5G低剖面高性能超宽带天线振子及基站天线的制作方法

5g低剖面高性能超宽带天线振子及基站天线
技术领域
1.本实用新型涉及基站天线技术领域，尤其涉及5g低剖面高性能超宽带天线振子及基站天线。


背景技术：

2.随着5g技术大规模的应用，5g基站天线的数量出现了爆发式增长。目前，5g基站天线均采用大规模天线阵列天线来实现massive mimo技术和波束赋型技术，从而大大增加通信速率。然而，5g基站天线阵列规模的增加也大大增加了天线阵列的体积、重量和成本。如何有效地减小基站天线阵列的体积、重量和成本，是在基站天线设计中必须考虑的关键问题。
3.目前，5g天线的制造工艺相对成熟，天线低成本化已经成为行业发展的趋势。因此，天线阵子单元小型化已经成为一种必然趋势，为了有效降低天线阵列体积，基站天线振子的高度也从传统的四分之一波长左右降低到了十分之一左右，给基站天线设计带来了很大的挑战。为了降低基站天线振子的高度，目前主要采用降低偶极子天线振子高度和采用贴片天线方案。由于偶极子天线本身的带宽有限，因此如何提高偶极子天线振子的带宽、降低天线振子的高度是基站天线急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种5g低剖面高性能超宽带天线振子及基站天线。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：5g低剖面高性能超宽带天线振子，包括依次相连的底板、支架及基板，基板的顶面设有金属层，所述金属层的中心设有十字槽，所述十字槽将所述金属层分隔成四个辐射体，支架上设有相耦合的馈电线路及第一导体层，底板上设有第二导体层，所述第一导体层分别与所述金属层及第二导体层导通，所述十字槽的端部分叉形成两个分别连通所述金属层边沿的子缝隙，两个子缝隙之间形成呈三角形的谐振结构。
6.进一步的，四个所述辐射体与四个所述谐振结构构成天线辐射面，所述天线辐射面为中心对称结构。
7.进一步的，所述谐振结构上设有第一开窗。
8.进一步的，所述第一开窗呈三角形，所述谐振结构呈三角框状。
9.进一步的，所述第一开窗内设有第一微带线，所述第一微带线的至少一端连接所述谐振结构。
10.进一步的，所述辐射体上设有第二开窗。
11.进一步的，所述第二开窗呈多边形状。
12.进一步的，所述第二开窗内设有第二微带线，所述第二微带线的至少一端连接所述辐射体。
13.进一步的，所述谐振结构呈等腰直角三角形。
14.为了解决上述技术问题，本实用新型还采用以下技术方案：基站天线，包括上述5g低剖面高性能超宽带天线振子。
15.本实用新型的有益效果在于：
16.(1)本5g低剖面高性能超宽带天线振子既适用于5g大规模天线阵列天线来实现massive mimo技术和波束赋型技术，又适用于小基站天线来实现天线的低剖面和小型化；
17.(2)本5g低剖面高性能超宽带天线振子通过独特的多边形辐射体结构加载三角形谐振结构，在不增加天线尺寸的情况下，天线阵子具有高度低、尺寸小、重量轻和易于集成的优点，同时有效的改善了天线频带和天线辐射性能指标。
18.(3)适用于3d塑料振子加工工艺，易于加工和批量一致性好。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子的正视图；
21.图3为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子中的基板的俯视图；
22.图4为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子中的支架的结构示意图；
23.图5为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子中的另一种结构的基板的俯视图；
24.图6为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子中的另一种结构的基板的俯视图；
25.图7为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子中的另一种结构的基板的俯视图；
26.图8为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子中的另一种结构的基板的俯视图；
27.图9为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子的端口反射系数图；
28.图10为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子的端口反射系数图；
29.图11为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子的极化隔离仿真结果图；
30.图12为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子的e面辐射场分布图；
31.图13为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子的h面辐射场分布图；
32.图14为本实用新型实施例一的5g低剖面高性能超宽带天线振子的增益变化曲线图。
33.标号说明：
34.1、底板；2、支架；3、基板；4、十字槽；5、辐射体；6、馈电线路；7、第一导体层；8、第二导体层；9、子缝隙；10、谐振结构；11、支撑板；12、矩形切槽；13、插块；14、第一开窗；15、第一微带线；16、第二开窗；17、第二微带线。
具体实施方式
35.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
36.请参照图1至图14，5g低剖面高性能超宽带天线振子，包括依次相连的底板1、支架2及基板3，基板3的顶面设有金属层，所述金属层的中心设有十字槽4，所述十字槽4将所述金属层分隔成四个辐射体5，支架2上设有相耦合的馈电线路6及第一导体层7，底板1上设有第二导体层8，所述第一导体层7分别与所述金属层及第二导体层8导通，所述十字槽4的端部分叉形成两个分别连通所述金属层边沿的子缝隙9，两个子缝隙9之间形成呈三角形的谐振结构10。
37.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：
38.(1)本5g低剖面高性能超宽带天线振子既适用于5g大规模天线阵列天线来实现massive mimo技术和波束赋型技术，又适用于小基站天线来实现天线的低剖面和小型化；
39.(2)本5g低剖面高性能超宽带天线振子通过独特的多边形辐射体5结构加载三角形谐振结构10，在不增加天线尺寸的情况下，天线阵子具有高度低、尺寸小、重量轻和易于集成的优点，同时有效的改善了天线频带和天线辐射性能指标。
40.(3)适用于3d塑料振子加工工艺，易于加工和批量一致性好。
41.进一步的，四个所述辐射体5与四个所述谐振结构10构成天线辐射面，所述天线辐射面为中心对称结构。
42.由上述描述可知，本5g低剖面高性能超宽带天线振子能够实现良好的双极化。
43.进一步的，所述谐振结构10上设有第一开窗14。
44.由上述描述可知，第一开窗14的形状多种多样，大大丰富了5g低剖面高性能超宽带天线振子的多样性，同时，可通过改变第一开窗14的形状、尺寸来调节5g低剖面高性能超宽带天线振子的性能。
45.进一步的，所述第一开窗14呈三角形，所述谐振结构10呈三角框状。
46.由上述描述可知，呈三角框状的谐振结构10，不仅可以更大限度的扩展带宽、改善驻波，同时，还可以实现在5g低剖面高性能超宽带天线振子周边引入环形电流从而有效提升交叉极化比，进一步提高5g低剖面高性能超宽带天线振子的性能。
47.进一步的，所述第一开窗14内设有第一微带线15，所述第一微带线15的至少一端连接所述谐振结构10。
48.由上述描述可知，第一微带线15的设置丰富了5g低剖面高性能超宽带天线振子的多样性，同时，可通过改变第一微带线15的形状、位置、尺寸及与谐振结构10连接点位的数量来调节5g低剖面高性能超宽带天线振子的性能。
49.进一步的，所述辐射体5上设有第二开窗16。
50.由上述描述可知，第二开窗16的形状多种多样，大大丰富了5g低剖面高性能超宽带天线振子的多样性，同时，可通过改变第二开窗16的形状、尺寸来调节5g低剖面高性能超
宽带天线振子的性能。
51.进一步的，所述第二开窗16呈多边形状。
52.由上述描述可知，辐射体5呈多边形环框状。
53.进一步的，所述第二开窗16内设有第二微带线17，所述第二微带线17的至少一端连接所述辐射体5。
54.由上述描述可知，第二微带线17的设置丰富了5g低剖面高性能超宽带天线振子的多样性，同时，可通过改变第二微带线17的形状、位置、尺寸及与辐射体5连接点位的数量来调节5g低剖面高性能超宽带天线振子的性能。
55.进一步的，所述谐振结构10呈等腰直角三角形。
56.基站天线，包括上述5g低剖面高性能超宽带天线振子。
57.由上述描述可知，基站天线至少具有上述5g低剖面高性能超宽带天线振子的全部有益效果。
58.实施例一
59.请参照图1至图14，本实用新型的实施例一为：请结合图1至图4，基站天线，包括5g低剖面高性能超宽带天线振子，所述5g低剖面高性能超宽带天线振子包括依次相连的底板1、支架2及基板3，基板3的顶面设有金属层，所述金属层的中心设有十字槽4，所述十字槽4将所述金属层分隔成四个辐射体5，支架2上设有相耦合的馈电线路6及第一导体层7，底板1上设有第二导体层8，所述第一导体层7分别与所述金属层及第二导体层8导通，所述十字槽4的端部分叉形成两个分别连通所述金属层边沿的子缝隙9，两个子缝隙9之间形成呈三角形的谐振结构10。
60.请结合图2和图4，所述支架2包括相连的两个支撑板11，两个所述支撑板11构成十字形结构，每个所述支撑板11的一侧分别设有所述馈电线路6，每个所述支撑板11的另一侧分别设有所述第一导体层7。两个所述馈电线路6形成γ型耦合馈电巴伦，两个所述馈电线路6正交分布且结构在空间错开以避免相交，详细的，所述馈电线路6由不同宽度的矩形微带线连接而成，通过合理设置各段微带线的宽度可以完成对电路的阻抗匹配和馈电，有效的提高5g低剖面高性能超宽带天线振子的驻波、降低5g低剖面高性能超宽带天线振子的高度。更详细的，所述基板3上设有连通所述辐射体5的矩形切槽12，所述支撑板11上设有穿过所述矩形切槽12的插块13，所述第一导体层7的一部分穿过所述矩形切槽12导通所述辐射体5，从而将电磁波从馈电线路6上传导到辐射体5上辐射出去。
61.四个所述辐射体5与四个所述谐振结构10构成天线辐射面，所述天线辐射面为中心对称结构。
62.所述谐振结构10上设有第一开窗14，所述第一开窗14可以是任意形状的。由此可见，谐振结构10既可以是实心结构也可以是呈环状的结构，如此，有效地增加了5g低剖面高性能超宽带天线振子的多样性；可选的，所述第一开窗14呈三角形，所述谐振结构10呈三角框状，本实施例中，所述谐振结构10具有呈等腰直角三角形的外轮廓，且在谐振结构10内还设有呈等腰直角三角形的第一开窗14，换句话说，本实施例中所述谐振结构10呈等腰直角三角框状。当然，在其他实施例中，所述谐振结构10还可以是呈等边三角形、等腰三角形、钝角三角形等形状的。
63.如图5和图6所示，作为一种变形例，所述第一开窗14内设有第一微带线15，所述第
一微带线15的至少一端连接所述谐振结构10。
64.如图7和图8所示，所述辐射体5上设有第二开窗16，所述第二开窗16可以是任意形状的。由此可见，辐射体5既可以是实心结构也可以是呈环框状的结构，如此，有效地增加了5g低剖面高性能超宽带天线振子的多样性；可选的，所述第二开窗16呈多边形状。本实施例中，所述第二开窗16呈八边形。作为一种变形例，所述第二开窗16内设有第二微带线17，所述第二微带线17的至少一端连接所述辐射体5。容易理解的，相邻的两个多边形环框状的辐射体5相邻处由于子缝隙9的存在形成了大倒角，该位置可以很好地放置三角形的谐振结构10，使得5g低剖面高性能超宽带天线振子在实现特高天线性能的同时，实现尺寸小型化；
65.可选的，所述基板3、支架2及底板1为一体成型结构，例如一体注塑成型、3d打印成型等。
66.申请人按照本实施例的5g低剖面高性能超宽带天线振子结构(即图1所示结构)进行了仿真，仿真结果如图9至图14所示，其中，
67.图9和图10分别为天线振子端口的反射系数仿真结果图，从图中可以看出，该5g低剖面高性能超宽带天线振子在3.2ghz-4.2ghz内回波损耗小；
68.图11为端口间的极化隔离仿真结果图，从图中可以看出，该振子在3.2ghz-4.2ghz内具有很好的隔离度；
69.图12为5g低剖面高性能超宽带天线振子的e面辐射方向图仿真结果图，从图中可以看出，垂直面方向图具有很好的一致性和收敛性；
70.图13为5g低剖面高性能超宽带天线振子的h面辐射方向图仿真结果图，从图中可以看出，水平面方向图具有很好的一致性和收敛性；
71.图14为5g低剖面高性能超宽带天线振子的增益变化曲线结果图，从图中可以看出，该5g低剖面高性能超宽带天线振子在带内具有较高的增益。
72.由此可见，本5g低剖面高性能超宽带天线振子具有带宽宽、高增益、方向图一致性和收敛性等优点。
73.综上所述，本实用新型提供的5g低剖面高性能超宽带天线振子及基站天线，通过独特的多边形辐射体结构加载三角形谐振结构，在不增加天线尺寸的情况下，天线阵子具有高度低、尺寸小、重量轻和易于集成的优点，同时有效的改善了天线频带和天线辐射性能指标。
74.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。