本發(fā)明涉及基站天線技術領域，具體是一種高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線。

背景技術：

隨著移動數(shù)據(jù)業(yè)務占電信業(yè)務總量的比率也越來越高，尤其是在學校、商場、辦公大樓、會議中心等公共場所；此外，一些城中村、郊區(qū)存在信號覆蓋盲點。若直接通過建設宏基站來增加網(wǎng)絡容量，成本很高，包括站址的選取，設備的采購、安裝、調試和維護都要耗費大量的人力、財力、物力和時間。因此，單純用宏蜂窩網(wǎng)絡來兼顧區(qū)域的覆蓋是一個不明智的選擇。正是由于面臨上述挑戰(zhàn)，業(yè)界提出用小型基站來解決部署高速數(shù)據(jù)業(yè)務時面臨的室內覆蓋問題。

目前比較成熟的有Microcell、Picocell以及Femtocell這些小型基站。MicroCell往往用于較大的室外區(qū)域。因為其相比于其他兩種類型的SmallCell，微基站功率較大，因此覆蓋范圍也較廣，能夠承載較多的用戶。使得微基站更適合作為對宏基站覆蓋能力補充的角色。

在微基站天線的設計過程中，天線的尺寸、雙極化特性、方向圖穩(wěn)定性和增益都是重要的參數(shù)指標。微基站加強宏基站的覆蓋能力，所以其覆蓋頻段主要在移動通信的高頻段。此外，由于微基站的尺寸要小于宏基站，即要求天線的尺寸足夠小。但是緊湊的結構勢必會帶來線極化天線之間的耦合，產生較大的交叉極化干擾。本身微帶天線受到帶寬和增益的限制，但是其結構簡單和易加工特點普遍適用于基站天線設計。因此，如何在無線通信的微基站中設計尺寸小、足夠的帶寬、良好的方向圖和高的隔離度的微帶天線，是目前主要的設計方向。

設計良好性能的微基站天線，首先要選擇緊湊型的天線結構；其次選擇合適的饋電形式提高交叉極化隔離度和更多的調諧參數(shù)來展開天線的帶寬；最后優(yōu)化天線的方向圖特性，使得天線的定向輻射和增益滿足良好的性能指標。因此，小型化、高隔離度和穩(wěn)定方向圖特性是對設計微基站天線具有重要意義和應用前景。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線，包括地板基板、饋電基板一、饋電基板二、天線基板和金屬墻，所述地板基板上表面上設有通過金屬墻組成的方形的結構，饋電基板一與饋電基板二設置在金屬墻組成的方形結構的內部且與地板基板相垂直，天線基板設于饋電基板一與饋電基板二的上方，天線基板的下表面設有貼片天線，貼片天線的對角線與正交擺放的饋電基板一和饋電基板二位置相重合，饋電基板二正上方的對角線方向上的貼片天線的兩個角上開有大小對稱的槽；所述饋電基板一包括正面有半包圍金屬微帶線和背面有敷類的環(huán)形金屬環(huán)一，半包圍金屬微帶線的垂直彎折處有作切角處理，在環(huán)形金屬環(huán)一內部設有類倒T型槽的鏤空結構，半包圍金屬微帶線的一端連接SMA接頭二；所述饋電基板二上敷有關于基板中心鏡面對稱的Γ型金屬微帶線，Γ型的金屬微帶線在距離末端一定距離處設有較短的調諧金屬微帶線，饋電基板二的兩個Γ型金屬微帶線底端分別通過金屬銅柱與地板基板下表面的差分饋電網(wǎng)絡連接，在地板基板的上表面設有金屬基板，金屬基板上金屬柱與SMA接頭二處進行穿孔；所述地板基板下表面的差分饋電網(wǎng)絡的一端接金屬柱與Γ型金屬微帶線連接，另一端與SMA接頭一相連。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述饋電基板一與饋電基板二分別在其中間處開有能夠使饋電基板一與饋電基板二正交插入固定的凹槽。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述饋電基板一與饋電基板二與貼片天線不直接連接。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述半包圍金屬微帶線將T型槽分割成兩個部分進行耦合。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述SMA接頭一、SMA接頭二均為50歐的SMA接頭。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述金屬墻為金屬鋁材料構成，呈柵欄型，柵欄高度分別從墻的兩端依次遞減至第四個柵欄，其余柵欄高度一致，金屬墻圍在天線周圍，與相鄰的金屬墻相連接，且與地板基板上的金屬基板相連。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述貼片天線所在的基板其敷有金屬貼片天線的面朝下。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述T型槽其豎直部分的寬度不一致，水平部分的寬度一致，且上方兩個角作切角處理。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述地板基板、饋電基板一、饋電基板二、天線基板的材料都為FRE-4，其相對介電常數(shù)為4.4。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的雙極化微基站天線結構緊湊，制造成本低，能夠滿足各種環(huán)境使用，相比于其他微基站微帶天線，具有良好的定向輻射特性和穩(wěn)定的方向圖特性；采用多參數(shù)結構來調節(jié)微帶天線，解決傳統(tǒng)單一靠優(yōu)化微帶天線尺寸來降低天線諧振頻率問題；利用混合耦合饋電的方式，具有較好的極化隔離度；本發(fā)明結合鏡像原理增加了柵欄型高度漸變的金屬墻，進而得到穩(wěn)定方向圖特性，整體天線剖面較低。

附圖說明

圖1為高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線的整體結構立體圖。

圖2為高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線的正面結構示意圖。

圖3為高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線中饋電基板一的結構示意圖。

圖4為高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線中饋電基板二的結構示意圖。

圖5為高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線散射參數(shù)性能的示意圖。

圖6為高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線在提供2.6GHz頻段激勵時的激勵端口一的E面方向圖。

圖7為高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線在提供2.6GHz頻段激勵時的激勵端口二的E面方向圖。

圖中：1-地板基板、2-貼片天線、3-饋電基板一、4-饋電基板二、5-差分饋電網(wǎng)絡、6-SMA接頭一、7-天線基板、8-金屬墻、9-環(huán)形金屬環(huán)二、10-半包圍金屬微帶線、11-環(huán)形金屬環(huán)一、13-SMA接頭二、14-金屬銅柱、15-Γ型金屬微帶線。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

請參閱圖1-7，一種高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線，包括地板基板、饋電基板一、饋電基板二、天線基板和金屬墻，所述地板基板上表面上設有通過金屬墻組成的方形的結構，饋電基板一與饋電基板二設置在金屬墻組成的方形結構的內部且與地板基板相垂直，天線基板設于饋電基板一與饋電基板二的上方，天線基板的下表面設有貼片天線，貼片天線的對角線與正交擺放的饋電基板一和饋電基板二位置相重合，饋電基板二正上方的對角線方向上的貼片天線的兩個角上開有大小對稱的槽；所述饋電基板一包括正面有半包圍金屬微帶線和背面有敷類的環(huán)形金屬環(huán)一，半包圍金屬微帶線的垂直彎折處有作切角處理，在環(huán)形金屬環(huán)一內部設有類倒T型槽的鏤空結構，半包圍金屬微帶線的一端連接SMA接頭二；所述饋電基板二上敷有關于基板中心鏡面對稱的Γ型金屬微帶線，Γ型的金屬微帶線在距離末端一定距離處設有較短的調諧金屬微帶線，饋電基板二的兩個Γ型金屬微帶線底端分別通過金屬銅柱與地板基板下表面的差分饋電網(wǎng)絡連接，在地板基板的上表面設有金屬基板，金屬基板上金屬柱與SMA接頭二處進行穿孔；所述地板基板下表面的差分饋電網(wǎng)絡的一端接金屬柱與Γ型金屬微帶線連接，另一端與50歐SMA接頭一相連。

所述饋電基板一與饋電基板二分別在其中間處開有能夠使饋電基板一與饋電基板二正交插入固定的凹槽。

所述饋電基板一與饋電基板二與貼片天線不直接連接。

所述半包圍金屬微帶線將T型槽分割成兩個部分進行耦合。

所述SMA接頭一、SMA接頭二均為50歐的SMA接頭。

所述金屬墻為金屬鋁材料構成，呈柵欄型，柵欄高度分別從墻的兩端依次遞減至第四個柵欄，其余柵欄高度一致，金屬墻圍在天線周圍，與相鄰的金屬墻相連接，且與地板基板上的金屬基板相連。

所述貼片天線所在的基板其敷有金屬貼片天線的面朝下。

所述T型槽其豎直部分的寬度不一致，水平部分的寬度一致，且上方兩個角作切角處理。

所述地板基板、饋電基板一、饋電基板二、天線基板的材料都為FRE-4，其相對介電常數(shù)為4.4。

本發(fā)明高隔離度的緊湊型雙極化微基站天線主要包括地板基板1、饋電基板一3、饋電基板二4、天線基板7和金屬墻8四個部分。貼片天線2位于天線基板7的下表面。饋電基板二4的正上方的對角線方向，對金屬的貼片天線2作挖槽處理，為兩個角各有同等大小的對稱槽。貼片天線2的對角線與正交擺放的饋電基板一3和饋電基板二4位置相重合，符合激勵出±45°極化電場的結構。再加上混合耦合饋電的結構，這使得表面電流無法直接影響其他結構，減小了激勵端口間的耦合，保證高的極化隔離度。饋電基板一3和饋電基板二4分別在其中間處有挖凹槽，使得饋電基板一3和饋電基板二4可以正交插入固定，使得雙極化天線結構緊湊、結實。饋電基板一3和饋電基板二4不與貼片天線2直接連接，而是利用耦合的形式對貼片天線2進行激勵。

饋電基板一3包括正面有半包圍金屬微帶線10和背面有敷類環(huán)形金屬環(huán)一11。半包圍金屬微帶線10其垂直彎折處有作切角處理。環(huán)形金屬環(huán)11內部鏤空結構為類倒T型槽。T型槽其豎直部分的寬度不一致，水平部分的寬度一致，且上方兩個角作切角處理。正面的半包圍金屬微帶線10把T型槽分割成兩個部分進行耦合。分割的兩個縫隙可以分別等效為一個開路諧振電路和一個短路諧振電路。在天線原理上，天線結構可以等效為一個含有集總元器件的諧振電路。采用這個方式的饋電使得在調諧天線等效電路帶寬上，加入了更多的可控參數(shù)來變換等效集總元件值。由于天線的諧振頻率受輻射貼片尺寸影響。天線諧振頻率越小，所需設計的天線尺寸越大。在傳統(tǒng)方法上只能修改貼片天線金屬的尺寸。采用修改后的饋電結構后，可以在減小頂部輻射貼片的尺寸的情況下，通過對饋電結構中合理設計，確定較優(yōu)的可控參數(shù)來使天線的諧振頻率減小，進而達到緊湊的效果。

半包圍金屬微帶線10的一端直接連接50歐的SMA接頭13。

饋電基板二4上敷有關于基板中心鏡面對稱的Γ型金屬微帶線15。Γ型金屬微帶線15在距離末端一定距離處有較短的調諧金屬微帶線。凸出的金屬微帶線的長度具有較大的并聯(lián)電抗的影響，對于調節(jié)激勵二的帶寬有著重要的作用。使得在不需要增加天線尺寸的情況下達到較優(yōu)的相對帶寬。

饋電基板二4的兩個Γ型金屬微帶線15底端分別有金屬銅柱14與地板基板下表面的差分饋電網(wǎng)絡5連接。

地板基板1的上表面有金屬地板，在對應兩個金屬銅柱14和SMA接頭二13的位置處都有做穿孔處理。

地板基板1的下表面有差分饋電網(wǎng)絡5。分路兩端接金屬柱14與Γ型金屬微帶線15連接，另一端與50歐SMA接頭一6相連。差分饋電的方法使得貼片天線2表面的高次模電流抵消，從而使激勵二與激勵一的端口隔離度增加。

柵欄型金屬墻8的邊緣處高度大于中間，呈凹型。邊緣的高度較大影響天線定向輻射，提高半功率波半寬度和輻射功率的前后比。

由圖5所示，基站類天線的駐波比要求是1.5，對應的散射參數(shù)為14dB。微基站是對宏基站的補充，主要滿足高頻段的通信頻段。從圖5可以看出本發(fā)明的工作頻段為2.5-2.7GHz。其中曲線S11表示其他端口匹配時，激勵一處的反射系數(shù)。曲線S22表示其他端口匹配時，激勵二處的反射系數(shù)。曲線S12表示其他端口匹配時，激勵一到激勵二的正向傳輸系數(shù)。

由圖6和圖7可以看出激勵一和激勵二的E面半功率波半寬度都達到60°的要求。且交叉極化比在20dB以下，前后比在20dB左右，具有良好的定向輻射能力。

本發(fā)明的工作原理如下，有電磁場的基本原理可知(1)貼片天線的對角線長度影響耦合激勵的電流路徑的有效長度；(2)電磁耦合饋電具有寬頻帶特性；(3)混合耦合饋電的形式提高端口隔離度，減小電流之間的耦合；(4)差分饋電網(wǎng)絡可以形成差分激勵，差分激勵可以有效抑制導體表面上的共模電流，從而可以提高天線的極化純度；(5)利用天線和饋電結構的等效電路模型，提取更多有效參數(shù)調節(jié)天線帶寬，減小對天線尺寸的依賴；(6)金屬墻對天線產生類似鏡像的特性，提高半功率波半寬度和前后比。

本發(fā)明的雙極化微基站天線結構緊湊，制造成本低，能夠滿足各種環(huán)境使用，相比于其他微基站微帶天線，具有良好的定向輻射特性和穩(wěn)定的方向圖特性；采用多參數(shù)結構來調節(jié)微帶天線，解決傳統(tǒng)單一靠優(yōu)化微帶天線尺寸來降低天線諧振頻率問題；利用混合耦合饋電的方式，具有較好的極化隔離度；本發(fā)明結合鏡像原理增加了柵欄型高度漸變的金屬墻，進而得到穩(wěn)定方向圖特性，整體天線剖面較低。

上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。