一種寬帶圓極化基站天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬帶圓極化基站天線，包括天線輻射單元、饋電結(jié)構(gòu)和反射板，所述天線輻射單元通過(guò)饋電結(jié)構(gòu)固定在反射板上，所述饋電結(jié)構(gòu)垂直放置于天線輻射單元和反射板之間，所述天線輻射單元包括主輻射環(huán)、寄生環(huán)和輻射單元介質(zhì)基板。本發(fā)明采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)在恰當(dāng)位置開槽實(shí)現(xiàn)了圓極化，用寄生環(huán)增強(qiáng)圓極化帶寬，用微帶-縫隙耦合饋電獲取寬阻抗帶寬，同時(shí)該圓極化天線的輻射方向圖穩(wěn)定、增益達(dá)9dBi，適用于移動(dòng)通信基站天線。
【專利說(shuō)明】一種寬帶圓極化基站天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種寬帶圓極化基站天線。
【背景技術(shù)】
[0002]在無(wú)線系統(tǒng)中，基站可看作一個(gè)無(wú)線調(diào)制解調(diào)器，作為收發(fā)臺(tái)負(fù)責(zé)移動(dòng)信號(hào)的接收、發(fā)送處理?；咎炀€是基站的重要組成部分。傳統(tǒng)的基站天線都是線極化天線，包括垂直極化基站天線、垂直水平雙極化天線、±45°雙極化基站天線。當(dāng)信號(hào)經(jīng)由線極化天線發(fā)送和接收時(shí)，需要極化匹配，才能實(shí)現(xiàn)較好的接收效果。電磁波在傳播時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、衍射和散射作用，使其極化發(fā)生改變，且移動(dòng)通信中的接收天線的位置是不確定的，導(dǎo)致發(fā)射天線與接收天線因極化失配造成損耗。圓極化天線(Circularly Polarized Antenna)可避免發(fā)射天線與接收天線因極化不匹配造成的損耗。電磁波的極化可分為線極化、橢圓極化和圓極化三類，其中圓極化可作為橢圓極化的特殊情況。任意極化波均可分解為兩個(gè)旋向相反的圓極化波，尤其對(duì)于線極化波來(lái)說(shuō)，可以分解為兩個(gè)幅值相等，但旋向相反的圓極化波，因此，任意極化的電磁波均可被圓極化天線接收；反之，圓極化波也可以分解為二個(gè)正交的線極化波，圓極化天線發(fā)射的電磁波也可被任意極化天線接收，在圓極化基站系統(tǒng)中，通信質(zhì)量可不受發(fā)射天線和接收天線擺放方式的影響，可避免極化失配。
[0003]另外，天線若輻射左旋圓極化波，則只接收左旋圓極化波而不接收右旋圓極化波；反之亦然，這稱為圓極化天線的旋向正交性，在移動(dòng)通信的極化分集工作中可以利用圓極化天線的旋向正交性提高通信容量。圓極化波入射到對(duì)稱目標(biāo)(如平面、球面等)時(shí)，旋向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，圓極化天線應(yīng)用于移動(dòng)通信中能抑制雨霧干擾和對(duì)抗多徑反射，實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用，增大系統(tǒng)容量，提高通信質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克 服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，提供一種寬帶圓極化基站天線。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種寬帶圓極化基站天線，包括天線福射單元、饋電結(jié)構(gòu)和反射板，所述天線福射單元通過(guò)饋電結(jié)構(gòu)固定在反射板上，所述饋電結(jié)構(gòu)垂直放置于天線輻射單元和反射板之間。
[0007]所述天線輻射單元包括主輻射環(huán)、寄生環(huán)和輻射單元介質(zhì)基板，所述主輻射環(huán)和寄生環(huán)印刷在輻射單元介質(zhì)基板上，所述寄生環(huán)嵌套于主輻射環(huán)的留白空間。
[0008]所述饋電結(jié)構(gòu)包括微帶線、縫隙、金屬地板和饋電結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板，所述微帶線印刷于饋電結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板正面，所述金屬地板印刷在饋電結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板背面，金屬地板開有縫隙，所述縫隙和金屬地板形成開槽地板。
[0009]所述微帶線包括第一匹配段、第二耦合段和第三匹配段，所述第一匹配段和第三匹配段分別垂直于第二耦合段，所述第一匹配段長(zhǎng)為0.1 λ ^~0.3 λ M其特性阻抗為50 Ω，第三匹配段長(zhǎng)為0.02 λ。~0.1 λ。，其特性阻抗為50 Ω，λ。為136.4mm。[0010]所述主輻射環(huán)由上長(zhǎng)方形環(huán)和下長(zhǎng)方形環(huán)構(gòu)成，所述上長(zhǎng)方形環(huán)的下邊和下長(zhǎng)方形環(huán)的上邊重合構(gòu)成焊接橫邊。
[0011]所述上長(zhǎng)方形環(huán)的右側(cè)邊的中下端開有第一槽，所述下長(zhǎng)方形環(huán)的左側(cè)邊的中上
端開有第二槽，所述第一槽與第二槽關(guān)于主輻射環(huán)中心對(duì)稱。
[0012]所述寄生環(huán)包括兩個(gè)長(zhǎng)方形寄生環(huán)，分別為第一寄生環(huán)和第二寄生環(huán)，所述第一寄生環(huán)在右側(cè)邊的中下端開有第三槽，所述第二寄生環(huán)在左側(cè)邊的中上端開有第四槽，所述第三槽與第四槽關(guān)于主輻射環(huán)中心對(duì)稱。
[0013]所述饋電結(jié)構(gòu)的高度0.1 λ。?0.5 λ。，λ。為136.4mm。
[0014]所述反射板為帶側(cè)邊的結(jié)構(gòu)。
[0015]所述焊接橫邊中心開有十字形縫。
[0016]所述縫隙末端帶有圓孔。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018]本發(fā)明天線輻射單元采用開槽環(huán)，只需要一個(gè)饋點(diǎn)就實(shí)現(xiàn)了圓極化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；
[0019]采用寄生環(huán)，增強(qiáng)了軸比帶寬，覆蓋1.7-2.7GHz ;饋電結(jié)構(gòu)為一印刷寬帶巴倫，天線帶寬可完全覆蓋1.71-2.69GHz，真正意義上實(shí)現(xiàn)了寬帶化；
[0020]在整個(gè)工作頻帶上，水平面0-30°范圍內(nèi)軸比性能保持在3dB內(nèi)；采用帶有側(cè)邊反射板，實(shí)現(xiàn)了 65±5°的水平面半功率波束寬度，增益可達(dá)9dBi ；
[0021]該天線在組成基站天線陣列時(shí)，單元間距可用最高頻率的一個(gè)波長(zhǎng)而在高頻不出現(xiàn)柵瓣，垂直面方向圖穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明一種寬帶圓極化基站天線的結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2是本發(fā)明一種寬帶圓極化基站天線的俯視圖；
[0024]圖3是本發(fā)明一種寬帶圓極化基站天線的前視剖面圖；
[0025]圖4是本發(fā)明一種寬帶圓極化基站天線的左視剖面圖；
[0026]圖5是本發(fā)明一種寬帶圓極化基站天線的帶寬圖；
[0027]圖6是本發(fā)明一種寬帶圓極化基站天線的軸比圖；
[0028]圖7是本發(fā)明一種寬帶圓極化基站天線在1.7GHz福射方向圖；
[0029]圖8是本發(fā)明一種寬帶圓極化基站天線在2.2GHz福射方向圖；
[0030]圖9是本發(fā)明一種寬帶圓極化基站天線在2.7GHz輻射方向圖。
[0031]圖中示出:
[0032]1-天線輻射單元；2_饋電結(jié)構(gòu)；3_反射板；4_主輻射環(huán)；5A-上長(zhǎng)方形環(huán)；5B_下長(zhǎng)方形環(huán)；6A-第一寄生環(huán)；6B-第二寄生環(huán)；8_輻射單元介質(zhì)基板；9_焊接橫邊；10_微帶線；11_縫隙；12-金屬地板；13-饋電結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板；14A-第一匹配段；14B-第二耦合段；14C-第三匹配段；15-十字形縫。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。[0034]實(shí)施例
[0035]如圖1、圖4所示，一種寬帶圓極化基站天線，包括天線輻射單元1、饋電結(jié)構(gòu)2和反射板3，所述天線輻射單元I通過(guò)饋電結(jié)構(gòu)2固定在反射板3上，所述饋電結(jié)構(gòu)2垂直放置于天線輻射單元I和反射板3之間，具體為:饋電結(jié)構(gòu)上端與天線輻射單元的中心焊接，饋電結(jié)構(gòu)下端與反射板中心焊接。
[0036]如圖2所示，所述天線輻射單元I包括主輻射環(huán)4、寄生環(huán)和輻射單元介質(zhì)基板8，所述主輻射環(huán)4和寄生環(huán)印刷于輻射單元介質(zhì)基板8上，所述寄生環(huán)嵌套于主輻射環(huán)4的留白空間，所述留白空間為主輻射環(huán)內(nèi)的空白區(qū)域。
[0037]本實(shí)施例中輻射單元介質(zhì)基板8采用高頻板材R04350B，厚度0.76mm，相對(duì)介電常數(shù) 3.48。
[0038]所述主輻射環(huán)4由上長(zhǎng)方形環(huán)5A和下長(zhǎng)方形環(huán)5B構(gòu)成，上長(zhǎng)方形環(huán)的下邊和下長(zhǎng)方形環(huán)的上邊重合構(gòu)成焊接橫邊9，所述寄生環(huán)包括第一寄生環(huán)6A及第二寄生環(huán)6B，所述第一寄生環(huán)6A放置于上長(zhǎng)方形環(huán)5A的留白空間，第二寄生環(huán)6B放置于下長(zhǎng)方形環(huán)5B的留白空間內(nèi)，所述寄生環(huán)的周長(zhǎng)為0.3 λ ^~0.9 λ ^，所述上長(zhǎng)方形環(huán)5Α的右側(cè)邊的中下端開有第一槽，所述下長(zhǎng)方形環(huán)5Β的左側(cè)邊的中上端開有第二槽，所述第一槽與第二槽關(guān)于主輻射環(huán)的中心對(duì)稱。
[0039]所述第一寄生環(huán)6Α在右側(cè)邊的中下端開第三槽，所述第二寄生環(huán)6Β在左側(cè)邊的中上端開第四槽，并關(guān)于主輻射環(huán)的中心對(duì)稱。
[0040]所述上長(zhǎng)方形環(huán)5Α和下長(zhǎng)方形環(huán)5Β的縱橫比(長(zhǎng)邊與短邊的比例)范圍為0.1-1,所述上長(zhǎng)方形環(huán)5Α和下長(zhǎng)方形環(huán)5Β的周長(zhǎng)范圍為0.5 λ ^~1.5 λ。。
[0041]本實(shí)施例的長(zhǎng)方形 環(huán)的周長(zhǎng)為159mm，約為1.17 λ ^，上長(zhǎng)方形環(huán)5A的右側(cè)開第一槽，與焊接橫線9相距6mm，槽線長(zhǎng)3mm ;下長(zhǎng)方形環(huán)5B的左側(cè)開第二槽，與焊接橫線9相距6mm,槽線長(zhǎng)3mm ;本實(shí)施例的寄生環(huán)周長(zhǎng)為83mm,第一寄生環(huán)6A在右側(cè)邊的中下端開槽,槽位距離寄生環(huán)6A右側(cè)中點(diǎn)4.05mm，長(zhǎng)度1.7mm ;第二寄生環(huán)6B在左側(cè)邊的中下端開槽，槽位距離寄生環(huán)6B左側(cè)中點(diǎn)4.05mm,長(zhǎng)度1.7mm。
[0042]本發(fā)明主輻射環(huán)和寄生環(huán)均有開槽來(lái)實(shí)現(xiàn)圓極化輻射，由天線理論可知，在環(huán)上適當(dāng)位置開槽，環(huán)天線行波天線可在其軸向方向輻射圓極化波。該圓極化天線的極化旋向由環(huán)上縫隙的位置決定，當(dāng)環(huán)的環(huán)繞方向與波的傳播方向滿足左手關(guān)系時(shí)為左旋圓極化天線，同理當(dāng)環(huán)的環(huán)繞方向與波的傳播方向滿足右手關(guān)系時(shí)為右旋圓極化天線。
[0043]如圖3所示，所述饋電結(jié)構(gòu)2包括微帶線10、縫隙11、金屬地板12和饋電結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板13，所述微帶線10印刷在饋電結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板13正面，所述金屬地板12印刷在饋電結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板13背面，金屬地板12開有縫隙11且和金屬地板12形成開槽地板。
[0044]所述微帶線10包括第一匹配段14A、第二耦合段14B和第三匹配段14C，所述第一匹配段14A和第三匹配段14C分別垂直于第二耦合段14B，所述第一匹配段14A長(zhǎng)為0.1~
0.3 λ。，其特性阻抗為50 Ω，第三匹配段14C長(zhǎng)為0.02~0.1 λ。，其特性阻抗為50 Ω，λ Q為 136.4mm。
[0045]本實(shí)施例中第一匹配段14A的長(zhǎng)度為12mm，寬度為1.2mm，第二耦合段14B長(zhǎng)度為8mm,寬度為0.8mm,第三匹配段14C長(zhǎng)度為8mm,寬度為0.8_。
[0046]所述縫隙11末端帶有圓孔，所述縫隙的長(zhǎng)度為15mm,寬度為1mm,圓形半徑為1.1mm0
[0047]所述開槽地板優(yōu)選上端突起的形狀，便于與天線輻射單元I焊接；主輻射環(huán)4的焊接橫邊9中心開有十字形縫15，縫寬度為1_，金屬地板13上端通過(guò)十字形縫與主輻射環(huán)4焊接，金屬地板12的下端焊接與反射板3中間。
[0048]本發(fā)明用一個(gè)開槽環(huán)，實(shí)現(xiàn)了圓極化，引入寄生環(huán)，放置于主輻射環(huán)內(nèi)，當(dāng)主輻射環(huán)被激勵(lì)時(shí)，寄生環(huán)通過(guò)耦合作用增強(qiáng)天線的軸比帶寬，通過(guò)調(diào)整主輻射環(huán)和寄生環(huán)之間的間距，可獲得良好的軸比帶寬，本實(shí)施例中主輻射環(huán)和寄生環(huán)的間距為6mm。
[0049]反射板采用帶側(cè)邊的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中反射板3長(zhǎng)度為160mm，總寬度為140.6mm。反射板3可采用鋁板、銅板等板材。反射板3的底板保留平板的寬度為98_，二側(cè)邊向上彎折二次，第一次彎折角度為145°，彎折部分的長(zhǎng)度為26mm，第二次彎折角度為125°，彎折部分的長(zhǎng)度為3mm。
[0050]寬帶圓極化基站天線組陣時(shí)，單元間距可用115mm( 1.04 λ 2.7eHz，λ2.7(；Ηζ* 110mm),在高頻不出現(xiàn)柵瓣，垂直面方向圖穩(wěn)定。
[0051]如圖5、圖6、圖7、圖8及圖9所示，本發(fā)明的天線輻射單元采用開槽環(huán)，只需要一個(gè)饋點(diǎn)就實(shí)現(xiàn)了圓極化；采用 寄生環(huán)，增強(qiáng)了軸比帶寬，其軸比帶寬可覆蓋1.7-2.7GHz ;饋電結(jié)構(gòu)為一印刷寬帶巴倫，天線帶寬可完全覆蓋1.71-2.69GHz，真正意義上實(shí)現(xiàn)了寬帶化；在整個(gè)工作頻帶上，水平面0-30°范圍內(nèi)軸比性能保持在3dB內(nèi)；采用帶有側(cè)邊反射板，實(shí)現(xiàn)了 65±5°的水平面半功率波束寬度，高增益可達(dá)9dBi。在組成基站天線陣列時(shí)，輻射單元之間的間距可達(dá)到IlOmm(~λ2 7α?ζ)，八單元陣列增益可達(dá)17dBi。
[0052]將圓極化天線推廣至移動(dòng)通信天線領(lǐng)域，可有效解決當(dāng)前移動(dòng)通信系統(tǒng)中因天線極化失配導(dǎo)致通信質(zhì)量降低的問(wèn)題，有效抵抗多徑效應(yīng)，同時(shí)可采用極化分集技術(shù)提高系統(tǒng)容量。該圓極化基站天線具有全平面結(jié)構(gòu)，體積小、制作簡(jiǎn)單、帶寬大、輻射方向圖穩(wěn)定、增益高，十分合適用作移動(dòng)通信基站天線。
[0053]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶圓極化基站天線，其特征在于，包括天線輻射單元、饋電結(jié)構(gòu)和反射板，所述天線輻射單元通過(guò)饋電結(jié)構(gòu)固定在反射板上，所述饋電結(jié)構(gòu)垂直放置于天線輻射單元和反射板之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶圓極化基站天線，其特征在于，所述天線輻射單元包括主輻射環(huán)、寄生環(huán)和輻射單元介質(zhì)基板，所述主輻射環(huán)和寄生環(huán)印刷在輻射單元介質(zhì)基板上，所述寄生環(huán)嵌套于主輻射環(huán)的留白空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶圓極化基站天線，其特征在于，所述饋電結(jié)構(gòu)包括微帶線、縫隙、金屬地板和饋電結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板，所述微帶線印刷在饋電結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板正面，所述金屬地板印刷在饋電結(jié)構(gòu)介質(zhì)基板背面，金屬地板開有縫隙，所述縫隙和金屬地板形成開槽地板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種寬帶圓極化基站天線，其特征在于，所述微帶線包括第一匹配段、第二耦合段和第三匹配段，所述第一匹配段和第三匹配段分別垂直于第二耦合段，所述第一匹配段長(zhǎng)為0.1 λ ^~0.3 λ ^其特性阻抗為50 Ω，第三匹配段長(zhǎng)為0.02 λ。~0.1 A0,其特性阻抗為50 Ω，λ。為136.4mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬帶圓極化基站天線，其特征在于，所述主輻射環(huán)由上長(zhǎng)方形環(huán)和下長(zhǎng)方形環(huán)構(gòu)成，所述上長(zhǎng)方形環(huán)的下邊和下長(zhǎng)方形環(huán)的上邊重合構(gòu)成焊接橫邊； 所述上長(zhǎng)方形環(huán)的右側(cè)邊的中下端開有第一槽，所述下長(zhǎng)方形環(huán)的左側(cè)邊的中上端開有第二槽，所述第一槽與第二槽關(guān)于主輻射環(huán)中心對(duì)稱。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種寬帶圓極化基站天線，其特征在于，所述寄生環(huán)包括兩個(gè)長(zhǎng)方形寄生環(huán)，分別為第一寄生環(huán)和第二寄生環(huán)，所述第一寄生環(huán)在右側(cè)邊的中下端開有第三槽，所述第二寄生環(huán) 在左側(cè)邊的中上端開有第四槽，所述第三槽與第四槽關(guān)于主輻射環(huán)中心對(duì)稱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶圓極化基站天線，其特征在于，所述饋電結(jié)構(gòu)的高度 0.1 λ。~0.5 λ。，所述 λ。為 136.4mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶圓極化基站天線，其特征在于，所述反射板為帶側(cè)邊的結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種寬帶圓極化基站天線，其特征在于，所述焊接橫邊中心開有十字形縫。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種寬帶圓極化基站天線，其特征在于，所述縫隙末端帶有圓孔。
【文檔編號(hào)】H01Q21/24GK103490174SQ201310440160
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】李融林, 崔悅慧, 莫小龍, 全旭林 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)