CN110233340A - 一种加载方形开缝贴片的双频双极化5g天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线,具体方案包括:上层介质基板、馈电结构、辐射贴片、同轴线、下层介质基板、方形开缝贴片和金属地板;所述馈电结构包括垂直极化耦合馈电结构和水平极化耦合馈电结构;所述垂直极化耦合馈电结构印制于上层介质基板的上表面;所述垂直极化耦合馈电结构从上至下依次包括梯形贴片I、导体带条I和正方形焊盘I。由于采用了加载支节扇形切角贴片不仅减小了贴片尺寸还实现了双频工作;通过加载方形开缝贴片实现了电磁波的双频零相位反射,改善了天线的阻抗匹配特性并降低了天线的高度。同时该天线具有尺寸小,制作成本低等特点,非常适合我国5G双频室内分布***的应用。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域,涉及一种加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线。
背景技术
为满足未来高速宽带通信需求,5G***将工作在更高的频率,以获得更大的带宽和实现更高的传输速率。然而随着工作频率的升高,电磁波穿透墙体的损耗增大,导致室外基站信号覆盖室内的局限性更加突出,因此需要大规模的建设室内分布***。
天线作为室内分布***的组成部分,在整个***中起着很重要的作用。在移动通信***中天线相当于一个换能器,能够将电路中的高频已调电流和空间中的电磁波能量进行相互转换,天线指标的好坏将直接影响整个通信***的性能。但是目前可工作于我国3.45GHz和4.9GHz频段的5G室内分布***天线极少且增益低,不适合于实际应用。
交叉偶极子天线由于结构简单、成本低,被广泛用于移动通信的天线设计中。目前,交叉偶极子天线可以通过改变辐射单元的形状以实现双频工作,但是为了实现单向辐射必须加金属反射板,且金属反射板与辐射单元之间的距离为四分之一波长的奇数倍,天线高度较大。如果双频交叉偶极子天线设计工作于3.45GHz和4.9GHz时,其金属反射板与辐射单元之间的距离无法同时在这两个频率满足四分之一波长奇数倍的要求,高频段性能将恶化。
发明内容
根据现有技术存在的问题,本发明公开了一种加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线,具体方案包括:上层介质基板、馈电结构、辐射贴片、同轴线、下层介质基板、方形开缝贴片和金属地板;
所述馈电结构包括垂直极化耦合馈电结构和水平极化耦合馈电结构;
所述垂直极化耦合馈电结构印制于上层介质基板的上表面;所述垂直极化耦合馈电结构从上至下依次包括梯形贴片I、导体带条I和正方形焊盘I;
所述水平极化耦合馈电结构从左至右依次包括梯形贴片、方形连接片、金属化过孔I、导体带条II、金属化过孔、导体带条、和正方形焊盘;所述梯形贴片、方形连接片、导体带条和正方形焊盘都印制于上层介质基板的上表面;所述导体带条II印制于上层介质基板的下表面;所述方形连接片通过金属化过孔I与导体带条II相连接;所述导体带条通过金属化过孔也与导体带条II相连接;
所述辐射贴片印制于上层介质基板的下表面,包括垂直极化辐射贴片和水平极化辐射贴片;
所述垂直极化辐射贴片包括加载支节扇形切角贴片I和挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片I;所述水平极化辐射贴片包括加载支节扇形切角贴片和挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片;
所述加载支节扇形切角贴片I包括矩形支节、扇形切角贴片和挖去的半圆孔;所述挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片I包含矩形支节、扇形切角贴片、挖去的半圆孔和挖去的圆形孔;
所述水平极化辐射贴片与所述垂直极化辐射贴片结构相同;
所述同轴线包括同轴线I和同轴线;
所述同轴线I的外导体与挖去圆孔的加载枝节扇形切角贴片I相连接,所述同轴线I的内导体穿过上层介质基板接正方形焊盘I;所述同轴线的外导体接与挖去圆孔的加载枝节扇形切角贴片相连接,所述同轴线的内导体穿过上层介质基板接正方形焊盘;
所述方形开缝贴片印制于下层介质基板的上表面,包括四个结构和尺寸都完全相同的方形开缝贴片单元I、方形开缝贴片单元II、方形开缝贴片单元III和方形开缝贴片单元;
所述方形开缝贴片单元I的每条边上有两条相同的缝隙I和缝隙;
所述金属地板印制在下层介质基板的下表面。
进一步的,所述挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片上设置有半圆孔,其中半圆孔可以减小贴片尺寸并通过矩形支节实现双频工作。
进一步的,所述方形开缝贴片改善了天线的阻抗匹配特性并降低了天线的高度。
进一步的,通过将缝隙I和缝隙开在方形开缝贴片的每一条边上实现了电磁波的双频零相位反射。
由于采用了上述技术方案,本发明提供的一种加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线,该装置通过加载矩形支节实现了5G双频工作,通过加载方形开缝贴片实现了电磁波的双频零相位反射,改善了天线的阻抗匹配特性并降低了天线的高度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例,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获得其他的附图。
图1为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的俯视图;
图2为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的侧视图;
图3为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的馈电结构俯视图;
图4为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的辐射贴片俯视图;
图5为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的四个方形开缝贴片俯视图;
图6为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的反射系数幅度曲线;
图7为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的隔离度曲线;
图8为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的增益曲线;
图9为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线在低频段中心工作频率处的方向性图;
图10为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线在高频段中心工作频率处的方向性图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚,下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述:
如图1-图5所示的一种加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线,具体结构包括:上层介质基板1、馈电结构2、辐射贴片3、同轴线4、下层介质基板5、方形开缝贴片6和金属地板7。
所述馈电结构2包括垂直极化耦合馈电结构21和水平极化耦合馈电结构22;所述垂直极化耦合馈电结构21设置于上层介质基板1的上表面。所述垂直极化耦合馈电结构21从上至下依次包括梯形贴片I211、导体带条I212和正方形焊盘I213。
所述水平极化耦合馈电结构22从左至右依次包括梯形贴片221、方形连接片222、金属化过孔I223、导体带条II224、金属化过孔225、导体带条226、和正方形焊盘227,所述梯形贴片221、方形连接片222、导体带条226和正方形焊盘227设置于上层介质基板1的上表面,所述导体带条II224设置于上层介质基板1的下表面;所述方形连接片222通过金属化过孔I223与导体带条II224相连接;所述导体带条226通过金属化过孔225与导体带条II224相连接。
所述辐射贴片3设置于上层介质基板1的下表面,所述辐射贴片3包括垂直极化辐射贴片31和水平极化辐射贴片32;所述垂直极化辐射贴片31包括加载支节扇形切角贴片I311和挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片I312;所述水平极化辐射贴片32包括加载支节扇形切角贴片321和挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片322。
所述加载支节扇形切角贴片I311包括矩形支节3111、扇形切角贴片3112和挖去的半圆孔I 3113;所述挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片I312包括矩形支节3121、扇形切角贴片3122、挖去的半圆孔3123和挖去的圆形孔3124;
所述水平极化辐射贴片32与所述垂直极化辐射贴片31结构相同;
所述同轴线4包括同轴线I41和同轴线42;
所述同轴线I41的外导体与挖去圆孔的加载枝节扇形切角贴片I312相连接,所述同轴线I41的内导体穿过上层介质基板1与所述正方形焊盘I213相连接;所述同轴线42的外导体接与挖去圆孔的加载枝节扇形切角贴片322相连接,所述同轴线42的内导体穿过上层介质基板1与正方形焊盘227相连接。
所述方形开缝贴片6设置于下层介质基板5的上表面,所述方形开缝贴片6包括四个结构和尺寸都完全相同的方形开缝贴片单元I61、方形开缝贴片单元II62、方形开缝贴片单元III63和方形开缝贴片单元64。
所述方形开缝贴片单元I61的每条边上有两条相同的缝隙I611和缝隙612;
所述金属地板7设置在下层介质基板(5)的下表面。
进一步的,所述辐射贴片3上的挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片(322)的半圆孔可以减小贴片尺寸并通过矩形支节实现双频工作。
进一步的,所述方形开缝贴片(6)改善了天线的阻抗匹配特性并降低了天线的高度。
进一步的,通过将缝隙I(611)和缝隙(612)开在方形开缝贴片的每一条边上实现了电磁波的双频零相位反射。
图6为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的反射系数幅度曲线。从图6可以看到,天线在3.28GHz~3.88GHz和4.7GHz~5.04GHz频率范围内匹配良好,|S11|和|S22|均小于-14dB。
图7为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的隔离度曲线。从图7可以看到,在低频段两种极化方式之间的隔离度大于25dB,在高频段两种极化方式之间的隔离度大于22.5dB。
图8为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线的增益曲线。从图8可以看到,高频段和低频段的增益分别为8.5dBi和8.8dBi。
图9为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线在低频段中心工作频率处的方向性图。从图9可以看到,天线的低频段辐射特性稳定,最大辐射方向的交叉极化鉴别率大于30dB。
图10为本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线在高频段中心工作频率处的方向图。从图10可以看到,天线的高频段辐射特性稳定,最大辐射方向的交叉极化鉴别率大于20dB。
综上所述,本发明加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线,由于采用了加载支节扇形切角贴片不仅减小了贴片尺寸还实现了双频工作;通过加载方形开缝贴片实现了电磁波的双频零相位反射,改善了天线的阻抗匹配特性并降低了天线的高度。同时该天线具有尺寸小,制作成本低等特点,非常适合我国5G双频室内分布***的应用。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线,其特征在于包括:上层介质基板(1)、馈电结构(2)、辐射贴片(3)、同轴线(4)、下层介质基板(5)、方形开缝贴片(6)和金属地板(7);
所述馈电结构(2)包括垂直极化耦合馈电结构(21)和水平极化耦合馈电结构(22);所述垂直极化耦合馈电结构(21)设置于上层介质基板(1)的上表面;所述垂直极化耦合馈电结构(21)从上至下依次包括梯形贴片I(211)、导体带条I(212)和正方形焊盘I(213);
所述水平极化耦合馈电结构(22)从左至右依次包括梯形贴片(221)、方形连接片(222)、金属化过孔I(223)、导体带条II(224)、金属化过孔(225)、导体带条(226)、和正方形焊盘(227),所述梯形贴片(221)、方形连接片(222)、导体带条(226)和正方形焊盘(227)设置于上层介质基板(1)的上表面,所述导体带条II(224)设置于上层介质基板(1)的下表面;所述方形连接片(222)通过金属化过孔I(223)与导体带条II(224)相连接;所述导体带条(226)通过金属化过孔(225)与导体带条II(224)相连接;
所述辐射贴片(3)设置于上层介质基板(1)的下表面,所述辐射贴片(3)包括垂直极化辐射贴片(31)和水平极化辐射贴片(32);所述垂直极化辐射贴片(31)包括加载支节扇形切角贴片I(311)和挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片I(312);所述水平极化辐射贴片(32)包括加载支节扇形切角贴片(321)和挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片(322);
所述加载支节扇形切角贴片I(311)包括矩形支节(3111)、扇形切角贴片(3112)和挖去的半圆孔I(3113);所述挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片I(312)包括矩形支节(3121)、扇形切角贴片(3122)、挖去的半圆孔(3123)和挖去的圆形孔(3124);
所述水平极化辐射贴片(32)与所述垂直极化辐射贴片(31)结构相同;
所述同轴线(4)包括同轴线I(41)和同轴线(42);
所述同轴线I(41)的外导体与挖去圆孔的加载枝节扇形切角贴片I(312)相连接,所述同轴线I(41)的内导体穿过上层介质基板(1)与所述正方形焊盘I(213)相连接;所述同轴线(42)的外导体接与挖去圆孔的加载枝节扇形切角贴片(322)相连接,所述同轴线(42)的内导体穿过上层介质基板(1)与正方形焊盘(227)相连接;
所述方形开缝贴片(6)设置于下层介质基板(5)的上表面,所述方形开缝贴片(6)包括四个结构和尺寸都完全相同的方形开缝贴片单元I(61)、方形开缝贴片单元II(62)、方形开缝贴片单元III(63)和方形开缝贴片单元(64);
所述方形开缝贴片单元I(61)的每条边上有两条相同的缝隙I(611)和缝隙(612);
所述金属地板(7)设置在下层介质基板(5)的下表面。
2.根据权利要求1所述的一种加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线,其特征还在于:所述挖去圆孔的加载支节扇形切角贴片(322)上设置有半圆孔。
3.根据权利要求1所述的一种加载方形开缝贴片的双频双极化5G天线,其特征在于:通过将缝隙I(611)和缝隙(612)开在方形开缝贴片(6)的每一条边上进行电磁波的双频零相位反射。
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