CN105449351B - 一种双极化大规模mimo贴片阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，在介电常数为2‑20范围内的介质基板制作反射底板，然后在反射底板上安装数目多于8根的双极化贴片天线。本发明中采用低厚度的介质基板降低贴片天线的制作工艺难度，同时利用同轴连接器自带的内部介质柱支撑贴片天线的辐射单元，既简化天线阵面的安装，又减少了贴片单元与反射底板之间的垂直机械固件，还可以保证天线具有足够的工作带宽，从而大幅降低双极化大规模贴片天线阵列的加工复杂度、制作成本和整体重量。

Description

一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线
技术领域
本发明涉及一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，属于无线通信领域。
背景技术
移动互联网时代的智能终端数目将持续快速地增长，对未来无线通信的数据传输速率、***容量均提出了更高要求。大规模MIMO技术作为未来第五代移动通信的核心技术，其独特的空间增益性能正越来越受到无线通信业界的高度重视。大规模 MIMO技术的基本原理是：在基站端配置数十根甚至数百根天线，构成集中式的大规模阵列。因此，基站覆盖范围内的多个用户首先可在同一时频资源上与基站同时进行通信，充分利用大规模MIMO阵列天线配置带来的空间自由度，提升频谱效率；其次，大规模MIMO阵列天线还能够带来分集增益和阵列增益，提升用户与基站之间的通信效率。
尽管大规模MIMO阵列天线的应用前景诱人，但常规基站天线多采用金属振子天线实现，天线数目增加导致阵面扩大后，大量振子与反射板之间的垂直连接结构将带来一系列问题：首先，大量机械连接构件将导致天线重量和成本剧增；第二，大量机械连接点不仅较难保证其一致性，还可能导致阵面不平整、甚至难以支撑，这将为安装施工带来极大挑战和风险；第三，大量机械连接构件还可能会恶化天线的无源交调特性。受到上述工艺因素约制，目前还没有结构简单、成本低廉、可批量生产的双极化大规模贴片天线阵列设计方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，满足未来第五代移动通信的需求。该阵列天线为简单的平面结构，性能良好、成本低廉、重量较小且无需调试，适合批量生产。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，包括反射底板、N×N个阵列排布的天线单元构成天线阵面，以及绝缘框架、支架，所述天线阵面案子在绝缘框架上，绝缘框架固定在支架上，其中，N大于等于8；所述反射底板的顶层为不带金属敷铜的介质，底层为金属敷铜；每个天线单元均包括一个贴片天线、一个45度极化同轴连接器和一个-45度极化同轴连接器；贴片天线由介质基板以及位于介质基板顶层的金属贴片构成，且介质基板的底层不带金属敷铜；贴片天线设置在反射底板的上方，且与反射底板通过45度极化同轴连接器和-45度极化同轴连接器进行连接，45度极化同轴连接器和-45度极化同轴连接器的外导体均垂直连接在反射底板底层的金属敷铜上，内导体均垂直连接在介质基板顶层的金属贴片上；45度极化同轴连接器和-45度极化同轴连接器还均包括一段内部介质柱，内部介质柱的顶部与介质基板的底部连接以支撑介质基板。
作为本发明的进一步优化方案，所述反射底板采用微波介质基板制作，微波介质基板的厚度范围为0.127-2毫米,介电常数范围为2-20。
作为本发明的进一步优化方案，所述介质基板为微波介质基板，微波介质基板的厚度范围为0.127-2毫米,介电常数范围为2-5。
作为本发明的进一步优化方案，所述绝缘框架通过螺丝固件固定在支架上。
作为本发明的进一步优化方案，所述内部介质柱的高度范围为1-11毫米。
作为本发明的进一步优化方案，所述贴片天线之间的中心间距与天线中心工作频率对应的波长之比在0.65-0.95范围内。
作为本发明的进一步优化方案，所述45度极化同轴连接器和-45度极化同轴连接器的外导体均通过焊接工艺垂直连接在反射底板底层的金属敷铜上。
作为本发明的进一步优化方案，所述45度极化同轴连接器和-45度极化同轴连接器的内导体均通过焊接工艺垂直连接在介质基板顶层的金属贴片上。
作为本发明的进一步优化方案，所述绝缘框架采用酚醛树脂、环氧玻璃纤维、有机玻璃、聚四氟乙烯或者聚三氟氯乙烯制作。
作为本发明的进一步优化方案，所述贴片天线为正方形。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明能够实现6GHz或以下频段的双极化大规模MIMO贴片天线阵列，该阵列为低矮的平面结构，工艺简单，无需复杂的机械构件即可实现，重量小且成本低廉，便于量产。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的剖面结构示意图。
其中，1-反射底板；2-金属贴片；21-介质基板；3-45度极化同轴连接器；31-介质柱；4--45度极化同轴连接器；5-天线阵面；6-绝缘框架；7-螺丝固件；8-支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
对照附图1，其结构是：双极化大规模MIMO贴片天线阵列，其天线阵面5由反射底板1和N×N个阵列排布的天线单元构成，其中，反射底板1的顶层为不带金属敷铜的介质，反射底板1的底层为金属敷铜。每个天线单元包括一个贴片天线、一个45度极化同轴连接器和一个-45度极化同轴连接器；贴片天线由介质基板21以及介质基板顶层的金属贴片2构成，介质基板21的底层不带金属敷铜。45度极化同轴连接器3和-45度极化同轴连接器4的外导体，均通过焊接工艺，垂直连接在反射底板1的底层金属敷铜上；45度极化同轴连接器3和-45度极化同轴连接器4自带一段高度为A的内部介质柱31，贴片天线的底层即介质基板21的底层由该段长度为A的内部介质柱31支撑；45度极化同轴连接器3和-45度极化同轴连接器4的内导体，均通过焊接工艺与金属贴片2的顶层连接在一起。天线阵面5安装在绝缘框架6上，绝缘框架6通过螺丝固件7固定在支架8上，通过螺丝固件7可以调节天线阵面5的俯仰角度。
对照附图1，按照反射底板1的厚度为0.5毫米、介电常数为2.65、贴片天线的介质基板21厚度为1mm、介电常数为2.65、数目为16、间隔为3.5GHz中心频率对于的0.7倍波长（60mm）、绝缘框架6用环氧玻璃纤维、螺丝固件7调节天线阵面5的俯仰角为30度实施时，测得单个天线在3.3-3.5GHz频段内驻波比低于2，增益约等于8dBi，45度极化同轴连接器3和-45度极化同轴连接器4之间的隔离度大于22dB。经过在大规模MIMO通信演示***上的实际使用，该双极化大规模MIMO贴片天线阵列天线能完全满足8/16/32通道、2用户的室内高速视频传输要求。
本发明提出了一种双极化大规模MIMO贴片天线阵列，通过优化反射底板和贴片单元之间的连接方式，简化了双极化大规模MIMO贴片天线阵列的实现工艺，实现了贴片单元的有效安装和支撑，保持了天线阵列的低剖面平面特性。此天线阵列结构简单、易于制作、成本低廉。按照前述实施方式制作的双极化大规模MIMO贴片天线阵列可用于未来第五代移动通信的基站天线，具有广泛的应用前景。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，其特征在于，包括反射底板、N×N个阵列排布的天线单元构成天线阵面，以及绝缘框架、支架，所述天线阵面安装在绝缘框架上，绝缘框架固定在支架上，其中，N大于等于8；
所述反射底板的顶层为不带金属敷铜的介质，底层为金属敷铜；
每个天线单元均包括一个贴片天线、一个45度极化同轴连接器和一个-45度极化同轴连接器；贴片天线由介质基板以及位于介质基板顶层的金属贴片构成，且介质基板的底层不带金属敷铜；贴片天线设置在反射底板的上方，且与反射底板通过45度极化同轴连接器和-45度极化同轴连接器进行连接，45度极化同轴连接器和-45度极化同轴连接器的外导体均垂直连接在反射底板底层的金属敷铜上，内导体均垂直连接在介质基板顶层的金属贴片上；45度极化同轴连接器和-45度极化同轴连接器还均包括一段内部介质柱，内部介质柱的顶部与介质基板的底部连接以支撑介质基板。
2.根据权利要求1所述的一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，其特征在于，所述反射底板采用微波介质基板制作，微波介质基板的厚度范围为0.127-2毫米,介电常数范围为2-20。
3.根据权利要求1所述的一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，其特征在于，所述介质基板为微波介质基板，微波介质基板的厚度范围为0.127-2毫米,介电常数范围为2-5。
4.根据权利要求1所述的一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，其特征在于，所述绝缘框架通过螺丝固件固定在支架上。
5.根据权利要求1所述的一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，其特征在于，所述内部介质柱的高度范围为1-11毫米。
6.根据权利要求1所述的一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，其特征在于，所述贴片天线之间的中心间距与天线中心工作频率对应的波长之比在0.65-0.95范围内。
7.根据权利要求1所述的一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，其特征在于，所述45度极化同轴连接器和-45度极化同轴连接器的外导体均通过焊接工艺垂直连接在反射底板底层的金属敷铜上。
8.根据权利要求1所述的一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，其特征在于，所述45度极化同轴连接器和-45度极化同轴连接器的内导体均通过焊接工艺垂直连接在介质基板顶层的金属贴片上。
9.根据权利要求1所述的一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，其特征在于，所述绝缘框架采用酚醛树脂、环氧玻璃纤维、有机玻璃、聚四氟乙烯或者聚三氟氯乙烯制作。
10.根据权利要求1所述的一种双极化大规模MIMO贴片阵列天线，其特征在于，所述贴片天线为正方形。
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