CN112366443A - 一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备 - Google Patents
一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112366443A CN112366443A CN202011059485.3A CN202011059485A CN112366443A CN 112366443 A CN112366443 A CN 112366443A CN 202011059485 A CN202011059485 A CN 202011059485A CN 112366443 A CN112366443 A CN 112366443A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna
- base station
- low
- radiating
- dielectric substrate
- 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
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 54
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 40
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000005388 cross polarization Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
- H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
- H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
-
- 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
- H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/10—Resonant slot antennas
- H01Q13/106—Microstrip slot antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
- H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备，包括双极化平面偶极子天线及超表面单元；所述双极化平面偶极子天线包括天线辐射单元、寄生单元及反射板，所述天线辐射单元通过支撑柱设置在反射板的上方，所述寄生单元设置在反射板及天线辐射单元之间，所述超表面单元位于天线辐射单元的上方。该天线具有剖面低，带宽大，辐射方向图稳定的优点。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备。
背景技术
基站天线作为移动基站的核心部分，其性能的好坏直接影响着整个通信***的质量。随着移动通信技术的不断发展，通信***的复杂度也不断增加。由于目前多个移动通信标准长期共存，基站应用空间紧张，基站天线技术正不断向宽频化和小型化发展。
传统的基于反射板的基站天线，根据镜像原理，偶极子需要放置在距离反射板的λ/4的高度才能保证其电流的一致性，从而获得良好的性能。目前这种剖面高度的天线会使得基站的应用空间更加紧张，不符合基站天线小型化和低剖面化的发展趋势。
超表面是一种具有周期性的特殊电磁材料，其特殊的电磁特性能够降低天线的剖面高度。但是传统的超表面结构的在降低基站天线高度后，依然要保持基站天线覆盖频率范围，高隔离度，低交叉极化等性能，依然具有较大的困难。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的首要目的是提供一种基于超表面的低剖面宽带基站天线，利用超表面的特殊电磁特性来降低天线剖面高度，并保持原有天线性能的宽带基站天线，该低剖面宽带基站天线能实现63％的阻抗带宽，覆盖1412-2716MHz的频段。
本发明的次要目的是提供一种通信设备。
本发明的首要目的是采用如下技术方案：
一种基于超表面的低剖面宽带基站天线，包括双极化平面偶极子天线及超表面单元；
所述双极化平面偶极子天线包括天线辐射单元、寄生单元及反射板，所述天线辐射单元通过支撑柱设置在反射板的上方，所述寄生单元设置在反射板及天线辐射单元之间，所述超表面单元位于天线辐射单元的上方。
所述天线辐射单元包括天线辐射介质基板，所述天线辐射介质基板的上表面设置第三辐射臂及第四辐射臂，所述天线辐射介质基板的下表面设置第一辐射臂及第二辐射臂，所述第一辐射臂及第三辐射臂关于天线辐射介质基板中心对称，构成+45度极化振子，所述第二辐射臂及第四辐射臂关于天线辐射介质基板的中心对称，构成-45度极化阵子。
优选的，还包括馈电结构，所述馈电结构包括第一馈线及第二馈线，所述第一馈线印制在天线辐射介质基板的下表面，向+45度极化振子馈电，第二馈线印制在天线辐射介质基板的上表面，向-45度极化振子供电。
所述超表面单元包括超表面介质基板，所述超表面介质基板的上表面设置呈阵列分布的矩形贴片。
所述第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂及第四辐射臂的结构相同，均由两个相同的等腰三角形和矩形构成的六边形贴片。
所述六边形贴片设有马蹄型缝隙，其开口方向朝向天线介质基板的中心。
所述反射板为非闭合金属围边式。
优选的，还包括同轴线，所述同轴线分别与第一馈线及第二馈线连接。
所述第一馈线与第二馈线垂直，垂直交点位于天线辐射介质基板的中心点。
本发明的次要目的是采用如下技术方案实现：
一种通信设备，包括所述的低剖面宽带基站天线。
本发明的有益效果：
(1)本发明带宽覆盖1412-2716MHz，不仅适用于2G/3G/LTE(4G)***还适用于IMT***。
(2)本发明辐射臂具有马蹄型缝隙，能有效扩展频带。
(3)本发明通过加载超表面在天线的上方，实现了将天线在天线高度降低的同时，保持原有天线的优良性能，具有稳定的波束宽度和增益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明的正视剖面图；
图4是本发明的左视剖面图；
图5是本发明的天线辐射单元结构图
图6是本发明的基于超表面的低剖面宽带基站天线的阻抗带宽。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1至图5所示，一种基于超表面的低剖面宽带基站天线，包括双极化平面偶极子天线及超表面单元2。
所述双极化平面偶极子天线包括天线辐射单元1、寄生单元5、馈电结构、同轴线及反射板3，所述天线辐射单元通过支撑柱设置在反射板的上方，本实施例中两者距离为19.5mm,所述支撑柱均为绝缘塑料柱。
所述天线辐射单元包括天线辐射介质基板7，所述天线辐射介质基板的上表面设置第三辐射臂5C及第四辐射臂5D，所述天线辐射介质基板的大小为68×68mm2，天线辐射介质基板的下表面设置第一辐射臂5A及第二辐射臂5B，所述第一辐射臂5A及第三辐射臂5C关于天线辐射介质基板中心对称，构成+45度极化振子，所述第二辐射臂及第四辐射臂关于天线辐射介质基板的中心对称，构成-45度极化阵子。
所述馈电结构包括第一馈线6A及第二馈线6B，所述第一馈线设置在天线辐射介质基板的上表面，向-45度极化振子馈电，所述第二馈线设置在天线辐射介质基板的下表面，向+45度极化振子馈电，基本实现30dB的隔离度。
所述第一馈线及第二馈线相互垂直，交点位于天线辐射介质基板的中心点。
所述同轴线4分别与第一馈线及第二馈线连接，寄生单元的寄生圆片及介质基板上设置两个穿孔，便于同轴线通过。
所述寄生单元为圆片形状，直径为36mm(0.25λ2GHz)，位于天线的正下方6.5mm处，该圆片为天线在降低高度后，引入电容来加强天线的匹配，对于低频和高频匹配具有明显的改善作用。
所述四个辐射臂的结构相同，大小尺寸也相同，均是由两个相同的等腰三角形和一个矩形构成一个六边形贴片，所述六边形贴片中心开有一个马蹄型缝隙，该辐射臂的波束宽度不会随着天线高度的降低而恶化，具有较好的稳定性。
所述马蹄型缝隙向六边形顶角突出，其开口方向朝向天线中心，其中心圆半径为6.8mm，缝隙宽度为3mm，马蹄型缝隙的周长约为32mm,近似为高频谐振点的四分之一个波长0.25λ2.65GHz，通过马蹄型缝隙可以拓展天线带宽。
所述马蹄型缝隙用于拓展天线的带宽的原理，还可以将缝隙由马蹄型变成倒U型、直角型，均能达到拓展天线带宽的作用。
所述超表面单元包括矩形贴片及超表面介质基板，所述超表面通过四根支撑柱设置在双极化偶极子天线正上方2.5mm处。所述矩形贴片8设置在超表面介质基板的上表面，并呈阵列分布，本实施例中由6×6个相同的矩形贴片呈周期性排列而成，每个矩形的边长为18.8mm，矩形贴片之间相距1.2mm；所述超表面介质基板为120×120×0.5mm3，介质基板材质与天线辐射体的介质基板相同，超表面介质基板比天线辐射体介质基板大。
所述反射板非闭合金属围边式，在距离金属地板边缘7.5mm处，竖立着高度为19.5mm的金属片9，长度为100mm，能够改善天线在低频的匹配，整个反射板为150×150mm2。
本实施例中的天线辐射介质基板采用板材Taconic TLY，厚度0.5mm，相对介电常数2.2。
天线辐射单元为平面结构，可实现双极化带宽1412MHz-2716MHz，回波损耗大于15dB。
如图6所示，本基于超表面的低剖面宽带基站天线在将天线剖面高度由原先的45mm降低到22.5mm(0.154λc,λc＝2.05GHz)，并保持原有天线的优良性能，具有稳定的波束宽度和增益。
实施例2
一种通信设备，包括本发明的一种基于超表面的低剖面宽带基站天线。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于超表面的低剖面宽带基站天线，其特征在于，包括双极化平面偶极子天线及超表面单元；
所述双极化平面偶极子天线包括天线辐射单元、寄生单元及反射板，所述天线辐射单元通过支撑柱设置在反射板的上方，所述寄生单元设置在反射板及天线辐射单元之间，所述超表面单元位于天线辐射单元的上方。
2.根据权利要求1所述的低剖面宽带基站天线，其特征在于，所述天线辐射单元包括天线辐射介质基板，所述天线辐射介质基板的上表面设置第三辐射臂及第四辐射臂，所述天线辐射介质基板的下表面设置第一辐射臂及第二辐射臂，所述第一辐射臂及第三辐射臂关于天线辐射介质基板中心对称，构成+45度极化振子，所述第二辐射臂及第四辐射臂关于天线辐射介质基板的中心对称，构成-45度极化阵子。
3.根据权利要求2所述的低剖面宽带基站天线，其特征在于，还包括馈电结构，所述馈电结构包括第一馈线及第二馈线，所述第一馈线印制在天线辐射介质基板的下表面，向+45度极化振子馈电，第二馈线印制在天线辐射介质基板的上表面，向-45度极化振子供电。
4.根据权利要求1所述的低剖面宽带基站天线，其特征在于，所述超表面单元包括超表面介质基板，所述超表面介质基板的上表面设置呈阵列分布的矩形贴片。
5.根据权利要求2所述的低剖面宽带基站天线，其特征在于，所述第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂及第四辐射臂的结构相同，均由两个相同的等腰三角形和矩形构成的六边形贴片。
6.根据权利要求5所述的低剖面宽带基站天线，其特征在于，所述六边形贴片设有马蹄型缝隙，其开口方向朝向天线介质基板的中心。
7.根据权利要求1-6任一项所述的低剖面宽带基站天线，其特征在于，反射板为非闭合金属围边式。
8.根据权利要求3所述的低剖面宽带基站天线，其特征在于，还包括同轴线，所述同轴线分别与第一馈线及第二馈线连接。
9.根据权利要求3所述的低剖面宽带基站天线，其特征在于，所述第一馈线与第二馈线垂直，垂直交点位于天线辐射介质基板的中心点。
10.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的低剖面宽带基站天线。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2020104251930 | 2020-05-19 | ||
| CN202010425193 | 2020-05-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112366443A true CN112366443A (zh) | 2021-02-12 |
Family
ID=74507567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011059485.3A Pending CN112366443A (zh) | 2020-05-19 | 2020-09-30 | 一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112366443A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113690597A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-23 | 国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司 | 一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线 |
| CN113690600A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-23 | 电子科技大学 | 一种双极化全向超表面天线 |
| CN115173065A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-10-11 | 华南理工大学 | 一种多模式融合的宽带双极化基站天线及通信设备 |
| CN116960637A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-10-27 | 华南理工大学 | 一种基于双功能结构的低剖面双频融合天线及通信设备 |
| CN117855863A (zh) * | 2024-02-19 | 2024-04-09 | 南通大学 | 一种基于网格的电磁透明基站天线及阵列 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8451189B1 (en) * | 2009-04-15 | 2013-05-28 | Herbert U. Fluhler | Ultra-wide band (UWB) artificial magnetic conductor (AMC) metamaterials for electrically thin antennas and arrays |
| CN105720361A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-06-29 | 电子科技大学 | 一种基于人工磁导体结构的宽带低剖面双极化全向天线 |
| CN110224228A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-09-10 | 西北工业大学 | 一种基于非均匀超平面的小型宽带双极化天线 |
| CN212542669U (zh) * | 2020-05-19 | 2021-02-12 | 华南理工大学 | 一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备 |
-
2020
- 2020-09-30 CN CN202011059485.3A patent/CN112366443A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8451189B1 (en) * | 2009-04-15 | 2013-05-28 | Herbert U. Fluhler | Ultra-wide band (UWB) artificial magnetic conductor (AMC) metamaterials for electrically thin antennas and arrays |
| CN105720361A (zh) * | 2016-01-26 | 2016-06-29 | 电子科技大学 | 一种基于人工磁导体结构的宽带低剖面双极化全向天线 |
| CN110224228A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-09-10 | 西北工业大学 | 一种基于非均匀超平面的小型宽带双极化天线 |
| CN212542669U (zh) * | 2020-05-19 | 2021-02-12 | 华南理工大学 | 一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HONGXIN ZENG等: "Terahertz Dual-Polarization Beam Splitter Via an Anistropic Matrix Metasurface", 《IEEE TRANSACTIONS ON TERAHERTZ SCIENCE AND TECHNOLOGY》, vol. 9, no. 5, 10 July 2019 (2019-07-10), pages 491 - 497, XP011743250, DOI: 10.1109/TTHZ.2019.2927890 * |
| 张慈磊: "基于周期性结构的低剖面天线设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）信息科技辑》, 15 April 2018 (2018-04-15), pages 1 - 4 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113690597A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-11-23 | 国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司 | 一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线 |
| CN113690597B (zh) * | 2021-08-09 | 2024-03-26 | 国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司 | 一种基于超表面的低剖面宽带圆极化天线 |
| CN113690600A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-23 | 电子科技大学 | 一种双极化全向超表面天线 |
| CN115173065A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-10-11 | 华南理工大学 | 一种多模式融合的宽带双极化基站天线及通信设备 |
| CN115173065B (zh) * | 2022-08-26 | 2023-08-04 | 华南理工大学 | 一种多模式融合的宽带双极化基站天线及通信设备 |
| CN116960637A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-10-27 | 华南理工大学 | 一种基于双功能结构的低剖面双频融合天线及通信设备 |
| CN116960637B (zh) * | 2023-09-21 | 2024-01-02 | 华南理工大学 | 一种基于双功能结构的低剖面双频融合天线及通信设备 |
| CN117855863A (zh) * | 2024-02-19 | 2024-04-09 | 南通大学 | 一种基于网格的电磁透明基站天线及阵列 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112366443A (zh) | 一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备 | |
| JP4223564B2 (ja) | マイクロストリップアンテナとアレーアンテナ | |
| CN107799886B (zh) | 一种新型扩频宽带基站天线 | |
| US20170062940A1 (en) | Compact wideband dual polarized dipole | |
| CN109950707B (zh) | 一种圆锥共形端射阵列天线 | |
| CN111262005B (zh) | 适用于5g基站的双极化宽带磁电偶极子天线单元及天线阵列 | |
| US20210210840A1 (en) | Base station antenna | |
| CN212542669U (zh) | 一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备 | |
| US20230017375A1 (en) | Radiating element, antenna assembly and base station antenna | |
| CN111541019A (zh) | 一种低剖面垂直极化高增益全向天线 | |
| CN110380205B (zh) | 一种基于多谐振模式的pifa | |
| CN110676579A (zh) | 一种平面扩频宽带基站天线 | |
| CN114498003B (zh) | 一种低剖面低交叉极化的双极化电磁偶极子天线 | |
| CN108598699B (zh) | 垂直极化全波振子阵列天线以及定向辐射天线 | |
| CN111916886A (zh) | 一种增强型扩频宽带基站天线及无线通信设备 | |
| CN112054300A (zh) | 一种基于amc的低剖面宽带基站天线及通信设备 | |
| CN113690599B (zh) | 一种水平极化全向超表面天线 | |
| CN111342206A (zh) | 低剖面高隔离度双极化基站天线 | |
| CN117525848B (zh) | 一种用于5g通信基站的天线振子 | |
| CN114583442B (zh) | 天线单元及全向偶极子天线 | |
| CN116190993A (zh) | 一种天线辐射单元、天线阵列及天线性能调节方法 | |
| US20220123471A1 (en) | Patch radiating element and antenna assembly | |
| CN113036404B (zh) | 低剖面超宽带双极化天线振子、天线阵列及基站设备 | |
| CN212571356U (zh) | 一种基于amc的低剖面宽带基站天线及通信设备 | |
| CN212542668U (zh) | 一种增强型扩频宽带基站天线及无线通信设备 |
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 |