CN114204256B - 全双工应用的宽带高隔离贴片天线及无线通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全双工应用的宽带高隔离贴片天线及无线通信设备，天线包括第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构；第一层结构包括寄生贴片和第一介质板，寄生贴片印刷在第一介质板的上表面；第二层结构包括钩形微带线、辐射体和第二介质板，钩形微带线和辐射体分别印刷在第二介质板的上、下表面；第三层结构包括两条E形微带线和第三介质板，两条E形微带线构成一对，且印刷在第三介质板的上表面；第四层结构包括宽带功分器、馈电端口、第四介质板和金属反射器，宽带功分器与E形微带线相连，馈电端口分别与钩形微带线、辐射体相连，金属反射器和宽带功分器分别印刷在第四介质板的上、下表面。本发明具有宽频带、高隔离的优点。

Description

全双工应用的宽带高隔离贴片天线及无线通信设备
技术领域
本发明涉及一种宽带高隔离贴片天线，尤其是一种全双工应用的宽带高隔离贴片天线及无线通信设备，属于无线通信技术领域。
背景技术
近年来，带内全双工无线通信***由于其相比典型的频分、时分双工***显着提高了频谱资源利用率、数据吞吐率的优点而备受关注。它在雷达***、移动通信，尤其是军事应用中发挥着重要作用。从发射端口到接收端口的信号泄漏会影响全双工***的精度，要实现带内全双工***，必须显着消除从发射机到接收机的自干扰信号泄漏。自干扰消除技术可以根据信号消除的位置分为模拟、数字和传播域。然而，数字域和模拟域的自干扰消除技术提供的隔离不能完全满足全双工通信***的要求，因此必须从天线实现高隔离性能。
中国专利公开号为CN113258304A的专利文献采用金属功分器馈电臂，通过设置在金属地板上的U型缝隙向上耦合能量实现所有端口间耦合的降低。中国专利公告号为CN209329148U的专利文献提出了一种基于新型混合环馈电网络的带内全双工天线，使得发射与接收端之间的隔离大幅提高了。目前该领域的发明很多都是在一个相对较窄的工作频段内实现高隔离，宽频化是目前无线通信***的发展趋势之一，因此一种具有宽带的高隔离天线必然成为全双工无线通信***的首选功能部件之一。
目前此领域大多是采用贴片作为天线单元的辐射体，采用特定的馈电网络，形成不同的自干扰消除技术实现高隔离，这类装置的缺点是工作带宽较窄，隔离度较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种全双工应用的宽带高隔离贴片天线，该天线具有宽频带、高隔离的优点。
本发明的另一目的在于提供一种包含上述宽带高隔离贴片天线的无线通信设备。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种全双工应用的宽带高隔离贴片天线，包括从上往下依次设置的第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构；
所述第一层结构包括寄生贴片和第一介质板，所述寄生贴片印刷在第一介质板的上表面；
所述第二层结构包括钩形微带线、辐射体和第二介质板，所述钩形微带线和辐射体分别印刷在第二介质板的上、下表面；
所述第三层结构包括两条E形微带线和第三介质板，两条E形微带线构成一对，且印刷在第三介质板的上表面；
所述第四层结构包括宽带功分器、馈电端口、第四介质板和金属反射器，所述宽带功分器与E形微带线相连，所述馈电端口分别与钩形微带线、辐射体相连，所述金属反射器和宽带功分器分别印刷在第四介质板的上、下表面。
进一步的，所述钩形微带线包括第一焊接点、第一枝节、第二枝节、第三枝节和第四枝节，所述第一焊接点分别与第一枝节、第三枝节相连，所述第一枝节与第二枝节相连，构成第一钩形结构，所述第三枝节与第四枝节相连，构成第二钩形结构。
进一步的，每条E形微带线包括第二焊接点、第五枝节、第六枝节、第七枝节和第八枝节，所述第二焊接点与第五枝节相连，所述第五枝节分别与第六枝节、第七枝节、第八枝节相连，构成E形结构。
进一步的，所述宽带功分器包括相连的威尔金森功分器和移相器，所述宽带功分器具有一个输入端口和两个输出端口，两个输出端口分别为第一输出端口和第二输出端口；
所述第一输出端口和第二输出端口为差分输出端口，第一输出端口通过第一同轴电缆内导体与其中一条E形微带线相连，第二输出端口通过第二同轴电缆内导体与另一条E形微带线相连，所述第一同轴电缆外导体和第二同轴电缆外导体分别与金属反射器相连。
进一步的，所述馈电端口通过第三同轴电缆内导体与钩形微带线相连，并通过第三同轴电缆外导体与辐射体相连。
进一步的，所述第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构通过多根尼龙栓进行固定。
进一步的，所述寄生贴片上开有多个第一圆形槽，所述第一圆形槽与尼龙栓一一对应。
进一步的，所述辐射体上开有矩形槽和多个第二圆形槽，所述第二圆形槽与尼龙栓一一对应，所述钩形微带线位于矩形槽的周围。
进一步的，所述第一层结构和第二层结构呈+45°放置，所述第三层结构呈-45°放置。
本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种无线通信设备，包括上述的宽带高隔离贴片天线。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
本发明天线通过将钩形微带线和E形微带线分别印刷在两块介质板上，实现±45°双极化辐射，引入寄生贴片和宽带功分器，改善双极化的阻抗带宽，在1.7GHz-2.9GHz频段内，|S11|、|S22|<-10dB，其工作频带较宽，相对阻抗带宽为52.2％，该天线具有良好的辐射特性，双极化半功率波束宽度为63°±5°和67°±7°，双极化增益高于8.3dBi和8.7dBi，并且在工作频段内的辐射方向图稳定；此外，本发明天线采用不同馈电机理和差分馈电技术，使得双极化两端口之间的电流耦合极小，隔离度|S21|大于61dB。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例的全双工应用的宽带高隔离贴片天线的结构示意图。
图2为本发明实施例的全双工应用的宽带高隔离贴片天线的第一层结构图。
图3为本发明实施例的全双工应用的宽带高隔离贴片天线的第二层顶部结构图。
图4为本发明实施例的全双工应用的宽带高隔离贴片天线的第二层底部结构图。
图5为本发明实施例的全双工应用的宽带高隔离贴片天线的第三层结构图。
图6为本发明实施例的全双工应用的宽带高隔离贴片天线的第四层结构图。
图7为本发明实施例的全双工应用的宽带高隔离贴片天线的S参数曲线图。
图8为本发明实施例的全双工应用的宽带高隔离贴片天线的增益图。
图9a～图9b为本发明实施例的全双工应用的宽带高隔离贴片天线的辐射方向图。
其中，1-第一层结构，101-寄生贴片，102-第一介质板，103-第一圆形槽，2-第二层结构，200-钩形微带线，201-第一焊接点，202-第一枝节，203-第二枝节，204-第三枝节，205-第四枝节，206-第二介质板，207-辐射体，208-矩形槽，209-第二圆形槽，3-第三层结构，300-E形微带线，301-第二焊接点，302-第五枝节，303-第六枝节，304-第七枝节，305-第八枝节，4-第四层结构，400-宽带功分器，401-输入端口，402-馈电端口，403-威尔金森功分器，404-移相器，405-第一输出端口，406-第二输出端口，407-第四介质板，408-金属反射器，501-第一同轴电缆，502-第二同轴电缆，503-第三同轴电缆，6-尼龙栓。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1所示，本实施例提供了一种全双工应用的宽带高隔离贴片天线，该天线能够应用于各种无线通信设备中，其包括第一层结构1、第二层结构2、第三层结构3和第四层结构4，第一层结构1、第二层结构2、第三层结构3和第四层结构4从上往下依次设置，并通过四根尼龙栓6进行固定。
如图1和图2所示，第一层结构1呈+45°放置，其包括寄生贴片101和第一介质板102，寄生贴片101用于增强阻抗带宽，印刷在第一介质板102上表面，寄生贴片101上开有四个第一圆形槽103，第一圆形槽103与尼龙栓6一一对应，每个第一圆形槽103可使一根尼龙栓6穿过。
如图1、图3和图4所示，第二层结构2呈+45°放置，其包括钩形微带线200、辐射体207和第二介质板206，钩形微带线200包括第一焊接点201、第一枝节202、第二枝节203、第三枝节204和第四枝节205，第一焊接点201分别与第一枝节202、第三枝节204相连，其中第二枝节203和第四枝节205呈弯折形，第一枝节202与第二枝节203相连，构成第一钩形结构，第三枝节204与第四枝节205相连，构成第二钩形结构，本实施例的第一焊接点201位于第二介质板206的中心处；进一步地，辐射体207上开有矩形槽208和四个第二圆形槽209，第二圆形槽209与尼龙栓6一一对应，每个第二圆形槽209可使一根尼龙栓6穿过，钩形微带线200位于矩形槽208的周围，用于向辐射体207激励+45°倾斜辐射，由第三同轴电缆503激发，钩形微带线200和辐射体207分别印刷在第二介质板206的上、下表面。
如图1和图5所示，第三层结构3呈-45°放置，其包括两条E形微带线300和第三介质板306，每条E形微带线300包括第二焊接点301、第五枝节302、第六枝节303、第七枝节304和第八枝节305，第二焊接点301与第五枝节相连，第五枝节302分别与第六枝节303、第七枝节304、第八枝节305相连，构成E形结构，本实施例的第二焊接点301位于第三介质板306的中心处；两条E形微带线300构成一对，且印刷在第三介质板306的上表面，由差分馈源激发以产生-45°倾斜辐射。
如图1～图6所示，第四层结构4包括宽带功分器400、馈电端口402、第四介质板407和金属反射器408，宽带功分器400为宽带180°功分器，且宽带功分器400与E形微带线300相连，馈电端口402分别与钩形微带线200、辐射体207相连，金属反射器408用于在宽频带上稳定半功率波束宽度，金属反射器408和宽带功分器400分别印刷在第四介质板407的上、下表面。
进一步地，宽带功分器400包括相连的威尔金森功分器403和移相器404，其中移相器404为180°移相器，宽带功分器400具有一个输入端口401和两个输出端口，两个输出端口分别为第一输出端口405和第二输出端口406；输入端口401为馈电端口，第一输出端口405和第二输出端口406为差分输出端口，第一输出端口405通过第一同轴电缆501内导体与其中一条E形微带线300相连，具体与该条E形微带线300的第二焊接点301相连，用于差分馈电，第二输出端口406通过第二同轴电缆502内导体与另一条E形微带线300相连，具体与该条E形微带线300的第二焊接点301相连，用于差分馈电，第一同轴电缆501外导体和第二同轴电缆502外导体分别与金属反射器408相连；信号从输入端口401输入，通过威尔金森功分器403一分二形成等幅度的信号，再通过移相器404，最终在两个输出端口形成等幅度相位差180°的信号。
进一步地，馈电端口402通过第三同轴电缆503内导体与钩形微带线200相连，具体与钩形微带线200的第一焊接点201相连，并通过第三同轴电缆503外导体与辐射体207相连。
如图7、图8、图9a～图9b分别为本实施例的宽带高隔离贴片天线的S参数曲线图、增益曲线图、辐射方向图，此天线的工作频段为1.7GHz-2.9GHz，相对带宽为52.2％。该天线具有良好的辐射特性，双极化的半功率波束宽度为63°±5°和67°±7°，隔离度|S21|大于61dB，双极化的增益分别高于8.3dBi，并且在工作频段内的辐射方向图稳定。
综上所述，本发明天线通过将钩形微带线和E形微带线分别印刷在两块介质板上，实现±45°双极化辐射，引入寄生贴片和宽带功分器，改善双极化的阻抗带宽，在1.7GHz-2.9GHz频段内，|S11|、|S22|<-10dB，带宽达到52.2％，并且双极化采用不同的馈电机理和差分馈电技术，在工作频段内，双极化辐射之间相互影响极小，从而获得大于60dB的高隔离度。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，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 (7)

1.一种全双工应用的宽带高隔离贴片天线，其特征在于，包括从上往下依次设置的第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构，所述第一层结构和第二层结构呈+45°放置，所述第三层结构呈-45°放置；
所述第一层结构包括寄生贴片和第一介质板，所述寄生贴片印刷在第一介质板的上表面；
所述第二层结构包括钩形微带线、辐射体和第二介质板，所述钩形微带线和辐射体分别印刷在第二介质板的上、下表面；
所述第三层结构包括两条E形微带线和第三介质板，两条E形微带线构成一对，且印刷在第三介质板的上表面；
所述第四层结构包括宽带功分器、馈电端口、第四介质板和金属反射器，所述宽带功分器与E形微带线相连，所述馈电端口分别与钩形微带线、辐射体相连，所述金属反射器和宽带功分器分别印刷在第四介质板的上、下表面；
所述宽带功分器包括相连的威尔金森功分器和移相器，所述宽带功分器具有一个输入端口和两个输出端口，两个输出端口分别为第一输出端口和第二输出端口；
所述第一输出端口和第二输出端口为差分输出端口，第一输出端口通过第一同轴电缆内导体与其中一条E形微带线相连，第二输出端口通过第二同轴电缆内导体与另一条E形微带线相连，所述第一同轴电缆外导体和第二同轴电缆外导体分别与金属反射器相连；
所述馈电端口通过第三同轴电缆内导体与钩形微带线相连，并通过第三同轴电缆外导体与辐射体相连。
2.根据权利要求1所述的宽带高隔离贴片天线，其特征在于，所述钩形微带线包括第一焊接点、第一枝节、第二枝节、第三枝节和第四枝节，所述第一焊接点分别与第一枝节、第三枝节相连，所述第一枝节与第二枝节相连，构成第一钩形结构，所述第三枝节与第四枝节相连，构成第二钩形结构。
3.根据权利要求1所述的宽带高隔离贴片天线，其特征在于，每条E形微带线包括第二焊接点、第五枝节、第六枝节、第七枝节和第八枝节，所述第二焊接点与第五枝节相连，所述第五枝节分别与第六枝节、第七枝节、第八枝节相连，构成E形结构。
4.根据权利要求1-3任一项所述的宽带高隔离贴片天线，其特征在于，所述第一层结构、第二层结构、第三层结构和第四层结构通过多根尼龙栓进行固定。
5.根据权利要求4所述的宽带高隔离贴片天线，其特征在于，所述寄生贴片上开有多个第一圆形槽，所述第一圆形槽与尼龙栓一一对应。
6.根据权利要求4所述的宽带高隔离贴片天线，其特征在于，所述辐射体上开有矩形槽和多个第二圆形槽，所述第二圆形槽与尼龙栓一一对应，所述钩形微带线位于矩形槽的周围。
7.一种无线通信设备，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的宽带高隔离贴片天线。
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