基板31设置有两个，两个第二介质基板31分别设置在在金属反射板32的正面，并位于多个双极化天线单元10的两侧，第三介质基板33设置有四个，四个第三介质基板33分别设置在在金属反射板32的反面，并沿多个双极化天线单元10的阵列方向排布，馈电网络组件30设置有两组，每组馈电网络均包括上层馈电网络34和下层馈电网络35，上层馈电网络34包括一个设置在第二介质基板31上的1分4的馈电线路，下层馈电网络35包括四个分别设置在四个第三介质基板33上的1分4的馈电线路，上层馈电网络34和下层馈电网络35通过金属通孔连接，由于馈电网络的反射地宽度对波束宽度的影响很大，为了维持宽波束特性，因此，本实施例的馈电网络组件30采用折叠式的馈电网络，这种馈电网络在为16单元的天线阵列馈电的同时，能维持双端口的宽水平面波束宽度的性能，且具有高隔离度的特点。

可选地，第一介质基板11、第二介质基板31和第三介质基板33为F4B板材。

可选地，共地反射板20和金属反射板32均为铝板。

下面通过一些对比图来说明本实用新型实施例的双极化天线单元10及阵列天线的优点。

图7为双极化天线单元10的反射系数对比图，主要对比了单天线单元、仅添加金属墙19以及金属墙开槽三种结构对反射系数的影响，图8对比了这三种结构对单元波束宽度的影响，图9对比了这三种结构对双端口隔离度的影响。对比图7和图8看出，金属墙19的加入极大的扩展了波束宽度，但是恶化了反射系数，而对金属墙19挖U形槽后有效的改善了阻抗匹配，扩展了阻抗带宽，并且不会对波束宽度造成影响，依然使得此单元的波束宽度大于100°，具有宽波束宽度的性能特点。从图9中可以看到，开设有U形槽的天线单元隔离度S₂₁<-27dB，具有高隔离度特点。

图10显示了共地反射板20对阵列天线增益的影响及其隔离度，从图中可以看到，有无共地反射板20主要的区别是加入共地反射板20后使的高频的增益增加，至少提升了1.5dBi，且中低频段的增益基本不变，使得此天线具有高增益的特点。同时此阵列天线的隔离度S₂₁<-30dB.

图11和图12为共地反射板20对两个端口反射系数的影响，可以看到，加了不开槽的共地反射板20后对反射系数S₁₁和反射系数S₂₂的影响有好有坏，但是对共地反射板20开了矩形槽之后，反射系数S₁₁和反射系数S₂₂都被改善了。

图13为阵列天线的增益图，从图中可以看到，两个端口的增益相差不大，都大于17.5dBi，具有高增益特性。

图14和图15分别为阵列天线第一端口馈电和第二端口馈电的水平面辐射图，可以看出，两个端口的水平面波束宽度都大于100°，说明这个天线具有宽水平面波束宽度的特点。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种双极化天线单元，其特征在于，包括第一介质基板、第一辐射单元、第二辐射单元、第一馈电单元、第二馈电单元、第一金属支撑件、第二金属支撑件、金属墙和金属地板，所述第一辐射单元和所述第二辐射单元均设置在所述第一介质基板上，所述第一辐射单元通过所述第一金属支撑件与所述金属地板连接，且所述第一辐射单元通过所述第一馈电单元与馈电网络组件连接，所述第二辐射单元通过所述第二金属支撑件与所述金属地板连接，且所述第二辐射单元通过所述第二馈电单元与馈电网络组件连接，所述金属墙包括围设在所述金属地板边缘的多个金属侧板，多个所述金属侧板均与所述第一介质基板接触，多个所述金属侧板形成金属谐振腔，每个所述金属侧板均设置有开槽。

2.如权利要求1所述的双极化天线单元，其特征在于，所述金属侧板的上部内侧与所述第一介质基板的侧面接触；或者所述金属侧板的顶部与所述第一介质基板的底部接触。

3.如权利要求1所述的双极化天线单元，其特征在于，所述金属侧板呈凹字形设置。

4.如权利要求1所述的双极化天线单元，其特征在于，所述第一馈电单元包括第一馈电点和第一馈电导体，所述第一馈电点设置在所述第一辐射单元上，所述第一馈电导体分别与所述第一馈电点和馈电网络组件连接，所述第二馈电单元包括第二馈电点和第二馈电导体，所述第二馈电点设置在所述第二辐射单元上，所述第二馈电导体分别与所述第二馈电点和馈电网络组件连接。

5.如权利要求4所述的双极化天线单元，其特征在于，所述第一辐射单元包括第一辐射贴片和第二辐射贴片，所述第一馈电点设置在所述第一辐射贴片上，所述第一馈电导体的屏蔽线连接至所述第二辐射贴片，所述第二辐射贴片通过所述第一金属支撑件与所述金属地板连接，所述第二辐射单元包括第三辐射贴片和第四辐射贴片，所述第二馈电点设置在所述第三辐射贴片上，所述第二馈电导体的屏蔽线连接至所述第四辐射贴片，所述第四辐射贴片通过所述第二金属支撑件与所述金属地板连接；所述第一辐射贴片和所述第二辐射贴片组成磁电偶极子天线，所述第三辐射贴片和所述第四辐射贴片组成磁电偶极子天线。

6.一种阵列天线，其特征在于，包括双极化天线单元、共地反射板和馈电网络组件，所述双极化天线单元采用如权利要求1-5任一项所述的双极化天线单元，所述双极化天线单元设置有多个，多个所述双极化天线单元间隔设置在所述共地反射板上，所述共地反射板在相邻两个双极化天线单元之间开设有通槽，所述第一馈电单元穿过所述共地反射板与所述馈电网络组件连接，所述第二馈电单元穿过所述共地反射板与所述馈电网络组件连接。

7.如权利要求6所述的阵列天线，其特征在于，所述天线单元设置有16个，组成1x16的阵列天线。

8.如权利要求7所述的阵列天线，其特征在于，所述馈电网络组件包括第二介质基板、金属反射板、第三介质基板和馈电网络，所述第二介质基板设置有两个，两个所述第二介质基板分别设置在所述金属反射板的正面，并位于多个所述双极化天线单元的两侧，所述第三介质基板设置有四个，四个所述第三介质基板分别设置在所述金属反射板的反面，并沿多个所述双极化天线单元的阵列方向排布，馈电网络设置有两组，每组馈电网络均包括上层馈电网络和下层馈电网络，上层馈电网络包括一个设置在所述第二介质基板上的1分4的馈电线路，下层馈电网络包括四个分别设置在四个所述第三介质基板上的1分4的馈电线路，上层馈电网络和下层馈电网络通过金属通孔连接。

9.如权利要求8所述的阵列天线，其特征在于，所述第一介质基板、所述第二介质基板和所述第三介质基板均为F4B板材，所述共地反射板和所述金属反射板均为铝板。

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