一种应用于5G微基站的低剖面极化可重构天线

5880，第一介质板、第二介质板的介电常数均为2.2，损耗正切角均为 0.0009，半径均为45mm，厚度均为2.5mm。
8.作为本发明的一种优选技术方案：中间层金属贴片的各扇形金属贴片，其外径为36mm，内径为8mm。
9.作为本发明的一种优选技术方案：金属地半径为45mm。
10.作为本发明的一种优选技术方案：每组顶层金属内环贴片中的各扇形金属贴片，其外径为7.8mm，内径为3mm，圆心角为20
°
，每组顶层金属外环贴片中的各扇形金属贴片，其外径为35mm，内径为8.8mm。
11.作为本发明的一种优选技术方案：每组顶层金属内环贴片、每组顶层金属外环贴片分别均包括5个扇形金属贴片，每组顶层金属内环贴片中相邻两个扇形金属贴片之间的间距为3
°
，两组顶层金属内环贴片中相邻两个扇形金属贴片之间的间距为8
°
。
12.有益效果：相对于现有技术，本发明的优点包括：
13.本发明提供的5g微基站天线，整个天线的尺寸为π*45mm2(半径)*5mm(高度)。覆盖中国电信5g试用频段(3400-3500mhz)，适用于微基站系统。本发明提供的极化可重构微基站天线，通过采用多层多谐振结构实现了低剖面极化可重构天线，大大减小了天线的体积。在本发明天线的远场处放置相同极化的接收天线，基于最大功率传输效率法，改变三个馈电端口的幅值和相位，可以实现方位角平面任意方向的线极化以及左旋圆极化和右旋圆极化。
14.与2014年，中国的香港大学的h.l.zhu,s.w.cheung等人在“design of polarizationreconfigurable antennausing metasurface,”(ieee transactions onantennas and propagation,vol.62,no.6,june 2014.)中提出的极化可重构高增益偶极子天线相比较，本发明的天线可以实现方位角平面任意方向的线极化以及左旋圆极化和右旋圆极化，可以有效提高无线系统的通信容量，消除极化失配以及扩大天线辐射覆盖面积等作用。与2021年，南京信息工程大学的 shenyun wang,danping yang等人在“polarization-reconfigurable antenna usingcombination of circular polarized modes,”(ieee access,vol.9,pp.45622
–
45631, 2021)中提出的基于圆极化合成技术的极化可重构天线相比较，本发明的天线可以在剖面更低，天线相对体积更小的情况下实现极化可重构的同时，在中心频率处获得更高的增益。
附图说明
15.图1(a)-图1(c)是根据本发明实施例提供的低剖面极化可重构天线的结构示意图；
16.图2是根据本发明实施例提供的低剖面极化可重构天线的仿真反射系数s
11
图；
17.图3(a)-图3(b)是根据本发明实施例提供的低剖面极化可重构天线在方位角平面方向线极化辐射方向图；
18.图4(a)-图4(b)是根据本发明实施例提供的低剖面极化可重构天线在方位角平面方向线极化辐射方向图；
19.图5(a)-图5(b)是是根据本发明实施例提供的低剖面极化可重构天线的左旋圆极化辐射方向图；
20.图6(a)-图6(b)是是根据本发明实施例提供的低剖面极化可重构天线的右旋圆极化辐射方向图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
22.本发明实施例提供的一种应用于5g微基站的低剖面极化可重构天线，包括顶层金属贴片、中间层金属贴片、金属地、第一介质板、第二介质板、同轴内芯、同轴外芯；
23.其中，金属地、第一介质板、第二介质板为圆形，三者半径相同，且圆心位于同一点，第一介质板下表面与第二介质板上表面相接，金属地与第二介质板下表面相接，中间层金属贴片位于第一介质板、第二介质板之间，其一面与第一介质板下表面相接，另一面与第一介质板上表面相接，中间层金属贴片为三个相同的扇形金属贴片，中间层金属贴片中的三个扇形金属贴片间距相等；
24.顶层金属贴片包括三组顶层金属内环贴片以及三组顶层金属外环贴片，各组顶层金属内环贴片之间间距相等，各组顶层金属外环贴片之间间距相等，每组顶层金属外环贴片分别均包括至少一个扇形金属贴片，每组顶层金属内环贴片分别均包括至少一个扇形金属贴片，且各组顶层金属外环贴片中的扇形金属贴片与顶层金属内环贴片中的扇形金属贴片的数量相同，顶层金属内环贴片中各扇形金属贴片与顶层金属外环贴片中各扇形金属贴片的位置一一对应，且顶层金属内环贴片中扇形金属贴片的两直线边分别与顶层金属外环贴片中扇形金属贴片的两直线边位于同一直线上；
25.中间层金属贴片、顶层金属内环贴片、顶层金属外环贴片中的各扇形金属贴片半径均小于第一介质板半径，且各扇形金属贴片圆心与第一介质板圆心位于同一点；每组顶层金属外环贴片中的扇形金属贴片之间间距相等，每组顶层金属内环贴片中的扇形金属贴片之间间距相等，同轴外芯包裹于同轴内芯外侧，同轴外芯、同轴内芯分别位于第一介质板的0
°
、120
°
、240
°
方向上，且各同轴内芯分别连接第一介质板、第二介质板、金属地、以及中间层金属贴片的扇形金属贴片。
26.参照图1，其中图1(a)为低剖面极化可重构天线的整体结构示意图，图1 (b)为低剖面极化可重构天线的顶层金属贴片结构示意图，其中图1(c)为低剖面极化可重构天线的中间层金属贴片结构示意图。
27.本发明实施例提供的一种应用于5g微基站的低剖面极化可重构天线，采用多层多谐振结构，在第一介质板上表面与第一介质板、第二介质板之间都有扇形金属贴片作为辐射器，在第二介质板的底层有金属地作为反射器，三个同轴分别位于天线的方向上，同轴内芯穿过金属地与介质板连接至中间层金属扇形贴片的尾端，通过电感耦合使顶层金属贴片工作，同时激发多种谐振模式。基于最大功率传输效率法，通过改变各个端口的幅值和相位可以实现方位角平面上的任意方向的线极化和左旋圆极化，右旋圆极化。整个过程所需的相关参数可以由电磁仿真软件hfss16.1得到。
28.在一个实施例中，第一介质板、第二介质板的材质均为rogers 5880，第一介质板、第二介质板的介电常数均为2.2，损耗正切角均为0.0009，半径均为45mm，厚度均为2.5mm。
29.在一个实施例中，中间层金属贴片的各扇形金属贴片，其外径为36mm，内径为8mm。
30.在一个实施例中，金属地半径为45mm。
31.在一个实施例中，每组顶层金属内环贴片中的各扇形金属贴片，其外径为 7.8mm，内径为3mm，圆心角为20
°
，每组顶层金属外环贴片中的各扇形金属贴片，其外径为35mm，内径为8.8mm。
32.在一个实施例中，每组顶层金属内环贴片、每组顶层金属外环贴片分别均包括5个扇形金属贴片，每组顶层金属内环贴片中相邻两个扇形金属贴片之间的间距为3
°
，两组顶层金属内环贴片中相邻两个扇形金属贴片之间的间距为8
°
。
33.图2为本发明极化可重构天线的仿真反射系数s
11
图，从图中可以看出该天线的工作带宽为3.29-3.71ghz，可以很好的覆盖中国电信的5g试用频段。
34.图3(a)为e(平面)面上的辐射方向图，图3(b)为h(平面)面上的辐射方向图，由图3(a)和图3(b)可以看出，其e面半功率波束宽度为 56
°
，其h面的半功率波束宽度为76
°
，前后比为18db，在3.5ghz处的最大增益为8.85dbi。
35.图4(a)为e(平面)面上的辐射方向图，图4(b)为h(平面) 面上的辐射方向图，从图4(a)和图4(b)可以看出，其e面半功率波束宽度为57
°
，其h面的半功率波束宽度为76
°
，前后比为18db，在3.5ghz处的最大增益为8.85dbi。
36.图5(a)为低剖面极化可重构天线在xoz平面的左旋圆极化辐射方向图，图5(b)为低剖面极化可重构天线在yoz平面的左旋圆极化辐射方向图，该天线在xoz平面、yoz平面上的左旋圆极化辐射方向的半功率波束宽度分为66
°
和 68
°
，前后比为18db，在3.5ghz处的最大增益为8.85dbi。
37.图6(a)为低剖面极化可重构天线在xoz平面的右旋圆极化辐射方向图，图6(b)为低剖面极化可重构天线在yoz平面的右旋圆极化辐射方向图，该天线在xoz平面、yoz平面上的右旋圆极化辐射方向的半功率波束宽度分别为66
°
和68
°
，前后比为18db，在3.5ghz处的最大增益为8.85dbi。综上可以看出本发明实施例提供的一种应用于5g微基站的低剖面极化可重构天线在3.5ghz处的拥有较高的增益并且在各种极化下的方向图都较为稳定，并且其整体剖面较低，相对体积较小。
38.本发明所设计的极化可重构天线工作频段为3.29-3.71ghz，覆盖中国电信的 5g试用频段。本发明的极化可重构天线通信稳定，能够实现在方位角平面实现任意方向线极化及左右旋圆极化。该极化可重构微基站天线可以有效避免极化失配。同时当天线位置发生改变时，与外界的通信质量不会受影响。采用了多层多谐振结构，大大降低了天线的剖面，使得天线整体体积变小，非常适用于未来微基站系统。
39.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。