一种具有高隔离度的小型化双频双极化滤波天线的制作方法

本实用新型涉及移动通信领域，具体涉及一种具有高隔离度的小型化双频双极化滤波天线。

背景技术：

随着移动通信技术的飞速发展，在基站天线建设中往往要求阵列天线不仅能够覆盖多个频段，而且能够支持多种无线制式的系统。然而基站资源有限，建设成本巨大，集成多个频段多个制式的天线成为必需。通常在设计双频或者多频基站天线时，如果不同频段的频率间隔很大，例如频段(790-960MHz)与频段(1710-2170MHz)，这时，两个频段之间的耦合度较低，用普通的阵子就可以实现很好的隔离度和方向图性能。但是，由于频段与制式的多样化，相邻频段之间也会有不同的工作制式。而一旦两种无线频段的频率间隔很近，例如频段(790-862MHz)与频段(880-960MHz)，异频天线单元之间的相互耦合很大，只能通过增加两个单元之间的间距来减小相互耦合，增加端口的隔离度。而增加单元之间的间距导致更大的天线尺寸，更重的天线重量，更高的建设成本。

在工程运用中，设计频率间隔很小的频段(790-862MHz)与频段(880-960 MHz)天线，常用的方法有两种，一是用覆盖整个频段(790-960MHz)的天线单元组成一个阵列，在前端级联一个双工器，通过设计高隔离度高带外抑制效果的双工器来实现两个工作频段之间的独立通信。然而，双工器必然会带来级联损耗与插入损耗，影响天线的增益，而且由于频段很近，设计低插损高隔离度的双工器具有很大的挑战性。除此之外，该种方案仅仅使用一个阵列，因此在无线局域网优化的过程中无法对每个频段进行独立的电调下倾角。第二种方法是使用分别工作在两个频段(790-862MHz&880-960MHz)的子阵列并行排列，在两个子阵列之间加入去耦合网络，从而达到去耦合的效果。然而，这些去耦合网络会增加天线阵列的宽度，也会影响天线的辐射性能如辐射效率、前后比、增益、波瓣宽度等等。

现有技术中，有学者提出了将工作于两个频段的天线通过内嵌的方式进行双频天线的设计，但由于天线单元不具有滤波特性，耦合较强，只能进行倍频或更大的频率间隔的双频设计。还有学者利用两个频段的滤波阵子并行排列的方式，提出了一种能在频率很近的情况下实现双频阵列，实现了较好的隔离度，但占用的面积较大。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种具有高隔离度的小型化双频双极化滤波天线，克服现有技术中双频基站相互间耦合大或占用面积大的问题。

本实用新型采用如下技术方案：

一种具有高隔离度的小型化双频双极化滤波天线，包括反射地板、滤波贴片天线单元及碗状滤波阵子天线单元，所述滤波贴片天线单元包括第一层金属片及第二层金属片，所述第二层金属片位于第一层金属片的上方，所述第一层金属片设置在反射地板的上方；

所述碗状滤波阵子天线单元包括四个对称阵子天线单元，所述四个对称阵子天线单元结构相同，且分别位于第一层金属片的边缘。

所述对称阵子天线单元包括相互垂直的第一介质基板及第二介质基板，所述第一介质基板印制具有滤波特性的馈电网络，所述第二介质基板的上表面设置两个通过金属探针连接的阵子臂。

所述第一及第二层金属片为方形，所述四个对称阵子天线单元分别位于方形四个边的中点处。

滤波贴片天线单元及碗状滤波阵子天线单元的相位中心与反射地板中心重合。

相邻对称阵子天线单元的第二介质基板相互垂直。

所述反射地板为四边翻边。

所述碗状滤波阵子天线单元具体是在馈电网络加载一个四分之一波长的枝节来实现滤波。

所述滤波贴片天线单元通过微带线耦合馈电来进行匹配。

双频双极化滤波天线高频段与低频段的频率比在1.1-1.3倍。

本实用新型的有益效果：

通过运用无外加损耗电路的滤波天线单元作为双频基站天线的基本单元，可实现在带内高效辐射，带外有效抑制，增益的通带边沿滚降很快，因而利用这一滤波特性就可以减小工作频段相近的多个基本单元间的相互耦合；同时，两个频段天线单元采用贴片与对称阵子两种不同的天线阵子，这样方便进行贴片阵子内嵌于碗状阵子中的方式排布，节省了占用的空间，同时保证了两个频段稳定的辐射方向图。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型工作在790-862MHz频段和880-960MHz频段的滤波天线单元的反射系数&极化隔离度-频率的仿真结果图；

图3是本实用新型工作在790-862MHz和880-960MHz频段的滤波天线单元的增益&异频隔离度-频率仿真结果图；

图4是本实用新型工作在低频段的归一化主极化和交叉极化方向图的仿真结果图；

图5是本实用新型工作在高频段的归一化主极化和交叉极化方向图的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种具有高隔离度的小型化双频双极化滤波天线，包括反射地板1、工作在低频段的滤波贴片天线单元2及工作在高频段的碗状滤波阵子天线单元3，两个单元采用不同的阵子结构，一个采用贴片形式，一个采用对称阵子形式，这样可以在工作频段靠的比较近的情况下，充分利用空间，使两个频段的天线集成设计在一个相位中心点，两个工作频段靠的很近，工作在低频段的贴片天线能够实现低通滤波响应效果，滤除工作在高频段的阵子天线的信号，所述的工作在高频段的碗状滤波阵子天线能够实现高通滤波响应效果，滤除工作在低频段的贴片天线的信号，进而降低两个工作频段之间的影响，其中，所述的双频双极化滤波天线阵子没有加入额外的滤波电路，使馈电网络更加简单，大大降低插入损耗，进而提高天线的整体效率。

所述双极化滤波天线的高频段与低频段间隔比较近，频率比大概在1.1-1.3 倍左右。

所述滤波贴片天线单元包括第一层金属片4及第二层金属片5，所述第一及第二层金属片相隔一定距离，其距离多少按照实际情况确定。所述第一层金属片设置在反射地板1的上方，且间隔一定距离，具体距离按照实际情况确定，所述第二层金属片位于第一层金属片的上方。

所述碗状滤波阵子天线单元包括四个对称阵子天线单元，所述四个对称阵子天线单元结构相同，且对称位于第一层金属片的边缘，所述第一层金属片4 和第二层金属片5均为方形，两层金属片的尺寸可以相等也可以不相等，四个对称阵子天线单元位于第一层金属片的四个边的中点处，本实施例中两层金属片的尺寸相等。

滤波贴片天线单元和碗状滤波阵子天线单元及反射板的相位中心点重合，较之于传统的频率靠近的双频天线，这种双频天线的摆放方式会使天线的辐射方向图更加稳定，对称。

所述对称阵子天线单元包括相互垂直的第一介质基板9及第二介质基板10，所述第一介质基板印制具有滤波特性的馈电网络7，所述第二介质基板的上表面设置两个通过金属探针8连接的阵子臂6，如图1所示，第二介质基板水平设置，第一介质基板垂直放置，相互垂直的交点位于第二介质基板的中点，本实施例中，两个阵子臂的尺寸相等，连接点也位于中点。

相邻的第二介质基板相互垂直，四个第二介质基板构成类似方形结构。

本实施例中碗状滤波阵子天线单元中具有滤波特性的馈电网络，是通过在馈电网络上加载一个四分之一波长(对应滤波零点处的波长)的枝节实现的，馈电网络采用现有技术中普通的对称阵子馈电网络也可以。

本天线包括固定整个天线的加工螺丝通孔11，反射地板为两边翻边，双频双极化滤波天线的相位中心与反射地板中心重合。

本天线应用的高频段与低频段的频率比值为1.14:1。

在该实施例中，两个子阵列的工作频段790-862MHz频段和880-960MHz 频段的频率间隔很小，低频单元在790-862MHz频段内高效辐射，在带外即 880-960MHz频段抑制辐射；同时，高频单元在其工作频段880-960MHz内高效辐射，在带外即790-862MHz频段抑制辐射。因此，两种单元的辐射互不干扰，从而减小了相互干扰，达到较高的端口隔离度。

如图2所示，是本实用新型一个实施例提供的工作在790-862MHz频段和 880-960MHz频段的无外加损耗电路的滤波天线单元的反射系数S₁₁&极化隔离度-频率的仿真结果图。可以看出两个频段的回波均低于-15dB。图3中，在增益曲线中，两个频段的增益均高于8.6dBi，通带边沿陡峭，边带抑制明显，频率选择性良好，并且带内增益平坦。两个频段之间的隔离度也高于15dB，这是由于两个天线均有一定的滤波效果，可以在另一频段的边频位置产生一个零点。

图4和图5分别给出了该双频双极化天线在0.86GHz和0.88GHz处的主极化与交叉极化的辐射方向图，同样说明该天线阵列具有稳定的辐射方向图，并且不受到滤波特性插入的影响。

本实用新型通过运用无外加损耗电路的滤波天线单元作为双频双极化滤波天线的基本组成单元，可利用其滤波特性减小两个频段天线之间的相互耦合，提升两个工作频段之间隔离度，消除由滤波器引入的插入损耗，进而提高天线的增益，并且在与单个频段单个阵子相同的体积下实现了两个工作频段内稳定的辐射方向图性能。采用这种提出的分别工作的两个频段的滤波阵子的摆放方式比普通的双频天线单元排布方式占用的空间大大减小，克服了传统非滤波天线内嵌只能在倍频的情况下实现的缺陷，实现了在频率十分接近的情况下的小型化双频双极化天线单元。

本实用新型的优点如下：

(1)集成滤波特性和辐射特性，天线基本单元自身有滤波性能，通带边缘陡峭，边带抑制明显，具有良好的频率选择特性，无需外加双工器或去耦合网络电路，克服了采用外加双工器或去耦合网络容易造成损耗大和体积大的缺点；

(2)该天线阵列适用于频率间隔很近频段，在无需去耦合电路的情况下，实现了端口的高隔离度，抑制临频干扰，提高了基站收发信机的性能；

(3)基本单元之间采用内嵌排布，减小了尺寸和占用空间，并且贴片天线单元及阵子天线单元的相位中心一致，每个频段的方向图都很稳定。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。