全双工应用的宽带高隔离磁电偶极子天线及通信设备

1.本发明涉及一种磁电偶极子天线，尤其是一种全双工应用的宽带高隔离磁电偶极子天线及通信设备，属于无线通信技术领域。


背景技术：

2.在移动通信系统中，天线是通信设备电路信号与空间辐射电磁波的转换器，因此基站天线是移动通信系统的重要组成部分。其特性直接影响整个无线网络的整体性能。随着无线通信系统的快速发展，移动通信网络对基站天线的性能提出了更高的要求。宽频化、高隔离的基站天线急需要被设计与研发。磁电偶极子天线具有较高的阻抗匹配带宽、稳定的增益平坦度、较低的交叉极化等优势，特别适用于无线移动通信系统。所以结构简单、性能优异的磁电偶极子天线必然拥有广阔的应用前景。
3.现有的大多数磁电偶极子天线，大多采用经典的l型探针馈电对天线进行激励。把相同的馈电结构通过旋转90度实现双极化，此类天线的隔离度较低，一般不高于30db。因此提高磁电偶极子天线的隔离度成为目前需要克服的问题所在，具有高隔离度的宽带磁电偶极子天线必然成为无线移动通信系统的首选功能部件之一。
4.中国专利公开号为cn112117534a的发明专利申请利用叉形馈电结构形成垂直水平极化，通过金属地板上的h形孔径耦合馈电，利用不同的极化方式提高了馈电端口之间的隔离度；中国专利公开号为cn114914692a的发明专利申请利用不同的辐射模式形成双极化，提高端口之间的隔离。目前该领域的发明很多都是实现很宽的带宽而隔离度较低，高隔离是目前无线通信系统的发展趋势之一，因此具有稳定辐射特性的高隔离磁电偶极子天线必然成为全双工无线通信系统的首选功能部件之一。
5.目前此领域大多是采用四个对称的金属贴片作为辐射体，以经典的г型馈电线激励天线，通过对称的馈电结构实现双极化，但馈线之间电流耦合作用大，隔离度较低。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种全双工应用的宽带高隔离磁电偶极子天线，该天线具有宽频带、高隔离的优点。
7.本发明的另一目的在于提供一种包含上述宽带高隔离磁电偶极子天线的通信设备。
8.本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种全双工应用的宽带高隔离磁电偶极子天线，包括辐射贴片、п型馈电线、г型馈电线、金属地板、介质板和馈电网络，所述金属地板设置在介质板的上表面，所述辐射贴片与金属地板相连，构成磁电偶极子，所述п型馈电线和г型馈电线设置在介质板上，且п型馈电线和г型馈电线相互正交，所述馈电网络设置在介质板的下表面，并分别与п型馈电线、г型馈电线相连。
9.进一步的，所述п型馈电线包括第一金属短路针、第二金属短路针、金属枝节组和
第五金属枝节，所述金属枝节组为两个，两个金属枝节组构成п型馈电线的垂直部分，所述第五金属枝节构成п型馈电线的水平部分；每个金属枝节组包括第一金属枝节、第二金属枝节、第三金属枝节和第四金属枝节，两个金属枝节组的第一金属枝节一端分别通过第一金属短路针、第二金属短路针与馈电网络相连，所述第一金属枝节的另一端与第二金属枝节的一端相连，所述第二金属枝节的另一端与第三金属枝节的一端相连，所述第三金属枝节的另一端与第四金属枝节的一端相连，两个金属枝节组的第四金属枝节另一端分别与第五金属枝节的两端相连。
10.进一步的，所述г型馈电线包括第三金属短路针、第六金属枝节、第七金属枝节、第八金属枝节、第九金属枝节和第十金属枝节，所述第六金属枝节和第七金属枝节构成г型馈电线的垂直部分，所述第八金属枝节、第九金属枝节和第十金属枝节构成г型馈电线的水平部分；所述第六金属枝节的一端通过第三金属短路针与馈电网络相连，第六金属枝节的另一端与第七金属枝节的一端相连，所述第七金属枝节的另一端与第八金属枝节的一端相连，所述第八金属枝节的另一端与第九金属枝节的一端相连，所述第九金属枝节的另一端与第十金属枝节的一端相连。
11.进一步的，所述馈电网络包括第一馈电端口、第二馈电端口、第一金属焊盘、第一金属化过孔、第二金属焊盘、第二金属化过孔和功分移相器，所述第一馈电端口与功分移相器相连，所述第一金属焊盘设置在第一馈电端口处，并通过第一金属化过孔与金属地板相连，所述第二馈电端口与г型馈电线相连，所述第二金属焊盘设置在第二馈电端口处，并通过第二金属化过孔与金属地板相连，所述功分移相器与п型馈电线相连。
12.进一步的，所述功分移相器包括相连的威尔金森功分器和宽带移相器。
13.进一步的，所述辐射贴片通过金属板与金属地板相连。
14.进一步的，所述辐射贴片包括四个金属枝节，每个金属枝节通过一组金属臂与金属地板相连，且在每个金属枝节远离对应金属臂的顶点处切有金属圆角，每组金属臂包括两块垂直的金属板。
15.进一步的，还包括反射板，所述反射板呈方形结构设置在金属地板的四周。
16.进一步的，所述反射板包括四块矩形金属板，四块矩形金属板围成方形结构设置在金属地板的四周。
17.本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：一种通信设备，包括上述的宽带高隔离磁电偶极子天线。
18.本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本发明天线的п型馈电线和г型馈电线相互正交，可以实现垂直水平双极化辐射，通过利用垂直水平双极化，增加п型馈电线和г型馈电线之间的间距以及引入差分馈电网络，进一步提高隔离，使得双极化两端口之间的电流耦合极小，隔离度大于64db。
19.2、本发明天线引入宽带功分移相器，改善双极化的阻抗带宽，工作频段为1.7 ghz-2.7 ghz，其工作频带较宽，相对阻抗带宽为45.4%，具有良好的辐射特性，方向图稳定，前后比大于15db，交叉极化小于-25db，双极化增益高于7.5 dbi。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的结构示意图。
22.图2为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的п型馈电线结构图。
23.图3为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的г型馈电线结构图。
24.图4为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的介质板下表面结构图。
25.图5为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的辐射贴片结构图。
26.图6为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的俯视尺寸图。
27.图7为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的п型馈电线尺寸图。
28.图8为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的г型馈电线尺寸图。
29.图9为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的侧视尺寸图。
30.图10为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的s参数曲线图。
31.图11为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的增益曲线图。
32.图12和图13分别为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线第一馈电端口和第二馈电端口在中心频率2.2ghz处的水平面辐射方向图。
33.图14和图15分别为本发明实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线第一馈电端口和第二馈电端口在中心频率2.2ghz处的垂直面辐射方向图。
34.其中，100-辐射贴片，101-第十一金属枝节，102-第十二金属枝节，103-第十三金属枝节，104-第十四金属枝节，200-金属臂，201-第一组金属臂，202-第二组金属臂，203-第三组金属臂，204-第四组金属臂，300-п型馈电线，301-第一金属短路针，302-第二金属短路针，303-第一金属枝节，304-第二金属枝节，305-第三金属枝节，306-第四金属枝节，307-第五金属枝节，400-г型馈电线，401-第三金属短路针，402-第六金属枝节，403-第七金属枝节，404-第八金属枝节，405-第九金属枝节，406-第十金属枝节，500-反射板，600-金属地板，700-介质板，800-馈电网络，801-第一馈电端口，802-第二馈电端口，803-第一金属焊盘，804-第一金属化过孔，805-第二金属焊盘，806-第二金属化过孔，807-功分移相器，808-威尔金森功分器，809-宽带移相器。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.实施例：如图1所示，本实施例提供了一种全双工应用的宽带高隔离磁电偶极子天线，该天线能够应用于各种通信设备中，其包括辐射贴片100、п型馈电线300、г型馈电线400、金属地板600、介质板700和馈电网络800，金属地板600通过印刷的方式设置在介质板700的上表面，辐射贴片100与金属地板600相连，构成磁电偶极子，п型馈电线300和г型馈电线400设置在介质板700上，且п型馈电线300和г型馈电线400相互正交，馈电网络800通过印刷的
方式设置在介质板700的下表面，并分别与п型馈电线300、г型馈电线400相连；其中，金属地板600的厚度为0.05mm，介质板700为arlon 25fr介质板，介电常数为3.58，损耗正切0.0035。
37.如图1和图2所示，п型馈电线300包括第一金属短路针301、第二金属短路针302、金属枝节组和第五金属枝节307，金属枝节组为两个，两个金属枝节组构成п型馈电线的垂直部分，第五金属枝节307构成п型馈电线的水平部分；每个金属枝节组包括第一金属枝节303、第二金属枝节304、第三金属枝节305和第四金属枝节306，两个金属枝节组的第一金属枝节303一端分别通过第一金属短路针301、第二金属短路针302与馈电网络800相连，使п型馈电线300对天线进行激励，第一金属枝节303的另一端与第二金属枝节304的一端相连，第二金属枝节304的另一端与第三金属枝节305的一端相连，第三金属枝节305的另一端与第四金属枝节306的一端相连，两个金属枝节组的第四金属枝节306另一端分别与第五金属枝节307的两端相连。
38.如图1 ~图3所示，г型馈电线400包括第三金属短路针401、第六金属枝节402、第七金属枝节403、第八金属枝节404、第九金属枝节405和第十金属枝节406，第六金属枝节402和第七金属枝节403构成г型馈电线的垂直部分，第八金属枝节404、第九金属枝节405和第十金属枝节406构成г型馈电线的水平部分；第六金属枝节402的一端通过第三金属短路针401与馈电网络800相连，使г型馈电线400对天线进行激励，由于г型馈电线400与п型馈电线300为相互正交的关系，因此可以实现垂直水平双极化辐射，第六金属枝节402的另一端与第七金属枝节403的一端相连，第七金属枝节403的另一端与第八金属枝节404的一端相连，第八金属枝节404的另一端与第九金属枝节405的一端相连，第九金属枝节405的另一端与第十金属枝节406的一端相连。
39.如图1~图4所示，馈电网络800包括第一馈电端口801、第二馈电端口802、第一金属焊盘803、第一金属化过孔804、第二金属焊盘805、第二金属化过孔806和功分移相器807，第一馈电端口801与功分移相器807相连，第一金属焊盘803设置在第一馈电端口801处，并通过第一金属化过孔804与金属地板600相连，第二馈电端口802与г型馈电线400相连，具体地，第二馈电端口802通过第三金属短路针401与г型馈电线400相连，第二金属焊盘805设置在第二馈电端口802处，并通过第二金属化过孔806与金属地板600相连，功分移相器807与п型馈电线300相连，具体地，功分移相器807通过第一金属短路针301、第二金属短路针302与п型馈电线300相连；其中，第一馈电端口801和第二馈电端口802均为50ω馈电端口，功分移相器807为180
°
功分移相器，其包括相连的威尔金森功分器808和宽带移相器809，相应地，宽带移相器809为180
°
宽带移相器。
40.如图1和图5所示，辐射贴片100通过金属板与金属地板600相连，构成磁电偶极子，具体地，辐射贴片100包括四个金属枝节，四个金属枝节分别为第十一金属枝节101、第十二金属枝节102、第十三金属枝节103和第十四金属枝节104，每个金属枝节通过一组金属臂200与金属地板600相连，即金属臂200共有四组，四组金属臂分别为第一组金属臂201、第二组金属臂202、第三组金属臂203和第四组金属臂204，在每个金属枝节远离对应金属臂200的顶点处切有金属圆角，每组金属臂200包括两块垂直的金属板。
41.进一步地，本实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线还包括反射板500，反射板500呈方形结构设置在金属地板600的四周，通过引入反射板500，可以改善天线低频增益；具体
地，反射板500包括四块矩形金属板，每块矩形金属板的厚度为1mm，四块矩形金属板围成方形结构设置在金属地板600的四周。
42.如图6所示，天线金属地板600为方形，其长度g为146mm，在辐射贴片100远离金属臂200的顶点处切了半径r为13.6mm的金属圆角，在相邻的两个顶点处切了一个边长lm为8.1mm的角，金属臂长度ls为21.6mm。辐射之间间距d1为6.7mm；如图7所示，п型馈电线300第一金属枝节长度l1为3mm，宽度w1为3.1mm，第二金属枝节长度l2为7.6mm，宽度w2为2.3mm，第三金属枝节长度l3为6.4mm，宽度w3为5.7mm，第四金属枝节长度l4为14.9mm，宽度w2为5.4mm，第五金属枝节长度l5为21mm，宽度w2为5.4mm；如图8所示，г型馈电线400第一金属枝节长度l1为3mm，宽度w1为4.2mm，第二金属枝节长度l2为17mm，宽度w2为4.8mm，第三金属枝节长度l3为18.4mm，宽度w3为4.8mm，第四金属枝节长度l4为17.1mm，宽度w2为5.5mm，第五金属枝节长度l5为25.3mm，宽度w2为3.5mm；如图9所示，介质板的厚度h1为0.762mm，п型馈电线300和г型馈电线400均由厚度h3、h4为1mm的金属板制成，辐射贴片的高度h2为34mm，方形反射板高度h5为23.5mm。
43.如图10、图11和图12~图15所示，分别为本实施例的宽带高隔离磁电偶极子天线的s参数曲线图，增益曲线图、辐射方向图，可以看到，此天线的工作频段为1.7 ghz-2.7 ghz，相对带宽为45.5 %，该天线具有良好的辐射特性，方向图稳定，前后比大于15db，交叉极化小于-25db，隔离度|s
21
|大于64db，双极化的增益分别高于7.5dbi。
44.综上所述，本发明天线的п型馈电线和г型馈电线相互正交，可以实现垂直水平双极化辐射，通过利用垂直水平双极化，增加п型馈电线和г型馈电线之间的间距以及引入差分馈电网络，进一步提高隔离，使得双极化两端口之间的电流耦合极小，隔离度大于64db；此外，本发明天线引入宽带功分移相器，改善双极化的阻抗带宽，工作频段为1.7 ghz-2.7 ghz，其工作频带较宽，相对阻抗带宽为45.4%，具有良好的辐射特性，方向图稳定，前后比大于15db，交叉极化小于-25db，双极化增益高于7.5 dbi。
45.以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明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，都包含在本发明的保护范围之内。