CN108511893B - 一种基于多边耦合的双极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明属于双极化天线领域，具体涉及一种基于多边耦合的双极化天线。通过中央菱形辐射单元直接与同轴馈线连接，实现了探针馈电，通过四个折叠的扇形寄生辐射单元、扇形寄生辐射单元、扇形寄生辐射单元、扇形寄生辐射单元与中央菱形辐射单元之间的多边耦合，实现了天线的间接馈电，此外根据客户的需求，通过改变扇形辐射单元的尺寸、形状和摆放位置与角度，能快速方便地实现此双极化天线的双极化、圆极化和多频带。此外该天线具有剖面低，尺寸小，便于灵活设计的特点，可以安装在基站，终端等设备中。

Description

一种基于多边耦合的双极化天线
技术领域
本发明属于双极化天线领域，具体涉及一种基于多边耦合的双极化天线。
背景技术
随着移动通信事业在全世界范围内的迅猛发展，给我们的日常生活带来了方便和快捷。现在人们对移动通信的要求已不仅仅局限于语音信号的传输，对数据、图像、动画和视频等多媒体信号的要求越来越迫切，并且对信号传输质量的要求也越来越高。随着微电子技术的发展和蜂窝技术的不断完善，移动通信***在容量和质量上的不断升级，这对基站天线提出了越来越高的性能指标要求。基站天线工作在复杂的移动传播环境下，移动信道常受到地形、温度、湿度等环境因素的影响，无线电波在空中传播时将受到多方面的影响，如散射，折射等，这些方面都会对通信质量产生不利的影响。为了共享现有基站的资源，新***通常建立在现有***的基础之上，与现有***共用相同的服务区域，这样，在同一个基站位置上基站天线的数目将会成倍增长。具有多个***且多个***共用的高性能基站天线的设计越来越受到人们的关注，一些新的基站天线技术得到应用和发展。随着4G通信技术的普及以及5G通信的蓬勃发展，寻求宽频谱和高效频谱利用率的天线已经是迫在眉睫。并且随着通信技术的不断提高，多径衰落一直是一个不可避免且不易解决的重要问题。为了缓解这一问题带来的消极影响，天线的分集技术在各种领域得到广泛关注和应用。分集技术大体上可以分为显分集和隐分集两大类。显分集是在空间、频域和时域中所采用的空间分集和极化分集之类的分集形式，隐分集是利用信号设计技术，将分集作用隐含在被传输的信号中，目前天线的分集技术中用的比较多的是极化分集。近日，工信部已发布通知，确定了我国5G第五代移动通信的频率，也就是5G的工作频段。这两个5G的工作频段分别是：3300MHz-3600MHz频段和4800MHz-5000MHz频段。但是普通的天线已经很难满足当今时代高效率高集成度的要求，所以多极化工作形式受到了关注，双极化天线作为一种新型天线，正在被现阶段的通信领域所广泛采用。双极化天线的应用包括频率复用、收发一体化、极化分集、提高***灵敏度，而且双极化天线如果应用在基站***中，可以降低天线的辐射功率，从而使人体免受强烈的电磁辐射，所以研究并设计具有双极化的天线具有重要的工程实际意义。在双极化天线中，微带天线的体积较小、重量更轻、易于共形以及电性能多样化等优点，所以微带天线被广泛地用于实现双极化。
Stevan Preradovic等人在2014年的文献《Novel Dual-polarizedPlanarUltrawideband Monopole Antenna》中提出了一种利用开关的方法来实现双极化，该天线有一个端口和一个多边形辐射贴片，在馈线上安装了3个芯片作为开关使用，通过控制开关的状态可以实现两种水平和垂直极化。然而，这个天线的设计尺寸较大，并且采用芯片实现双极化设计在最终实物测试时，对芯片供电时需在天线的介质基板上刻蚀电路，这样一来电流通过电路产生的辐射会对天线的性能产成一定的影响。J.F.Zhu等人在2016年的文献《Compact Dual-Polarized UWB Quasi-Self-Complementary MIMO/Diversity AntennaWith Band-Rejection Capability》中提出了一种采用两个天线正交垂直放置来实现双极化的方式，双端口馈电的天线都需要考虑两个天线之间的隔离度问题，该天线采用加载寄生枝节的方式来去耦合，使天线具有较好的宽带，隔离度和极化特性。然而，这种天线的尺寸较大，不利于集成于各种小型终端当中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多边耦合的双极化天线，通过中央菱形辐射单元2直接与同轴馈线5连接，实现了探针馈电，通过四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4与中央菱形辐射单元2之间的多边耦合，实现了天线的间接馈电，此外根据客户的需求，通过改变扇形辐射单元的尺寸、形状和摆放位置与角度，能快速方便地实现此双极化天线的双极化、圆极化和多频带。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于多边耦合的双极化天线，所述的双极化天线包括介质基板1、设置在介质基板1上的中央菱形辐射单元2和折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4、设置在介质基板1下面的接地面4，其中中央菱形辐射单元2直接与同轴探针5连接，四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4通过和中央菱形辐射单元2之间的缝隙，与中央菱形辐射单元2发生多边耦合，中央菱形辐射单元2通过同轴探针5与连接器的内导体5相连接，连接器的外导体与接地面4连接。
所述的中央菱形辐射单元2直接与同轴探针5连接，实现探针馈电，四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4通过与中央菱形辐射单元2多边耦合实现间接馈电。
所述的四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4中的扇形的两边中的某一边，分别和中央菱形辐射单元2的四条边平行对齐。
所述的四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4的的大小和形状相同，通过改变4个寄生辐射单元的形状、长度和彼此之间的正交放置实现天线的双极化。
所述的四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4采用弯曲和折叠并用的制作方法。
所述的四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4通过放置角度相差90度时，实现天线的圆极化。
所述的四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4通过弯折角度和长度的不同，实现天线的多频带。
所述的介质基板1采用单层印刷版结构。
本发明的有益效果在于：本发明采用同轴馈电和辐射单元多边耦合的间接馈电，从而实现了天线的双极化设计，并且可以根据实际的需求，能灵活方便的实现天线的圆极化或多频带。由于本发明采用单层印刷版结构，天线的剖面高度低，且采用同轴馈电结构，减小了同轴电缆对天线辐射的影响。通过改变扇形辐射单元的尺寸、形状和摆放位置与角度，能快速方便地实现此双极化天线的双极化、圆极化和多频带。同时，通过弯曲折叠实现了该天线的小型化设计，该天线的剖面低、尺寸小、成本低。
附图说明
图1为一种基于多边耦合的双极化天线的俯视图；
图2为一种基于多边耦合的双极化天线的侧视图；
图3为中央菱形辐射单元的结构示意图；
图4为四个扇形寄生辐射单元中任意一个扇形寄生辐射单元的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图1-4对本发明做进一步的描述：
本发明涉及一种基于多边耦合的双极化天线，天线采用同轴馈电和辐射单元多边耦合的间接馈电，从而实现了天线的双极化设计，并且可以根据实际的需求，还能灵活方便的实现天线的圆极化或多频带。此外，天线采用单层印刷版结构，天线的剖面高度低，而且天线的同轴馈电结构，减小了同轴电缆对天线辐射的影响。
一种基于多边耦合的双极化天线，所述的双极化天线包括介质基板1、设置在介质基板1上的中央菱形辐射单元2和折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4、设置在介质基板1下面的接地面4，其中中央菱形辐射单元2直接与同轴探针5连接，四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4通过和中央菱形辐射单元2之间的缝隙，与中央菱形辐射单元2发生多边耦合，中央菱形辐射单元2通过同轴探针5与连接器的内导体5相连接，连接器的外导体与接地面4连接。
所述的中央菱形辐射单元2直接与同轴探针5连接，实现探针馈电，四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4通过与中央菱形辐射单元2多边耦合实现间接馈电。
所述的四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4中的扇形的两边中的某一边，分别和中央菱形辐射单元2的四条边平行对齐。
所述的四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4的的大小和形状相同，通过改变4个寄生辐射单元的形状、长度和彼此之间的正交放置实现天线的双极化。
所述的四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4采用弯曲和折叠并用的制作方法。四个扇形寄生辐射单元通过弯曲和折叠而减小了天线的尺寸，使得天线更加小巧灵活。
所述的四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4通过放置角度相差90度时，实现天线的圆极化。
所述的四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4通过弯折角度和长度的不同，实现天线的多频带。
所述的介质基板1采用单层印刷版结构。
通过调整折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4的形状和长度，以及正交放置实现了天线的双极化，通过让四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4的放置角度相差90°实现了天线的圆极化，或通过让四个折叠的扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4弯折的长度与角度不同来实现天线的多频带。
本发明的天线的带宽和谐振频率由每个辐射单元的长度和宽度，扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4分别与中央菱形辐射单元2之间的耦合缝隙以及每一个扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4的弯折角度与尺寸来共同决定。并且便于实现天线的低剖面和小型化设计。
本发明采用多折叠扇形寄生辐射单元多边耦合馈电，通过调整各个辐射单元的尺寸，中央菱形辐射单元2与扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4的耦合缝隙，以及每一个扇形寄生辐射单元3-1、扇形寄生辐射单元3-2、扇形寄生辐射单元3-3、扇形寄生辐射单元3-4的弯折角度和尺寸来调整天线的谐振频率以及天线的频率带宽，该天线可以达到很好地匹配，满足双极化的设计需求。此外该天线具有剖面低，尺寸小，便于灵活设计的特点，可以安装在基站，终端等设备中，应用领域广泛。
这里必须指出的是，本发明中给出的其他未说明的结构因为都是本领域的公知结构，根据本发明所述的名称或功能，本领域技术人员就能够找到相关记载的文献，因此未做进一步说明。本方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术。

Claims (5)

1.一种基于多边耦合的双极化天线，其特征在于：所述的双极化天线包括介质基板(1)，设置在介质基板(1)上的中央菱形辐射单元(2)、螺旋结构的扇形寄生辐射单元和设置在介质基板(1)下面的接地面(4)，其中扇形寄生辐射单元包括第一扇形寄生辐射单元(3-1)、第二扇形寄生辐射单元(3-2)、第三扇形寄生辐射单元(3-3)、第四扇形寄生辐射单元(3-4)，中央菱形辐射单元(2)直接与同轴探针(5)连接，第一扇形寄生辐射单元(3-1)、第二扇形寄生辐射单元(3-2)、第三扇形寄生辐射单元(3-3)、第四扇形寄生辐射单元(3-4)通过和中央菱形辐射单元(2)之间的缝隙，与中央菱形辐射单元(2)发生多边耦合，中央菱形辐射单元(2)通过同轴探针(5)与连接器的内导体(5)相连接，连接器的外导体与接地面(4)连接；扇形寄生辐射单元分别设置在中央菱形辐射单元的四个边上；第一扇形寄生辐射单元(3-1)、第二扇形寄生辐射单元(3-2)、第三扇形寄生辐射单元(3-3)、第四扇形寄生辐射单元(3-4)中扇形的两边中的一边，分别和中央菱形辐射单元(2)的四条边平行对齐，改变扇形寄生辐射单元的长度和彼此之间的正交放置实现天线的双极化。
2.根据权利要求1所述的一种基于多边耦合的双极化天线，其特征在于：第一扇形寄生辐射单元(3-1)、第二扇形寄生辐射单元(3-2)、第三扇形寄生辐射单元(3-3)、第四扇形寄生辐射单元(3-4)的大小和形状相同。
3.根据权利要求1所述的一种基于多边耦合的双极化天线，其特征在于：第一扇形寄生辐射单元(3-1)、第二扇形寄生辐射单元(3-2)、第三扇形寄生辐射单元(3-3)、第四扇形寄生辐射单元(3-4)采用弯曲和折叠并用的制作方法。
4.根据权利要求1所述的一种基于多边耦合的双极化天线，其特征在于：第一扇形寄生辐射单元(3-1)、第二扇形寄生辐射单元(3-2)、第三扇形寄生辐射单元(3-3)、第四扇形寄生辐射单元(3-4)通过弯折角度和长度的不同，实现天线的多频带。
5.根据权利要求1所述的一种基于多边耦合的双极化天线，其特征在于：所述的介质基板(1)采用单层印刷板结构。
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