一种超小型化+/-45°双极化人工介质透镜天线的制作方法

本发明涉及基站天线领域，特别是涉及一种超小型化+/-45°双极化人工介质透镜天线。

背景技术：

人工介质透镜天线是近年新出现在移动通信基站天线市场的一种新型天线。特别是人工介质柱状透镜天线与传统板状天线相比，具有质量轻、损耗低、节能环保、无需电调机构获得高增益宽的垂直瓣宽，使其覆盖大，从而减少运行及新建基站、降本增效等突出优点。但是在实用中，与传统板状天线相比还是显得外形偏大，影响市场推广。因此在保留原圆柱透镜天线性能优点的同时，需要发展更优的电性能，大幅减少天线体积，实现透镜天线的超小型化。

中国专利文献cn110518353a公开了一种小型化介质圆柱透镜多波束天线，包括双极化透镜单波束单元，其包括垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元；垂直透镜单波束单元和水平透镜单波束单元沿竖直方向排布；垂直透镜单波束单元包括圆柱透镜、带反射板的垂直极化偶极子；垂直极化偶极子的相位中心置于圆柱透镜外侧中环线的焦点；垂直极化偶极子极化方向与圆柱透镜轴线平行；水平透镜单波束单元结构与垂直透镜单波束单元相同，其轴线沿水平方向设置，该发明具有创新性，在满足移动通信双流模式及高增益基础上，扩大了传统基站天线的辐射覆盖面积，但该发明体积仍可进一步缩减，该专利中采用的垂直/水平透镜单波束单元占用的空间较大，这一缺陷极大影响了市场推广。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种超小型化+/-45°双极化人工介质透镜天线，将现有技术中透镜天线体积及重量大幅减小，在保留透镜天线原有性能的基础上，将透镜天线的体积进一步缩减，进一步实现了透镜天线的小型化。

具体技术方案如下：

一方面，本发明公开了一种圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线，所述圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线包括一个馈源和一个透镜单元，所述透镜单元采用人工介质多层圆柱透镜，所述馈源采用+/-45°双极化天线，该+/-45°双极化天线位于所述人工介质多层圆柱透镜的侧方；所述+/-45°双极化天线的最大辐射方向指向所述人工介质多层圆柱透镜的柱体轴线，所述+/-45°双极化天线与所述人工介质多层圆柱透镜侧面的间距范围为30-50mm，该圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线与现有技术中垂直/水平双极化2端口(2tr)单波束天线相比，其体积相当于现有技术天线体积的36％，且可实现30°左右的垂直半功率波瓣宽度，覆盖水平面60°左右单波束区域。

另一方面，本发明还公开了一种椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线，所述椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线包括两组馈源和一个透镜单元，所述透镜单元采用人工介质多层椭圆柱透镜，所述馈源采用+/-45°双极化天线，两个+/-45°双极化天线位于所述人工介质多层椭圆柱透镜的侧方；每个+/-45°双极化天线的最大辐射方向分别指向所述椭圆柱透镜上焦点位置的柱体轴线，两个+/-45°双极化天线的最大辐射方向夹角范围为50-90°，两个+/-45°双极化天线在水平方向上的间距范围为290-410mm，每个+/-45°双极化天线与所述人工介质多层椭圆柱透镜侧面的间距范围为10-30mm，述椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线的体积相当于现有技术中垂直/水平双极化4端口(4tr)双波束天线体积的28％，且每个馈源可实现30°左右的水平半功率波瓣宽度，覆盖水平面120°左右双波束区域。

天线的相位中心是指天线所辐射出的电磁波在离开天线一定的距离后，其等相位面会近似为一个球面，该球面的球心即为该天线的等效相位中心。

优选的，所述+/-45°双极化天线包括一个+45°偶极子天线、一个-45°偶极子天线、金属底板和带同轴头的射频跳线，所述+45°偶极子天线和-45°偶极子天线固定在金属底板中心位置，所述+45°偶极子天线和-45°偶极子天线的极化方向相互正交且相位中心重叠；所述带同轴头的射频跳线分别焊接在所述+45°偶极子天线和-45°偶极子天线上。

优选的，所述+45°偶极子天线和-45°偶极子天线上巴伦的高度范围为26-46mm，巴伦是一种天线和电缆之间设置的平衡-不平衡转换器，由于平衡线路和不平衡线路具有不同的电特性，而使得它们不能简单地相互连接。偶极子天线属平衡型天线，同轴电缆属不平衡传输线，若将其直接连接，则同轴电缆的外皮就有高频电流流过，就会影响天线的辐射。巴伦(即平衡-不平衡变压器)则通过为两种不同线路提供阻抗转换而进行匹配，通过巴伦可把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉。

优选的，所述金属底板为矩形，长度范围130-170mm，宽度范围115-155mm。

优选的，将一个圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线中每个带同轴头的端口连接合路器，构成圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双频单波束天线，其体积相当于现有技术中垂直/水平双极化4端口(4tr)单波束天线体积的36％。

合路器是一种将两路或者多路从不同发射机发出的射频信号合为一路送到天线进行发射的射频器件，它避免各个端口信号之间的相互影响。

优选的，将一个圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双频单波束天线与一个圆柱透镜+/-45°双极化(2端口2tr)单波束天线沿竖向重叠于一个天线罩内，构成圆柱透镜+/-45°双极化6端口(6tr)三频单波束天线，其体积相当于现有技术中垂直/水平双极化6端口(6tr)单波束天线体积的42％。

优选的，将两个圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线沿竖向重叠于一个天线罩内，构成圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)宽频单波束天线，其体积相当于现有技术中垂直/水平双极化4端口(4tr)宽频单波束体积的42％。

优选的，将两个椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线沿竖向重叠于一个天线罩内，构成椭圆柱透镜+/-45°双极化8端口(8tr)宽频双波束天线，其体积相当于现有技术中垂直/水平双极化(8端口4tr)双波束双天线体积的34％。

优选的，将一个椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线中每个带同轴头的端口连通合路器，构成椭圆柱透镜+/-45°双极化8端口(8tr)双频双波束天线，其体积相当于椭圆柱透镜+/-45°双极化8端口(8tr)宽频双波束天线体积的42％，进一步缩小了天线体积。

与现有技术相对比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明中采用圆柱透镜的+/-45°双极化人工介质透镜天线相比现有技术中同端口数的垂直/水平单波束天线，在天线增益相当的情况下，天线体积至少可减少原有体积的一半，大幅降低现有圆柱透镜天线的体积。

(2)本发明中采用椭圆柱透镜+/-45°双极化人工介质透镜天线相比现有技术中同端口数的垂直/水平双波束天线，在天线增益相当的情况下，天线体积至少可减少原有体积的一半，大幅降低现有椭圆柱透镜天线的体积。

(3)本发明中采用圆柱透镜的+/-45°双极化人工介质透镜天线水平方向图波瓣宽度比现有技术中采用圆柱透镜的垂直/水平极化单波束天线要宽4°左右，更适用于于高铁、高速等线形场景，天线波束的覆盖范围更广，效果更好。

(4)本发明中采用圆柱透镜的+/-45°双极化人工介质透镜天线与现有技术中采用圆柱透镜的垂直/水平极化单波束天线相比，在大于30°的水平方向图场强更高，有利于对高铁站等轨距大的场景实现近距离覆盖。

(5)本发明采用椭圆柱透镜的+/-45°双极化人工介质透镜天线水平方向图波瓣宽度比现有技术中采用椭圆柱透镜的垂直/水平极化双波束天线更宽，天线覆盖范围增大，吸收用户更多，因此整体的安装数量减小，降低设备安装成本，同时由于体积进一步缩小，天线重量减轻，安装维护更为方便。并且本发明中的透镜天线左右水平波束交界重叠区域更小，意味着干扰小，信噪比s/n高，信号质量更优。

附图说明

图1a是圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线结构示意图；

图1b是图1a的主视图；

图1c是图1a的侧视图；

图1d是图1a的俯视图；

图2a是椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线结构示意图；

图2b是图2a的主视图；

图2c从是图2a的侧视图；

图2d从是图2a的俯视图；

图3是图1a的实测方向图与圆柱透镜垂直极化单波束天线的比较示意图；

图4是图2a实测方向图与椭圆柱透镜垂直极化双波束天线的比较示意图；

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细的说明。

本发明中的超小型化+/-45°双极化人工介质透镜天线，包括透镜单元和天线单元，所述透镜单元采用人工介质多层圆柱透镜或椭圆柱透镜；所述天线单元采用+/-45°双极化天线，其中，所述+/-45°双极化天线包括一个+45°偶极子天线、一个-45°偶极子天线、金属底板和带同轴头的射频跳线，所述+45°偶极子天线和-45°偶极子天线固定在金属底板中心位置，所述+45°偶极子天线和-45°偶极子天线的极化方向相互正交且相位中心重叠；所述带同轴头的射频跳线分别焊接在所述+45°偶极子天线和-45°偶极子天线上。

所述+45°偶极子天线和-45°偶极子天线上巴伦的优选高度范围为26-46mm，。

所述金属底板为矩形，长度优选范围为130-170mm，宽度优选范围为115-155mm。

实施例1

一方面，结合图1a-1d所示，本发明公开了一种圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线，所述圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线包括一个+/-45°双极化天线和一个人工介质多层圆柱透镜，该圆柱透镜尺寸为直径×高：360×200(±40)mm，该+/-45°双极化天线位于所述人工介质多层圆柱透镜的侧方；所述+/-45°双极化天线的最大辐射方向指向所述人工介质多层圆柱透镜的柱体轴线，所述+/-45°双极化天线与所述人工介质多层圆柱透镜侧面的间距范围a为30-50mm。

本实施例1中圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线的体积为0.027m³，而现有技术中相同透镜以及相同端口的垂直/水平双极化2端口(2tr)单波束天线体积为0.074m³，所述圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线的体积相当于现有技术中天线体积的36％，如图3所示，该圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线可实现30°左右的垂直半功率波瓣宽度，覆盖水平面60°左右单波束区域。

实施例2

将一个圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线中每个带同轴头的端口连接合路器，构成圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双频单波束天线，其体积为0.027m³，占用体积为同等端口数量以及同等透镜条件下垂直/水平双极化合路4端口单波束天线(体积为0.074m³)的36％。

实施例3

将一个圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双频单波束天线与一个圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线沿竖向重叠，构成圆柱透镜+/-45°双极化6端口(6tr)三频单波束天线，其体积为0.066m³，占用体积为同等端口数量以及同等透镜条件下垂直/水平双极化6端口(6tr)单波束天线(体积为0.157m³)的42％。

实施例4

将两个圆柱透镜+/-45°双极化2端口(2tr)单波束天线沿竖向重叠，构成圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)宽频单波束天线，其体积为0.066m³，占用体积为同等端口数量以及同等透镜条件下垂直/水平双极化4端口(4tr)宽频单波束天线(体积为0.157m³)的42％。

实施例5

另一方面，结合图2a-2b所示，本发明还公开了一种椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线，所述椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线包括两组+/-45°双极化天线和一个椭圆柱透镜，将两组水平分离的+/-45°双极化天线作为所述椭圆柱透镜的双馈源；所述双馈源中每个天线的最大辐射方向射线指向所述椭圆柱透镜的柱体轴线，夹角范围c为50-90°，所述双馈源中每个+/-45°偶极子的平面与所述椭圆柱透镜柱体的优选距离范围b为10-30mm。

本实施例5中椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线体积为0.045m³，现有技术中同等数量端口和同等透镜条件下垂直/水平双极化4端口(4tr)双波束天线体积为0.157m³，所述椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线体积相当于现有技术中垂直/水平双极化4端口(4tr)双波束天线体积的28％，如图4所示，单个椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线可实现30°左右的垂直半功率波瓣宽度，覆盖水平面120°左右双波束区域。

实施例6

将两个椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线沿竖向重叠，构成椭圆柱透镜+/-45°双极化8端口(8tr)宽频双波束天线，其体积为0.106m3，占用体积为同等端口数量以及同等透镜体积条件下垂直/水平双极化8端口(8tr)双波束双天线(体积为0.314m³)的34％。

实施例7

将一个椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线中每个带同轴头的端口连通f/d合路器，构成椭圆柱透镜+/-45°双极化8端口(8tr)双频双波束天线，其体积为0.045m³，其相当于椭圆柱透镜+/-45°双极化8端口(8tr)宽频双波束天线体积的42％，进一步缩小了天线体积。

对比例1

对比例1的天线采用馈源为垂直/水平偶极子的圆柱透镜天线，本发明天线采用实施例1中馈源为+/-45°偶极子的圆柱透镜天线，对比例1与实施例1中的透镜天线均在高速公路测试，垂直/水平偶极子构成的圆柱透镜天线与+/-45°偶极子构成的圆柱透镜天线的设备参数见表1和表2：

表1

表2

从表1-2中可知，实施例1信号接收功率(rsrp)和信噪比(sinr)略优于对比例1，实施例1的覆盖率和双流占比均明显优于对比列1，因此实施例1的整体性能更优于对比例1。

对比例2

对比例2的天线采用圆柱透镜垂直/水平双极化2端口单波束天线，本发明天线采用实施例1中圆柱透镜+/-45°双极化2端口单波束天线，如表3所示，在同等输入功率、天线安装位置相同、站轨距相同、站间距相同的条件下，实施例1的天线与对比例2的天线场强相当，且实施例1的天线体积只有对比例2天线的42％。

表3

对比例3

对比例3的天线采用板状+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线，本发明天线采用实施例5中椭圆柱透镜+/-45°双极化4端口(4tr)双波束天线，如表4所示，在同等输入功率、天线安装位置相同、站轨距相同、站间距相同的条件下，实施例5的天线与对比例3中天线场强相当，且实施例5的天线体积只有对比例3天线的23％。

表4

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。