CN110911805A - 一种高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5g基站天线 - Google Patents

一种高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5g基站天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，天线由上下两块印刷电路板腐蚀而成，在上电路板的上表面印刷低频方环形谐振贴片、下表面印刷高频方环形谐振贴片，在下电路板的上表面印刷两个地板开缝的耦合槽、下表面印刷两个匹配谐波抑制枝节，下电路板的两个匹配谐波抑制枝节分别通过一个耦合槽激励上电路板的一个方环形谐振贴片，微带馈线通过下电路板的耦合槽把激励的能量耦合至上电路板的低频方环形谐振贴片和高频方环形谐振贴片。本发明所公开的天线，将谐振贴片设置为方环形，可以有效降低天线的辐射尺寸，达到小型化的目的，并提高天线的辐射效率和端口隔离度。

Description

一种高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线
技术领域
本发明属于双极化无线通信天线领域，特别涉及该领域中的一种高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线。
背景技术
随着移动通信技术的发展，第五代（5G）移动通信技术是目前移动通信技术研究的热点。作为通信前端的天线，也面临着许多新的挑战。首先，随着移动通信技术的发展，不同制式的天线将不可避免地共存于同一个位置。其次，随着MIMO技术的发展，要求阵列天线间的互耦越来越小。最后，为了降低成本、节省空间，降低互耦，天线就必须要小型化设计。而随着新的5G通信技术的提出，更多的通信频段将服务于5G移动通信，例如3.3—3.6GHz和4.8—5 GHz这两个sub-6 GHz的频段。于是，新的5G通信天线除了满足宽频段，高隔离度等传统需求外，还面临着小型化，双频段等一系列新的挑战。
另外，5G移动通信的谐波抑制也是通信***中一个值得关注的问题。随着移动通信***集成度的增加，越来越多的功能将被整合到同一个***中，不同***间干扰问题将变得越来越严重。在发射***中，谐波会造成功率放大器效率的降低，且干扰其他通信***的工作。而在接受***中，谐波被天线接收会降低接收机的灵敏度。因此作为通信***前端的天线，如果具有谐波抑制功能，就能进一步提高通信质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线。
本发明采用如下技术方案：
一种高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，其改进之处在于：天线由上下两块印刷电路板腐蚀而成，在上电路板的上表面印刷低频方环形谐振贴片、下表面印刷高频方环形谐振贴片，在下电路板的上表面印刷两个地板开缝的耦合槽、下表面印刷两个匹配谐波抑制枝节，下电路板的两个匹配谐波抑制枝节分别通过一个耦合槽激励上电路板的一个方环形谐振贴片，微带馈线通过下电路板的耦合槽把激励的能量耦合至上电路板的低频方环形谐振贴片和高频方环形谐振贴片。
进一步的，上下两块印刷电路板之间的距离为8mm。
进一步的，低频方环形谐振贴片工作于3.3—3.6GHz频段，其长度为对应中心频率的半个导波长，其尺寸为24mm×24mm。
进一步的，高频方环形谐振贴片工作于4.8—5GHz频段，其长度为对应中心频率的半个导波长，其尺寸为12.5mm×12.5mm。
进一步的，两个地板开缝的耦合槽中，一个为“一”字形耦合槽，另一个为“H”形耦合槽，两个耦合槽的谐振长度均为低频段中心频率的半个导波长。
进一步的，两个匹配谐波抑制枝节中，一个为垂直极化匹配谐波抑制枝节，另一个为水平极化匹配谐波抑制枝节，垂直极化匹配谐波抑制枝节通过“一”字形耦合槽激励低频方环形谐振贴片，水平极化匹配谐波抑制枝节通过“H”形耦合槽激励高频方环形谐振贴片。
进一步的，天线在低频段3.3—3.6GHz内回波损耗大于15dB，在高频段4.8—5GHz内回波损耗大于15dB，两个端口的隔离度大于35dB，其谐波对应的反射系数在6-12GHz范围内大于-0.8dB。
进一步的，天线可以扩展为天线阵列，天线阵列的形式包括但不限于线阵和面阵。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的天线，将谐振贴片设置为方环形，可以有效降低天线的辐射尺寸，达到小型化的目的，并提高天线的辐射效率和端口隔离度。将地板开缝的耦合槽设置为“一”字形耦合槽和“H”形耦合槽，可以有效地提高微带馈线的耦合效率并改善天线的输入阻抗。将匹配谐波抑制枝节设置为单枝节形和双枝节形，可以有效的改善天线的输入阻抗、展宽天线的带宽、提高天线的谐波抑制能力。
本发明所公开的天线，通过对低频、高频方环形谐振贴片的正交激励，实现天线两个极化的工作状态并且具有很高的端口隔离度。位于下电路板下表面的两个匹配谐波抑制枝节既能起到对两个5G通信频段的匹配作用，又能起到对天线自身高频谐波的抑制作用。
本发明所公开的天线，具有小型化，宽频带，双频段，高端口隔离度以及高谐波抑制等优点，可广泛应用于5G移动通信领域。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开天线的顶层结构示意图；
图2是本发明实施例1所公开天线的侧面结构示意图；
图3是本发明实施例1所公开天线上电路板上表面的结构示意图；
图4是本发明实施例1所公开天线上电路板下表面的结构示意图；
图5是本发明实施例1所公开天线下电路板上表面的结构示意图；
图6是本发明实施例1所公开天线下电路板下表面的结构示意图；
图7是本发明实施例1所公开天线的S参数曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1-2所示，本实施例公开了一种高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，整个天线结构设计紧凑，由上下两块印刷电路板腐蚀而成，在上电路板4a的上表面印刷低频方环形谐振贴片1a、下表面印刷高频方环形谐振贴片1b，在下电路板4b的上表面印刷两个地板开缝的耦合槽、下表面印刷两个匹配谐波抑制枝节，下电路板的两个匹配谐波抑制枝节分别通过一个耦合槽激励上电路板的一个方环形谐振贴片，微带馈线通过下电路板的耦合槽把激励的能量耦合至上电路板的低频方环形谐振贴片和高频方环形谐振贴片。
在本实施例中，上下两块印刷电路板之间的距离为8mm。
如图3-4所示，通过调整低频方环形谐振贴片1a的尺寸，使其工作于3.3—3.6GHz频段，为了降低天线的辐射口径，将低频谐振贴片设计为方环形，其长度约为对应中心频率的半个导波长，其尺寸为24mm×24mm（属小型化），通过对低频方环形谐振贴片的正交激励，获得天线在低频段的两个正交极化辐射。通过调整高频方环形谐振贴片1b的尺寸，使其工作于4.8—5GHz频段，为了降低天线的辐射口径，将高频谐振贴片设计为方环形，其长度约为对应中心频率的半个导波长，其尺寸为12.5mm×12.5mm（属小型化），通过对高频方环形谐振贴片的正交激励，获得天线在高频段的两个正交极化辐射。基于以上设计实现天线5G双频段3.3—3.6GHz和4.8—5GHz工作。
如图5所示，两个地板开缝的耦合槽中，一个为“一”字形耦合槽2a，另一个为“H”形耦合槽2b，两个耦合槽的谐振长度均约为低频段中心频率的半个导波长。通过控制“一”字形耦合槽和“H”形耦合槽的尺寸，可以方便控制电场磁场的耦合量（即微带馈线耦合至低频方环形谐振贴片和高频方环形谐振贴片的能量），进而调整天线的输入阻抗。
如图6所示，两个匹配谐波抑制枝节中，一个为垂直极化匹配谐波抑制枝节3a，另一个为水平极化匹配谐波抑制枝节3b，垂直极化匹配谐波抑制枝节通过“一”字形耦合槽激励低频方环形谐振贴片，水平极化匹配谐波抑制枝节通过“H”形耦合槽激励高频方环形谐振贴片。
通过垂直极化匹配谐波抑制枝节和水平极化匹配谐波抑制枝节的正交排布，使天线获得高的端口隔离度。通过控制垂直极化匹配谐波抑制枝节和水平极化匹配谐波抑制枝节的枝节长度，可以调整天线在两个频段的输入阻抗和天线对谐波的抑制情况，改善天线的匹配。
如图7所示，天线在低频段3.3—3.6GHz内回波损耗大于15dB，在高频段4.8—5GHz内回波损耗大于15dB，两个端口的隔离度大于35dB，其谐波对应的反射系数在6—12GHz范围内大于-0.8dB。
天线可以扩展为天线阵列，天线阵列的形式包括但不限于线阵和面阵。可以应用于5G移动通信，卫星通信，雷达通信等其他通信领域。

Claims (8)

1.一种高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，其特征在于：天线由上下两块印刷电路板腐蚀而成，在上电路板的上表面印刷低频方环形谐振贴片、下表面印刷高频方环形谐振贴片，在下电路板的上表面印刷两个地板开缝的耦合槽、下表面印刷两个匹配谐波抑制枝节，下电路板的两个匹配谐波抑制枝节分别通过一个耦合槽激励上电路板的一个方环形谐振贴片，微带馈线通过下电路板的耦合槽把激励的能量耦合至上电路板的低频方环形谐振贴片和高频方环形谐振贴片。
2.根据权利要求1所述高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，其特征在于：上下两块印刷电路板之间的距离为8mm。
3.根据权利要求1所述高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，其特征在于：低频方环形谐振贴片工作于3.3—3.6GHz频段，其长度为对应中心频率的半个导波长，其尺寸为24mm×24mm。
4.根据权利要求1所述高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，其特征在于：高频方环形谐振贴片工作于4.8—5GHz频段，其长度为对应中心频率的半个导波长，其尺寸为12.5mm×12.5mm。
5.根据权利要求1所述高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，其特征在于：两个地板开缝的耦合槽中，一个为“一”字形耦合槽，另一个为“H”形耦合槽，两个耦合槽的谐振长度均为低频段中心频率的半个导波长。
6.根据权利要求5所述高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，其特征在于：两个匹配谐波抑制枝节中，一个为垂直极化匹配谐波抑制枝节，另一个为水平极化匹配谐波抑制枝节，垂直极化匹配谐波抑制枝节通过“一”字形耦合槽激励低频方环形谐振贴片，水平极化匹配谐波抑制枝节通过“H”形耦合槽激励高频方环形谐振贴片。
7.根据权利要求1所述高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，其特征在于：天线在低频段3.3—3.6GHz内回波损耗大于15dB，在高频段4.8—5GHz内回波损耗大于15dB，两个端口的隔离度大于35dB，其谐波对应的反射系数在6-12GHz范围内大于-0.8dB。
8.根据权利要求1所述高隔离度高谐波抑制的小型化双频双极化5G基站天线，其特征在于：天线可以扩展为天线阵列，天线阵列的形式包括但不限于线阵和面阵。
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