一種基于交指型偶極子及多層技術的5G天線的制作方法

本實用新型涉及天線領域，尤其涉及一種5G天線。

背景技術：

5G，即第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術，也是4G之后的延伸。移動通信經歷了從1G模擬技術到4G長期演進(LTE)技術的發展，已被世界上超過2/3的人使用，成為人們日常生活中不可或缺的一部分。LTE建設方興未艾，5G移動通信技術已經開始被廣泛地研究。

IMT(International Mobile Telecommunication，國際移動通信)-2020目前定義了大規模天線、新型多址、高頻段通信、超密集組網、新型網絡架構、全雙工、低時延高可靠通信、物聯網等新技術。其中大規模天線技術、基于有源天線和3D-MIMO技術，能夠大幅度提升無線通信頻譜效率和功率效率，是支撐5G移動通信最具潛力的研究方向。

在5G移動通信系統中，為了進一步提升功率效率、抑制無線通信系統中的干擾、提高無線通信系統的容量和覆蓋范圍、獲得更精確的波束成形能力，大規模陣列天線成為實現這些需求的關鍵技術。隨著天線陣列規模的擴大，考慮到陣列天線體積、帶寬、增益、耦合等技術指標的限制，對5G大規模陣列天線的研究提出了更高的挑戰。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種體積小、帶寬大、在5G頻段有源駐波比低、具有良好匹配特性的陣列天線。

本實用新型所采用的技術方案是：

一種基于交指型偶極子及多層技術的5G天線，包括交指型偶極子天線陣列板、柵格形阻性頻率選擇表面板以及接地板，所述交指型偶極子天線陣列板位于柵格形阻性頻率選擇表面板正上方，所述柵格形阻性頻率選擇表面板位于接地板正上方；所述交指型偶極子天線陣列板由多個偶極子單元組成，所述偶極子單元包括兩個天線振臂，所述天線振臂分別通過交指電容與相鄰偶極子單元耦合；所述柵格形阻性頻率選擇表面板由對應于多個偶極子單元的多個柵格子單元組成，所述柵格子單元表面具有十字型電阻膜。

優選的，所述偶極子單元整體呈長方形結構，所述兩個天線振臂橫向設置在偶極子單元中間，所述兩個天線振臂在偶極子單元中心形成第一間隙。

優選的，所述交指型電容與相鄰偶極子單元的交指型電容連接形成交指結構，所述天線振臂和交指型電容連接結構呈掃帚形狀。

優選的，所述偶極子單元的天線振臂和交指型電容均印制在介電常數為3.38、厚度為0.25mm的Rogers 4003介質板上。

優選的，所述柵格子單元的十字型電阻膜印制在介電常數為3.38，厚度為0.508mm的Rogers 4003的介質板上。

優選的，所述交指型偶極子天線陣列板與接地板的高度距離為14.2mm；所述柵格形阻性頻率選擇表面板與接地板的高度距離為 7.1mm。

優選的，所述十字型電阻膜的寬度為0.4mm，方阻為33Ω。

優選的，所述交指型偶極子天線陣列板中多個偶極子單元排列周期為4.57mm；所述柵格形阻性頻率選擇表面板中多個柵格子單元排列周期為4.57mm。

優選的，所述交指型偶極子天線陣列板包括10*10個偶極子單元；所述柵格形阻性頻率選擇表面板中包括10*10個柵格子單元。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型通過交指型偶極子天線陣列板、柵格形阻性頻率選擇表面板以及接地板的多層結構和緊耦合陣列的設計，克服了現有技術中天線陣列子在5G頻段阻抗帶寬受到限制的問題以及接地板對天線性能影響的問題，實現體積小、帶寬大技術效果，為5G大規模陣列天線研究提供了有力支持；

本實用新型天線相對帶寬可達到149.1％，在2.8～19.2GHz頻段滿足有源駐波比ActiveVSWR<3。

本實用新型可廣泛應用于5G天線設計領域。

附圖說明

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步說明：

圖1是本實用新型一種實施例10*10陣列天線的結構示意圖；

圖2是本實用新型單個偶極子單元、柵格子單元和接地板的結構示意圖；

圖3是本實用新型一種實施例偶極子單元的結構示意圖；

圖4是本實用新型柵格子單元和接地板的結構示意圖；

圖5是本實用新型單個偶極子單元、柵格子單元和接地板的等效電路圖；

圖6是本實用新型一種實施例10*10陣列天線在2.8～19.2GHz頻段有源駐波比關系波形圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

如圖1所示，一種基于交指型偶極子及多層技術的5G天線，包括交指型偶極子天線陣列板10、柵格形阻性頻率選擇表面板20以及接地板(GP)30，所述交指型偶極子天線陣列板10位于柵格形阻性頻率選擇表面板20正上方，所述柵格形阻性頻率選擇表面板20位于接地板(GP)30正上方；所述交指型偶極子天線陣列板10由多個偶極子單元11組成，所述偶極子單元11包括兩個天線振臂12，所述天線振臂12分別通過交指電容與相鄰偶極子單元11耦合；所述柵格形阻性頻率選擇表面板20由對應于多個偶極子單元11的多個柵格子單元21組成，所述柵格子單元21表面具有十字型電阻膜22。本實施例中，所述交指型偶極子天線陣列板10包括10*10個偶極子單元11；所述柵格形阻性頻率選擇表面板20中包括10*10個柵格子單元21。單個d＝4.57mm，10個周期長度為45.7mm。

優選的，所述偶極子單元11整體呈長方形結構，所述兩個天線振臂12橫向設置在偶極子單元11中間，所述兩個天線振臂12在偶 極子單元11中心形成第一間隙。

優選的，所述交指型電容13與相鄰偶極子單元11的交指型電容13連接形成交指結構，所述天線振臂12和交指型電容13連接結構呈掃帚形狀。

優選的，所述偶極子單元11的天線振臂12和交指型電容13均印制在介電常數為3.38、厚度為0.25mm的Rogers 4003介質板上。

優選的，所述柵格子單元21的十字型電阻膜22印制在介電常數為3.38，厚度為0.508mm的Rogers 4003的介質板上。

優選的，所述交指型偶極子天線陣列板10與接地板(GP)30的高度距離為14.2mm；所述柵格形阻性頻率選擇表面板20與接地板(GP)30的高度距離為7.1mm。

優選的，所述十字型電阻膜22的寬度為0.4mm，方阻為33Ω。

優選的，所述交指型偶極子天線陣列板10中多個偶極子單元11排列周期為4.57mm；所述柵格形阻性頻率選擇表面板20中多個柵格子單元21排列周期為4.57mm。

具體的，如圖2和圖3所示，交指型偶極子天線陣列板10中多個偶極子單元11排列周期d＝4.57mm。偶極子單元11的天線振臂12和交指型電容13均印制在介電常數εr＝3.38、厚度t＝0.25mm的Rogers 4003介質板上。采用偶極子天線單元，每個偶極子單元11通過交指電容與相鄰單元耦合，離接地板(GP)30高度h＝14.2mm。柵格形RFSS位于離接地板(GP)30h₁處，等效為由電阻R及電抗X_F組成的并聯電路單元。

如圖4所示，柵格形阻性頻率選擇表面板20中多個柵格子單元21排列周期d＝4.57mm，距接地板(GP)30高度h₁＝7.1mm，柵格形電阻膜22寬度w₁＝0.4mm，方阻為Rs＝33Ω，基片采用Rogers 4003，介電常數εr＝3.38，厚度t₁＝0.508mm，柵格子單元21在整個頻帶內全反射，反射系數為1；柵格子單元21的反射系數會隨著隨頻率的改變而改變，在4～16.4GHz頻率范圍內其反射系數均小于0.6，在10.6GHz時其反射系數最小。因此，柵格形阻性頻率選擇表面板20可在很寬的頻帶內抑制接地板(GP)30的反射，從而用來改變天線與接地板(GP)30之間介質的傳輸特性。

如圖5所示，該實施例中，偶極子單元11的輸入阻抗

Z_in＝jωL+1/(jωC)+Z_GP//η₀，

其中，Z_GP＝η₀(1+Γ)/(1-Γ)為加載柵格形阻性頻率選擇表面板20后偶極子單元11下側的阻抗，Γ為柵格子單元21的反射系數，C為交指電容容值。兩個天線振臂12等效為電感L，等效電路見圖5。

圖6給出了本實用新型設計的10×10陣列天線的等效有源駐波比。從圖6中可以看出，該陣列天線在2.8～19.2GHz頻段滿足ActiveVSWR<3，其相對帶寬可達到149.1％。

本實用新型通過交指型偶極子天線陣列板10、柵格形阻性頻率選擇表面板20以及接地板(GP)30的多層結構和緊耦合陣列的設計，克服了現有技術中天線陣列子在5G頻段阻抗帶寬受到限制的問題以及接地板(GP)30對天線性能影響的問題，實現體積小、帶寬大技術效果，為5G大規模陣列天線研究提供了有力支持；

本實用新型天線相對帶寬可達到149.1％，在2.8～19.2GHz頻段滿足有源駐波比ActiveVSWR<3。

本實用新型可廣泛應用于5G天線設計領域。

以上是對本實用新型的較佳實施進行了具體說明，但本發明創造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。