一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列

本发明涉及通讯天线的，尤其是指一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列。

背景技术：

1、随着5g的到来和5g技术的发展，为了满足庞大用户体量和用户需求下急剧增长的信息数据量，以及开发更多适配5g的应用场景的高品质天线组件，对基站天线的性能提出了更高的要求。采用独立5g建站的方式会加剧基站站址资源的紧张局面、造成资源的巨大浪费并导致运营成本大幅上升，且2g/3g/4g天线仍然面临大量的用户体量和用户需求，因此多频融合的共口径天线阵列成为了5g时代基站天线的主流形态。交叉式的阵列排布方式以其紧凑的口径和高口径效率成为最受欢迎的排列方式之一。在交叉式排列中，跨频之间低频天线对高频天线的遮挡，以及高频天线之间的同频耦合，是目前基站天线难以紧凑集成的主要难题之一。

2、目前常用的解决低频天线遮挡的方案有以下几种：1、在低频天线上加载低散射的滤波结构，将谐振在上面的感应电流因反向辐射而抵消，但是去耦带宽往往很窄，而复杂的结构带来更高的设计难度。2、将频率选择表面作为低频天线的辐射结构，低频天线的辐射器对高频单元的辐射表现为带通响应，但是这样的带通响应会随着入射角的增加发生改变。3、加载功能性表面例如部分反射表面来减少hb方向图的形变，但是这样会增加阵列的层数和剖面。针对高频天线之间的同频耦合目前有以下几种方案：1、通过金属腔或者金属隔板的加载阻断电磁波的传播，但是去耦带宽比较窄，效果有限。2、引入新的耦合路径，与直接耦合的路径上的电磁波因反相中和而实现去耦，包括天线阵列去耦表面，人工磁导体，介质层加载。但是中和抵消的方法难以对同极化耦合和异极化耦合同时去耦。3、阵列的自解耦，将低频天线的辐射结构作为高频天线的解耦层，这种方法不需要引入额外的去耦层或者去耦元件，但是去耦带宽很窄。

3、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，解决了现有双频共口径基站天线存在的阵列口径大的问题。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，包括一个金属腔体及由上至下依次设置的第一介质板、第二介质板、第三介质板、第四介质板和反射板；在金属腔体内嵌套有至少一个低频天线和至少一个高频天线；所述高频天线和低频天线共用一块反射板；所述低频天线包含通过焊接实现电连接的水平辐射部分和垂直折叠部分，水平辐射部分蚀刻在第二介质板上，其内部加载多组枝节，所述垂直折叠部分包含多块竖直嵌入第二介质板的小介质板，所述小介质板的内、外表面均蚀刻有金属条带，所述小介质板内、外表面的金属条带通过金属化过孔实现电连接；所述第一介质板上蚀刻有第一金属图案，被嵌入在第二介质板的多块小介质板包围；所述高频天线蚀刻在第四介质板上，所述第四介质板包含两个对称的部分，每一部分蚀刻有一对高频天线；所述第三介质板为寄生贴片层，包含两个部分，每一部分包含两个寄生贴片单元，每个寄生贴片单元蚀刻有第二金属图案，所述第二金属图案位于高频天线的正上方，用于调控高频天线之间去耦频点；所述反射板的上表面覆铜，其四周插入多块表面覆铜的介质板形成金属腔体，其下表面蚀刻若干个微带功分器，用于高频天线的馈电。

3、进一步，所述低频天线的辐射结构为环形偶极子，辐射结构的下方为交叉放置的巴伦，所述低频天线由交叉放置的巴伦进行馈电，每片巴伦包含一条微带馈线和一个金属巴伦地。

4、进一步，所述高频天线由微带功分器形成高频阵列，每个高频天线和反射板之间通过同轴线相连。

5、进一步，所述高频天线包含蚀刻在第四介质板上表面的用于调控高频天线带宽的矩形金属片和用于耦合馈电的y型馈电结构以及蚀刻在第四介质板下表面的金属辐射结构。

6、进一步，所述y型馈电结构与反射板之间使用同轴线相连，所述同轴线与反射板下表面的微带功分器相连。

7、进一步，所述金属辐射结构在平面向内折叠，为小型化的偶极子天线。

8、进一步，所述低频天线的辐射口径小于0.22λ1×0.22λ1，其中λ1是最低频率1.7ghz的波长；所述高频天线按0.53λ2×0.59λ2的紧凑间距排列，其中λ2是中心频率3.55ghz的波长。

9、进一步，所述第一金属图案为方形的金属贴片。

10、进一步，所述第二金属图案包含一个大方形金属贴片和周围若干个小方形金属贴片。

11、进一步，所述枝节为l型枝节。

12、本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

13、1、本发明紧凑的共口径基站天线阵列，可以在紧凑口径下实现多个通信频带的覆盖，并且不仅限于小频比，大频比共口径天线同样适用。

14、2、本发明通过将小型化与低散射协同设计的方式，将低频天线的辐射结构进行折叠，在实现低频天线低散射特性的同时，辐射口径小于0.22λ1*0.22λ1。并且得益于低频天线的小型化，可以实现0.53λ2*0.59λ2的更紧凑的阵列口径。

15、3、本发明在紧凑口径同时实现同频去耦，调节寄生贴片层的高度和尺寸可以调整去耦频点，实现高频阵列所有端口隔离大于20db。

技术特征：

1.一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，其特征在于：包括一个金属腔体及由上至下依次设置的第一介质板(9)、第二介质板(1)、第三介质板(2)、第四介质板(3)和反射板(4)；在金属腔体内嵌套有至少一个低频天线和至少一个高频天线；所述高频天线和低频天线共用一块反射板(4)；所述低频天线包含通过焊接实现电连接的水平辐射部分(13)和垂直折叠部分(6)，水平辐射部分(13)蚀刻在第二介质板(1)上，其内部加载多组枝节(14)，所述垂直折叠部分(6)包含多块竖直嵌入第二介质板(1)的小介质板，所述小介质板的内、外表面均蚀刻有金属条带(10)，所述小介质板内、外表面的金属条带(10)通过金属化过孔实现电连接；所述第一介质板(9)上蚀刻有第一金属图案，被嵌入在第二介质板(1)的多块小介质板包围；所述高频天线蚀刻在第四介质板(3)上，所述第四介质板(3)包含两个对称的部分，每一部分蚀刻有一对高频天线；所述第三介质板(2)为寄生贴片层，包含两个部分，每一部分包含两个寄生贴片单元，每个寄生贴片单元蚀刻有第二金属图案，所述第二金属图案位于高频天线的正上方，用于调控高频天线之间去耦频点；所述反射板(4)的上表面覆铜，其四周插入多块表面覆铜的介质板(8)形成金属腔体，其下表面蚀刻若干个微带功分器(7)，用于高频天线的馈电。

2.根据权利要求1所述的一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，其特征在于：所述低频天线的辐射结构为环形偶极子，辐射结构的下方为交叉放置的巴伦(11)，所述低频天线由交叉放置的巴伦(11)进行馈电，每片巴伦(11)包含一条微带馈线(15)和一个金属巴伦地(16)。

3.根据权利要求2所述的一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，其特征在于：所述高频天线由微带功分器(7)形成高频阵列，每个高频天线和反射板(4)之间通过同轴线(12)相连。

4.根据权利要求3所述的一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，其特征在于：所述高频天线包含蚀刻在第四介质板(3)上表面的用于调控高频天线带宽的矩形金属片(20)和用于耦合馈电的y型馈电结构(21)以及蚀刻在第四介质板(3)下表面的金属辐射结构(19)。

5.根据权利要求4所述的一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，其特征在于：所述y型馈电结构(21)与反射板(4)之间使用同轴线(12)相连，所述同轴线(12)与反射板(4)下表面的微带功分器(7)相连。

6.根据权利要求5所述的一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，其特征在于：所述金属辐射结构(19)在平面向内折叠，为小型化的偶极子天线。

7.根据权利要求6所述的一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，其特征在于：所述低频天线的辐射口径小于0.22λ1×0.22λ1，其中λ1是最低频率1.7ghz的波长；所述高频天线按0.53λ2×0.59λ2的紧凑间距排列，其中λ2是中心频率3.55ghz的波长。

8.根据权利要求7所述的一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，其特征在于：所述第一金属图案为方形的金属贴片(5)。

9.根据权利要求8所述的一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，其特征在于：所述第二金属图案包含一个大方形金属贴片(17)和周围若干个小方形金属贴片(18)。

10.根据权利要求9所述的一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，其特征在于：所述枝节(14)为l型枝节。

技术总结
本发明公开了一种小型化紧凑型双极化双频共口径基站天线阵列，包括一个金属腔体及由上至下依次设置的第一、二、三、四介质板和反射板；在金属腔体内嵌套有至少一个低频天线和至少一个高频天线；所述高、低频天线共用一块反射板；反射板下表面蚀刻微带功分器，高频天线由微带功分器形成高频阵列，低频天线为环形偶极子天线，通过将辐射结构平面向内折叠，不仅实现了低频天线的小型化，同时还有低散射的特性，减少对高频阵列辐射的影响。得益于低频天线的小型化，天线阵列可以实现更加紧凑的口径。同时寄生贴片层的加载有效降低了高频天线间的耦合，减小了高频天线之间耦合的干扰，具有良好的应用前景。

技术研发人员：陈付昌,谢炜
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16