CN115986403A - 低剖面高隔离度极化分集贴片天线及无线通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低剖面高隔离度极化分集贴片天线及无线通信设备,所述天线包括第一层、第二层和两个同轴电缆端口;所述第一层包括第一介质板、辐射贴片和勾形微带巴伦,所述勾形微带巴伦设置在第一介质板的顶部,所述辐射贴片设置在第一介质板的底部;所述第二层包括第二介质板、金属反射板和微带线,所述金属反射板设置在第二介质板的顶部,所述微带线设置在第二介质板的底部;两个同轴电缆端口分别为第一同轴电缆端口和第二同轴电缆端口,第一同轴电缆端口通过勾形微带巴伦馈电,第二同轴电缆端口通过微带线耦合馈电。本发明具有加工成本低、馈电方式简单、剖面高度低和隔离度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种贴片天线,尤其是一种低剖面高隔离度极化分集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,双极化天线在无线通信***中得到了广泛的应用,因为双极化天线可以重用频段并提供极化分集方案,使信道容量翻倍并减少多径衰落的负面影响。过去的几年中,各种类型的双极化贴片天线被报道。根据馈电结构的原理,可以将这些天线分为不同的类型。第一种类型是探针直接馈电或耦合馈电,大部分天线采用差分馈电激励,以获得高隔离和低交叉极化水平。第二种是孔径耦合馈电。这种类型的天线通常在金属地面上开槽,能量从槽耦合到辐射贴片。最后一种是结合探针馈电的混合孔径耦合馈电。在这种类型中,双极化贴片天线由于馈电结构的不同和辐射模型的正交性,通常可以获得较高的端口隔离。但是,在高性能要求和有限空间的产品中,尺寸、重量、成本、性能和安装便捷性都受到限制,因此需要采用低剖面高隔离度双极化贴片天线。
中国专利文献CN201410681603.2提出一种金属背腔双极化宽带辐射单元,该发明的馈电结构避免了单线馈电,采用了偏心双线馈电,提高了双极化的隔离度,天线的阻抗带宽覆盖X波段,相对带宽达到40%,双端口极化隔离度大于26 dB。
中国专利文献CN202210890135.4提出高隔离度双极化天线,该发明采用上下两层天线,下层天线有包括下层PCB和主辐射面,上层天线包括上层PCB和二次辐射的引向片,该天线在工作频段5.5-5.8 GHz内隔离度大于35 dB。
目前此领域大多是天线的剖面高度过高且为提高隔离度,采用复杂的馈电网络,缺点是剖面高,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,提供了一种低剖面高隔离度极化分集贴片天线,该天线具有加工成本低、馈电方式简单、剖面高度低和隔离度高的优点。
本发明的另一目的在于提供一种包含上述低剖面高隔离度极化分集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:
一种低剖面高隔离度极化分集贴片天线,包括第一层、第二层和两个同轴电缆端口;
所述第一层包括第一介质板、辐射贴片和勾形微带巴伦,所述勾形微带巴伦设置在第一介质板的顶部,所述辐射贴片设置在第一介质板的底部;
所述第二层包括第二介质板、金属反射板和微带线,所述金属反射板设置在第二介质板的顶部,所述微带线设置在第二介质板的底部;
两个同轴电缆端口分别为第一同轴电缆端口和第二同轴电缆端口,第一同轴电缆端口通过微带线耦合馈电,第二同轴电缆端口通过勾形微带巴伦馈电。
进一步的,所述第二层还包括环形焊盘和矩形焊盘,所述环形焊盘设置在第二介质板底部的中央位置,并与金属反射板连接,所述矩形焊盘为两个,两个矩形焊盘对称设置在第二介质板底部的同一边缘位置,并与金属反射板连接;
所述第一同轴电缆端口的外导体与两个矩形焊盘连接,第一同轴电缆端口的内导体与微带线连接;
所述第二同轴电缆端口依次穿过第二介质板、金属反射板、辐射贴片、第一介质板后,第二同轴电缆端口的外导体与环形焊盘、辐射贴片连接,第二同轴电缆端口的内导体与勾形微带巴伦连接。
进一步的,所述环形焊盘通过第一金属化过孔与金属反射板连接,所述矩形焊盘通过第二金属化过孔与金属反射板连接。
进一步的,所述第一金属化过孔和第二金属化过孔的直径不同。
进一步的,所述辐射贴片上蚀刻有两个第一开槽,两个第一开槽对称设置在辐射贴片中心的两侧,两个第一开槽的末端穿过辐射贴片的边缘,所述勾形微带巴伦位于第一开槽的正上方。
进一步的,所述金属反射板上蚀刻有第二开槽,所述微带线位于第二开槽的正下方。
进一步的,所述微带线包括第一枝节和第二枝节,所述第一枝节的尺寸大于第二枝节的尺寸,第一枝节的一端与第二枝节的一端连接,所述第二枝节的另一端与第一同轴电缆端口的内导体连接。
进一步的,所述勾形微带巴伦包括焊接处、第三枝节和第四枝节,所述焊接处位于第三枝节的中间位置,焊接处与第二同轴电缆端口的内导体连接,所述第三枝节为矩形枝节,所述第四枝节为两个,两个第四枝节均为弯折形枝节,两个第四枝节对称设置,两个第四枝节分别与第三枝节的两端连接。
进一步的,还包括固定栓,所述第一层和第二层之间有空气缝,第一层和第二层之间通过固定栓固定。
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,包括上述的低剖面高隔离度极化分集贴片天线。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果:
1、本发明天线的第一同轴电缆端口通过微带线耦合馈电,第二同轴电缆端口通过勾形微带巴伦直接馈电;当第一同轴电缆端口被激发时,电流主要集中在辐射贴片的两个边缘和中心-X方向,从而产生-X方向辐射;当只激发第二同轴电缆端口时,电流主要集中在辐射贴片-Y方向的两个对称的小矩形槽和边缘上,产生-Y方向辐射;此外,由于馈电结构的不同,第一同轴电缆端口由与微带馈电线耦合的槽激励产生传统贴片辐射模式,第二同轴电缆端口由微带巴伦激励产生偶极子辐射模式,导致电流辐射矢量大部分分布在辐射贴片上的不同位置;同时,两个同轴电缆端口的激励电流矢量的方向是正交的;因此,当一个同轴电缆端口被激发时,两个同轴电缆端口之间会产生非常高的隔离。
2、本发明天线还采用了短路针的分流效应,第二同轴电缆端口的外导体与金属反射板短路,当第一同轴电缆端口激励时,流向第二同轴电缆端口的辐射电流大大减弱;天线工作频段为3.3 GHz-3.8 GHz,其工作频带覆盖N78频段,|S11|、|S22|<-10dB,相对阻抗带宽为14.1%,具有较低的剖面高度、优秀的隔离性能和良好的增益特性,总尺寸为0.39λ0×0.39λ0×0.08λ0(λ0是中心频率的波长),工作频段内双极化增益高于8.61 dBi和7.90 dBi。在不使用复杂的馈电网络情况下,采用不同的简单的馈电方式和短路针的分流效应,两个同轴电缆端口之间的电流耦合极小,隔离度|S21|大于52 dB。
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为本发明实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的结构示意图。
图2为本发明实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的第一层顶部结构示意图。
图3为本发明实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的第一层底部结构示意图。
图4为本发明实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的第二层顶部结构示意图。
图5为本发明实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的第二层底部结构示意图。
图6为本发明实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的俯视结构示意图。
图7为本发明实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的侧视结构示意图。
图8为本实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的反射系数曲线图。
图9为本实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的隔离度曲线图。
图10为本实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的增益曲线图。
图11为本实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的第一同轴电缆端口连接微带线在中心频率3.55 GHz的辐射方向图。
图12为本实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的第二同轴电缆端口连接勾形微带巴伦在中心频率3.55 GHz的辐射方向图。
其中,1-第一同轴电缆端口,2-第二同轴电缆端口,3-固定栓,101-第一介质板,102-焊接处,103-第三枝节,104-第四枝节,105-辐射贴片,106-第一开槽,201-第二介质板,202-金属反射板,203-第二开槽,204-第一金属化过孔,205-第二金属化过孔,206-环形焊盘,207-第一枝节,208-第二枝节,209-矩形焊盘,301-通孔槽。
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~图5所示,本实施例提供了一种低剖面高隔离度极化分集贴片天线,该天线能够应用于各种无线通信设备中,其包括第一层、第二层和两个同轴电缆端口,两个同轴电缆端口分别为第一同轴电缆端口(激励端口1)1和第二同轴电缆端口(激励端口2)2。
进一步地,第一层和第二层之间有空气缝,间距H为5mm,并通过固定栓3固定,第一层所用材料是Arlon AD260A (tm),厚度为0.762 mm,介电常数εr =2.6,tanδ = 0.0017,第二层所用材料是FR4,厚度为1mm,介电常数εr = 4.4,tanδ = 0.02,固定栓3所用材料是尼龙。
本实施例中,第一层包括第一介质板101、辐射贴片105和勾形微带巴伦,勾形微带巴伦设置在第一介质板101的顶部,辐射贴片105设置在第一介质板101的底部,第二同轴电缆端口2通过勾形微带巴伦直接馈电;第二层包括第二介质板201、金属反射板202和微带线,金属反射板202设置在第二介质板201的顶部,微带线设置在第二介质板201的底部,第一同轴电缆端口1通过微带线耦合馈电。
进一步地,微带线包括第一枝节207和第二枝节208,第一枝节207的尺寸大于第二枝节208的尺寸,第一枝节207的一端与第二枝节208的一端连接,第二枝节208的另一端与第一同轴电缆端口1的内导体连接。
进一步地,勾形微带巴伦包括焊接处102、第三枝节103和第四枝节104,焊接处102位于第三枝节103的中间位置,焊接处102与第二同轴电缆端口2的内导体连接,第三枝节103为矩形枝节,第四枝节104为两个,两个第四枝节104均为弯折形枝节,两个第四枝节104对称设置,两个第四枝节104分别与第三枝节103的两端连接。
进一步地,辐射贴片105上蚀刻有两个第一开槽106,两个第一开槽106均为矩形开路槽,两个第一开槽106对称设置在辐射贴片105中心的两侧,两个第一开槽106的末端穿过辐射贴片105的边缘,勾形微带巴伦位于第一开槽106的正上方,具体地,一个第四枝节104位于一个第一开槽106的正上方,另一个第四枝节104位于另一个第一开槽106的正上方;当第二同轴电缆端口2被激励时,将能量通过第一开槽106耦合到辐射贴片105。
进一步地,金属反射板202上蚀刻有第二开槽203,第二开槽203为长矩形槽,第二开槽203设置在中心距离第二介质板201边界L8处,微带线位于第二开槽203的正下方,具体地,微带线的第一枝节207位于第二开槽203的正下方;当第一同轴电缆端口1被激励时,将能量通过第二开槽203耦合到辐射贴片105。
进一步地,为了接入端口和焊接以及组装的方便,第二层还包括环形焊盘206和矩形焊盘209,环形焊盘206设置在第二介质板201底部的中央位置,并与金属反射板202连接,矩形焊盘209为两个,两个矩形焊盘209对称设置在第二介质板201底部的同一边缘位置,并与金属反射板202连接。
第一同轴电缆端口1的外导体与两个矩形焊盘209连接,第一同轴电缆端口1的内导体与微带线连接,具体与微带线的第二枝节208直接连接。
第二同轴电缆端口2依次穿过第二介质板201、金属反射板202、辐射贴片105、第一介质板101后,第二同轴电缆端口2的外导体与环形焊盘206、辐射贴片105连接,第二同轴电缆端口2的内导体与勾形微带巴伦连接,具体与勾形微带巴伦的焊接处102连接。
进一步地,为了使两个同轴电缆端口外导体通过焊盘连接金属反射板202,环形焊盘206通过第一金属化过孔204与金属反射板202连接,即第一金属化过孔204的下端设置在环形焊盘206上,数量为4个,第一金属化过孔204的上端连接在金属反射板202上,并与第二同轴电缆端口2的外导体连接,矩形焊盘209通过第二金属化过孔205与金属反射板202连接,即第二金属化过孔205的下端设置在矩形焊盘209上,两边数量共为6个,第二金属化过孔205的上端连接在金属反射板202上,并与第一同轴电缆端口1的外导体连接,其中第一金属化过孔204和第二金属化过孔205的直径不同。
进一步地,为了实现第一层和第二层之间通过固定栓3固定,本实施例的固定栓3设置了四个,在第一介质板101四个角的边缘处分布四个通孔槽301,并在第二介质板201的相应位置上分布四个通孔槽301,每个通孔槽301与一个固定栓3相匹配,能够使该固定栓3穿过,用四个固定栓3依次穿过第一介质板101、辐射贴片105、金属反射板202、第二介质板201固定。
如图1~图7所示,第一介质板101为正方形,宽度L为32.6mm,高度H1为0.762mm;位于下方间距H为5mm的第二介质板201也为正方形,宽度L9为80mm,高度H2为1mm;辐射贴片105为正方形,其宽度L为32.6mm,蚀刻于辐射贴片105上的第一开槽106长度L4为5.3mm宽度W4为1.7mm;位于辐射贴片105上方的第三枝节103长度L1为15.4mm,宽度W2为3.4mm,第四枝节104总长度L2为11.9mm,宽度W3为2.0mm;金属反射板202长度和宽度L9为80mm,距离金属反射板202边缘L8为28.7mm处,第二开槽203长度L3为19.73mm,宽度W5为1.4 mm;位于第二开槽203下方的第一枝节207长度L5为15.2 mm,宽度W6为2.3 mm,第二枝节208长度L6为11.6 mm,宽度W7为1.3mm;金属化过孔204和205直径D1和D3为0.4 mm和1mm;通孔槽301的直径D2为2mm。
图8、图9、图10、图11和图12分别为本实施例的低剖面高隔离度极化分集贴片天线的反射系数(|S11|和|S22|)曲线图、隔离度(|S21|)曲线图、增益曲线图、第一同轴电缆端口连接微带线在中心频率3.55 GHz的辐射方向图以及第二同轴电缆端口连接勾形微带巴伦在中心频率3.55 GHz的辐射方向图;本实施例天线的工作频段为3.3 GHz-3.8 GHz,其工作频带覆盖N78频段,|S11|、|S22|<-10dB,相对阻抗带宽为14.1%,具有较低的剖面高度、优秀的隔离性能和良好的增益特性,总尺寸为0.39λ0×0.39λ0×0.08λ0(λ0是中心频率的波长),工作频段内双极化增益高于8.61 dBi和7.90 dBi。在不使用复杂的馈电网络情况下,采用不同的简单的馈电方式和短路针的分流效应,两个同轴电缆端口之间的电流耦合极小,隔离度|S21|大于52 dB。
综上所述,本发明天线的一个同轴电缆端口通过微带线耦合馈电,另一个同轴电缆端口通过勾形微带巴伦直接馈电,采用了两种不用的馈电方式实现双极化辐射,馈电方式简单,天线尺寸和剖面高度小,且没有引入复杂的馈电网络,并且双极化采用不同的简单的馈电方式和短路针的分流效应,在工作频段内,双极化辐射之间相互影响极小,从而获得高隔离度。
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 (10)
1.一种低剖面高隔离度极化分集贴片天线,其特征在于,包括第一层、第二层和两个同轴电缆端口;
所述第一层包括第一介质板、辐射贴片和勾形微带巴伦,所述勾形微带巴伦设置在第一介质板的顶部,所述辐射贴片设置在第一介质板的底部;
所述第二层包括第二介质板、金属反射板和微带线,所述金属反射板设置在第二介质板的顶部,所述微带线设置在第二介质板的底部;
两个同轴电缆端口分别为第一同轴电缆端口和第二同轴电缆端口,第一同轴电缆端口通过微带线耦合馈电,第二同轴电缆端口通过勾形微带巴伦馈电。
2.根据权利要求1所述的低剖面高隔离度极化分集贴片天线,其特征在于,所述第二层还包括环形焊盘和矩形焊盘,所述环形焊盘设置在第二介质板底部的中央位置,并与金属反射板连接,所述矩形焊盘为两个,两个矩形焊盘对称设置在第二介质板底部的同一边缘位置,并与金属反射板连接;
所述第一同轴电缆端口的外导体与两个矩形焊盘连接,第一同轴电缆端口的内导体与微带线连接;
所述第二同轴电缆端口依次穿过第二介质板、金属反射板、辐射贴片、第一介质板后,第二同轴电缆端口的外导体与环形焊盘、辐射贴片连接,第二同轴电缆端口的内导体与勾形微带巴伦连接。
3.根据权利要求2所述的低剖面高隔离度极化分集贴片天线,其特征在于,所述环形焊盘通过第一金属化过孔与金属反射板连接,所述矩形焊盘通过第二金属化过孔与金属反射板连接。
4.根据权利要求3所述的低剖面高隔离度极化分集贴片天线,其特征在于,所述第一金属化过孔和第二金属化过孔的直径不同。
5.根据权利要求1所述的低剖面高隔离度极化分集贴片天线,其特征在于,所述辐射贴片上蚀刻有两个第一开槽,两个第一开槽对称设置在辐射贴片中心的两侧,两个第一开槽的末端穿过辐射贴片的边缘,所述勾形微带巴伦位于第一开槽的正上方。
6.根据权利要求1所述的低剖面高隔离度极化分集贴片天线,其特征在于,所述金属反射板上蚀刻有第二开槽,所述微带线位于第二开槽的正下方。
7.根据权利要求1-6任一项所述的低剖面高隔离度极化分集贴片天线,其特征在于,所述微带线包括第一枝节和第二枝节,所述第一枝节的尺寸大于第二枝节的尺寸,第一枝节的一端与第二枝节的一端连接,所述第二枝节的另一端与第一同轴电缆端口的内导体连接。
8.根据权利要求1-6任一项所述的低剖面高隔离度极化分集贴片天线,其特征在于,所述勾形微带巴伦包括焊接处、第三枝节和第四枝节,所述焊接处位于第三枝节的中间位置,焊接处与第二同轴电缆端口的内导体连接,所述第三枝节为矩形枝节,所述第四枝节为两个,两个第四枝节均为弯折形枝节,两个第四枝节对称设置,两个第四枝节分别与第三枝节的两端连接。
9.根据权利要求1-6任一项所述的低剖面高隔离度极化分集贴片天线,其特征在于,还包括固定栓,所述第一层和第二层之间有空气缝,第一层和第二层之间通过固定栓固定。
10.一种无线通信设备,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的低剖面高隔离度极化分集贴片天线。
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- 2023-03-20 CN CN202310265686.6A patent/CN115986403B/zh active Active
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