一种宽带双极化天线阵列的制作方法

本实用新型属于无线通信领域，具体涉及一种宽带双极化天线阵列。

背景技术：

随着移动通信系统的迅速发展，系统的复杂度越来越高，天线作为其重要组成部分也面临着严峻的考验。目前，天线正朝着宽频带、小型化、高效率的方向发展。如何设计出高性能、低成本的天线，也已经成为天线设计者的重要研究方向。近年来，由于双极化天线自身特有的优点，能接收电磁波中全部极化信息。因其具有强抗干扰、高的系统灵敏度和能构成变极化系统等能力，进而，获得了科研人员的广泛关注。此外，由于双极化天线在同一带宽内能发射两种信号，并同时工作在收发双工模式下，可以节省单个定向基站的天线数量，因此，双极化天线已经成为移动基站设计中的优选天线。然而，以阵列形式出现的基站天线所占体积较大，这势必给安装固定带来一定的难度，同时会不可避免的造成视觉污染，因此，天线的宽带化、小型化已经成为天线领域内一项重要的研究课题。

技术实现要素：

本实用新型目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种小型宽带双极化天线阵列。与传统阵列尽量减少阵元间耦合不同，本实用新型合理地利用单元间的耦合，拓展天线阵列的工作频段，同时改善工作频带内的阻抗匹配特性，从而实现天线阵列的小型化。

本实用新型提供的一种小型化宽带双极化天线阵列，在保证天线性能的前提下降低天线的尺寸，可广泛应用于移动通信基站天线。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种宽带双极化天线阵列，包括多个成阵列排布的双极化偶极子天线阵子单元；所述的双极化偶极子天线阵子单元包括两个偶极子、两个金属条带、介质基板、两个同轴电缆、两个金属柱、反射板；两个同轴电缆和两个金属柱位于介质基板与反射板之间，两个偶极子相互垂直，且分别位于介质基板的上下表面，每个偶极子均包括两个［型金属贴片，每个［型金属贴片是偶极子的一个臂；两个金属条带分别位于介质基板的上下表面；金属柱与同轴电缆关于偶极子中心对称；在介质基板上表面，第一同轴电缆的外皮连接第二偶极子的一个臂，内芯通过第一金属条带连接另一个臂；在介质基板下表面，第二同轴电缆的外皮通过第二金属条带连接第一偶极子的一个臂，内芯连接另一个臂。

所述介质基板（1）的上表面设置有第一偶极子（3）、第一金属条带（7），下表面设置有第二偶极子（4）、第二金属条带（8）；第一偶极子（3）和第二偶极子（4）均包括两个［型金属贴片，每个偶极子中的两个［型金属贴片的均开口朝外背对放置，每个［型金属贴片是该偶极子的一个臂；第一金属条带（7）的末端与第一同轴电缆的内芯焊接在一起，同时连接第二偶极子（4）的一个臂（41），第二偶极子（4）的另一个臂（42）与第一同轴电缆的外皮连接；第二金属条带（8）的末端与第二同轴电缆的外皮焊接在一起，同时连接第一偶极子（3）其中的一个臂（32），第二偶极子（3）的另一个臂（31）与第二同轴电缆的内芯连接。

所述介质基板（1）采用介电常数为8的矩形陶瓷板材，厚度为1.5mm，在距离矩形介质板高度为H=32mm处设置一块矩形反射板以获得定向辐射特性。

所述第一金属条带（7）和第二金属条带（8）的宽度均为2mm。

所述阵子单元之间的间距为S，所述S的范围为0.55-0.7，为工作频段的中心频率。

所述金属柱的半径与同轴电缆的外径相等。

与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型利用印刷金属条带结构，通过调节金属条带的宽度可以控制振子臂的电磁耦合强度，以便获得较好的匹配特性。

2、本实用新型由于引入和同轴电缆半径等同的金属柱，很好地改善了交叉极化，使得天线的辐射方向图并未偏离边射方向。

3、本实用新型由于刻意减小了阵间距，从而增强了阵元间的电磁耦合，改善了阻抗匹配，使工作频率向低频移动。

附图说明

图1（a）、（b）、（c）分别为天线单元的顶层俯视图、侧视图和底层仰视图；

图2为天线单元的端口回波损耗图；

图3为天线单元的端口隔离度图；

图4为天线单元在2.2GHz的水平面方向图；

图5为天线单元在2.2GHz的垂直面方向图；

图6为天线阵列的顶层俯视图、侧视图和底层仰视图；

图7为面阵+45°极化天线阵列端口的有源驻波图；

图8为面阵的+45°极化天线阵列在2.2GHz处的方向图；

图9为面阵-45°极化天线阵列端口的有源驻波图；

图10为面阵的-45°极化天线阵列在2.2GHz处的方向图；

图示说明：1、FR4介质基板；2、反射板；3、第一偶极子；4、第二偶极子；5、同轴电缆；6第一金属柱；7、第一金属条带；8、第二金属条带；9、阵列反射板；31、第一偶极子辐射贴片一臂；32、第一偶极子辐射贴片另一臂；41、第二偶极子辐射贴片一臂；42、第二偶极子辐射贴片另一臂；51、第一SMA端口；52、第二SMA端口；61、第二金属柱。

具体实施方式

通过现有HFSS软件仿真，得出了本实用新型的阵子在2.2GHz频点处的S参数曲线、隔离度、有源驻波及辐射方向图。

下面通过附图，来对本实用新型进行详细说明：

本实用新型的阵子单元包括两个偶极子、两个金属条带、介质基板、两个同轴电缆、两个金属柱、反射板；两个偶极子单元相互垂直并且分别放置于介质两侧，形成双极化天线单元。

如图1所示：偶极子天线单元包括一对［型对偶极子（3）和（4）、金属条带（7）和（8）、介质基板（1）、同轴电缆（5）金属柱（6），反射板（2），其中两［型对偶极子分别位于介质板的上下表面；金属条带分别位于介质板的上下表面，用于馈电及增强电磁耦合；金属柱与同轴电缆关于偶极子中心对称，用于改善天线的交叉极化，同时保证了天线的最大辐射方向不会偏离边射方向；第一金属柱（6）的一端通过介质基板上表面的第一金属条带（7）与第一同轴电缆的内芯相连，另一端固定在反射板（2）上；第二金属柱（61）的一端通过与介质基板下表面的第二金属条带（8）与第二同轴电缆的外皮相连，另一端固定在反射板（2）上。

如图6所示，将以上的双极化单元形成1*10面阵，双极化天线阵列主要包括阵列反射板（9）和10个双极化天线单元，通过控制振子间距S来控制单元与单元之间的耦合强度，利用电磁耦合效应形成容抗分量，用以抵消天线单元与反射板之间的感抗分量，从而实现天线阵列的频带展宽，工作频带会向低频延展并同时改善工作频带内的阻抗匹配特性，实现低剖面宽带天线阵列，通过减小天线剖面高度和阵元间距实现基站天线阵列的小型化。

图1和图6分别为双极化天线阵子单元和阵列，其中每两个相邻的双极化单元相距S=90mm，每个双极化单元是由图1所示的偶极子单元形成的，在矩形介质基板（1）上下表面分别印制有每个双极化单元的金属条带（7）和（8）以及［型对偶极子（3）和（4）；金属条带结构通过其宽度，保证天线在一定的工作频段内有着较好的阻抗匹配特性；金属条带结构（8）的末端与第二同轴电缆的外皮焊接在一起，同时连接第一［型偶极子其中一个臂（32），第一［型偶极子其中另一个臂（31）与第二同轴电缆（5）内芯连接，金属条带结构（7）的末端与第一同轴电缆的内芯焊接在一起，同时连接第二［型偶极子其中一个臂（42），第二［型偶极子其中另一个臂（41）与第一同轴电缆外皮连接，矩形介质基板采用介电常数为8的陶瓷板材，厚度为1.5mm，在距离矩形介质板高度为H=32mm处放置一块矩形反射板获得定向辐射特性。参照图1，金属条带（7）和（8）的宽度均为2mm；第一同轴电缆对应第一SMA端口（51），第二同轴电缆对应第二SMA端口（52）。

图2为天线单元的端口回波损耗，以小于-10 dB为标准，实施方式中所选取的双极化天线单元，-45°极化天线工作频段为1.7GHz-2.75GHz，+45°极化天线工作频段为1.7GHz-2.9GHz，其公共相对带宽为47.2%。

图3为天线单元的端口隔离度，所选取的双极化单元的两个输入端口之间的隔离度在整个工作频段（1.88-2.69GHz）内均高于30 dB，表明双极化天线两端口间有较高的隔离度，保证两个端口工作时互不干扰。

图4天线单元在2.2GHz的水平面方向图,从图中看出的最大辐射方向始终与Z轴平行，没有任何偏离，交叉极化低于主极化至少20 dB，表明双极化单元具有较低的交叉极化。

图5天线单元在2.2GHz的垂直面方向图，从图中看出的最大辐射方向始终与Z轴平行，没有任何偏离，交叉极化低于主极化至少30 dB，表明双极化单元具有较低的交叉极化。

图7面阵+45°极化天线阵列端口的有源驻波，可以看出阵列端口的有源驻波在1.88到2.69GHz频段内都基本低于1.5，高频处略微高于1.5，但其基本不影响阵列的基本性能。

图8面阵的+45°极化天线阵列在2.2GHz处的方向图，从图中可以看出阵列的最大增益均大于17dBi,且水平波瓣宽度均大于65度。同时最大辐射方向始终与Z轴平行，没有任何偏离，前后比大约为25dB。

图9面阵-45°极化天线阵列端口的有源驻波，可以看出阵列端口的有源驻波在1.88到2.69GHz频段内都基本低于1.5，高频处略微高于1.5，但其基本不影响阵列的基本性能。

图10面阵的-45°极化天线阵列在2.2GHz处的方向图，从图中可以看出阵列的最大增益均大于17.5dBi,且水平波瓣宽度均大于65度。同时最大辐射方向始终与Z轴平行，没有任何偏离，前后比大约为20dB。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。