平面寬帶雙極化基站天線的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于天線技術領域，涉及一種寬帶雙極化基站天線，特別涉及一種通過將 輻射振子和饋電巴倫分別印制在介質板上的平面寬帶雙極化基站天線，可應用于移動通信 基站天線領域中。
【背景技術】
[0002] 移動通信技術給人類帶來了快捷的信息溝通，同時需求的增加亦推動了移動通信 技術的蓬勃發展。第一代的模擬移動通信系統逐漸淡出我們的視野，到第二代的數字移動 通信系統方興未艾，再到第三代的寬帶移動通信系統全世界范圍內建設，第四代移動通信 技術的試驗和建設也如火如荼。然而技術的演進發展并非一撮而就，舊技術與新技術往往 有個融合并存期。多網移動通信系統的共存問題要求基站天線能夠實現多網共用，即天線 能實現寬頻帶工作。近年來，為了實現頻率復用、收發同工、抵抗多徑衰落和提高通信系統 容量，±45°雙極化天線的極化分集技術逐漸代替單極化天線的空間分集技術。與此同時， 為了減少天線外部和內部的饋線損耗，提高系統增益與指標余量，擴大覆蓋范圍，增加系統 可集成度，天線被希望與有源器件直接結合，如在天線接口或是天線內部加上有源器件如 功率放大器等，以適用于智能天線等多單元、多陣列的天線。這就要求天線在實現寬頻帶、 雙極化的同時具有小型化、平面化等特點。
[0003] 傳統的寬帶雙極化基站天線分為交叉振子基站天線和貼片基站天線兩類。為了 實現雙極化，貼片基站天線多采用多層介質板疊加的結構形式，使得天線損耗大且隔離度 低。交叉振子基站天線包括輻射振子、饋電巴倫、反射板三部分，饋電巴倫多采用直立結 構，介于反射板和輻射振子之間，起到平衡饋電和支撐輻射振子的作用。如中國專利，授權 號CN103904438A名稱為"一種寬帶雙極化基站天線"，該發明公開了一種寬帶雙極化天線， 其結構如圖1所示，該天線包括輻射振子、饋電巴倫、反射板。饋電巴倫和輻射對稱振子印 制在同一個介質板的兩側，通過正交放置的兩個線極化輻射單元來實現雙極化，通過微帶 縫隙耦合饋電以獲取寬阻抗帶寬，通過帶有側邊的反射板來滿足半功率波瓣寬度、前后比、 交叉極化等方向圖性能的要求。但由于該基站天線的輻射振子和饋電巴倫采用立體結構， 導致了天線整體結構復雜，增加了天線同其他器件的集成難度，同時，天線的反射板添加側 邊，使得天線重量、復雜度增加，限制了其在新一代移動通信基站天線領域的應用。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服上述已有基站天線存在的缺陷，提出一種平面寬帶雙極化 基站天線，通過采用輻射振子和饋電巴倫的平面化設計，用于解決現有基站天線結構復雜 和同其他器件難以集成的問題。
[0005] 為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種平面寬帶雙極化基站天線，包括 輻射振子、饋電巴倫、反射板和介質材料板；所述輻射振子1采用±45°雙極化平面振子， 所述饋電巴倫2采用±45°平面饋電巴倫，所述反射板3采用方形結構；在介質材料板6 的上表面印制有-45°的輻射振子和+45°的饋電巴倫，在其下表面印制有+45°的輻射振 子和-45°的饋電巴倫，兩個輻射振子和兩個饋電巴倫分別在豎直投影方向上正交；該介 質材料板6通過四個支撐柱5固定在反射板3上，同軸線4的內芯和外芯分別與饋電巴倫 2和福射振子1相連。
[0006] 上述平面寬帶雙極化基站天線，每個輻射振子1是由兩個關于介質材料板6中心 對稱的扇形振子臂組成，該扇形振子臂的圓心處帶有切角，四個扇形振子臂排列成一個空 間上的圓形結構，圓心處的切角形成一個正方形區域7,相鄰振子臂之間形成漸變縫隙結 構。
[0007] 上述的平面寬帶雙極化基站天線，在扇形振子臂上蝕刻有類似圓形孔12,該類似 圓形孔12是由半徑為R2和R3的兩段圓弧線平滑連接而成，R2的取值范圍為19~23mm， R3的取值范圍為9~11mm;在扇形振子臂的圓弧兩端設置有微帶凸起11。
[0008] 上述的平面寬帶雙極化基站天線，饋電巴倫2是由扇形微帶線21、矩形微帶線22 和圓環微帶線23連接而成；在扇形微帶線21上設置有矩形縫隙24,其尺寸為L3XW，L3和 W的取值范圍分別為3~5mm和0? 5~1. 5mm;扇形的圓心角為y，半徑為R，其取值范圍 分別為65°~85°和5~7mm〇
[0009] 上述的平面寬帶雙極化基站天線，反射板3采用中心設有通孔的正方形金屬板 材，其邊長為L，L的取值范圍為130-150mm〇
[0010] 上述的平面寬帶雙極化基站天線，介質材料板6下表面和反射板3上表面之間的 距離為H，H的范圍為34~37mm〇
[0011] 本發明與現有技術相比，具有如下優點：
[0012] 1)本發明由于輻射振子和饋電巴倫分別印刷在介質材料板兩面，且在豎直投影 方向上正交，饋電巴倫通過同軸線的直接激勵，實現了天線的平面化，簡化了天線的整體結 構，增加了天線的可集成性，同時降低了制造成本。
[0013] 2)本發明由于通過在輻射振子臂上設置有類似圓形孔從而形成扇形環結構，在同 等面積下延長了電流路徑，四個扇形振子臂排列成一個空間上的圓形結構，減小了輻射振 子所占用的面積，在保證輻射性能的前提下，實現了天線的小型化設計，同時也提高了天線 交叉極化比和端口隔離度。
[0014] 3)本發明由于在相鄰輻射振子臂之間設置的漸變縫隙結構，在輻射振子被平衡饋 電的情況下，阻抗帶寬被極大的改善，克服了傳統天線阻抗帶寬窄的問題。
[0015] 4)本發明的反射板由于采用了平面方形結構，在保證天線在整個工作頻段內輻射 性能穩定的前提下，有效地簡化反射板的結構，提高了天線的可集成度。
【附圖說明】
[0016] 圖1是現有天線的整體結構示意圖；
[0017] 圖2是本發明的整體結構示意圖；
[0018] 圖3是本發明輻射振子的結構示意圖；
[0019] 圖4是本發明饋電巴倫的結構示意圖；
[0020] 圖5是本發明實施例1的電壓駐波比仿真曲線圖；
[0021] 圖6是本發明實施例1的端口隔離度仿真曲線圖；
[0022] 圖7是本發明實施例1+45°振子單端口饋電時在不同頻點的水平面方向圖（xoz) 和垂直面方向圖（yoz)，包括主極化和交叉極化方向圖；
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步描述：
[0024] 實施例1:
[0025] 參照圖2,本發明包括輻射振子1、饋電巴倫2、反射板3、同軸線4、支撐柱5和介 質材料板6 ;輻射振子1和饋電巴倫2采用金屬鍍銅，該輻射振子1采用±45°雙極化平面 振子，饋電巴倫2采用±45°平面饋電巴倫；反射板3采用正方形鋁質板材，也可以采用其 他金屬材料，用于形成單向反射，其邊長L為140_，厚度h為1_，中心位置設有用于同軸 線穿過的通孔；支撐柱5采用塑料材質，也可以采用其他非金屬材料，用于避免影響天線輻 射性能；介質材料板6采用介電常數為4. 4的FR-4材料，表面形狀為正方形，其邊長L1為 52_，厚度hi為1mm;同軸線4的數量為兩條。在該介質材料板6的上表面印制有-45°的 輻射振子和+45°的平面饋電巴倫，下表面印制有+45°的輻射振子和-45°的平面饋電巴 倫，其中上表面印制的-45°的輻射振子，是通過下表面與其位置相應的-45°平面饋電巴 倫耦合饋電，下表面印制的+45°的輻射振子，是通過上表面與其位置相應的+45°平面饋 電巴倫耦合饋電；介質材料板6通過四個支撐柱5固定在反射板3正上方上，介質材料板6 的四邊與反射板四邊平行，用于保證輻射方向圖的對稱性；反射板3的上表面到介質材料 板6的下表面距離H為35mm，這個距離也可以根據天線工作帶寬進行調整，調整的范圍約為 中心頻率對應波長的四分之