CN112635993A - 一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，包括金属地板，以及两个±45°交叉偶极子天线单元、金属隔离墙、一字形交指互耦抑制单元、工字形交指互耦抑制单元；一字形交指互耦抑制单元悬置在两个±45°交叉偶极子天线单元的上方，工字形交指互耦抑制单元悬置在所述一字形交指互耦抑制单元的上方，一字形交指互耦抑制单元与工字形交指互耦抑制单元之间形成空气层；两个±45°交叉偶极子天线单元与工字形交指互耦抑制单元之间形成空气层；本发明为双极化高密度基站阵列天线，尺寸小，并且在天线工作的宽频带内具有高隔离特性的同时，天线的其它性能保持良好。

Description

一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线

技术领域

本发明涉及基站天线领域，特别是一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线。

背景技术

为实现移动通信网络的有效覆盖，基站建设尤为重要，而基站天线作为通信网络的感知器官其在网络中的地位显得越来越重要，是基站建设的关键所在。近年来，一方面为了满足多个移动通信技术标准长期共存的现实情况，宽频带基站天线单元的研宄与设计逐渐成为热点。另一方面，双极化天线由于在提高信道容量上的巨大优势受到了越来越多天线工程师的青睐。然而，随着有限空间资源下，宽带双极化的天线阵元数目的增多，使得如何降低阵元间的互耦成为设计者面临的巨大挑战。

在降低天线间互耦的研究方面，科研人员已经提出了这些方法包括：去耦网络、寄生元件、缺陷地结构、隔离墙/板结构、馈线处去耦、悬置于单元间的金属条带结构等，所有的这些方法都可以将天线之间的互耦有效地降低，很好的满足了移动通信***对天线之间互耦的要求。在这些方法中，悬置于单元间的金属条带结构最为简单，占用面积也比较小，最适合应用到移动通信领域上，因而得到了广泛的关注。金属条带结构技术的最基本思想就是将一根或者多根新的金属条结构悬置在天线单元间，在两个天线单元间引入一个或多个新的谐振，这些新的谐振可以减小天线之间的互耦，但是，以上结构具有较强的极化敏感性，而且带宽较窄。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，该天线为双极化基站阵列天线，通过在阵列天线阵元间上方添加悬置混合交指型互耦抑制结构，有效的提升了天线的极化隔离度，并且天线的其它性能保持良好。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有金属地板，以及两个±45°交叉偶极子天线单元、金属隔离墙、一字形交指互耦抑制单元、工字形交指互耦抑制单元；

两个±45°交叉偶极子天线单元均设置在所述金属地板；

两个±45°交叉偶极子天线单元的***的金属地板上均设置有用于降低±45°交叉偶极子天线单元内异极化隔离度的金属隔离墙；

所述一字形交指互耦抑制单元悬置在两个±45°交叉偶极子天线单元的上方，所述工字形交指互耦抑制单元悬置在所述一字形交指互耦抑制单元的上方，所述一字形交指互耦抑制单元及工字形交指互耦抑制单元均与所述金属地板平行设置，所述一字形交指互耦抑制单元与所述工字形交指互耦抑制单元之间形成空气层；两个±45°交叉偶极子天线单元与工字形交指互耦抑制单元之间形成空气层。

进一步，所述±45°交叉偶极子天线单元包括两个正相交的第一介质基板，两个第一介质基板上分别设置有一个偶极子Γ型微带馈线，两个偶极子Γ型微带馈线相互交叉且中间交叠部分上下错开，两个正相交的第一介质基板的一端设置在所述金属地板上，两个正相交的第一介质基板的另一端上设置有第二介质基板，所述第二介质基板上设置有辐射贴片。

进一步，所述一字形交指互耦抑制单元包括第三介质基板以及设置在第三介质基板上的一字形交指组件；

所述一字形交指组件包括第一金属条带，所述第一金属条带上等间距蚀刻有13个第一交指模块。

进一步，所述工字形交指互耦抑制单元包括第四介质基板以及设置在第四介质基板上的工字形交指组件；

所述工字形交指组件中间的第二条带上等间距的蚀刻有4个第二交指模块，所述工字形交指组件两端的第三条带上均蚀刻有4个第三交指模块，4个第二交指模块沿所述第二条带对称设置；

所述第二条带与所述第一金属条带在俯视方向上相互垂直。

进一步，所述金属隔离墙为金属的矩形框，所述金属隔离墙两侧的中心分别蚀刻有一个用于截断金属隔离墙上产生的环向感应电流的矩形槽。

进一步，两个±45°交叉偶极子天线单元的竖直高度H3为30-40mm，两个±45°交叉偶极子天线单元之间的间距D为70mm；

金属隔离墙的整体长度L7为70mm，宽度W3为70mm，高度h为15-25mm，所述矩形槽宽度gw为10-15mm；

所述一字形交指互耦抑制单元的竖直高度H2为10-20mm；

所述工字形交指互耦抑制单元的竖直高度H1为50-60mm；

所述第三介质基板和第四介质基板均为长方形，所述第三介质基板和第四介质基板的厚度分别为2mm和1.5mm，材料均为Arlon AD450,相对介电常数为4.5，损损耗角正切为0.0035。

进一步，两个±45°交叉偶极子天线单元的竖直高度H3为34.3mm；

金属隔离墙的高度h为18mm，所述矩形槽宽度gw为13mm；

所述一字形交指互耦抑制单元的竖直高度H2为14.35mm；

所述工字形交指互耦抑制单元的竖直高度H1为55.15mm。

进一步，所述第一金属条带的长度L1为100-110mm，宽度W1为1.5-2.5mm，材料为覆铜薄膜；

所述第一交指模块的间隙宽度g为0.1-0.5mm，间隙的长度g₁为2.5-3.5mm，间隙的第一转折部长度g₂为0.5-0.6mm，间隙的第二转折部长度g₃为0.3-0.4mm，相邻两个第一交指模块之间的长度L2为5-6mm；

所述第二条带长度L5为35-45mm；

所述第三条带长度L3为30-40mm，宽度W2为1.5-2.5mm；

所述第二条带与所述第三条带为厚度相同的覆铜薄膜；

所述第二交指模块的间隙宽度g₈为0.1-0.5mm，间隙的长度g₉为4.5-5.5mm，间隙的第一转折部长度g₁₀为0.5-0.6mm，间隙的第二转折部长度g₁₁为0.3-0.4mm；相邻两个第二交指模块之间的长度L6为3.5-5.5mm；

所述第三交指模块间隙宽度g₄为0.1-0.5mm，间隙的长度g₅为2.5-3.5mm，间隙的第一转折部长度g₆为0.3-0.4mm，间隙的第二转折部长度g₇为0.5-0.6mm。

进一步，所述第一金属条带的长度L1为107.9mm，宽度W1为2.1mm，材料为覆铜薄膜；

所述第一交指模块的间隙宽度g为0.1mm，间隙的长度g₁为2.8mm，间隙的第一转折部长度g₂为0.55mm，间隙的第二转折部长度g₃为0.35mm，相邻两个第一交指模块之间的长度L2为5.3mm；

所述第二条带长度L5为41.5mm；

所述第三条带长度L3为32.7mm，宽度W2为2.1mm；

所述第二交指模块的间隙宽度g₈为0.1mm，间隙的长度g₉为5.1mm，间隙的第一转折部长度g₁₀为0.55mm，间隙的第二转折部长度g₁₁为0.35mm；相邻两个第二交指模块之间的长度L6为4mm；

所述第三交指模块间隙宽度g₄为0.1mm，间隙的长度g₅为3.1mm，间隙的第一转折部长度g₆为0.35mm，间隙的第二转折部长度g₇为0.55mm；相邻两个第三交指模块之间的长度L5为41.5mm。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1)天线为双极化偶极子基站阵列天线，可以有效的增大所应用***的数据容量，提高***的自适应性；

2)本发明可以在宽频带内(1.7GHz-2.7GHz)实现双极化天线阵列的高隔离特性，且在通带内去耦能力无较大浮动；

3)本发明可以应用于单元间距小于0.5λ₀(λ₀对应低频1.7GHz的自由空间波长)的高密度双极化天线阵列，且在二元双极化偶极子基站阵列天线的两个极化方向上都可以达到8dB以上的去耦效果；

4)相对于传统的EBG、DGS、超材料等去耦结构，本发明中所设计的去耦单元结构简单、为平面化结构、易集成、对辐射方向图及辐射效率影响较弱等。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明整体结构的轴侧视图；

图2为本发明的整体结构的正视图；

图3为本发明一字形交指互耦抑制单元的俯视图；

图4为本发明工字形交指互耦抑制单元的俯视图；

图5为本发明金属隔离墙结构三维视图；

图6为本发明各端口电压驻波系数比曲线和阵元内异极化隔离度(S₁₂,S₃₄)曲线图；

图7为本发明两阵元间的同极化隔离度(S₁₃,S₂₄)和异极化隔离度(S₁₄,S₂₃)曲线图；

图中：1-金属地板；2-±45°交叉偶极子天线单元；3-金属隔离墙；4-一字形交指互耦抑制单元；5-工字形交指互耦抑制单元；6-第一介质基板；7-第二介质基板；8-偶极子Γ型微带馈线；9-辐射贴片；10-第三介质基板；11-第一金属条带；12-第一交指模块；13-第四介质基板；14-第二条带；15-第三条带；16-第二交指模块；17-第三交指模块；18-矩形槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1-图5所示的一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，包括金属地板1，以及两个±45°交叉偶极子天线单元2、金属隔离墙3、一字形交指互耦抑制单元4、工字形交指互耦抑制单元5；

两个±45°交叉偶极子天线单元2均设置在所述金属地板1；

两个±45°交叉偶极子天线单元2的***的金属地板1上均设置有用于降低±45°交叉偶极子天线单元2内异极化隔离度的金属隔离墙3；

所述一字形交指互耦抑制单元4悬置在两个±45°交叉偶极子天线单元2的上方，所述工字形交指互耦抑制单元5悬置在所述一字形交指互耦抑制单元4的上方，所述一字形交指互耦抑制单元4及工字形交指互耦抑制单元5均与所述金属地板1平行设置，所述一字形交指互耦抑制单元4与所述工字形交指互耦抑制单元5之间形成空气层；两个±45°交叉偶极子天线单元2与工字形交指互耦抑制单元5之间形成空气层。

所述±45°交叉偶极子天线单元2包括两个正相交的第一介质基板6，两个第一介质基板6上分别设置有一个偶极子Γ型微带馈线8，两个偶极子Γ型微带馈线8相互交叉且中间交叠部分上下错开，两个正相交的第一介质基板6的一端设置在所述金属地板1上，两个正相交的第一介质基板6的另一端上设置有第二介质基板7，所述第二介质基板7上设置有辐射贴片9。

所述一字形交指互耦抑制单元4包括第三介质基板10以及设置在第三介质基板10上的一字形交指组件；

所述一字形交指组件包括第一金属条带11，所述第一金属条带11上等间距蚀刻有13个第一交指模块12。

所述工字形交指互耦抑制单元5包括第四介质基板13以及设置在第四介质基板13上的工字形交指组件；

所述工字形交指组件中间的第二条带14上等间距的蚀刻有4个第二交指模块16，所述工字形交指组件两端的第三条带15上均蚀刻有4个第三交指模块17，4个第二交指模块17沿所述第二条带14对称设置；

所述第二条带14与所述第一金属条带11在俯视方向上相互垂直。

所述金属隔离墙3为金属的矩形框，所述金属隔离墙3两侧的中心分别蚀刻有一个用于截断金属隔离墙3上产生的环向感应电流的矩形槽18。

作为本发明的一种实施例，设置两个±45°交叉偶极子天线单元2的竖直高度H3为34.3mm，两个±45°交叉偶极子天线单元2之间的间距D为70mm；

金属隔离墙3的整体长度L7为70mm，宽度W3为70mm，高度h为18mm，所述矩形槽18宽度gw为13mm；

所述一字形交指互耦抑制单元4的竖直高度H2为14.35mm；

所述工字形交指互耦抑制单元5的竖直高度H1为55.15mm；

所述第三介质基板10和第四介质基板13均为长方形，所述第三介质基板9和第四介质基板13的厚度分别为2mm和1.5mm，材料均为Arlon AD450,相对介电常数为4.5，损损耗角正切为0.0035。

设置所述第一金属条带11的长度L1为107.9mm，宽度W1为2.1mm，材料为覆铜薄膜；

所述第一交指模块12的间隙宽度g为0.1mm，间隙的长度g₁为2.8mm，间隙的第一转折部长度g₂为0.55mm，间隙的第二转折部长度g₃为0.35mm，相邻两个第一交指模块12之间的长度L2为5.3mm；

所述第二条带14长度L5为41.5mm；

所述第三条带15长度L3为32.7mm，宽度W2为2.1mm；

所述第二条带14与所述第三条带15为厚度相同的覆铜薄膜；

所述第二交指模块16的间隙宽度g₈为0.1mm，间隙的长度g₉为5.4mm，间隙的第一转折部长度g₁₀为0.55mm，间隙的第二转折部长度g₁₁为0.35mm；相邻两个第二交指模块16之间的长度L6为4mm；

所述第三交指模块17间隙宽度g₄为0.1mm，间隙的长度g₅为3.1mm，间隙的第一转折部长度g₆为0.35mm，间隙的第二转折部长度g₇为0.55mm。

依照上述参数，使用HFSS对所设计的高隔离度的双极化宽带高密度阵列天线的电压驻波系数比(VSWR)和互耦抑制(同极化、异极化)特性参数进行仿真分析，其分析结果如下：

如图6所示，所设计的天线在满足VSWR<2的情况下，工作带宽可以涵盖1.72-2.69GHz，各个阵元内部的异极化隔离度达到23.4dB；

如图7所示，天线在1.72-2.69GHz工作频段同极化隔离度为20dB，两阵元间异极化隔离度为20.5dB。可见加入互耦抑制结构，在提升阵列天线极化隔离度的同时，本身的匹配等性能都保持良好。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，其特征在于，包括金属地板(1)，以及两个±45°交叉偶极子天线单元(2)、金属隔离墙(3)、一字形交指互耦抑制单元(4)、工字形交指互耦抑制单元(5)；

两个±45°交叉偶极子天线单元(2)均设置在所述金属地板(1)；

两个±45°交叉偶极子天线单元(2)的***的金属地板(1)上均设置有用于降低±45°交叉偶极子天线单元(2)内异极化隔离度的金属隔离墙(3)；

所述一字形交指互耦抑制单元(4)悬置在两个±45°交叉偶极子天线单元(2)的上方，所述工字形交指互耦抑制单元(5)悬置在所述一字形交指互耦抑制单元(4)的上方，所述一字形交指互耦抑制单元(4)及工字形交指互耦抑制单元(5)均与所述金属地板(1)平行设置，所述一字形交指互耦抑制单元(4)与所述工字形交指互耦抑制单元(5)之间形成空气层；两个±45°交叉偶极子天线单元(2)与工字形交指互耦抑制单元(5)之间形成空气层。

2.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，其特征在于，所述±45°交叉偶极子天线单元(2)包括两个正相交的第一介质基板(6)，两个第一介质基板(6)上分别设置有一个偶极子Γ型微带馈线(8)，两个偶极子Γ型微带馈线(8)相互交叉且中间交叠部分上下错开，两个正相交的第一介质基板(6)的一端设置在所述金属地板(1)上，两个正相交的第一介质基板(6)的另一端上设置有第二介质基板(7)，所述第二介质基板(7)上设置有辐射贴片(9)。

3.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，其特征在于，所述一字形交指互耦抑制单元(4)包括第三介质基板(10)以及设置在第三介质基板(10)上的一字形交指组件；

所述一字形交指组件包括第一金属条带(11)，所述第一金属条带(11)上等间距蚀刻有13个第一交指模块(12)。

4.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，其特征在于，所述工字形交指互耦抑制单元(5)包括第四介质基板(13)以及设置在第四介质基板(13)上的工字形交指组件；

所述工字形交指组件中间的第二条带(14)上等间距的蚀刻有4个第二交指模块(16)，所述工字形交指组件两端的第三条带(15)上均蚀刻有4个第三交指模块(17)，4个第二交指模块(17)沿所述第二条带(14)对称设置；

所述第二条带(14)与所述第一金属条带(11)在俯视方向上相互垂直。

5.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，其特征在于，所述金属隔离墙(3)为金属的矩形框，所述金属隔离墙(3)两侧的中心分别蚀刻有一个用于截断金属隔离墙(3)上产生的环向感应电流的矩形槽(18)。

6.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，其特征在于，两个±45°交叉偶极子天线单元(2)的竖直高度H3为30-40mm，两个±45°交叉偶极子天线单元(2)之间的间距D为70mm；

金属隔离墙(3)的整体长度L7为70mm，宽度W3为70mm，高度h为15-25mm，所述矩形槽(18)宽度gw为10-15mm；

所述一字形交指互耦抑制单元(4)的竖直高度H2为10-20mm；

所述工字形交指互耦抑制单元(5)的竖直高度H1为50-60mm；

所述第三介质基板(10)和第四介质基板(13)均为长方形，所述第三介质基板(10)和第四介质基板(13)的厚度分别为2mm和1.5mm，材料均为Arlon AD450,相对介电常数为4.5，损损耗角正切为0.0035。

7.如权利要求6所述的一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，其特征在于，两个±45°交叉偶极子天线单元(2)的竖直高度H3为34.3mm；

金属隔离墙(3)的高度h为18mm，所述矩形槽(19)宽度gw为13mm；

所述一字形交指互耦抑制单元(4)的竖直高度H2为14.35mm；

所述工字形交指互耦抑制单元(5)的竖直高度H1为55.15mm。

8.如权利要求1所述的一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，其特征在于，所述第一金属条带(11)的长度L1为100-110mm，宽度W1为1.5-2.5mm，材料为覆铜薄膜；

所述第一交指模块(12)的间隙宽度g为0.1-0.5mm，间隙的长度g₁为2.5-3.5mm，间隙的第一转折部长度g₂为0.5-0.6mm，间隙的第二转折部长度g₃为0.3-0.4mm，相邻两个第一交指模块(12)之间的长度L2为5-6mm；

所述第二条带(14)长度L5为35-45mm；

所述第三条带(15)长度L3为30-40mm，宽度W2为1.5-2.5mm；

所述第二条带(14)与所述第三条带(15)为厚度相同的覆铜薄膜；

所述第二交指模块(16)的间隙宽度g₈为0.1-0.5mm，间隙的长度g₉为4.5-5.5mm，间隙的第一转折部长度g₁₀为0.5-0.6mm，间隙的第二转折部长度g₁₁为0.3-0.4mm；相邻两个第二交指模块(16)之间的长度L6为3.5-5.5mm；

所述第三交指模块(17)间隙宽度g₄为0.1-0.5mm，间隙的长度g₅为2.5-3.5mm，间隙的第一转折部长度g₆为0.3-0.4mm，间隙的第二转折部长度g₇为0.5-0.6mm。

9.如权利要求8所述的一种具有高隔离度的双极化宽带高密度基站阵列天线，其特征在于，所述第一金属条带(11)的长度L1为107.9mm，宽度W1为2.1mm，材料为覆铜薄膜；

所述第一交指模块(12)的间隙宽度g为0.1mm，间隙的长度g₁为2.8mm，间隙的第一转折部长度g₂为0.55mm，间隙的第二转折部长度g₃为0.35mm，相邻两个第一交指模块(12)之间的长度L2为5.3mm；

所述第二条带(14)长度L5为41.5mm；

所述第三条带(15)长度L3为32.7mm，宽度W2为2.1mm；

所述第二交指模块(16)的间隙宽度g₈为0.1mm，间隙的长度g₉为5.1mm，间隙的第一转折部长度g₁₀为0.55mm，间隙的第二转折部长度g₁₁为0.35mm；相邻两个第二交指模块(16)之间的长度L6为4mm；

所述第三交指模块(17)间隙宽度g₄为0.1mm，间隙的长度g₅为3.1mm，间隙的第一转折部长度g₆为0.35mm，间隙的第二转折部长度g₇为0.55mm。

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