一种宽频高极化隔离度天线及天线阵列的制作方法

1.本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种宽频高极化隔离度天线及天线阵列。


背景技术：

2.天线是现代无线通信系统中辐射、接收能量的关键部件，由于无线通信器件都需要天线来进行信号的收发，因此天线的信号收发的能力很多时候直接决定了无线通信系统的性能。
3.为了提高通信系统的容量，一般采用极化分集技术，通过设计宽频带的双极化天线来提高天线的工作效率。设计宽频带的双极化天线难点之一在于：在使每一个极化天线满足工作特性的情况下控制两个不同极化天线之间的相互影响，这就对天线的隔离度和交叉极化等指标提出了要求。提高双极化天线的隔离度主要是通过设计合理的馈电方式，来减小两个馈电端口之间的电流影响，两端口电流影响越小则天线的隔离度越大，在工程设计中一般使两条馈线通过相互正交来提高隔离度。设计宽频带的双极化天线另一个难点是：不仅仅要求天线的阻抗匹配带宽达到宽频带的要求，而且还要求天线的辐射特性在这个宽频带范围内也满足要求。
4.因此，需要提供一种辐射稳定并且隔离度高并且改善天线的低频阻抗带宽的宽频高极化隔离度天线来解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了及一种宽频高极化隔离度天线。解决了现有技术中每一个极化天线满足工作特性的情况下控制两个不同极化天线之间的相互影响，影响天线的隔离度和交叉极化性能的技术问题。
6.本实用新型的技术效果通过如下实现的：
7.一种宽频高极化隔离度天线，包括第一天线和第二天线，所述第一天线和所述第二天线均包括基板、辐射体和馈电结构，所述第一天线的基板的高度和所述第二天线的基板的高度相同，所述第一天线的基板轴向上设有开口向上的第一凹槽，所述第二天线的基板轴向上设有开口向下的第二凹槽，所述第一凹槽的长度和所述第二凹槽的长度之和为所述第一天线的基板的高度，所述第一天线的基板和所述第二天线的基板通过所述第一凹槽和所述第二凹槽呈十字交叉固定卡接，所述辐射体固定设于所述基板的一侧，所述辐射体在辐射方向上设有渐变开口，所述辐射体以所述渐变开口的轴向为对称轴呈对称结构，所述渐变开口尺寸在开口延伸方向上逐渐变大，所述渐变开口的底部设有谐振腔，所述谐振腔靠近所述基板的底部设置，所述辐射体的两侧均设有从侧边向所述渐变开口延伸的u形缝隙，所述辐射体两侧的所述u形缝隙以所述渐变开口的轴向为对称轴呈对称设置，所述馈电结构固定设于所述基板的另一侧，所述馈电结构靠近所述谐振腔设置在所述基板的底部。通过在辐射体的两侧设有u形缝隙，使得在不改变天线尺寸的基础上，改善了天线的低
频阻抗带宽，使得天线具有较大带宽的特性，改善了天线的增益平整度，提升了天线信号收发的性能，并且有助于天线小形化的推进；解决了现有技术中由于低频段受到天线尺寸的限制，当天线横向尺寸过小时，影响低频段的阻抗匹配，不能实现足够的工作带宽，影响天线信号收发性能的问题。通过第一天线和第二天线十字交叉连接，使得高极化隔离度天线具有增益高、隔离度高等特性。通过设置辐射体两侧的u形缝隙以渐变开口的轴向为对称轴呈对称设置，保证了方向图的对称。
8.进一步地，所述u形缝隙包括第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙和所述第二缝隙平行，所述第二缝隙的长度小于所述第一缝隙的长度，所述第一缝隙一端位于所述辐射体侧边，所述第一缝隙另一端和所述第二缝隙连通。
9.进一步地，所述u形缝隙的长度为所述宽频高极化隔离度天线发射的电磁波波长的1/4。
10.进一步地，所述馈电结构包括直角形馈电结构和与扇形馈电结构，所述直角形馈电结构包括相互连接的第一直角边和第二直角边，所述第一直角边的轴向和所述第二直角边的轴向相互垂直，所述第一直角边和所述扇形馈电结构的顶点连接，所述第二直角边设于所述宽频高极化隔离度天线的底部用于和馈电端口连接。通过在直角形馈电结构的末端增设扇形馈电结构，提高了和位于基板另一侧的渐变开口的耦合度，降低了天线的驻波比，有利于天线的匹配，从而有利于电磁波的辐射。
11.进一步地，所述直角形馈电结构的所述第二直角边位于所述第二天线的所述辐射体一侧。通过设置第一天线的第二直角边和第二天线的第二直角边在空间呈上下错开，避免了第一天线和第二天线在馈电端口干涉，便于产线焊接安装。
12.进一步地，所述第一直角边轴向为所述扇形馈电结构的对称轴，所述第一直角边轴向和所述渐变开口的轴向垂直。
13.进一步地，所述扇形馈电结构的顶点和所述渐变开口靠近所述谐振腔的位置在y向上重叠，所述扇形馈电结构和所述第二直角边分别位于所述渐变开口轴向的两侧。
14.进一步地，所述扇形馈电结构的顶角角度70～85度。
15.进一步地，所述谐振腔为圆形结构，所述圆形结构的直径为所述宽频高极化隔离度天线发射的电磁波波长的1/4。
16.另外，还提供一种天线阵列，包括上述的宽频高极化隔离度天线，多个所述宽频高极化隔离度天线联合馈电以形成所述天线阵列。
17.如上所述，本实用新型具有如下有益效果：
18.1)通过第一天线和第二天线十字交叉连接，使得高极化隔离度天线具有增益高、隔离度高等特性。
19.2)通过设置第一天线的第二直角边和第二天线的第二直角边在空间呈上下错开，避免了第一天线和第二天线在馈电端口干涉，便于产线焊接安装。
20.3)通过在辐射体的两侧设有u形缝隙，使得在不改变天线尺寸的基础上，改善了天线的低频阻抗带宽，使得天线具有较大带宽的特性，改善了天线的增益平整度，提升了天线信号收发的性能，并且有助于天线小形化的推进；解决了现有技术中由于低频段受到天线尺寸的限制，当天线横向尺寸过小时，影响低频段的阻抗匹配，不能实现足够的工作带宽，影响天线信号收发性能的问题。
21.4)通过设置辐射体两侧的u形缝隙以渐变开口的轴向为对称轴呈对称设置，保证了方向图的对称。
22.5)通过在直角形馈电结构的末端增设扇形馈电结构，提高了和位于基板另一侧的渐变开口的耦合度，降低了天线的驻波比，有利于天线的匹配，从而有利于电磁波的辐射。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，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的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还能够根据这些附图获得其它附图。
24.图1为本说明书实施例提供的一种宽频高极化隔离度天线的整体结构示意图；
25.图2为本说明书实施例提供的第一天线在辐射体一侧的结构示意图；
26.图3为本说明书实施例提供的第一天线在馈电结构一侧的结构示意图；
27.图4为本说明书实施例提供的一种宽频高极化隔离度天线的仿真vswr 图；
28.图5为本说明书实施例提供的一种宽频高极化隔离度天线的两个馈电端口的隔离度仿真结果。
29.其中，图中附图标记对应为：
30.第一天线1、第二天线2、基板3、辐射体4、馈电结构5、直角形馈电结构51、第一直角边511、第二直角边512、扇形馈电结构52、渐变开口 6、导波区61、辐射区62、u形缝隙7、第一缝隙71、第二缝隙72、谐振腔8。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.实施例1：
34.如图1-3所示，一种宽频高极化隔离度天线，包括第一天线1和第二天线2，第一天线1和第二天线2均包括基板3、辐射体4和馈电结构5，第一天线1的基板3的高度和第二天线2的基板3的高度相同，第一天线1 的基板3轴向上设有开口向上的第一凹槽，第二天线2的基板3轴向上设有开口向下的第二凹槽，第一凹槽的长度和第二凹槽的长度之和为第一天线1的基板3的高度，第一天线1的基板3和第二天线2的基板3通过第一凹槽和第二凹槽呈十
字交叉固定卡接，辐射体4固定设于基板3的一侧，辐射体4在辐射方向上设有渐变开口6，辐射体4以渐变开口6的轴向为对称轴呈对称结构，渐变开口6尺寸在开口延伸方向上逐渐变大，渐变开口6 的底部设有谐振腔8，谐振腔8靠近基板3的底部设置，辐射体4的两侧均设有从侧边向渐变开口6延伸的u形缝隙7，辐射体4两侧的u形缝隙7 以渐变开口6的轴向为对称轴呈对称设置，馈电结构5固定设于基板3的另一侧，馈电结构5靠近谐振腔8设置在基板3的底部。
35.通过第一天线1和第二天线2十字交叉连接，使得高极化隔离度天线具有增益高、隔离度高等特性。
36.需要说明的是，渐变开口6按照功能不同可以分为两部分，一部分是等宽度的导波区61，即槽线，另一部分是渐变宽度的辐射区62，导波区61 为窄开口端，窄开口端对应的工作频带为高频率，辐射区62为宽开口端，宽开口端对应的工作频带为低频率。对于工作在匹配状态下的槽线，如果槽宽远小于半个工作波长，则其中的能量便会被束缚在辐射体4中渐变开口6之间而不会被辐射出去，因此利用槽线宽度远大于半个工作波长的辐射特性，逐渐加大槽线宽度形成辐射区62向外辐射或者向内接收电磁波。
37.其中，由于天线的横向尺寸应为最低频的半个波长以上，因此天线的横向尺寸决定了阻抗带宽的低频段。通过在辐射体4的两侧设有u形缝隙 7，使得在不改变天线尺寸的基础上，增加了天线的低频阻抗带宽，使得天线具有较大带宽的特性，改善了天线的增益平整度，提升了天线信号收发的性能。
38.具体地，辐射体4的左、右两侧均设有关于天线的中心轴对称的从侧边向渐变开口6延伸的u形缝隙7，保证了天线中电流分布的一致性和方向图的对称性，提升了天线的辐射性能。
39.具体地，基板3为介质板，为酚醛树脂、环氧树脂或聚四氟乙烯等材料制成，优选为fr4材料，辐射体4可以使用介质板一侧的金属镀层，也可以直接是金属板，金属材料优选为铜。
40.具体地，馈电结构5的直角形馈电结构51设置在天线底部，便于与sma 接头连接或者其他连接器连接，方便装配；并且相比于设置在天线的侧边，更有利于节约空间，减少天线间的耦合。
41.优选地，u形缝隙7包括第一缝隙71和第二缝隙72，第一缝隙71和第二缝隙72平行，第二缝隙72的长度小于第一缝隙71的长度，第一缝隙 71一端位于辐射体4侧边，第一缝隙71另一端和第二缝隙72连通。
42.优选地，u形缝隙7的长度为宽频高极化隔离度天线发射的电磁波波长的1/4。
43.具体地，如图1-3所示，第一天线1和第二天线2尺寸相同，两个天线横向尺寸为62mm，纵向尺寸为64mm，u形缝隙7的长度为30～35mm。天线的横向尺寸为天线的长度，长度方向为x向，天线的纵向尺寸为天线的高度，高度方向为z向，y向为垂直于x向和z向的方向，即垂直于基板3所在平面的方向。
44.优选地，馈电结构5包括直角形馈电结构51和与扇形馈电结构52，直角形馈电结构51包括相互连接的第一直角边511和第二直角边512，第一直角边511的轴向和第二直角边512的轴向相互垂直，第一直角边511和扇形馈电结构52的顶点连接，第二直角边512设于宽频高极化隔离度天线的底部用于和馈电端口连接。通过在直角形馈电结构51的末端增设扇
形馈电结构52，提高了和位于基板3另一侧的渐变开口6的耦合度，降低了天线的驻波比，有利于天线的匹配，从而有利于电磁波的辐射。
45.具体地，馈电结构5可以使用介质板一侧的金属镀层，也可以直接是金属板，金属材料优选为铜。
46.具体地，第一直角边511位于水平方向上，第二直角边512位于竖直方向上。
47.优选地，直角形馈电结构51的第二直角边512位于第二天线2的辐射体4一侧。通过设置第一天线1的第二直角边512和第二天线2的第二直角边512在空间呈上下错开，避免了第一天线1和第二天线2在馈电端口干涉，便于产线焊接安装。
48.优选地，第一直角边511轴向为扇形馈电结构52的对称轴，第一直角边511轴向和渐变开口6的轴向垂直。
49.优选地，扇形馈电结构52的顶点和渐变开口6靠近谐振腔8的位置在 y向上重叠，扇形馈电结构52和第二直角边512分别位于渐变开口6轴向的两侧。
50.优选地，扇形馈电结构52的的顶角角度70～85度。
51.具体地，扇形馈电结构52的半径为4～5mm，优选为4.5mm。
52.优选地，谐振腔8为圆形结构，圆形结构的直径为宽频高极化隔离度天线发射的电磁波波长的1/4。
53.具体地，扇形馈电结构52上与谐振腔8相邻的边到谐振腔8的腔壁的最近位置的距离为1～3mm。
54.本实施例中，基于本实用新型思想设计出的一种宽频高极化隔离度天线，建立与本技术的宽频高极化隔离度天线对应的模型并对模型进行仿真，如图3所示，得到对本技术的宽频高极化隔离度天线的驻波比(vswr)仿真结果。
55.图3中的驻波比仿真结果说明，采用本技术中的宽频高极化隔离度天线在1.7ghz-6ghz超宽带的频率范围内的驻波比vswr《1.7，使得在不改变天线尺寸的基础上，增加了天线的低频阻抗带宽，使得天线具有较大带宽的特性，提升了天线信号收发的性能，解决了现有技术中由于低频段受到天线尺寸的限制，当天线横向尺寸过小时，影响低频段的阻抗匹配，不能实现足够的工作带宽，影响天线信号收发性能的问题。
56.更进一步的，基于本实用新型的思想设计出的一种宽频高极化隔离度天线的两个馈电端口的隔离度仿真结果参考图4所示。由仿真结果可以看出，在1.7ghz-6ghz整个频段，隔离度低于-28db，实现了天线的高隔离度特性。
57.实施例2：
58.一种天线阵列，包括实施例1中的宽频高极化隔离度天线，多个宽频高极化隔离度天线联合馈电以形成天线阵列，使其具有增益高、辐射稳定以及隔离度高等优点。
59.如上所述，本实用新型具有如下有益效果：
60.1)通过第一天线和第二天线十字交叉连接，使得高极化隔离度天线具有增益高、隔离度高等特性。
61.2)通过设置第一天线的第二直角边和第二天线的第二直角边在空间呈上下错开，避免了第一天线和第二天线在馈电端口干涉，便于产线焊接安装。
62.3)通过在辐射体的两侧设有u形缝隙，使得在不改变天线尺寸的基础上，改善了天线的低频阻抗带宽，使得天线具有较大带宽的特性，改善了天线的增益平整度，提升了天线
信号收发的性能，并且有助于天线小形化的推进；解决了现有技术中由于低频段受到天线尺寸的限制，当天线横向尺寸过小时，影响低频段的阻抗匹配，不能实现足够的工作带宽，影响天线信号收发性能的问题。
63.4)通过设置辐射体两侧的u形缝隙以渐变开口的轴向为对称轴呈对称设置，保证了方向图的对称。
64.5)通过在直角形馈电结构的末端增设扇形馈电结构，提高了和位于基板另一侧的渐变开口的耦合度，降低了天线的驻波比，有利于天线的匹配，从而有利于电磁波的辐射。
65.虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述，然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
66.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
67.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。
68.以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。