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
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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。
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