一種改進(jìn)型角饋高隔離度雙極化疊層微帶天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于無線通信中的改進(jìn)型角饋高隔離度雙極化疊層微帶天線，該天線具有頻帶寬、雙極化、隔離度高和天饋高度集成的優(yōu)點(diǎn)。該天線通過偏移傳統(tǒng)角饋天線饋電點(diǎn)，并在貼片邊沿開三角形槽的方法來提高其不同極化端口的隔離度，其基本結(jié)構(gòu)包括上層介質(zhì)板(1)、下層介質(zhì)板(2)、塑料螺釘(3)、上層方形貼片(4)、開有三角形槽的下層方形貼片(5)、偏離下層貼片邊角的微帶阻抗變換線(6)、饋電微帶線(7)。本發(fā)明最大的創(chuàng)新在于通過偏移其饋電點(diǎn)以及開三角形槽的方法來提高其不同極化端口之間的隔離度，使天線在駐波比小于1.5的情況下達(dá)到9％的阻抗帶寬，在工作頻帶內(nèi)端口隔離度由傳統(tǒng)角饋天線的19dB提高到29dB。
【專利說明】-種改進(jìn)型角饋高隔離度雙極化疊層微帶天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天線工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到一種疊層微帶天線，具體來說是一種可用 于無線通信領(lǐng)域的改進(jìn)型角饋高隔離度雙極化疊層微帶天線。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著新一代無線移動通信的發(fā)展，移動用戶數(shù)量上升，對基站建設(shè)的數(shù)量和密度 要求更高，各個移動運(yùn)營商建網(wǎng)選址也越來越困難。微基站具有一體化、小型化、低成本、 安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，在新一代無線移動通信中成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。微帶天線具有低剖面， 低成本，重量輕，易加工，適合大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于微基站當(dāng)中。通常微基站天 線要求具有寬的頻帶，雙極化，高隔離度。通過采用疊層結(jié)構(gòu)、口徑耦合、L形探針饋電、電 容探針饋電、E形槽貼片等形式可以拓展天線的帶寬。疊層微帶天線因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單、易于批 量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而受到天線廠商的青睞。然而，在雙極化疊層微帶天線中因?yàn)閮蓚€端口之間 的強(qiáng)稱合作用實(shí)現(xiàn)高的端口隔離度并不容易。A.U.Zaman等人在Electronic Letter (vol ? 43, pp: 551-552, May2007)上發(fā)表的題為 "Dual polarised microstrip patch antenna with high port isolation"中介紹了一種底饋高隔離度的寬帶雙極化疊層微帶天線，該 天線在2. 5GHZ-2. 7GHz內(nèi)駐波比小于2,通過在底層貼片上開T形槽方法將端口隔離度提 高到 30dB。B. Li 等人在 2012 年的 International Workshop on Microwave Millimeter Wave Circuits and System Technol(MMWCST2012, Chengdu)上發(fā)表了題為"A compact and dual-polarized microstrip array antenna for mini base station applications" 的 文章，通過采用雙饋技術(shù)提高端口隔離度。前面兩篇關(guān)于疊層微帶天線的文章均采用底饋 的方式進(jìn)行饋電，需要額外的一層介質(zhì)板來進(jìn)行饋電網(wǎng)絡(luò)的布線，增加了天線的整體高度 和成本。相比于探針饋電的底饋技術(shù)，角饋技術(shù)可以使得天線具有更低的剖面，并且降低成 本，因?yàn)榻丘佄炀€的饋電微帶線和下層貼片印制在同一層介質(zhì)板上。在傳統(tǒng)的角饋疊 層微帶天線中，饋電點(diǎn)一般位于底層貼片的邊角位置，因?yàn)轲侂娢Ь€的引入，天線的結(jié)構(gòu) 不再對稱，輻射貼片上的表面電流分布不對稱。通常兩個極化端口之間的隔離度只有19dB， 而在微基站天線中，不同極化端口之間的隔離度一般要求在25dB以上。因此，傳統(tǒng)角饋疊 層微帶天線難以滿足當(dāng)前的微基站需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明鑒于上述技術(shù)背景，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在雙極化疊層微帶天線端口 隔離度差的問題，提出了一種改進(jìn)型角饋高隔離度雙極化疊層微帶天線。該天線單元在 2. 5GHZ-2. 7GHz頻段內(nèi)駐波比小于1. 5,并且在工作頻帶內(nèi)，天線單元的不同極化端口隔離 度達(dá)到29dB，適合于微基站對于天線兩極化端口高隔離度的要求。該天線通過角饋的方式 饋電，饋電網(wǎng)絡(luò)和底層貼片印刷在同一層介質(zhì)板上表面，無需探針饋電，易于加工，同時節(jié) 省了一層用于饋電網(wǎng)絡(luò)布線的介質(zhì)板，有利于實(shí)現(xiàn)天線組陣以及天線與饋電網(wǎng)絡(luò)的高度集 成化和低成本化。
[0004] 該天線適用于第四代無線移動通信系統(tǒng)，特別適合于微基站天線。它的基本結(jié)構(gòu) 包括上層介質(zhì)板（1)、下層介質(zhì)板（2)、四個塑料螺釘（3)、上層方形微帶貼片（4)、開有三角 形槽的下層方形微帶貼片（5)、偏移的四分之一波長微帶阻抗變換線出）、50歐姆饋電微帶 線（7)，下層介質(zhì)板（1)底面為金屬地，天線結(jié)構(gòu)關(guān)于兩個極化端口的中線對稱。其中：所 述50歐姆饋電微帶線（7)用于饋入微波信號，四分之一波長微帶阻抗變換線（6)用于實(shí)現(xiàn) 阻抗匹配，四分之一波長微帶阻抗變換線（6)在偏離下層方形微帶貼片（5)的邊角5_距 離的地方進(jìn)行饋電，下層方形微帶貼片（5)上有一個小的三角形槽，上層方形微帶貼片（4) 印制在上層介質(zhì)板（1)的上表面，下層方形微帶貼片（5)印制在下層介質(zhì)板（2)的上表面， 上層介質(zhì)板（1)和下層介質(zhì)板（2)通過四個塑料螺釘（3)進(jìn)行固定。
[0005] 本發(fā)明最大的創(chuàng)新在于采用改進(jìn)型的角饋技術(shù)以及下層貼片開槽技術(shù)，提升了角 饋雙極化天線的兩極化端口之間隔離度。具體來說，一是將傳統(tǒng)角饋微帶天線的饋電點(diǎn)由 貼片的邊角位置偏移5mm距離，二是在下層微帶貼片邊沿中間位置開一個三角形的槽。
[0006] 本發(fā)明的特點(diǎn)是采用微帶線角饋的方式，通過對微帶饋線偏移5mm的距離，在不 改變天線其他特性的情況下，大大地提高了雙極化天線中兩極化端口之間的隔離度。同時， 天線采取共面微帶線饋電的方式，有利于天線組陣。為了進(jìn)一步提高天線端口之間的隔離 度，在下層方形貼片邊沿開有一個三角形的槽。
[0007] 本發(fā)明實(shí)施方式是微波信號由50歐姆微帶線輸入，通過一段四分之一波長微帶 阻抗變換線傳輸至下層微帶貼片進(jìn)行饋電，上層微帶貼片通過耦合而來的電磁場引起諧 振。角饋的微帶線從傳統(tǒng)的貼片邊角饋電位置偏移了 5_距離，等效地補(bǔ)償了由于饋電微 帶線引起的貼片表面電流的不對稱性。在下層貼片開三角形槽，進(jìn)一步補(bǔ)償了天線貼片表 面電流的不對稱性。天線尺寸經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，在工作頻帶內(nèi)天線的兩極化端口的隔離度 得到提1?。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使 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(fā)明的一個實(shí)施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 的附圖。
[0009] 圖1是本發(fā)明一種實(shí)施方式提供的一種改進(jìn)型高隔離度雙極化疊層微帶天線透 視不意圖；
[0010] 圖2是圖1所示的下層介質(zhì)板（2)的俯視圖；
[0011] 圖3是圖1所示的上層介質(zhì)板（1)的俯視圖；
[0012] 圖4是圖1所示的雙極化天線左邊端口的電壓駐波比和兩極化端口隔離度仿真結(jié) 果示意圖；
[0013] 圖5是圖1所示的雙極化天線左邊端口的電壓駐波比和兩極化端口隔離度測試結(jié) 果示意圖；
[0014] 圖6是圖1所示的雙極化天線的左邊端口饋電時，雙極化天線的E面和Η面的主 極化和交叉極化測試結(jié)果示意圖； 具體實(shí)施方案
[0015] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一個實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本 發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí) 施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016] 請一并參考圖1至圖6,為本發(fā)明實(shí)施方式提供的角饋雙極化疊層微帶天線。所 述雙極化天線依圖1所示描述主要包括：上層介質(zhì)板（1)、下層介質(zhì)板（2)、四個塑料螺釘 (3) 、上層方形微帶貼片（4)、開有三角形槽的下層方形微帶貼片（5)、偏移的四分之一波長 微帶阻抗變換線（6)、50歐姆饋電微帶線（7)。上層介質(zhì)板（1)采用介電常數(shù)為4. 4,厚度 為1mm的FR4材料，下層介質(zhì)板（2)采用介電常數(shù)為2. 55,厚度為0· 78mm的材料，兩層介 質(zhì)板之間的空氣高度為5mm，兩層介質(zhì)板的橫向尺寸均為80mmX80mm，四個塑料螺釘材料 為尼龍，直徑為3mm。下層介質(zhì)板（1)底面為金屬地，下層方形貼片（5)印制在天線介質(zhì)板 (2)上表面，尺寸為35. 7mmX 35. 7mm，下層方形貼片（5)通過長度為17. 5mm寬度為2. 66mm 的四分之一波長微帶阻抗變換線（6)進(jìn)行饋電，四分之一波長微帶阻抗變換線（6)偏離方 形貼片邊角5mm，四分之一波長微帶阻抗變換線（6)連接50歐姆微帶線（7)，在下層方形貼 片（5)的邊沿開有一個三角形的槽，槽的高度為2. 5mm，底邊長度為5mm。上層方形貼片 (4) 印制在上層介質(zhì)板（1)的上表面，尺寸為39. 2mmX 39. 2mm，上層介質(zhì)板（1)下表面金屬 全部腐蝕掉。介質(zhì)板四周有四個螺孔，便于通過塑料螺釘將上下層介質(zhì)板固定。
[0017] 該天線結(jié)構(gòu)為雙極化天線，有兩個工作于不同極化的端口，兩個端口及其饋電微 帶線和阻抗變換線關(guān)于兩個極化端口的中線對稱。由于兩個極化彼此對稱，本實(shí)施實(shí)例僅 對左邊極化端口饋電，另一個端口接匹配負(fù)載。圖4是圖1所示的雙極化天線左邊端口的 電壓駐波比和兩端口隔離度仿真結(jié)果示意圖，在回波損耗小于-14dB(對應(yīng)電壓駐波比小 于1. 5)的情況下，本專利提出的天線的相對帶寬達(dá)到9% (工作于2. 5GHz?2. 75GHz)，同 時在2. 5GHz-2. 7GHz的帶寬內(nèi)隔離度達(dá)到了 29dB。為了和傳統(tǒng)的角饋疊層天線（饋電位置 在邊角，下層貼片沒有三角形的開槽）作對比，傳統(tǒng)角饋疊層天線的仿真結(jié)果也一并呈現(xiàn) 在圖4中，通過對比可發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)角饋天線本專利所提出的天線的隔離度提高了 9dB。圖 5是圖1所示的雙極化天線左邊端口的電壓駐波比和兩端口隔離度實(shí)測結(jié)果。在工作頻帶 2. 5GHz?2. 7GHz內(nèi)，回波損耗小于-15dB，隔離度達(dá)到28dB。圖6是圖1所示的雙極化天 線左邊端口饋電時，在中心頻點(diǎn)2. 6GHz測試的天線E面和Η面主極化和交叉極化方向圖， 該方向圖穩(wěn)定，3dB波束寬度內(nèi)交叉極化低于-17dB。
[0018] 以上是向熟悉本發(fā)明領(lǐng)域的工程技術(shù)人員提供的對本發(fā)明及其實(shí)施方案的描述， 這些描述應(yīng)被視為是說明性的，而非限定性的。工程技術(shù)人員可據(jù)此發(fā)明權(quán)利要求書中的 思想做具體的操作實(shí)施，自然也可以據(jù)以上所述對實(shí)施方案做一系列的變更。上述這些都 應(yīng)被視為本發(fā)明的涉及范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種改進(jìn)型角饋高隔離度雙極化疊層微帶天線，其特征在于所述天線分別包括上 層介質(zhì)板（1)、下層介質(zhì)板（2)、四個塑料螺釘（3)、上層方形微帶貼片（4)、開有三角形槽的 下層方形微帶貼片（5)、四分之一波長微帶阻抗變換線（6)、50歐姆饋電微帶線（7)，天線結(jié) 構(gòu)關(guān)于兩個極化端口的中線對稱；其中：所述50歐姆饋電微帶線（7)用于饋入微波信號， 四分之一波長微帶阻抗變換線（6)用于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，四分之一波長微帶阻抗變換線（6) 在偏離下層方形微帶貼片（5)的邊角5mm距離的地方進(jìn)行饋電，下層方形微帶貼片（5)上 有一個小的三角形槽，上層方形微帶貼片（4)印制在上層介質(zhì)板（1)的上表面，下層方形微 帶貼片（5)印制在下層介質(zhì)板（2)的上表面，上層介質(zhì)板（1)和下層介質(zhì)板（2)通過四個 塑料螺釘（3)進(jìn)行固定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)型角饋高隔離度雙極化疊層微帶天線，其特征在于 其下層方形微帶貼片上開有三角形槽，以提高端口間隔離度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)型角饋高隔離度雙極化疊層微帶天線，其特征在于 其四分之一波長微帶阻抗變換線不是在傳統(tǒng)的角饋位置（方形微帶貼片邊角）進(jìn)行饋電， 而是在偏離下層方形微帶貼片（5)的邊角5_距離的地方進(jìn)行饋電，以提高端口間隔離度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)型角饋高隔離度雙極化疊層微帶天線其特征還在 于其適合用作共面饋電的雙極化微帶貼片天線陣。
【文檔編號】H01Q13/08GK104157978SQ201410213379
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】楊仕文, 朱全江, 陳宗, 過繼新, 王冉 申請人:電子科技大學(xué)