CN212542669U - 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
本实用新型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
本实用新型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。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的缺陷,本实用新型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。
本实用新型的次要目的是提供一种通信设备。
本实用新型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,均是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。
本实用新型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。
本实用新型的有益效果:
(1)本实用新型带宽覆盖1412-2716MHz,不仅适用于2G/3G/LTE(4G) ***还适用于IMT***。
(2)本实用新型辐射臂具有马蹄型缝隙,能有效扩展频带。
(3)本实用新型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是本实用新型的结构示意图;
图2是本实用新型的俯视图;
图3是本实用新型的正视剖面图;
图4是本实用新型的左视剖面图;
图5是本实用新型的天线辐射单元结构图
图6是本实用新型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,对本实用新型作进一步地详细说明,但本实用新型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,包括本实用新型的一种基于超表面的低剖面宽带基站天线构成。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型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实用新型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,都包含在本实用新型的保护范围之内。
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,均是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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