CN117060047A - 一种加载寄生单元的混合馈电双极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加载寄生单元的混合馈电双极化天线，包括：寄生单元、辐射单元、端口单元、反射单元和空气间隙；所述寄生单元、辐射单元、端口单元、反射单元从上至下依次平行放置，所述寄生单元和所述辐射单元中间设置有所述空气间隙，所述端口单元和所述反射单元中间设置有所述空气间隙。本发明所设计的天线既能够保证两个极化端口的隔离度，又能够提高天线的增益表现，使天线的辐射性能远超基站天线的性能要求。

Description

一种加载寄生单元的混合馈电双极化天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种加载寄生单元的混合馈电双极化天线。
背景技术
在通信环境日趋复杂的今天，信号在传输过程中难免会产生衰减或畸变，因此在移动通信基站中，通常选择采用多种极化信号传输的方式来形成独立信道，从而保证通信质量。其原因在于，一个信号由多个独立信道传输可以大大提高容错率，提高传输效率。而在综合考量性能和安装难度之后，发现双极化天线在实际通信***中使用最方便和高效。为了保证每个信道的独立性，在设计双极化天线时要达到较高的极化间隔离，可以用端口隔离度来衡量，因此端口隔离度是设计一款双极化天线时需要重点关注的一个参数。同时，第五代移动通信并不是浅显地取代前几代移动通信，而是要兼容几代通信标准，涉及到天线上面，也就是说基站天线需要覆盖几代通信的不同频段。而达成这一目标的方法就是需要设计出带宽更宽的双极化天线，或者是能够同时覆盖两个或两个以上通信频段的双极化天线。
因此，本发明综合考虑上述技术问题，提出一种加载寄生单元的混合馈电双极化天线。
发明内容
本发明的目的是提供一种加载寄生单元的混合馈电双极化天线，采用混合馈电技术，并在天线上方加载与其空间上平行的寄生单元，保证极化端口的隔离度，提高天线的增益表现。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种加载寄生单元的混合馈电双极化天线，包括：寄生单元、辐射单元、端口单元、反射单元和空气间隙；所述寄生单元、辐射单元、端口单元、反射单元从上至下依次平行放置，所述寄生单元和所述辐射单元中间设置有所述空气间隙，所述端口单元和所述反射单元中间设置有所述空气间隙。
进一步地，所述寄生单元包括：寄生贴片和介质层一，所述寄生贴片加载在所述介质层一的中心位置，所述寄生贴片和所述介质层一均为正方形结构。
进一步地，所述辐射单元包括：辐射贴片和介质层二，所述辐射贴片加载在所述介质层二的中心位置，所述辐射贴片和所述介质层二均为正方形结构。
进一步地，所述端口单元包括：馈线一、介质层三、缺陷地、介质层四和馈线二，所述馈线一垂直放置在所述介质层三上表面，所述馈线二水平放置在所述介质层四下表面，所述缺陷地上设置有缝隙，所述缺陷地放置在所述介质层三和所述介质层四的中间，基于所述馈线一、介质层三、缺陷地形成垂直极化端口馈电，基于所述缺陷地、介质层四、馈线二形成水平极化端口馈电。
进一步地，所述垂直极化端口采用电磁耦合馈电方式，所述水平极化端口采用缝隙耦合馈电方式。
进一步地，所述反射单元包括反射板，所述反射板为正方形结构。
进一步地，所述介质层一、介质层二、介质层三、介质层四均采用FR4_epoxy板材，相对介电常数εr＝4.4，损耗角正切tanδ＝0.02。
本发明的有益效果为：
本发明基于双极化微带贴片天线和缝隙耦合馈电的理论基础，设计了加载寄生单元的混合馈电双极化天线，该天线的两个极化端口位于不同平面，采用混合馈电技术，即垂直极化端口采用电磁耦合进行馈电，水平极化端口采用缝隙耦合进行馈电，并在天线上方加载与其空间上平行的寄生单元，既保证了两个极化端口的隔离度，又提高了天线的增益表现，使天线的辐射性能远超基站天线的性能要求。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种加载寄生单元的混合馈电双极化天线结构示意图；
图2为本发明实施例的天线的寄生单元和辐射单元结构示意图，其中，图2(a)为寄生单元结构示意图，图2(b)为辐射单元结构示意图；
图3为本发明实施例的两个极化端口的结构示意图，其中，图3(a)为垂直极化端口馈电结构示意图，图3(b)为水平极化端口馈电结构示意图；
图4为本发明实施例的天线性能表现测试结果图，其中，图4(a)为天线的S参数图，图4(b)为线在中心频点3.5GHz处的增益方向图；
图5为本发明实施例的两个极化端口的交叉极化比，其中，图5(a)为垂直极化端口的交叉极化比，图5(b)为水平极化端口的交叉极化比。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供了一种加载寄生单元的混合馈电双极化天线，天线结构如图1所示，包括：寄生单元、辐射单元、端口单元、反射单元和两个空气间隙；
寄生单元、辐射单元、端口单元和反射单元从上到下依次平行放置，寄生单元和辐射单元中间设置空气间隙一，端口单元和反射单元中间设置空气间隙二，其中，空气间隙一为6mm，空气间隙二为3mm。
寄生单元包括寄生贴片和介质层一，寄生贴片加载在介质层一的中心位置；寄生单元具体设置如图2(a)所示，介质层一为对称结构的正方形介质基板，介质层一的厚度H1＝0.6mm，边长ls＝38.5mm；寄生贴片为对称结构的正方形寄生贴片，边长lc＝15mm。
辐射单元包括辐射贴片和介质层二，辐射贴片加载在介质层二的中心位置；辐射单元具体设置如图2(b)所示，介质层二为对称结构的正方形介质基板，介质层二的厚度H2＝1mm，边长ls＝38.5mm；辐射贴片为对称结构的正方形辐射贴片，边长lp＝18.6mm。
端口单元包括馈线一、介质层三、缺陷地、介质层四和馈线二，馈线一为垂直极化端口的馈线，馈线一加载在介质层三上表面，馈线二为水平极化端口的馈线，加载在介质层四下表面，缺陷地为挖去对应水平极化端口缝隙的金属地，放置在介质层三和介质层四的中间位置；
垂直极化端口馈电具体结构设置如图3(a)所示，垂直极化端口采用电磁耦合馈电方式，馈线一的长度l1＝20mm，宽度w1＝2.47mm，介质层三为对称结构的正方形介质基板，介质层三的厚度H3＝0.4mm，边长ls＝38.5mm；
水平极化端口馈电具体结构设置如图3(b)所示，水平极化端口采用缝隙耦合馈电方式，馈线二的长度l2＝19mm，宽度w2＝0.97mm，介质层四为对称结构的正方形介质基板，介质层四的厚度H4＝0.4mm，边长ls＝38.5mm；
水平极化端口缝隙的长度l3＝7mm，宽度w3＝5mm；
两个馈电端口采用了不同的馈电方式，并且有金属地将它们隔开，从而减少了两个端口之间的耦合作用，提高了天线的端口隔离度。
反射单元包括反射板，反射板为对称结构的正方形反射板，边长ls＝38.5mm，引入反射板能够提高天线的增益表现。
为了更好地抑制表面波，四层介质基板均采用FR4_epoxy板材，相对介电常数εr＝4.4，损耗角正切tanδ＝0.02。
下面对本实施例提出的加载寄生单元的混合馈电双极化天线进行测试，测试结果如下：
如图4所示，其中，图4(a)为天线的S参数图，可以看出，天线的垂直极化端口的谐振频率为3.35～3.64GHz，水平极化端口的谐振频率为3.20～3.71GHz，两个极化端口的谐振频率均覆盖3.35～3.64GHz，天线的绝对带宽为290MHz，在工作频段内，该天线的端口隔离度|S21|基本在-35dB以下；图4(b)为线在中心频点3.5GHz处的增益方向图，可以看出，天线的增益为5.0dBi。
如图5所示，其中图5(a)为垂直极化端口的交叉极化比，图5(b)为水平极化端口的交叉极化比，可以看出，垂直极化端口的交叉极化比为35.1dB，水平极化端口的交叉极化比为35.7dB，均远高于基站天线18.0dB的性能要求。
本发明基于双极化微带贴片天线和缝隙耦合馈电的理论基础，设计了加载寄生单元的混合馈电双极化天线，该天线的两个极化端口位于不同平面，采用混合馈电技术，即垂直极化端口采用电磁耦合进行馈电，水平极化端口采用缝隙耦合进行馈电，并在天线上方加载与其空间上平行的寄生单元，既保证了两个极化端口的隔离度，又提高了天线的增益表现，使天线的增益性能远超基站天线的性能要求。
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种加载寄生单元的混合馈电双极化天线，其特征在于，包括：寄生单元、辐射单元、端口单元、反射单元和空气间隙；所述寄生单元、辐射单元、端口单元、反射单元从上至下依次平行放置，所述寄生单元和所述辐射单元中间设置有所述空气间隙，所述端口单元和所述反射单元中间设置有所述空气间隙。
2.根据权利要求1所述的加载寄生单元的混合馈电双极化天线，其特征在于，所述寄生单元包括：寄生贴片和介质层一，所述寄生贴片加载在所述介质层一的中心位置，所述寄生贴片和所述介质层一均为正方形结构。
3.根据权利要求1所述的加载寄生单元的混合馈电双极化天线，其特征在于，所述辐射单元包括：辐射贴片和介质层二，所述辐射贴片加载在所述介质层二的中心位置，所述辐射贴片和所述介质层二均为正方形结构。
4.根据权利要求1所述的加载寄生单元的混合馈电双极化天线，其特征在于，所述端口单元包括：馈线一、介质层三、缺陷地、介质层四和馈线二，所述馈线一垂直放置在所述介质层三上表面，所述馈线二水平放置在所述介质层四下表面，所述缺陷地上设置有缝隙，所述缺陷地放置在所述介质层三和所述介质层四的中间，基于所述馈线一、介质层三、缺陷地形成垂直极化端口馈电，基于所述缺陷地、介质层四、馈线二形成水平极化端口馈电。
5.根据权利要求4所述的加载寄生单元的混合馈电双极化天线，其特征在于，所述垂直极化端口采用电磁耦合馈电方式，所述水平极化端口采用缝隙耦合馈电方式。
6.根据权利要求1所述的加载寄生单元的混合馈电双极化天线，其特征在于，所述反射单元包括反射板，所述反射板为正方形结构。
7.根据权利要求1-6任一项所述的加载寄生单元的混合馈电双极化天线，其特征在于，所述介质层一、介质层二、介质层三、介质层四均采用FR4_epoxy板材，相对介电常数εr＝4.4，损耗角正切tanδ＝0.02。
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