本發(fā)明屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是移動通信基站天線設(shè)計與制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種加載AMC(Artificial Magnetic Conductor，人工磁導(dǎo)體)反射板的低剖面雙極化偶極子基站天線。

背景技術(shù)：

基站天線作為移動基站的核心部分，其性能的好壞直接影響著整個通信系統(tǒng)的質(zhì)量。隨著無線信息傳輸需求的不斷擴大，通信系統(tǒng)的復(fù)雜度也逐漸增加。為了適應(yīng)當(dāng)前多個移動通信標(biāo)準(zhǔn)長期共存以及基站扇面位置緊張的現(xiàn)狀，基站天線逐步向著雙極化、寬頻化和小型化發(fā)展，這也是未來5G通信技術(shù)研究的趨勢。雙極化天線的原理是兩副極化方向相互正交的天線同時工作于收發(fā)雙工模式，可有效抵抗多徑衰落，增加通信系統(tǒng)容量。

傳統(tǒng)的雙極化天線形式一般有微帶貼片單元和偶極子單元，其各有優(yōu)缺。微帶貼片單元雖然剖面較低，但是其帶寬較窄，損耗較大，在基站中的應(yīng)用受到限制。而偶極子單元通過合理設(shè)計，能夠在帶寬等方面滿足當(dāng)前通信的頻段范圍需求。但根據(jù)鏡像原理，都需要置于距離地板λ/4的高度才能保證其電流的一致性，從而獲得良好的性能。這樣的高剖面不符合基站小型化的發(fā)展趨勢，于是研究雙極化天線的寬帶小型化成為當(dāng)今熱點。雙極化偶極子天線的小型化設(shè)計旨在降低剖面高度或者減小橫向面積。

AMC結(jié)構(gòu)是一種周期性結(jié)構(gòu)，作為特殊的電磁材料，其具有的同相反射特性可以用在雙極化偶極子天線中來降低剖面的高度。但是傳統(tǒng)的AMC結(jié)構(gòu)同相反射相位帶寬較窄，0度反射相位頻點較高。要想與雙極化偶極子天線加載獲得寬頻帶特性，同時又要兼顧基站天線的應(yīng)用頻率范圍，高隔離度，低交叉極化等特點，依然存在很大的困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種加載AMC反射板的低剖面雙極化偶極子基站天線，目的在于利用AMC結(jié)構(gòu)的同相反射特性來降低雙極化偶極子基站天線的剖面高度，為此，提出一種新型AMC反射板結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了該天線的小型化設(shè)計，同時保持了雙極化天線寬頻帶、高隔離度、低交叉極化等特點，使之能夠滿足當(dāng)前移動通信基站的應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種加載AMC反射板的低剖面雙極化偶極子基站天線，該基站天線包括雙極化平面偶極子天線、四根塑料支撐柱、AMC反射板三部分；

所述雙極化平面偶極子天線包括從上往下依次設(shè)置的耦合微帶線、上層介質(zhì)板、輻射結(jié)構(gòu)、同軸線；所述耦合微帶線和同軸線構(gòu)成該天線的饋電結(jié)構(gòu)；所述耦合微帶線和輻射結(jié)構(gòu)按同一擺放方向分別位于上層介質(zhì)板上下表面；所述同軸線穿過AMC反射板，其內(nèi)芯與耦合微帶線相連，外芯與輻射結(jié)構(gòu)相連；

所述AMC反射板包括從上往下依次設(shè)置的矩形貼片部分、下層介質(zhì)板、空氣介質(zhì)、四根金屬支撐柱、金屬板；所述雙極化平面偶極子天線依靠四根塑料支撐柱固定在AMC反射板上。

進(jìn)一步，所述耦合微帶線包括+45°“T”型耦合微帶線和-45°“T”型耦合微帶線，垂直交錯位于上層介質(zhì)板上表面對角線中心位置，“T”型末端處分別與兩根同軸線內(nèi)芯相連；

所述-45°“T”型耦合微帶線為了避免與+45°“T”型耦合微帶線在物理位置上的重疊，分為微帶線一、探針一、微帶線二、探針二和微帶線三五個部分；所述微帶線一、微帶線三覆于上層介質(zhì)板上表面，微帶線二位于上層介質(zhì)板下方1mm處；所述探針一和探針二通過上層介質(zhì)板上開有的兩個非金屬化通孔，將微帶線二的兩端分別與微帶線一、微帶線三連接。

進(jìn)一步，所述上層介質(zhì)板為矩形，厚度為0.5mm，面積為60mm×60mm；上層介質(zhì)板上面開有四個兩兩相同的非金屬化通孔，其中兩個小的通孔穿過探針一和探針二，兩個大的通孔穿過兩根同軸線。

進(jìn)一步，所述輻射結(jié)構(gòu)包括+45°蝶形振子和-45°蝶形振子，和耦合微帶線按對應(yīng)方向垂直交錯位于上層介質(zhì)板下表面；每個蝶形振子包括兩個呈中心對稱的振子臂，在上層介質(zhì)板下表面中心沿對角線位置擺放；

所述振子臂由一個半圓形貼片和一個等腰梯形貼片組成類扇形結(jié)構(gòu)，半圓形直徑與等腰梯形底邊相重合；根據(jù)半波振子天線原理，半圓形的半徑和等腰梯形的高之和為27mm；

所述振子臂上都刻蝕了一個“U”型槽，其凹口指向中心；其中，+45°蝶形振子和-45°蝶形振子各有一個振子臂與同軸線外芯相連。

進(jìn)一步，所述四根塑料支撐柱為六棱柱體，分別固定在上層介質(zhì)板的四個頂角下方，其高度(即上層介質(zhì)板與下層介質(zhì)板的距離)一致，取值為4.5mm。

進(jìn)一步，所述矩形貼片部分位于下層介質(zhì)板的上表面，由11×11個相同的矩形貼片呈周期性排列而成；為方便饋電，舍去第6行第6列處的矩形貼片。每個矩形貼片的邊長為12mm，矩形貼片之間間距取值范圍在3.3mm。

進(jìn)一步，所述下層介質(zhì)板為矩形，厚度為1mm，面積為171.6mm×171.6mm；上面開有兩個相同的非金屬化通孔，可穿過兩根同軸線。

進(jìn)一步，所述空氣介質(zhì)厚度取值為13mm。

進(jìn)一步，所述四根金屬支撐柱為六棱柱體，分別固定在下層介質(zhì)板的四個頂角下方，其高度(即下層介質(zhì)板與金屬板的距離)一致，與空氣介質(zhì)厚度相同，取值為13mm。

進(jìn)一步，所述金屬板為矩形平面結(jié)構(gòu)，面積為171.6mm×171.6mm；其上開有兩個相同的非金屬化通孔，與下層介質(zhì)板上的兩個通孔位置對應(yīng)，用以穿過兩根同軸線；該金屬板采用鋁質(zhì)材料，也可采用銅質(zhì)等金屬材料。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)耦合微帶線采用“T”型結(jié)構(gòu)，有利于天線工作頻帶的拓展。為避免物理位置上的重疊，兩根±45°“T”型耦合微帶線采用空氣橋的形式錯開，在提高天線隔離度的同時還降低了傳統(tǒng)基站天線采用多層疊結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。此外，同軸線直接對其進(jìn)行饋電，使得加工制作更為簡單。

2)兩±45°交叉的蝶形振子分別代表±45°極化。當(dāng)一個極化工作時，另一個極化所代表的蝶形振子相當(dāng)于寄生貼片，加上振子臂以類扇形的結(jié)構(gòu)設(shè)計，都有利于天線工作頻帶的拓展。

3)振子臂上的“U”型槽，可以改變貼片表面的電流路徑，通過合理調(diào)節(jié)“U”型槽的結(jié)構(gòu)尺寸，可有效改善天線的阻抗匹配。

4)該AMC反射板在傳統(tǒng)的AMC結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，為滿足低頻點寬頻帶的特性，本發(fā)明提出采用無過孔AMC結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，將中間的介質(zhì)基板換成空氣介質(zhì)，同時考慮到實物加工，需要將空氣介質(zhì)的頂層用下層介質(zhì)板，底層用金屬板來實現(xiàn)，兩者依靠四根金屬柱支撐。這樣的設(shè)計使得加工較為簡單，成本大大降低。

5)該天線所有介質(zhì)板都采用FR4板材，制作成本低。且雙極化偶極子天線采用平面結(jié)構(gòu)，使得天線整體結(jié)構(gòu)緊湊。

6)該天線采用改進(jìn)的AMC反射板取代原來的金屬反射板，在整體高度上有明顯降低，高度從0.264λ_2.2GHz降低至0.132λ_2.2GHz。而天線的工作頻帶、隔離度、交叉極化和增益并沒有因此受到嚴(yán)重影響，依然能夠滿足當(dāng)前移動通信基站的應(yīng)用。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明雙極化平面偶極子天線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明耦合微帶線示意圖；

圖4是本發(fā)明輻射結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明AMC反射板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例中端口一和端口二的駐波比(VSWR)和增益(Gain)曲線圖；

圖7是本發(fā)明實施例中兩端口間隔離度(S₂₁)曲線圖；

圖8是本發(fā)明實施例中端口一在2.2GHz的E面和H面方向圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本發(fā)明提供的一種加載AMC反射板的低剖面雙極化偶極子基站天線，包括雙極化平面偶極子天線1、塑料支撐柱2、AMC反射板3三部分。所述雙極化平面偶極子天線包括從上往下依次是耦合微帶線11、上層介質(zhì)板12、輻射結(jié)構(gòu)13、同軸線14。所述AMC反射板包括從上往下依次是周期排列的矩形貼片31、下層介質(zhì)板32、空氣介質(zhì)33、金屬支撐柱34、金屬板35。該雙極化平面偶極子天線1依靠四根相同的塑料支撐柱2固定在AMC反射板3上。所述塑料支撐柱2為六棱柱體，高度為4.5mm。

如圖2所示，所述雙極化平面偶極子天線包括從上往下依次是耦合微帶線11、上層介質(zhì)板12、輻射結(jié)構(gòu)13、同軸線14。所述耦合微帶線11包括兩條沿上層介質(zhì)板2對角線相互正交擺放的“T”型微帶線，位于上層介質(zhì)板12中心位置。所述上層介質(zhì)板12采用FR4板材，介電常數(shù)為4.4，損耗正切角為0.02，厚度為0.5mm，形狀為60mm×60mm的矩形。其上開有四個兩兩相同的非金屬化通孔，兩個小的通孔穿過探針112和探針114，兩個大的通孔穿過兩根同軸線14。所述輻射結(jié)構(gòu)13包括兩副相互正交的蝶形振子，按耦合微帶線11對應(yīng)方向垂直交錯位于上層介質(zhì)板12下表面。饋電時，通過耦合微帶線11耦合形成±45°雙極化。所述兩根同軸線14穿過AMC反射板3直接對耦合微帶線11進(jìn)行饋電。下端接饋源，上端內(nèi)芯與耦合微帶線11焊接，外芯與輻射結(jié)構(gòu)13焊接。其特征阻抗為50歐姆。

如圖3所示，所述耦合微帶線11包括兩根“T”型耦合微帶線。呈±45°交叉位于上層介質(zhì)板12上表面中心位置，為避免物理位置上的重疊，故將-45°“T”型耦合微帶線分為微帶線一111、探針一112、微帶線二113、探針二114和微帶線三115五個部分。所述微帶線一111、微帶線三115覆于上層介質(zhì)板上表面，微帶線二113位于上層介質(zhì)板12下方1mm處懸空。所述探針一112和探針二113穿過上層介質(zhì)板12將微帶線一111和微帶線三115分別與微帶線二113的兩端相連。

如圖4所示，所述輻射結(jié)構(gòu)13包括兩幅相互正交的±45°蝶形振子，其中振子臂131和133為+45°蝶形振子，振子臂132和134為-45°蝶形振子。每個振子臂形狀相同，都是由一個等腰梯形和一個半圓組成的類扇形結(jié)構(gòu)，根據(jù)半波振子原理，取等腰梯形高為11.9mm，半圓半徑為15.1mm。“U”型槽135、136、137、138分別刻蝕在振子臂131、132、133、134上，凹口指向中心。“U”型槽側(cè)邊長14.7mm，底邊長17.5mm，線寬為2.1mm。振子臂131、132上還各開有一個圓孔130、139，用以焊接同軸線外芯，位置與上層介質(zhì)板12的兩個大的非金屬化通孔對應(yīng)。其中圓孔130代表+45°極化，定義為端口一；圓孔139代表-45°極化，定義為端口二。

如圖5所示，所述AMC反射板包括從上往下依次是周期排列的矩形貼片31、下層介質(zhì)板32、空氣介質(zhì)33、金屬支撐柱34、金屬板35。所述矩形貼片31包括11×11個相同的矩形貼片單元，覆在下層介質(zhì)板32上表面，其中考慮到饋電干擾，舍去第6行第6列處的矩形貼片單元。矩形貼片單元邊長為12mm，相鄰單元間距3.3mm。下層介質(zhì)板32采用FR4板材，介電常數(shù)為4.4，損耗正切角為0.02，厚度為1mm，形狀為171.6mm×171.6mm的矩形。其上開有兩個相同的非金屬化通孔321、322，與圓孔130、139對應(yīng)，用以穿過同軸線。所述空氣介質(zhì)33位于下層介質(zhì)板32和金屬板35中間，厚度為13mm。在實際加工中，需要4根金屬柱作為下層介質(zhì)板32和金屬板35間的支撐。所述金屬支撐柱34為六棱柱體，高度為13mm，固定在下層介質(zhì)板32的四個頂角下方。所述金屬板35形狀為171.6mm×171.6mm的矩形，其上開有兩個相同的非金屬化通孔，與通孔321、322一一對應(yīng)，也用以穿過同軸線。該金屬板采用鋁質(zhì)材料，也可采用銅質(zhì)等金屬材料。

圖6、圖7、圖8是本發(fā)明實施例的相關(guān)性能實測數(shù)據(jù)。圖6為本發(fā)明實施例端口一、端口二的駐波比和增益實測曲線圖?？梢钥闯觯丝谝?、二在1.65GHz-2.82GHz頻段內(nèi)能夠滿足VSWR<2，相對帶寬為52.3％，兩端口實測平均增益均為7.76dBi，其一致性較好。圖7是本發(fā)明實施例的端口隔離度S21實測曲線圖，在1.7GHz-2.7GHz頻段內(nèi)，仿真測試結(jié)果都小于-30dB，隔離特性良好。圖8是本發(fā)明實施例中端口一在2.2GHz的實測方向圖，由于該天線結(jié)構(gòu)的對稱性，兩端口差別較小，這里僅給出端口一在2.2GHz的E面和H面方向圖，可以看出，天線交叉極化低于-27dB，半功率波束帶寬為60°±5°，各測試指標(biāo)均能夠滿足當(dāng)前通信行業(yè)需求。

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。