本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低剖面雙極化天線單元，應(yīng)用于第五代移動通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

自上世紀(jì)八十年代以來，移動通信技術(shù)經(jīng)歷了以模擬蜂窩技術(shù)為主的第一代移動通信系統(tǒng)(1G)，以TDMA和FDMA為主的第二代數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)(2G)，以CDMA為主要特征支持寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的第三代通信系統(tǒng)(3G)，以及以O(shè)FDM和MIMO為主要特征第四代通信系統(tǒng)(4G)。目前4G技術(shù)已經(jīng)得到大規(guī)模商用，它使數(shù)據(jù)傳輸速率得到了一個很大的提升。但隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的飛速發(fā)展，目前的移動通信系統(tǒng)面臨著諸多的壓力。

以第五代移動通信系統(tǒng)(5G)為主要研究方向的新一代移動通信系統(tǒng)采用多項(xiàng)新的關(guān)鍵技術(shù)，具備比現(xiàn)有移動通信系統(tǒng)更優(yōu)的性能，如更快的用戶體驗(yàn)速率、更高的數(shù)據(jù)峰值傳輸速率、更密集的設(shè)備連接數(shù)、毫秒級水平的端到端時延以及滿足500Km/h以上的移動性。其中，用戶體驗(yàn)速率、設(shè)備連接數(shù)密度和時延被看做第五代移動通信系統(tǒng)最基本的三項(xiàng)性能指標(biāo)。同時，第五代移動通信系統(tǒng)還能夠大幅度提高網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營的效率，實(shí)現(xiàn)幾十倍頻譜效率的提升以及百倍以上能效和成本效率的提升。

目前，半波振子天線是移動通信系統(tǒng)中最為常見的單元形式。半波振子天線電性能穩(wěn)定，加工工藝成熟，但是在結(jié)構(gòu)方面半波振子整體高度較大，并且與其相連的功分網(wǎng)絡(luò)、耦合網(wǎng)絡(luò)等均為深度方向排布，容易導(dǎo)致陣面輻射層總體厚度增加，給基站天線的架設(shè)帶來不便。此外，半波振子需要采用十字交叉的方式來實(shí)現(xiàn)雙極化特性，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大。對于低剖面貼片天線單元，金屬貼片剖面低，容易實(shí)現(xiàn)雙極化輻射；采用常規(guī)方形貼片的天線單元其單元間距受限于貼片的大小，并且較大的貼片尺寸容易導(dǎo)致單元間較強(qiáng)耦合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種移動通信系統(tǒng)小型化低剖面雙極化天線單元，實(shí)現(xiàn)雙極化輻射；通過在輻射貼片上開十字形槽，能夠有效減小貼片的尺寸，天線單元整體結(jié)構(gòu)緊湊，適合大批量生產(chǎn)加工。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種低剖面雙極化天線單元，包括金屬片、支撐柱和耦合饋電層，所述支撐柱一端垂直固定在所述耦合饋電層上，另一端固定于所述金屬片上，使所述金屬片與所述耦合饋電層平行；所述金屬片的邊在所述耦合饋電層上的投影的延長線與所述耦合饋電層的邊的延長線呈45°夾角；所述金屬片中部開有十字形孔；所述耦合饋電層從上到下分別是上層地板層、介質(zhì)基板和下層地板層，所述上層地板層表面設(shè)有第一饋電帶狀線、第二饋電帶狀線和若干貫穿所述耦合饋電層的金屬化過孔，所述第一饋電帶狀線和所述第二饋電帶狀線層壓在介質(zhì)基板中間，均為“L”型，分列在所述耦合饋電層一條對角線兩側(cè)，成正交分布，所述上層地板層刻蝕有正交排布的“工”型縫隙，所述第一饋電帶狀線和所述第二饋電帶狀線分別經(jīng)兩個“工”型縫隙耦合激勵金屬片；所述第一饋電帶狀線和所述第二饋電帶狀線的長邊分別與所述金屬片的相鄰邊在所述耦合饋電層上的投影平行；分布在所述第一饋電帶狀線和所述第二饋電帶狀線兩側(cè)的金屬化過孔為第一類金屬化過孔；分布在所述第一饋電帶狀線和所述第二饋電帶狀線之間的金屬化過孔為第二類金屬化過孔。

所述支撐柱有四根，連接所述金屬片的一端分別固定于所述金屬片的四個角。

所述支撐柱為塑料絕緣材質(zhì)。

所述金屬片的寬度為0.3λ～0.4λ，λ為中心頻點(diǎn)對應(yīng)自由空間波長。

所述十字形孔的長度為0.20λ～0.23λ。

所述金屬片和所述耦合饋電層之間的空氣層厚度為0.025λ～0.035λ。

本發(fā)明的效果主要有：

1、體積小、剖面低，適用于第五代移動通信系統(tǒng)；

2、易于實(shí)現(xiàn)雙極化輻射：兩個饋電帶狀線、“工”型縫隙不沿耦合饋電層的邊設(shè)置，而是與其呈45°角，相應(yīng)的，金屬片也旋轉(zhuǎn)45°，從而實(shí)現(xiàn)斜45°雙極化輻射；

3、抑制了饋電網(wǎng)絡(luò)的寄生輻射：本發(fā)明耦合饋電層和金屬片之間有接地層，使耦合饋電層和金屬貼片結(jié)構(gòu)上隔離，避免了饋電網(wǎng)絡(luò)寄生輻射對天線輻射方向圖的影響；

4、結(jié)構(gòu)緊湊，形式簡單，分離部件少，裝配簡單，電性能良好，非常適合大批量生產(chǎn)加工。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例低剖面雙極化天線單元的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為圖1中實(shí)施例的側(cè)視圖；

圖3為圖1實(shí)施例之耦合饋電層結(jié)構(gòu)圖；

圖4為圖1中實(shí)施例端口隔離度測試曲線；

圖5為圖1中實(shí)施例端口駐波比測試曲線；

附圖標(biāo)記說明：

1—金屬片、10—十字形孔、2—支撐柱、3—耦合饋電層、30—第一饋電帶狀線、31—第二饋電帶狀線、32—介質(zhì)基板、33—上層地板層、34—下層地板層、35—金屬化過孔、36—”工”型縫隙。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例第五代移動通信系統(tǒng)小型化低剖面雙極化天線單元，包括金屬片1、支撐柱2、耦合饋電層3。支撐柱2為塑料材質(zhì)，金屬片1呈方形，表面刻蝕有十字形孔10，通過支撐柱2固定在耦合饋電層3上方。金屬片1的邊在耦合饋電層3上的投影與耦合饋電層3的邊的延長線相交成45°角。

耦合饋電層3分為三層，如圖3所示，從上到下依次是上層地板層33、介質(zhì)基板32和下層地板層34，上層地板層33表面有第一饋電帶狀線30、第二饋電帶狀線31、金屬化過孔35以及“工”型縫隙。第一饋電帶狀線30和第二饋電帶狀線31均呈“L”形，分列在耦合饋電層3的一條對角線兩側(cè)，其中一個饋電帶狀線的長邊與上述對角線平行，另一個饋電帶狀線的長邊與該對角線垂直，即第一饋電帶狀線30和第二饋電帶狀線31為正交分布。第一饋電帶狀線30、第二饋電帶狀線31層壓在介質(zhì)基板32中間。金屬化過孔35貫穿耦合饋電層3。

第一饋電帶狀線30和第二饋電帶狀線31分別經(jīng)兩個”工”型縫隙36耦合激勵金屬片1，兩個”工”型縫隙36分別與兩個饋電帶狀線的長邊垂直相交。這樣，金屬片1、第一饋電帶狀線30、第二饋電帶狀線31、”工”型縫隙36相對于耦合饋電層3的邊整體旋轉(zhuǎn)45°，從而實(shí)現(xiàn)正負(fù)45°雙極化輻射，通過調(diào)節(jié)”工”型縫隙的結(jié)構(gòu)尺寸可以改善低剖面雙極化的匹配特性。采取第一饋電帶狀線30、第二饋電帶狀線31分別對金屬片1進(jìn)行饋電，饋電帶狀線傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘柋簧蠈拥匕鍖?3所屏蔽，傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘栔苯虞椛湫孤┓浅Ｐ?，減小了饋電網(wǎng)絡(luò)的寄生輻射。

金屬化過孔35包括沿第一饋電帶狀線30、第二饋電帶狀線31兩側(cè)排布的第一類金屬化過孔和排布在第一饋電帶狀線30、第二饋電帶狀線31之間的第二類金屬化過孔。第一類金屬化過孔可以抑制帶狀線高次模的傳輸，第二類金屬化過孔可以有效減小第一饋電帶狀線30和第二饋電帶狀線31之間的電磁耦合。

支撐柱2將金屬片1固定在耦合饋電層3上方。支撐柱2主要起固定金屬片的作用，也可以采用塑料支撐架等固定件。通過對金屬片1、支撐柱2、耦合饋電層3的統(tǒng)一裝配，該天線結(jié)構(gòu)牢靠耐用，剖面低，裝配簡單，非常適合大批量生產(chǎn)加工。

利用電磁場數(shù)值算法結(jié)合仿真技術(shù)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能比對來達(dá)到改善天線輻射特性及S參數(shù)可調(diào)節(jié)的參數(shù)較多，包括：金屬片1的寬度，十字形孔10的尺寸，金屬片1距離耦合饋電層3的高度，第一饋電帶狀線30、第二饋電帶狀線31的長度和寬度，”工”型縫隙的尺寸等等。通過對這些參數(shù)的優(yōu)化，可以滿足天線的性能要求。

本實(shí)施例中金屬片1的寬度為0.3λ～0.4λ(λ為中心頻點(diǎn)對應(yīng)自由空間波長)，十字形孔的長度為0.20λ～0.23λ，金屬片1和耦合饋電層3之間的空氣層厚度為0.025λ～0.035λ。

圖4為本實(shí)施例的帶內(nèi)端口隔離度曲線，橫坐標(biāo)表示工作頻率，縱坐標(biāo)表示雙極化天線單元兩個端口隔離度S21參數(shù)(以dB表示)，可以看出兩端口間在3.4GHz到3.6HHz實(shí)現(xiàn)了26dB以上的隔離。

圖5為本實(shí)施例的帶內(nèi)駐波比曲線，橫坐標(biāo)表示工作頻率，縱坐標(biāo)表示雙極化天線單元兩個端口的駐波比參數(shù)，可以看出兩端口在3.4GHz到3.6HHz駐波比小于2。