技术领域本发明涉及一种天线，具体涉及一种应用于2G/3G/LTE/WLAN通信的双层交叉电磁偶极子结构的双宽频互补型天线。
背景技术：
随着现代无线通信系统的快速发展，基站间的通信亟需具有高增益的多频带和宽频带的天线。由于多频天线的突出的特点，如使用减少天线单元的数量来降低成本和使得基站天线安装区域面积的小型化，近年来许多具有高的性能的双频段天线已经被提出。然而，通常这些双频天线会是全向且低增益的。从系统设计的角度看，定向天线应满足安全性和效率的要求。另外，这些天线通常情况下阻抗带宽狭窄，并不能覆盖2G/3G/LTE/WLAN无线通信系统的频带。在过去的几年里，K.M.Luk教授等提出了一种新型的名为电磁(ME)偶极子天线的互补源天线。由于其优良的电特性，如低交叉极化，低背(旁)瓣辐射，在整个工作频带的稳定增益，以及几乎相同的E-和H平面定向方向图，它潜在地可满足基站不断增长的需求。为了进一步满足2G/3G/LTE/WLAN通信网络的高要求，同时具有双波段天线和电磁偶极天线的优点的双宽频电磁偶极子天线已被提出。另一方面，通过交叉偶极子结构，互补的功能和灵活的空间配置都可显著提高。然而，很少有文献研究应用于2G/3G/LTE/WLAN无线通信系统中的双频段交叉电磁偶极天线。尽管上面提到了关于双频电磁偶极子天线的诸多优势，但是结构设计是极具挑战性的。虽然有文献已经提出了用于2G/3G/LTE通信系统的交叉偶极子天线。然而其只有一个频带，这是无法覆盖WLAN频段的。发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在以下不足：普通的双频天线通常是全向且低增益的，不能满足安全及效率要求；定向的电磁偶极子天线具有高增益和定向特性，但是也不能完全覆盖2G/3G/LTE/WLAN通信网络，不能符合带宽要求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种定向的高增益，低交叉极化，对称的E面和H面电特性的，具有能覆盖2G/3G/LTE/WLAN通信网络的双宽频天线。该天线能同时满足安全性和效率性及双频宽带宽的要求。为达上述目的，本发明提供了一种具有双层交叉电磁偶极子结构的双宽频互补型天线，其包括：双层交叉电磁偶极子、馈电结构和反射器，所述双层交叉电磁偶极子和所述馈电结构设置于所述反射器中；所述双层交叉电磁偶极子包括一对在所述馈电结构的两侧呈“X”形对称布置的双层电磁偶极子。较佳地，所述双层电磁偶极子包括：上层电磁偶极子和下层电磁偶极子；所述下层电磁偶极子包括处于对角线方向上的一对水平的下层电偶极子贴片、一对第一短路壁垂直贴片及接地平面，所述下层电偶极子贴片由所述第一短路壁垂直贴片连接到接地平面；所述上层电磁偶极子包括处于相同对角线方向上的一对水平的上层电偶极子贴片、一对第二短路壁垂直贴片及接地平面，所述第二短路壁垂直贴片连接于所述上层电偶极子贴片与所述下层电偶极子贴片之间。较佳地，所述上层电偶极子贴片的尺寸小于所述下层电偶极子贴片的尺寸；所述第一短路壁垂直贴片的高度、面积均大于所述第二短路壁垂直贴片的高度、面积。较佳地，所述第一短路壁垂直贴片包括两个互相垂直的第一组矩形贴片，沿所述下层电偶极子贴片的两个边沿设置；所述第二短路壁垂直贴片包括两个互相垂直的第二组矩形贴片，沿所述上层电偶极子贴片的两个边沿设置。较佳地，处于所述馈电结构的两侧或者同侧的第一或第二短路壁垂直贴片之间的距离相等。进一步地，所述上层电偶极子贴片的一个远角上还连接一个挂钩形贴片，所述远角为距离所述馈电结构最远的且不与所述第二短路壁垂直贴片接触的角。较佳地，所述馈电结构是倒“U”形馈电结构，具体可以是单层或者双层倒“U”形馈电结构。具体地，所述倒“U”形馈电结构包括传输线和耦合带；所述耦合带包括水平部分和垂直部分，所述水平部分的第一端与所述垂直部分连接，所述水平部分的第二端与所述传输线的顶端连接，所述传输线的底端垂直地连接于接地平面。较佳地，所述传输线的底端还连接SMA连接器，所述传输线距离最近的短路壁垂直贴片为1mm。较佳地，所述反射器的形状是盒状或喇叭状。上述技术方案的有益技术效果在于：本发明提出了一种应用于基站通信的新型双宽频互补型定向双层交叉电磁偶极子天线。根据测试结果，可以获得宽阻抗带宽，稳定和高增益。此外，该天线也能获得诸如低交叉极化，高前后比和几乎对称的E面和H面等电特性。因此，该天线是一款具有竞争力的应用于2G/3G/LTE/WLAN基站通信的天线，满足安全性及定向性、高数据传输率的要求。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1A是本发明实施例的天线的3D结构示意图；图1B是本发明实施例的天线的俯视图；图1C是本发明实施例的天线的侧视图；图1D是本发明实施例的天线的馈电结构的示意图；图2是本发明实施例天线的仿真和测试的增益及驻波比示意图；图3是本发明实施例在1.8、2.6和5.8GHz频点处的仿真和测试的方向图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明实施例中，不同于以往提出的双层偶极子结构,基于单馈电的交叉电磁偶极子的概念，提出了一种应用于基站通信的具有双层交叉电磁偶极子结构的双宽频互补型天线。双层交叉电磁偶极子结构与倒U形馈电结构相配合，产生双宽频线极化波，覆盖了2G/3G/LTE/WLAN基站应用的频带。此外，为了拓展阻抗带宽，上层电偶极子的角上添加了挂钩形贴片。进一步，由于盒形反射器的作用，在整个工作频率范围内可实现高且稳定的增益。以下说明天线的配置：图1A是本发明实施例的天线的3D结构示意图；图1B是本发明实施例的天线的俯视图；图1C是本发明实施例的天线的侧视图；图1D是本发明实施例的天线的馈电结构的示意图。请结合参阅图1A至图1D，本发明实施例提供的一种具有双层交叉电磁偶极子结构的双宽频互补型天线包括：双层交叉电磁偶极子、馈电结构和反射器，所述双层交叉电磁偶极子和所述馈电结构设置于所述反射器中；所述双层交叉电磁偶极子包括一对在所述馈电结构的两侧呈“X”形对称布置的双层电磁偶极子。本发明实施例的天线具有互补性的双层的交叉电磁偶极子结构，该结构能实现双宽频互补性定向特性。而且双层交叉电磁偶极子结构便于调节双频带宽及方向图。低层的电磁偶极子天线主要是负责产生低频段的2G/3G/LTE带宽，高层电磁耦子主要是产生高频段的WLAN带宽。在图1A中，双层交叉电磁偶极子由双层电磁偶极子模块11、12、13、14以及接地平面构成，处于对角线上的模块11、13及其接地平面构成一个双层电磁偶极子，处于另一对角线上的模块12、14及其接地平面构成另一个双层电磁偶极子，这一对双层电磁偶极子呈交叉布置。以由模块12、14构成的一个双层电磁偶极子为例进行说明，其可包括：上层电磁偶极子和下层电磁偶极子；下层电磁偶极子包括处于对角线方向上的一对水平的下层电偶极子贴片(包括图1A中的贴片122a以及模块14中相应的下层电偶极子贴片)、一对第一短路壁垂直贴片(包括图1A中的贴片122b以及模块14中相应的第一短路壁垂直贴片)及接地平面，下层电偶极子贴片122a由第一短路壁垂直贴片122b连接到接地平面；上层电磁偶极子包括处于相同对角线方向上的一对水平的上层电偶极子贴片(包括图1A中的贴片121a以及模块14中相应的上层电偶极子贴片、一对第二短路壁垂直贴片(包括图1A中的贴片121b以及模块14中相应的第二短路壁垂直贴片)及接地平面，第二短路壁垂直贴片121b连接于上层电偶极子贴片121a与下层电偶极子贴片122a之间。铜贴片的厚度为0.3mm。下层电偶极子贴片122a平行于上层电偶极子贴片121a。较佳地，上层电偶极子贴片121a的尺寸小于下层电偶极子贴片122a的尺寸；第一短路壁垂直贴片122b的高度、面积均大于第二短路壁垂直贴片121b的高度、面积。第一短路壁垂直贴片122b包括两个互相垂直的第一组矩形贴片，沿下层电偶极子贴片122a的边沿设置；第二短路壁垂直贴片121b包括两个互相垂直的第二组矩形贴片，沿上层电偶极子贴片121a的两个边沿设置。具体实施时，处于馈电结构2的两侧或者同侧的第一或第二短路壁垂直贴片之间的距离相等。以模块12为例进行说明，上层电偶极子贴片121a的一个远角上还连接一个挂钩形贴片123，远角为距离馈电结构最远的且不与第二短路壁垂直贴片接触的角。挂钩型贴片15可以提高电偶极子带宽。馈电结构2较佳为倒“U”形馈电结构，具体可以为单层或双层倒“U”形馈电结构，倒U型馈电结构起馈电作用，耦合能量到电偶极子，激励天线。反射器3的形状较佳为盒状或喇叭状，盒形反射器的作用为稳定方向图，提高和稳定增益。更加详细地，下层交叉电磁偶极子包括两对对称的长方形贴片(L1×W4)，它们由四个相同的垂直折叠的短路壁((L1+W4)×H1)连接到接地平面，短路壁间隔为10mm(G1)。一对平行的长方形的电偶极子的贴片，一对相应的短路壁和它们之间的接地平面构成一个基本的电磁偶极子。一对对称的电磁偶极子组成一个交叉电磁偶极子。良好的匹配特性可以通过它们之间的相互协调来获得。类似地，上层和下层交叉电磁偶极贴片通过四个相同的垂直折叠的矩形贴片((L3+W3)×H2)连接。下层和上层的交叉电磁偶极构成了双层交叉电磁偶极子。它们被安置在一个盒形反射器3中。如图1C和图1D所示，倒U形的馈电结构2包括一个传输线22和一个耦合带21。传输线22距离最近的垂直短路壁贴片为1mm(G3)。为了给天线馈电，它被垂直地放置于接地平面并且底端连接着SMA连接器221。事实上，耦合带21由一个水平的矩形贴片212(L5×W5)和垂直矩形贴片214(W5×H4)组成。垂直部分214与最近的垂直短路壁贴片一起工作以补偿水平部分212所引起的电感，水平部分212耦合电能到天线。与常规的平面形状的地平面不同，所述盒状反射器3(LG×WG×HG)是特别引入以提高增益和辐射方向图。作为一个举例，天线的详细尺寸汇总于表I。表I天线尺寸参数WGW1W2W3W4W5LGL1L2L3值(mm)14015227408100251017参数L4L5HGH1H2H3H4G1G2G3值(mm)642382512341310102通过安捷伦E5071C网络分析仪和SATIMO天线测试系统测试驻波比，增益和辐射方向图。如图2所示，测试的增益小于仿真的增益，约在1dBi内。这是由制造误差引起的。然而，测试的和仿真的曲线的趋势是基本相同。所测试的低频段和高频段的阻抗带宽分别为1.68-2.84GHz，5.31-5.95GHz(SWR≤2)。它们都覆盖了中国使用的2G/3G/LTE/WLAN频带。所测试的增益在低频段为[7.2dBi-10.2dBi]，高频段为[7.1dBi-9.3dBi]。因此，增益是相对稳定的，并且应用于基站通信是足够高的。如图3所示，为不同的频率点的仿真和测试的辐射方向图。该天线显示了良好的定向辐射方向图。在工作频率范围内，实现了在E-和H平面几乎对称的辐射方向图。此外，测试结果在E和H-平面的交叉极化电平都低于-20dB，而且前后比大于18dB。在某些频率仿真的交叉极化电平低于-40dB，所以它们在一些方向图中不能显示。本发明实施例的有益效果在于：本发明实施例提出了一种应用于基站通信的新型双宽频互补型定向双层交叉电磁偶极子天线。根据测试结果，可以获得宽阻抗带宽，稳定和高增益。此外，该天线也能获得诸如低交叉极化，高前后比和几乎对称的E面和H面等电特性。因此，该天线是一款具有竞争力的应用于2G/3G/LTE/WLAN基站通信的天线，满足安全性及定向性、高数据传输率的要求。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。