一種超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線，包括：依次設置的多個輻射片、基片和反射板；基片的正面與輻射片相對，且基片的正面設有激勵縫隙；基片的背面與反射板相對，且基片的背面設有第一功分器及兩路第一傳輸線、第二功分器及兩路第二傳輸線；第一傳輸線和第二傳輸線分別為兩路極化正交的交叉線極化天線的傳輸線；兩路第一傳輸線分別與第一功分器的兩個輸出端相連，兩路第二傳輸線分別與第二功分器的兩個輸出端相連；兩路第一傳輸線和兩路第二傳輸線分別與激勵縫隙正交相交、并與基片正面的金屬面相連。該超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線通過設置的大小不同、對應不同頻段的多層輻射片，達到擴展頻帶的效果。
【專利說明】一種超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及移動通信領域中的天線【技術領域】，具體地，涉及一種超寬帶小型 化輕薄型雙極化陣列天線。
【背景技術】
[0002] 按照國際無線電規則規定，現有的無線電通信共分成航空通信、航海通信、陸地通 信、衛星通信、廣播、電視、無線電導航，定位以及遙測、遙控、空間探索等50多種不同的業 務，并對每種業務都規定了一定的頻段。
[0003] 在移動通信業務中，所有手機的通訊頻段各不相同，GSM900使用890-960MHZ， GSM1800 使用 1710-1850MHz，CDMA使用 825-880MHz，3G的主要工作頻段則在 1880-2025MHZ， 而此前工信部批準的4G頻段是2575-2635MHZ等高頻段。
[0004] 目前的2G、3G、4G通信網絡共存，無論是基站還是室內分布系統，每個通信系統都 有各自的天線，現有天線的帶寬較窄，在滿足2G、3G、4G天線帶寬時需要采用多種不同帶寬 的天線，建站成本高。 實用新型內容
[0005] 本實用新型是為了克服現有技術中雙極化天線帶寬較窄缺陷，根據本實用新型的 一個方面，提出一種超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線。
[0006] 本實用新型實施例提供的一種超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線，包括：依次 設置的多個輻射片、基片和反射板；基片的正面與輻射片相對，且基片的正面設有激勵縫 隙；基片的背面與反射板相對，且基片的背面設有第一功分器及兩路第一傳輸線、第二功分 器及兩路第二傳輸線；第一傳輸線和第二傳輸線分別為兩路極化正交的交叉線極化天線的 傳輸線；兩路第一傳輸線分別與第一功分器的兩個輸出端相連，兩路第二傳輸線分別與第 二功分器的兩個輸出端相連；兩路第一傳輸線和兩路第二傳輸線分別與激勵縫隙正交相 交、并與基片正面的金屬面相連，且傳輸線與激勵縫隙正交相交的四個正交點對稱分布；多 個輻射片為互相平行設置的圓形輻射片，且輻射片距離基片越遠，輻射片的直徑越小。
[0007] 在上述技術方案中，激勵縫隙為對稱的漸變形狀，包括：正十字形漸變形狀、菱形 十字漸變形狀、工字漸變形狀；在短路饋點處激勵縫隙的寬度最窄，越靠近激勵縫隙中央位 置激勵縫隙的寬度越寬，短路饋點為傳輸線與激勵縫隙正交相交的正交點。
[0008] 在上述技術方案中，基片背面在基片正面的激勵縫隙的映射位置設置有與激勵縫 隙形狀相同的十字縫隙，十字縫隙與各傳輸線支路相連通；在十字縫隙的中央位置設有與 激勵縫隙形成電容耦合的圓形金屬面，圓形金屬面的四周都被十字縫隙所包圍。
[0009] 在上述技術方案中，還包括：相移90度等功率分配器；第一功分器和第二功分器 的輸入端分別與相移90度等功率分配器的兩個輸入端相連。
[0010] 在上述技術方案中，基片上設有多個過孔，且過孔沿傳輸線邊沿和/或激勵縫隙 邊沿分布；基片正面的金屬面與基片背面的金屬面通過過孔相連。
[0011] 在上述技術方案中，還包括：介質層；介質層設置于輻射片與基片的正面之間，以 及設置于多層輻射片之間，介質層的介電常數大于空氣的介電常數。
[0012] 在上述技術方案中，基片采用高介電常數基片，介質層和高介電常數基片的介電 常數的取值范圍分別為：
[0013] 1 彡M彡 10 ;3. 5 彡N彡 10 ;
[0014] 其中，M為介質層的介電常數，N為高介電常數基片的介電常數。
[0015] 在上述技術方案中，輻射片為弧面輻射片，弧面輻射片的弧面表面呈碗狀設置。
[0016] 在上述技術方案中，弧面輻射片的碗狀底部形狀包括圓面和平面，且弧面輻射片 的弧面開口朝上或朝下。
[0017] 在上述技術方案中，輻射片為弧面輻射片，弧面輻射片的弧面表面呈碗狀設置；弧 面輻射片的碗狀底部形狀包括圓面和平面，且弧面輻射片的弧面開口朝上或朝下。
[0018] 本實用新型實施例提供的超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線，由第一傳輸線和 第二傳輸線分別傳輸極化相差90度的兩路傳輸信號，由等分二功分器將每路信號分成兩 路支路信號，該四條傳輸線支路同時激勵十字星形激勵縫隙，形成四次饋電，產生的電磁波 激勵多層輻射片，在多層薄層空間內形成多個不同頻率的駐波型電磁場，并通過反射板二 次激勵這些輻射片，使得電磁波在大小不同的多層輻射片對應的不同頻段中形成了多次諧 振，從而達到擴展頻帶的效果。通過加入相移90度等功率分配器，使得輸出的交叉線極化 波在空間中形成交叉圓極化波，同時采用多層弧形輻射片，減少交叉圓極化波近場的干擾， 使得交叉圓極化圓度更好，隔離度更高。同時，通過提高基片的介電常數，以及把輻射片與 基片之間的空氣層和多層輻射片之間的空氣層改變成介質層，提高介質層的介電常數，來 縮小超寬頻天線的體積，可以控制天線的波束寬度，實現了超寬帶超小型可控制波束寬度 的天線。
[0019] 本實用新型的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書 中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優點可通過 在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
[0020] 下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用 新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中：
[0022] 圖1為本實用新型實施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的第一結構圖；
[0023] 圖2為本實用新型實施例中基片背面的結構圖；
[0024] 圖3為本實用新型實施例中基片正面的結構圖；
[0025] 圖4為本實用新型實施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的第一立體結 構圖；
[0026] 圖5為本實用新型實施例中基片短路饋點處的詳細結構圖；
[0027] 圖6為本實用新型實施例中基片背面的詳細結構圖；
[0028] 圖7為本實用新型實施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的駐波圖；
[0029] 圖8為本實用新型實施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的增益圖；
[0030] 圖9為本實用新型實施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的第二結構圖；
[0031] 圖10為本實用新型實施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的第二立體結 構圖；
[0032] 圖11為本實用新型實施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的第三結構 圖；
[0033] 圖12為本實用新型實施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的第三立體結 構圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合附圖，對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細描述，但應當理解本實用 新型的保護范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0035] 根據本實用新型實施例，提供了一種超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線，圖1 為本實用新型實施例提供的超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的結構圖，圖2和圖3分 別為基片的背面結構圖和正面結構圖，圖4為該雙極化天線的立體結構圖。具體的，該超寬 帶小型化輕薄型雙極化陣列天線依次設置有多個輻射片20、基片10和反射板30。其中，輻 射片20可以通過輻射片支架固定在基片10上，本領域技術人員可以理解，輻射片20也可 以通過其他方式固定，采用輻射片支架僅為其中一種【具體實施方式】。
[0036] 其中，基片10的正面與輻射片20相對，且基片10的正面設有激勵縫隙101 ;基片 10的背面與反射板30相對，且基片10的背面設有第一功分器110及兩路第一傳輸線111、 第二功分器120及兩路第二傳輸線121 ;第一傳輸線111和第二傳輸線121分別為兩路極 化正交的交叉線極化天線的傳輸線；兩路第一傳輸線111分別與第一功分器110的兩個輸 出端相連，兩路第二傳輸線121分別與第二功分器120的兩個輸出端相連。具體的，第一功 分器110和第二功分器120均為等分二功分器。
[0037] 兩路第一傳輸線111和兩路第二傳輸線121分別與激勵縫隙101正交相交、并與 基片10正面的金屬面相連，且傳輸線與激勵縫隙101正交相交的四個正交點對稱分布。多 個輻射片20為互相平行設置的圓形輻射片，且輻射片距離基片越遠，輻射片的直徑越小， 具體如圖1所示。
[0038] 其中，激勵縫隙101為對稱的漸變形狀，包括但不限于：正十字形漸變形狀、菱形 十字漸變形狀、工字漸變形狀。具體的，如圖2和圖3所示，在短路饋點處激勵縫隙的寬度 最窄，越靠近激勵縫隙中央位置激勵縫隙的寬度越寬，短路饋點為傳輸線與激勵縫隙正交 相交的正交點。短路饋點處的詳細結構圖參見圖5所示。
[0039] 在圖2中，基片背面在基片正面的激勵縫隙101的映射位置設置有與激勵縫隙101 形狀相同的十字縫隙102,十字縫隙102與各傳輸線支路相連通。在本實用新型實施例提 供的雙極化天線中，在十字縫隙的中央位置還設有與激勵縫隙形成電容耦合的圓形金屬面 130,圓形金屬面130的四周都被十字縫隙所包圍。該圓形金屬面130與上述基片10的背 面金屬面并不連通。圓形金屬面130可以減少激勵縫隙102的長度，有利于實現天線的小 型化。
[0040] 優選的，基片10上設有多個過孔140,且過孔140沿傳輸線邊沿和/或激勵縫隙邊 沿分布，過孔的分布形狀參見圖2和圖3所示。基片正面的金屬面與基片背面的金屬面通 過過孔相連。
[0041] 具體的，過孔的數量不止一個。在基片正面中，如圖3所示，出激勵縫隙101之外， 基片正面的其他區域大面積覆銅，該基片正面的覆銅區域即為基片正面的金屬面，該正面 的金屬正也為金屬接地面。同理，在基片背面中，除十字縫隙102、功分器（包括第一功分器 110和第二功分器120)、傳輸線（包括第一傳輸線111和第二傳輸線121)之外，基片背面 的其他區域大面積覆銅，該基片背面的覆銅區域即為基片背面的金屬面。
[0042] 基片正面的金屬面與基片背面的金屬面通過過孔相連，使二者成為共地面，從而 減少了傳輸線產生的平面波在電磁場中的干擾，使天線性能更穩定。兩路第一傳輸線111 和兩路第二傳輸線121通過過孔140與基片10正面的金屬面相連，即將傳輸線的末端（輸 出端）接地，即短路，減少了傳輸線與激勵縫隙102相饋電的四個饋點間的耦合。
[0043] 優選的，參見圖6所示，該超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線還包括：相移90度 等功率分配器150。其中，第一功分器110和第二功分器120的輸入端分別與相移90度等 功率分配器150的兩個輸入端相連。相移90度等功率分配器的輸出端即為該雙極化天線 的發射端或接收端，可以向外輸出交叉圓極化天線信號。
[0044] 通過加入相移90度等功率分配器150,使得輸出的交叉線極化波在空間中形成交 叉圓極化波。該雙極化天線發射的近區場交叉圓極化波，通過空間距離和極化的損耗，使得 天線獲得相應的天線端口隔離度。
[0045] 同時，采用交叉圓極化天線取代交叉線極化天線，由于基站和終端是交叉線極化 天線，兩根正交的線極化天線接收一個交叉圓極化波時，其極化匹配因子為1，即達到最理 想的極化匹配狀態，且接收信號功率與收發天線位置無關，不取決于天線的方向，接收端的 兩根交叉線極化天線接收到的圓極化波的能量始終是相等的。同樣的，當交叉圓極化天線 接收交叉線極化波時也是如此。交叉圓極化天線取代交叉線極化天線，不僅接收能力比線 極化天線好，而且使得天線從兩個接頭變為一個接頭，提高了通道利用率，縮小了體積，節 省了成本。
[0046] 對本實用新型實施例提供的超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線進行測試，該天 線可以正常工作在1. 71GHZ-2. 69GHz超寬帶范圍內，其駐波圖以及增益圖分別參見圖7和 圖8所示。
[0047] 在圖7中，曲線1為隔離度曲線，由曲線1可見天線從1. 71GHz-2. 69GHz的隔離 度在-30dB以下，曲線2和曲線3為駐波比曲線，由曲線2和3可見該天線從1. 71GHz- 2. 69GHz的駐波比都在1. 5以下。在圖8中，曲線4為增益曲線，曲線5為波束寬度曲線。 由圖可見，在單元天線中：
[0048] 1710MHz- 1850MHz 增益大約在 6. 7dB ?7. 2dB，波束寬度在 77° ?75° ；
[0049] 1880MHz- 2170MHz 增益大約在 7. 3dB ?7. 8dB，波束寬度在 74。?69。；
[0050] 2500MHz- 2690MHz 增益大約在 8. 5dB ?9. 2dB，波束寬度在 65。?62。。
[0051] 優選的，參見圖9所示，本實用新型實施例提供的超寬帶小型化輕薄型雙極化陣 列天線還包括：介質層40。介質層40設置于輻射片20與基片10的正面之間，以及設置于 多層輻射片之間，且介質層40的介電常數大于空氣的介電常數。其中，基片也可采用高介 電常數基片。增加介質層后的超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的立體結構圖參見圖10 所示。
[0052] 下面以LTE天線為例，采用不同介電常數的基片和介質層、在2555-2635頻段時的 測試結果如下表1所示：
[0053] 表 1
【權利要求】
1. 一種超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線，其特征在于，包括：依次設置的多個輻 射片、基片和反射板； 所述基片的正面與所述輻射片相對，且所述基片的正面設有激勵縫隙；所述基片的背 面與所述反射板相對，且所述基片的背面設有第一功分器及兩路第一傳輸線、第二功分器 及兩路第二傳輸線；所述第一傳輸線和所述第二傳輸線分別為兩路極化正交的交叉線極化 天線的傳輸線；兩路所述第一傳輸線分別與所述第一功分器的兩個輸出端相連，兩路所述 第二傳輸線分別與所述第二功分器的兩個輸出端相連； 兩路所述第一傳輸線和兩路所述第二傳輸線分別與所述激勵縫隙正交相交、并與所述 基片正面的金屬面相連，且傳輸線與所述激勵縫隙正交相交的四個正交點對稱分布； 多個輻射片為互相平行設置的圓形輻射片，且輻射片距離所述基片越遠，輻射片的直 徑越小。
2. 根據權利要求1所述的雙極化陣列天線，其特征在于，所述激勵縫隙為對稱的漸變 形狀，包括：正十字形漸變形狀、菱形十字漸變形狀、工字漸變形狀； 在短路饋點處所述激勵縫隙的寬度最窄，越靠近所述激勵縫隙中央位置所述激勵縫隙 的寬度越寬，所述短路饋點為傳輸線與所述激勵縫隙正交相交的正交點。
3. 根據權利要求1所述的雙極化陣列天線，其特征在于，所述基片背面在所述基片正 面的激勵縫隙的映射位置設置有與所述激勵縫隙形狀相同的十字縫隙，所述十字縫隙與各 傳輸線支路相連通； 在所述十字縫隙的中央位置設有與所述激勵縫隙形成電容耦合的圓形金屬面，所述圓 形金屬面的四周都被所述十字縫隙所包圍。
4. 根據權利要求1所述的雙極化陣列天線，其特征在于，還包括：相移90度等功率分 配器； 所述第一功分器和所述第二功分器的輸入端分別與所述相移90度等功率分配器的兩 個輸入端相連。
5. 根據權利要求1所述的雙極化陣列天線，其特征在于，所述基片上設有多個過孔，且 所述過孔沿傳輸線邊沿和/或所述激勵縫隙邊沿分布；所述基片正面的金屬面與所述基片 背面的金屬面通過所述過孔相連。
6. 根據權利要求1-5任一所述的雙極化陣列天線，其特征在于，還包括：介質層； 所述介質層設置于所述輻射片與所述基片的正面之間，以及設置于多層輻射片之間， 所述介質層的介電常數大于空氣的介電常數。
7. 根據權利要求6所述的雙極化陣列天線，其特征在于，所述基片采用高介電常數基 片，所述介質層和所述高介電常數基片的介電常數的取值范圍分別為： I ^ M ^ 10 ；3. 5 ^ N ^ 10 ； 其中，M為介質層的介電常數，N為高介電常數基片的介電常數。
8. 根據權利要求1-5任一所述的雙極化陣列天線，其特征在于，所述輻射片為弧面輻 射片，所述弧面輻射片的弧面表面呈碗狀設置。
9. 根據權利要求8所述的雙極化陣列天線，其特征在于，所述弧面輻射片的碗狀底部 形狀包括圓面和平面，且所述弧面輻射片的弧面開口朝上或朝下。
10. 根據權利要求6所述的雙極化陣列天線，其特征在于，所述輻射片為弧面輻射片， 所述弧面輻射片的弧面表面呈碗狀設置； 所述弧面輻射片的碗狀底部形狀包括圓面和平面，且所述弧面輻射片的弧面開口朝上 或朝下。
【文檔編號】H01Q15/24GK204130695SQ201420640390
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】莊昆杰 申請人:莊昆杰