CN108365331A - 一种面向5g应用的高隔离双极化基站天线单元 - Google Patents

一种面向5g应用的高隔离双极化基站天线单元 Download PDF

Info

Publication number
CN108365331A
CN108365331A CN201810182864.8A CN201810182864A CN108365331A CN 108365331 A CN108365331 A CN 108365331A CN 201810182864 A CN201810182864 A CN 201810182864A CN 108365331 A CN108365331 A CN 108365331A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
dipole antenna
dipole
base station
dielectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810182864.8A
Other languages
English (en)
Inventor
陆地群
陶永会
王刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN201810182864.8A priority Critical patent/CN108365331A/zh
Publication of CN108365331A publication Critical patent/CN108365331A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明涉及一种面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，包括自而下依次布置的介质板、同轴馈线、背板和SMA馈电，所述介质板正反面刻蚀了±45°垂直放置的第一领结型偶极子天线和第二领结型偶极子天线，所述各领结型偶极子天线由两个对称设置的偶极子天线臂构成，且所述偶极子天线臂包括优化碎片式寄生结构。本发明的优点在于：本发明面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，通过优化碎片式寄生结构，形成具有低损耗高隔离特性，低损耗高隔离的基站天线单元，进而可以减小天线自身损耗，并且降低天线间的自干扰。

Description

一种面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元
技术领域
本发明涉及一种双极化基站天线单元，特别涉及一种面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元。
背景技术
近年来，随着无线通信技术的迅速发展，人们对于数据率的渴求日益提升。由于可以实现更大的信道容量和更快的传输速率，双极化天线被广泛应用在基站***中。然而在通信***中，基站天线单元的双极化天线间往往存在很强的互耦，这造成的自干扰将会降低基站***的性能。因此，设计高异极化隔离的基站天线单元是必不可少的。
国内外关于高隔离双极化基站天线单元的研究在不断开展，文献[1](毛建军，于大群，焦永昌.一种用于5G的大规模MIMO天线阵设计.现代雷达，2(2016)，66-69.)采用正交的H形缝隙耦合馈电，设计了隔离度高于23dB的双极化天线单元；文献[2](K-L.Wu,C.Wei,X.Mei and Z.Zhang,Array-Antenna Decoupling Surface,IEEE Trans.AntennasPropag.,12(2017),6728–6738.)采用去耦和表面抵消耦合波，实现了隔离高于30dB的双极化基站天线单元；文献[3](K.Mak,H.Lai and K.Luk,A 5G Wideband Patch Antenna withAntisymmetric L-shaped Probe Feeds,IEEE Trans.Antennas Propag.,2017.)利用正交的L形探针耦合馈电，设计了隔离度高于30dB的双极化基站天线单元。
目前，准确覆盖5G频段(3.4-3.6GHz)的更高性能的双极化基站天线单元仍是空白。本发明采用±45°垂直放置的偶极子天线实现双极化，通过优化碎片式寄生结构实现更高的隔离性能。面向5G应用背景，本发明设计了一款工作在3.4-3.6GHz频段的双极化基站天线单元，该基站天线单元在工作频段内回波损耗高于20dB，双极化天线间的隔离高于40dB。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现更高的隔离性能的面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，其创新点在于：包括自而下依次布置的介质板、同轴馈线、背板和SMA馈电，所述介质板正反面刻蚀了±45°垂直放置的第一领结型偶极子天线和第二领结型偶极子天线，所述各领结型偶极子天线由两个对称设置的偶极子天线臂构成，且所述偶极子天线臂包括优化碎片式寄生结构。
进一步地，所述基站天线单元中的第一领结型偶极子天线的两偶极子天线臂分别刻蚀在介质板上表面和下表面，第二领结型偶极子天线的两偶极子天线臂均刻蚀在介质板下表面，且两偶极子天线垂直实现双极化。
进一步地，所述同轴馈线包括分别与两偶极子天线连接且平行设置的第一同轴馈线和第二同轴馈线，所述第一同轴馈线的内导体与第一领型偶极子天线设置在介质板上表面的偶极子贴片的连接，所述第一同轴馈线的外导体与第一领型偶极子天线设置在介质板下表面的偶极子贴片以及背板连接；所述第二同轴馈线的内导体与第二领型偶极子天线设置在介质板上表面的传输线连接，上表面传输线通过通孔与第二领型偶极子天线设置在介质板下表面的一偶极子贴片连接，所述第二同轴馈线的外导体与第二领型偶极子天线设置在介质板下表面的另一偶极子贴片以及背板连接。
进一步地，所述偶极子天线臂为等腰三角形和碎片式寄生结构的组合结构。
进一步地，所述偶极子天线臂中碎片式寄生结构通过多目标优化算法优化得到。
本发明的优点在于：
(1)本发明面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，通过优化碎片式寄生结构，形成具有低损耗高隔离特性，低损耗高隔离的基站天线单元，进而可以减小天线自身损耗，并且降低天线间的自干扰；与传统基站天线单元相比，本发明天线单元的回波损耗高于20dB，双极化天线间的隔离度高于40dB，作为5G基站天线单元，本发明将进一步提升未来5G基站***性能；
(2)本发明面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，偶极子贴片中碎片式寄生结构通过多目标优化算法优化得到，基于多目标优化算法，搜索低损耗高隔离的寄生结构。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中±45°双极化基站天线单元整体示意图。
图2为本发明实施例中基站天线单元侧视剖面图。
图3和图4为本发明实施例中刻蚀在介质板的偶极子天线图。
图5～图9为本发明实施例中碎片式寄生结构模型的设计流程示意图。
图10和11分别为本发明实施例中优化后的寄生结构和偶极子天线模型。
图12为本发明实施例中基站天线单元仿真的S参数。
图13和14为本发明实施例中基站天线单元在3.5GHz处仿真的辐射方向图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，如图1和2所示，包括自而下依次布置的介质板1、同轴馈线2、背板3和SMA馈电，在介质板1正反面刻蚀了±45°垂直放置的第一领结型偶极子天线4和第二领结型偶极子天线5，第一领结型偶极子天线4包括对称设置的偶极子天线臂41和偶极子天线臂42，第二领结型偶极子天线5包括对称设置的偶极子天线臂51和偶极子天线臂52，且各偶极子天线臂包括优化碎片式寄生结构。
如图3和4所示，第一领结型偶极子天线4的偶极子天线臂41刻蚀在介质板1的上表面，第一领结型偶极子天线4的偶极子天线臂42刻蚀在介质板1的下表面，第二领结型偶极子天线5的两偶极子天线臂均刻蚀在介质板1的下表面，且偶极子天线臂41的内端连接有偶极子贴片43，偶极子天线臂51的内端通过通孔连接有偶极子贴片53。
同轴馈线2包括分别与两偶极子天线连接且平行设置的第一同轴馈线21和第二同轴馈线22，如图2和3所示，第一同轴馈线21的内导体与第一领型偶极子天线4设置在介质板1上表面的偶极子贴片43的连接，第一同轴馈线21的外导体与第一领型偶极子天线4设置在介质板1下表面的偶极子贴片42(偶极子天线臂42内端)以及背板3连接；如图4所示，第二同轴馈线22的内导体与第二领型偶极子天线5设置在介质板1上表面的传输线连接，上表面传输线通过通孔6与第二领型偶极子天线5设置在介质板1下表面的偶极子贴片53连接，第二同轴馈线22的外导体与第二领型偶极子天线5设置在介质板1下表面的偶极子贴片52(偶极子天线臂52内端)以及背板3连接。
实施例中，偶极子天线臂均为等腰三角形和碎片式寄生结构的组合结构，其中图4中四个完全相同的矩形区域即为碎片式寄生结构设计区域。碎片式结构还可以应用于等腰三角形，背板等天线其他区域的设计。
由于天线的对称性，如图5所示，矩形区域可以被分成完全相同的两个矩形；如图6所示，每个矩形都可以被离散成m行n列的矩形碎片，此碎片结构单元还可以以圆形，方形，三角形，多边形，环形等多种形式存在，单元排布密度可以根据实际情况进行调整，然后赋予每个碎片“0”或者“1”；如果“0”表示非金属单元，“1”表示金属单元，碎片式结构可以表示成图7的形状；沿虚线进行对称操作，可以得到图8所示的设计结构；将设计结构刻蚀到介质板对应区域，可以得到如图9所示的天线。
本实施例低损耗高隔离5G基站天线单元的设计是一个多目标优化问题，碎片式结构将天线结构优化问题转化为二维矩阵的优化，目标函数的设定是整个优化设计过程中及其重要的环节。对于面向双极化高性能5G基站天线的设计，回波损耗是首要考虑的目标，根据天线的对称性，其描述如下：
其中[ω1,ω2]表示天线工作频段，S11表示回波损耗。设计高匹配性能的5G基站天线单元，可将目标值Q1设置为20.
除回波损耗外，隔离也是基站天线需要考虑的重要指标，其描述如下：
其中S12表示天线单元中双极化天线之间的隔离，可将目标值Q2设置为40以达到高隔离的设计。
本设计以低损耗高隔离为例，通过多目标优化算法优化碎片式寄生结构，实现20dB的回波损耗和40dB的隔离。此外，基站天线单元对波束宽度，交叉极化比和前后比也有一定的要求，只需要在多目标优化算法中增加目标函数来优化天线的辐射特性即可。
固定天线参数：L1＝8.4mm,L2＝14mm,L3＝7mm,L4＝6.5mm,L5＝7.4mm,L6＝1.8mm,α＝87°,W＝60mm,H＝22mm,h＝4mm.将[ω1,ω2]设置为5G工作频段[3.4GHz,3.6GHz]，搜索得到的最终结构和天线结构如图10和11所示。如图12所示，天线在3.4-3.6GHz频段范围内，回波损耗高于20dB，双极化天线间的隔离高于40dB。如图13和14所示，天线H面轴向交叉极化低于-25dB，半功率波束宽度为90°，在±60°范围内交叉极化低于-18dB；E面半功率波束宽度为70°；天线增益为8.1dB，前后比高于23dB。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，其特征在于：包括自而下依次布置的介质板、同轴馈线、背板和SMA馈电，所述介质板正反面刻蚀了±45°垂直放置的第一领结型偶极子天线和第二领结型偶极子天线，所述各领结型偶极子天线由两个对称设置的偶极子天线臂构成，且所述偶极子天线臂包括优化碎片式寄生结构。
2.根据权利要求1所述的面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，其特征在于：所述基站天线单元中的第一领结型偶极子天线的两偶极子天线臂分别刻蚀在介质板上表面和下表面，第二领结型偶极子天线的两偶极子天线臂均刻蚀在介质板下表面，且两偶极子天线垂直实现双极化。
3.根据权利要2所述的面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，其特征在于：所述同轴馈线包括分别与两偶极子天线连接且平行设置的第一同轴馈线和第二同轴馈线，所述第一同轴馈线的内导体与第一领型偶极子天线设置在介质板上表面的偶极子贴片连接，所述第一同轴馈线的外导体与第一领型偶极子天线设置在介质板下表面的偶极子贴片以及背板连接；所述第二同轴馈线的内导体与第二领型偶极子天线设置在介质板上表面的传输线连接，上表面传输线通过通孔与第二领型偶极子天线设置在介质板下表面的一偶极子贴片连接，所述第二同轴馈线的外导体与第二领型偶极子天线设置在介质板下表面的另一偶极子贴片以及背板连接。
4.根据权利要求1所述的面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，其特征在于：所述偶极子天线臂为等腰三角形和碎片式寄生结构的组合结构。
5.根据权利要求1所述的面向5G应用的高隔离双极化基站天线单元，其特征在于：所述偶极子天线臂中碎片式寄生结构通过多目标优化算法优化得到。
CN201810182864.8A 2018-03-06 2018-03-06 一种面向5g应用的高隔离双极化基站天线单元 Pending CN108365331A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810182864.8A CN108365331A (zh) 2018-03-06 2018-03-06 一种面向5g应用的高隔离双极化基站天线单元

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810182864.8A CN108365331A (zh) 2018-03-06 2018-03-06 一种面向5g应用的高隔离双极化基站天线单元

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108365331A true CN108365331A (zh) 2018-08-03

Family

ID=63003180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810182864.8A Pending CN108365331A (zh) 2018-03-06 2018-03-06 一种面向5g应用的高隔离双极化基站天线单元

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108365331A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111162380A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 双极化宽带高增益宽波束天线
CN111755808A (zh) * 2020-07-02 2020-10-09 重庆邮电大学 一种加载水平辐射枝节和蝶形寄生单元的宽带毫米波mimo天线
CN112751158A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 华为技术有限公司 一种天线组件及通信设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104733844A (zh) * 2015-03-21 2015-06-24 西安电子科技大学 平面宽带双极化基站天线
CN204857943U (zh) * 2014-12-19 2015-12-09 郑召文 一种多频领结型印刷天线
CN205609746U (zh) * 2016-04-12 2016-09-28 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种宽频带高增益双极化5g基站阵列天线及其辐射单元
WO2017176022A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for managing beam in beamforming system
CN107508037A (zh) * 2017-07-11 2017-12-22 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 基站天线单元及基站天线
WO2018020078A1 (en) * 2016-07-26 2018-02-01 Nokia Technologies Oy Signaling rx/tx beamforming linkage for mimo systems
CN107732448A (zh) * 2017-10-27 2018-02-23 中邮科通信技术股份有限公司 一种低成本小型化5g基站天线

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204857943U (zh) * 2014-12-19 2015-12-09 郑召文 一种多频领结型印刷天线
CN104733844A (zh) * 2015-03-21 2015-06-24 西安电子科技大学 平面宽带双极化基站天线
WO2017176022A1 (en) * 2016-04-04 2017-10-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for managing beam in beamforming system
CN205609746U (zh) * 2016-04-12 2016-09-28 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种宽频带高增益双极化5g基站阵列天线及其辐射单元
WO2018020078A1 (en) * 2016-07-26 2018-02-01 Nokia Technologies Oy Signaling rx/tx beamforming linkage for mimo systems
CN107508037A (zh) * 2017-07-11 2017-12-22 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 基站天线单元及基站天线
CN107732448A (zh) * 2017-10-27 2018-02-23 中邮科通信技术股份有限公司 一种低成本小型化5g基站天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIQUN LU: "Design of High-Isolation Wideband Dual-Polarized Compact MIMO Antennas With Multiobjective Optimization", 《 IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112751158A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 华为技术有限公司 一种天线组件及通信设备
CN111162380A (zh) * 2019-12-31 2020-05-15 上海微波技术研究所（中国电子科技集团公司第五十研究所） 双极化宽带高增益宽波束天线
CN111755808A (zh) * 2020-07-02 2020-10-09 重庆邮电大学 一种加载水平辐射枝节和蝶形寄生单元的宽带毫米波mimo天线
CN111755808B (zh) * 2020-07-02 2022-07-19 重庆邮电大学 一种加载水平辐射枝节和蝶形寄生单元的宽带毫米波mimo天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106207453B (zh) 一种用于微带阵列天线的缺陷地去耦结构
CN206585077U (zh) 一种宽带双极化天线阵列
CN109994817A (zh) 一种超宽带双极化基站天线
CN103515700B (zh) 一种rfid天线
CN208690490U (zh) 一种基于共面波导的对地开槽的圆极化天线
CN108365331A (zh) 一种面向5g应用的高隔离双极化基站天线单元
CN103700947B (zh) 基片集成波导圆极化天线
CN106549233A (zh) 超宽带水平极化全向连接型的维瓦尔第圆形阵列天线
CN112768885B (zh) 室内分布天线
CN106299689B (zh) 一种超宽带低剖面垂直极化全向天线
CN110247180A (zh) 一种紧凑型覆盖sub-6G和60GHz的大频率比双频天线
CN108899645A (zh) 一种宽带小型化双极化高隔离度基站天线
CN110311217B (zh) 一种共面波导馈电的高增益缝隙赋形对数周期阵列天线
CN109193136A (zh) 一种具有宽带及滤波器特性的高增益贴片天线
CN110098471B (zh) 一种基于混合巴伦的宽带双极化基站天线
CN103840267A (zh) 基于引向臂阵列的北斗三角形陶瓷微带天线
CN203644954U (zh) 双极化吸顶天线
CN101702468A (zh) 宽带圆极化平面缝隙四元天线阵
CN109659680A (zh) 一种基于基片集成波导的双频双极化天线
CN110444876B (zh) 高增益宽带圆极化天线及无线通信设备
CN104466383A (zh) 一种多频段、高增益准分形天线
CN207542390U (zh) 一种用于u波段和s波段的三模宽带双圆极化微带天线
CN103050770B (zh) 一种宽带lte组合振子天线单元
CN109888476A (zh) 一种小型化单极子天线
CN104953261A (zh) 一种环形多频天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180803