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(shí)用新型公開(kāi)了一種超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線，包括：依次設(shè)置的多個(gè)輻射片、基片和反射板；基片的正面與輻射片相對(duì)，且基片的正面設(shè)有激勵(lì)縫隙；基片的背面與反射板相對(duì)，且基片的背面設(shè)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(gè)輸出端相連，兩路第二傳輸線分別與第二功分器的兩個(gè)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(lì)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(guò)設(shè)置的大小不同、對(duì)應(yīng)不同頻段的多層輻射片，達(dá)到擴(kuò)展頻帶的效果。
【專利說(shuō)明】一種超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及移動(dòng)通信領(lǐng)域中的天線【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002] 按照國(guó)際無(wú)線電規(guī)則規(guī)定，現(xiàn)有的無(wú)線電通信共分成航空通信、航海通信、陸地通 信、衛(wèi)星通信、廣播、電視、無(wú)線電導(dǎo)航，定位以及遙測(cè)、遙控、空間探索等50多種不同的業(yè) 務(wù)，并對(duì)每種業(yè)務(wù)都規(guī)定了一定的頻段。
[0003] 在移動(dòng)通信業(yè)務(wù)中，所有手機(jī)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(zhǔn)的4G頻段是2575-2635MHZ等高頻段。
[0004] 目前的2G、3G、4G通信網(wǎng)絡(luò)共存，無(wú)論是基站還是室內(nèi)分布系統(tǒng)，每個(gè)通信系統(tǒng)都 有各自的天線，現(xiàn)有天線的帶寬較窄，在滿足2G、3G、4G天線帶寬時(shí)需要采用多種不同帶寬 的天線，建站成本高。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中雙極化天線帶寬較窄缺陷，根據(jù)本實(shí)用新型的 一個(gè)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(shí)用新型實(shí)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(shè)置的多個(gè)輻射片、基片和反射板；基片的正面與輻射片相對(duì)，且基片的正面設(shè)有激勵(lì)縫 隙；基片的背面與反射板相對(duì)，且基片的背面設(shè)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(gè)輸出端相連，兩路第二傳輸線分別與第 二功分器的兩個(gè)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(lì)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(lì)縫隙正交相交的四個(gè)正交點(diǎn)對(duì)稱分布；多 個(gè)輻射片為互相平行設(shè)置的圓形輻射片，且輻射片距離基片越遠(yuǎn)，輻射片的直徑越小。
[0007] 在上述技術(shù)方案中，激勵(lì)縫隙為對(duì)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(diǎn)處激勵(lì)縫隙的寬度最窄，越靠近激勵(lì)縫隙中央位 置激勵(lì)縫隙的寬度越寬，短路饋點(diǎn)為傳輸線與激勵(lì)縫隙正交相交的正交點(diǎn)。
[0008] 在上述技術(shù)方案中，基片背面在基片正面的激勵(lì)縫隙的映射位置設(shè)置有與激勵(lì)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(shè)有與 激勵(lì)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(shù)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(gè)輸入端相連。
[0010] 在上述技術(shù)方案中，基片上設(shè)有多個(gè)過(guò)孔，且過(guò)孔沿傳輸線邊沿和/或激勵(lì)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(guò)過(guò)孔相連。
[0011] 在上述技術(shù)方案中，還包括：介質(zhì)層；介質(zhì)層設(shè)置于輻射片與基片的正面之間，以 及設(shè)置于多層輻射片之間，介質(zhì)層的介電常數(shù)大于空氣的介電常數(shù)。
[0012] 在上述技術(shù)方案中，基片采用高介電常數(shù)基片，介質(zhì)層和高介電常數(shù)基片的介電 常數(shù)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(zhì)層的介電常數(shù)，N為高介電常數(shù)基片的介電常數(shù)。
[0015] 在上述技術(shù)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(shè)置。
[0016] 在上述技術(shù)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(kāi)口朝上或朝下。
[0017] 在上述技術(shù)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(shè)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(kāi)口朝上或朝下。
[0018] 本實(shí)用新型實(shí)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(hào)，由等分二功分器將每路信號(hào)分成兩 路支路信號(hào)，該四條傳輸線支路同時(shí)激勵(lì)十字星形激勵(lì)縫隙，形成四次饋電，產(chǎn)生的電磁波 激勵(lì)多層輻射片，在多層薄層空間內(nèi)形成多個(gè)不同頻率的駐波型電磁場(chǎng)，并通過(guò)反射板二 次激勵(lì)這些輻射片，使得電磁波在大小不同的多層輻射片對(duì)應(yīng)的不同頻段中形成了多次諧 振，從而達(dá)到擴(kuò)展頻帶的效果。通過(guò)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(shí)采用多層弧形輻射片，減少交叉圓極化波近場(chǎng)的干擾， 使得交叉圓極化圓度更好，隔離度更高。同時(shí)，通過(guò)提高基片的介電常數(shù)，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(zhì)層，提高介質(zhì)層的介電常數(shù)，來(lái) 縮小超寬頻天線的體積，可以控制天線的波束寬度，實(shí)現(xiàn)了超寬帶超小型可控制波束寬度 的天線。
[0019] 本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū) 中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本實(shí)用新型而了解。本實(shí)用新型的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò) 在所寫(xiě)的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
[0020] 下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本實(shí)用 新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中：
[0022] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的第一結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中基片背面的結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中基片正面的結(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)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(jié) 構(gòu)圖；
[0026] 圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中基片短路饋點(diǎn)處的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例中基片背面的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖7為本實(shí)用新型實(shí)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(shí)用新型實(shí)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(shí)用新型實(shí)施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的第二結(jié)構(gòu)圖；
[0031] 圖10為本實(shí)用新型實(shí)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(jié) 構(gòu)圖；
[0032] 圖11為本實(shí)用新型實(shí)施例中超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的第三結(jié)構(gòu) 圖；
[0033] 圖12為本實(shí)用新型實(shí)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(jié) 構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0035] 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)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(shí)用新型實(shí)施例提供的超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的結(jié)構(gòu)圖，圖2和圖3分 別為基片的背面結(jié)構(gòu)圖和正面結(jié)構(gòu)圖，圖4為該雙極化天線的立體結(jié)構(gòu)圖。具體的，該超寬 帶小型化輕薄型雙極化陣列天線依次設(shè)置有多個(gè)輻射片20、基片10和反射板30。其中，輻 射片20可以通過(guò)輻射片支架固定在基片10上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，輻射片20也可 以通過(guò)其他方式固定，采用輻射片支架僅為其中一種【具體實(shí)施方式】。
[0036] 其中，基片10的正面與輻射片20相對(duì)，且基片10的正面設(shè)有激勵(lì)縫隙101 ;基片 10的背面與反射板30相對(duì)，且基片10的背面設(shè)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(gè)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(gè)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(lì)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(lì)縫隙101正交相交的四個(gè)正交點(diǎn)對(duì)稱分布。多 個(gè)輻射片20為互相平行設(shè)置的圓形輻射片，且輻射片距離基片越遠(yuǎn)，輻射片的直徑越小， 具體如圖1所示。
[0038] 其中，激勵(lì)縫隙101為對(duì)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(diǎn)處激勵(lì)縫隙的寬度 最窄，越靠近激勵(lì)縫隙中央位置激勵(lì)縫隙的寬度越寬，短路饋點(diǎn)為傳輸線與激勵(lì)縫隙正交 相交的正交點(diǎn)。短路饋點(diǎn)處的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖參見(jiàn)圖5所示。
[0039] 在圖2中，基片背面在基片正面的激勵(lì)縫隙101的映射位置設(shè)置有與激勵(lì)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(shí)用新型實(shí)施例提 供的雙極化天線中，在十字縫隙的中央位置還設(shè)有與激勵(lì)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(lì)縫隙102的長(zhǎng)度，有利于實(shí)現(xiàn)天線的小 型化。
[0040] 優(yōu)選的，基片10上設(shè)有多個(gè)過(guò)孔140,且過(guò)孔140沿傳輸線邊沿和/或激勵(lì)縫隙邊 沿分布，過(guò)孔的分布形狀參見(jiàn)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(guò)過(guò)孔相連。
[0041] 具體的，過(guò)孔的數(shù)量不止一個(gè)。在基片正面中，如圖3所示，出激勵(lì)縫隙101之外， 基片正面的其他區(qū)域大面積覆銅，該基片正面的覆銅區(qū)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(qū)域大面積覆銅，該基片背面的覆銅區(qū)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(guò)過(guò)孔相連，使二者成為共地面，從而 減少了傳輸線產(chǎn)生的平面波在電磁場(chǎng)中的干擾，使天線性能更穩(wěn)定。兩路第一傳輸線111 和兩路第二傳輸線121通過(guò)過(guò)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(lì)縫隙102相饋電的四個(gè)饋點(diǎn)間的耦合。
[0043] 優(yōu)選的，參見(jiàn)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(gè)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(fā)射端或接收端，可以向外輸出交叉圓極化天線信號(hào)。
[0044] 通過(guò)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(fā)射的近區(qū)場(chǎng)交叉圓極化波，通過(guò)空間距離和極化的損耗，使得 天線獲得相應(yīng)的天線端口隔離度。
[0045] 同時(shí)，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(gè)交叉圓極化波時(shí)，其極化匹配因子為1，即達(dá)到最理 想的極化匹配狀態(tài)，且接收信號(hào)功率與收發(fā)天線位置無(wú)關(guān)，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(dāng)交叉圓極化天線 接收交叉線極化波時(shí)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(gè)接頭變?yōu)橐粋€(gè)接頭，提高了通道利用率，縮小了體積，節(jié) 省了成本。
[0046] 對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例提供的超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線進(jìn)行測(cè)試，該天 線可以正常工作在1. 71GHZ-2. 69GHz超寬帶范圍內(nèi)，其駐波圖以及增益圖分別參見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)，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(yōu)選的，參見(jiàn)圖9所示，本實(shí)用新型實(shí)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(zhì)層40。介質(zhì)層40設(shè)置于輻射片20與基片10的正面之間，以及設(shè)置于 多層輻射片之間，且介質(zhì)層40的介電常數(shù)大于空氣的介電常數(shù)。其中，基片也可采用高介 電常數(shù)基片。增加介質(zhì)層后的超寬帶小型化輕薄型雙極化陣列天線的立體結(jié)構(gòu)圖參見(jiàn)圖10 所示。
[0052] 下面以LTE天線為例，采用不同介電常數(shù)的基片和介質(zhì)層、在2555-2635頻段時(shí)的 測(cè)試結(jié)果如下表1所示：
[0053] 表 1

【權(quán)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(shè)置的多個(gè)輻 射片、基片和反射板； 所述基片的正面與所述輻射片相對(duì)，且所述基片的正面設(shè)有激勵(lì)縫隙；所述基片的背 面與所述反射板相對(duì)，且所述基片的背面設(shè)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(gè)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(gè)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(lì)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(lì)縫隙正交相交的四個(gè)正交點(diǎn)對(duì)稱分布； 多個(gè)輻射片為互相平行設(shè)置的圓形輻射片，且輻射片距離所述基片越遠(yuǎn)，輻射片的直 徑越小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極化陣列天線，其特征在于，所述激勵(lì)縫隙為對(duì)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(diǎn)處所述激勵(lì)縫隙的寬度最窄，越靠近所述激勵(lì)縫隙中央位置所述激勵(lì)縫隙 的寬度越寬，所述短路饋點(diǎn)為傳輸線與所述激勵(lì)縫隙正交相交的正交點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)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(lì)縫隙的映射位置設(shè)置有與所述激勵(lì)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(shè)有與所述激勵(lì)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(jù)權(quán)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(gè)輸入端相連。
5. 根據(jù)權(quán)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(shè)有多個(gè)過(guò)孔，且 所述過(guò)孔沿傳輸線邊沿和/或所述激勵(lì)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(guò)所述過(guò)孔相連。
6. 根據(jù)權(quán)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(zhì)層； 所述介質(zhì)層設(shè)置于所述輻射片與所述基片的正面之間，以及設(shè)置于多層輻射片之間， 所述介質(zhì)層的介電常數(shù)大于空氣的介電常數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)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(shù)基 片，所述介質(zhì)層和所述高介電常數(shù)基片的介電常數(shù)的取值范圍分別為： I ^ M ^ 10 ；3. 5 ^ N ^ 10 ； 其中，M為介質(zhì)層的介電常數(shù)，N為高介電常數(shù)基片的介電常數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)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(shè)置。
9. 根據(jù)權(quán)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(kāi)口朝上或朝下。
10. 根據(jù)權(quán)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(shè)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(kāi)口朝上 或朝下。
【文檔編號(hào)】H01Q15/24GK204130695SQ201420640390
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】莊昆杰 申請(qǐng)人:莊昆杰