專利名稱：一種電磁耦極子天線的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及一種電磁耦極子天線，尤其是用于移動通信系統的小型化無線天線。
背景技術：
移動通信技術的迅速發展和應用，有力地推動了現代通信向小型化、集成化、多功能(多頻段、多極化和多用途)的方向發展。天線作為無線通信系統中最重要的部件之一，它的尺寸成為制約通信系統進一步小型化的瓶頸之一，因而設計小型化、集成化、多功能天線己成為當前天線界研究的重點。
國內外在小型化多頻段天線方面有很多文獻，其中，《信息技術》在2011年12月25日刊登有一篇文章《小型化基站天線帶來的影響》最有代表性，該文主要介紹了一種可用于806 960MHz、1710 2170MHz和1710 2170MHz的三頻段基站天線，該天線的體積為1340mmX380mmX 100mm。但對于天線小型化要求日益提高的新型通信系統，該天線的體積仍然過大，需要進一步研究小型化天線，特別是研究具有低輪廓特性的小型化天線，以便方便天線的架設和安裝。《A Dual-Polarized Magneto-Electric Dipole With Dielectric Loading》是在IEEE TRANS ON AP, VOL. 57, NO. 3, MARCH 2009發表的一篇論文。該論文中電磁極子天線結構如圖I所示，該結構包括了一個常規電極子102以及一個L型的磁耦極子103，101為金屬地，104為射頻電信號通過SMA連接器的接口。如圖I所示的天線雖然厚度較大，加工困難。
發明內容
本發明實施例提供一種電磁耦極子天線，包括天線輻射單元和金屬地，天線輻射單元主要包括垂直電振子、水平磁振子，垂直電振子和水平磁振子一起構成的電磁耦合結構。本發明設計了一種電磁耦極子天線，可用于無線通信系統，該天線體積較小，輪廓低，可覆蓋多個頻段也可以優化覆蓋特定頻段。本發明天線主要包括天線輻射單元、金屬地以及二者之間的電磁耦合結構。天線輻射單元包括垂直電振子組和水平磁振子組。所述垂直電振子和水平磁振子之間通過介質實現電磁耦合；金屬地可以是平面地結構也可以是其它非平面地結構；垂直電振子組主要包括nl個T形饋電結構。每個T形饋電結構由頂部加載的水平片狀導體結構以及與其垂直電氣相連的金屬棒狀結構組成。在具體實施中，垂直電振子數目nl以及棒狀結構和片式結構可以進行優化。水平磁振子組包括若干個水平封閉平面金屬環狀結構，或者由與上述環狀結構相連的十字形導帶結構。其中每個水平磁振子主要包括一層或多層金屬導帶。其中的每層金屬導帶可由一個封閉平面金屬環組成，各層金屬導帶間可以包含介質填充材料，可以通過金屬過孔電氣連接。天線工作過程是，pi個激勵源通過加載在地板與T型結構底部間的空間結構實現對電偶極子的電磁激勵，該T形饋電結構的片狀部分通過介質與水平磁振子進行電磁耦合，通過上述二者的聯合作用，實現電磁振子的電磁能量輻射。上述發明所涉及的小型化電磁耦極子天線，其邏輯示意圖如圖10所示。本發明天線低輪廓的機理由電磁場的二重性原理可知，良導體平面上方水平磁極子的鏡像磁流與該水平磁極子磁流(簡稱源磁流)方向相同，因此，它在激勵源所在半空間產生的電磁場可由源磁流及其鏡像磁流所組成的2元陣表征，當該2元陣的間距小于半波長時，即磁極子與良導體間距小于四分之一波長，上述陣列產生的電磁場是增強性疊加的。因此，在良導體上方采用水平磁極子，可以實現低輪廓。本發明天線寬帶的機理是由若干個水平封閉平面金屬環或者由與上述環狀結構相連的十字形導帶構成的水平磁振子是一個多模輻射器，多模輻射器的每I個輻射模式都 有I個諧振頻率與之對應。其中，水平磁振子的金屬環周長的一半長度對應于本輻射器的最低諧振頻率；而與上述環狀結構相連的十字形導帶長度的一半對應于本輻射器的最高諧振頻率；因此，本發明的水平磁振子能實現寬頻段電磁輻射。另一方面，垂直電振子可視為其頂部電磁加載的單極子天線，用于傳輸和輻射電磁波。由于加載效應明顯，因此垂直電振子與水平磁振子之間的電磁耦合是該天線內部能量傳輸的主要因素，該電磁耦合同時也在垂直電振子與水平磁振子之間起著阻抗變化的作用，因而展寬了該天線的阻抗帶寬。本發明天線+-45度雙極化機理本發明采用了以幾何中心點為對稱中心、水平方向角度依次相差90度的4個端口饋電結構，同時采用對角端口為一組差分激勵端口對的激勵方式，保證了 +-45度雙極化的電磁波輻射。本發明天線保形能力機理為了進一步增加輻射單元的方向圖頻率帶寬，即增加輻射單元的方向圖保形能力，采用了在八邊形金屬環的頂層加具有中心圓孔的八邊形金屬貼片，從而使原來被限制在八邊形金屬環面的電流路徑增加為八邊形金屬環面電流路徑和八邊形金屬貼片電流路徑，從而增加了輻射單元表面電流的流動路徑數目，促進了天線方向圖對不同頻率的保形能力提升。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的類似方案。圖I是現有技術電磁極子天線示意圖。圖2是實施例的電磁耦極子天線物理示意圖。圖3是實施例的垂直電振子示意圖。圖4是實施例的水平磁振子去除上層金屬導帶的結構示意圖。圖5是實施例的水平磁振子的上層金屬導帶示意圖。圖6是實施例的電磁耦極子天線駐波比曲線。圖7是實施例的電磁耦極子天線在I. 8GHz時的增益方向圖。
圖8是實施例的電磁耦極子天線在2. IGHz時的增益方向圖。圖9是實施例的電磁耦極子天線在2. 4GHz時的增益方向圖。圖10是電磁耦極子天線工作原理示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。本發明設計了一種電磁耦極子天線，可用于基站等無線通信系統，該天線的體積可以縮小到65mmX65mmX23mm，可覆蓋I. 8GHz、2. I GHz, 2. 4GHz等多個頻段。
由圖2所示，本發明的一個實施例包括天線輻射單元210和金屬地220兩部分。天線輻射單元210包括垂直電振子組230、水平磁振子組240。垂直電振子組230和水平磁振子組240構成電磁耦合結構250。金屬地220為一個正方形平面結構，尺寸可以為150mmX 150mmX 1mm。圖3所示為4個垂直電振子組成的垂直電振子組。每個垂直電振子為一個T型結構330，T型結構330由頂部加載的水平片狀導體結構331以及與其垂直電氣相連的金屬棒狀結構332組成，實施例中金屬棒狀結構332可以為半徑為I. 29mm的圓柱體，其高度為17. 6mm。片狀導體結構331可以為半徑5. 3mm厚為O. 5mm的圓盤。由圖4所示，水平磁振子為水平封閉平面金屬環狀結構。圖中僅示出了水平磁振子的一個八邊形的金屬環441和下層金屬導帶442。下層金屬導帶442為十字形狀。金屬環441的外徑為27. 4mm和寬度為3. 64mm。由圖5所示，水平磁振子的上層金屬導帶543，也是十字形導帶。上層金屬導帶543的末端為過孔544，通過過孔544與金屬環441構成電氣連接。參考圖2，在上述兩層金屬導帶之間填充有介電常數為2. 55的介質材料。本實施例電磁耦極子天線的駐波比S11參數曲線如附圖6所示，在1.8GHz、2. I GHz, 2. 4GHz等核心頻點上均低于-IOdB通過饋電網絡可以調整到_14以下，滿足宏蜂
窩基站天線的需求。圖7、圖8和圖9分別上述天線的I. 8GHz, 2. I GHz, 2. 4GHz的增益方向圖。如圖10為另一實施例電磁耦極子天線工作原理示意圖。垂直電振子組1030主要包括Ii1AT型結構。在具體實施中，垂直電振子數目II1可以有適當的調整。金屬棒狀結構和水平片狀導體結構的形狀可以有適當的調整。水平磁振子組1040可以包括一個金屬環和一個金屬導帶，金屬導帶為十字形。其中的金屬環可以由一層金屬構成，也可以由多層金屬構成，各層金屬間可以包含有介質填充材料。一個金屬導帶可以只包括一層金屬，也可以有兩層金屬，甚至多層金屬，導帶的各層金屬間可以包含介質填充材料。金屬導帶和金屬環通過過孔電氣連接。水平磁振子組也可以由多個水平封閉平面金屬環狀結構構成。所述垂直電振子和水平磁振子之間通過介質實現電磁耦合。金屬地可以是平面結構也可以是其它非平面結構。
天線工作過程如下Pl個激勵源通過加載在金屬地1020與T型結構實現對電耦極子的電磁激勵，該T型結構的水平片狀導體結構通過介質與水平磁振子進行電磁耦合，通過上述二者的聯合作用，實現電磁振子的電磁能量輻射。本領域普通技術人員可以理解，本文中所公開的結構僅為示例性質。除了上述例舉的內容之外，根據具體應用場合的需要，所述結構可以有適當變動。專業技術人員可以對 每個特定的應用來使用不同結構來實現，但是這種實現不應認為超出本發明的范圍。盡管已示出和描述了本發明的一些實施例，但本領域技術人員應理解，在不脫離本發明的原理和精神的情況下，可對這些實施例進行各種修改，這樣的修改應落入本發明的范圍內。
權利要求
1.一種電磁耦極子天線，包括天線輻射單元和金屬地，其特征在于，天線輻射單元主要包括垂直電振子、水平磁振子，垂直電振子和水平磁振子一起構成的電磁耦合結構。
2.如權利要求I所述的天線，其特征在于，所述垂直電振子包括若干個垂直電振子，其中每個垂直電振子由一個T型結構構成。
3.如權利要求2所述的天線，其特征在于，所述T型結構由頂部加載的水平片狀導體結構以及與其垂直電氣相連的金屬棒狀結構組成。
4.如權利要求I所述的天線，其特征在于，所述水平磁振子包括水平封閉平面的金屬環狀結構和與所述金屬環狀結構相連的金屬導帶。
5.如權利要求I所述的天線，其特征在于，所述垂直電振子和水平磁振子之間通過介質實現電磁f禹合。
6.如權利要求I所述的天線，其特征在于，金屬地可以是平面結構也可以是其它非平面結構。
7.如權利要求I所述的天線，其特征在于，有多個垂直電振子，一起組成垂直電振子組。
8.如權利要求I或者7所述的天線，其特征在于，有一個或者多個水平磁振子，組成水平磁振子組。
9.如權利要求4所述的天線，其特征在于，所述水平封閉平面金屬環狀結構，可以包括位于頂層的外邊為八邊形內邊為圓形的金屬環帶以及包括位于底層的內接十字型導帶的八邊形金屬環。
10.如權利要求9所述的天線，其特征在于，所述頂層金屬環帶與所述底層內接十字型導帶的金屬環之間可以通過4個連接導體呈電氣連接狀態。
全文摘要
本發明設計了一種電磁耦極子天線，包括天線輻射單元和金屬地，天線輻射單元主要包括垂直電振子、水平磁振子，垂直電振子和水平磁振子一起構成的電磁耦合結構。該天線具有體積小和低輪廓等優點。
文檔編號H01Q9/44GK102882004SQ20121034565
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年6月29日
發明者章文昕, 徐琪皓, 彭宏利, 朱澤河, 趙建平, 馬霓 申請人:華為技術有限公司, 上海交通大學