一种基于方形贴片谐振器的双极化平面偶极子天线

本发明属于微波通信，具体涉及一种基于方形贴片谐振器的双极化平面偶极子天线。

背景技术：

1、目前，5g 技术已经成为全球无线空中接口的标准，实现了覆盖范围与容量之间的平衡。因此，开发在5g 频段内运行的创新应用变得日益重要。在这方面，双极化天线在5g无线通信系统中发挥着重要作用，它能够启用频率复用以增强系统容量，利用极化多样性来减轻多径衰落的影响，并改善发射接收隔离。

2、传统的双极化微带贴片天线是通过对微带贴片天线进行正交馈电实现的，在文献1（s. gao and a. sambell, “dual-polarized broad-band microstrip antennas fedby proximity coupling,” ieee transactions on antennas and propagation, vol.53, no. 1, pp. 526–530, 2005.）中，正交馈电的方法可以激励微带贴片天线的tm01和tm10模，使得这一对简并模产生辐射，由于简并模自身存在正交性，从而实现双极化的特性，然而其为了增大带宽使用了缝隙耦合牺牲了剖面高度，限制了其应用范围。在文献2（y.-x. guo, k.-m. luk, and k.-f. lee, “broadband dual polarization patchelement for cellular-phone base stations,” ieee transactions on antennas andpropagation, vol. 50, no. 2, pp. 251–253, 2002.）中，l形探针和缝隙被用于微带贴片天线的正交馈电，由于l形探针的存在，天线的剖面高度依然较大，并且由于结构中存在中空，机械强度显然无法达到实际应用的要求。此外不乏尝试减小天线剖面的研究，在文献3（c.-y.-d. sim, c.-c. chang, and j.-s. row, “dual-feed dual-polarized patchantenna with low cross polarization and high isolation,” ieee transactions onantennas and propagation, vol. 57, no. 10, pp. 3405–3409, 2009.）中，作者通过引入一个宽带的馈电网络对方形微带贴片天线进行正交馈电并同时减小天线与馈电网络之间的距离从而减小天线剖面高度，最终将双极化贴片天线的带宽拓展到14%，但其剖面高度仍有改进空间。文献4（j. perruisseau-carrier, t. hee, and p. hall, “dual-polarized broadband dipole,” ieee antennas and wireless propagation letters,vol. 2, pp. 310–312, 2003）利用交叉偶极子天线来实现宽带双极化的特性，但该天线并非是平面天线，因此仍然受限于较大的剖面高度。在文献5（c. r. white and g. m.rebeiz, “a differential dual-polarized cavity-backed microstrip patch antennawith independent frequency tuning,” ieee transactions on antennas andpropagation, vol. 58, no. 11, pp. 3490–3498, 2010）中，背腔贴片天线被用于实现低剖面的双极化天线，但是带宽较窄。在文献6（y. luo, z. n. chen, and k. ma, “asingle-layer dual-polarized differentially fed patch antenna with enhancedgain and bandwidth operating at dual compressed high-order modes usingcharacteristic mode analysis,” ieee transactions on antennas and propagation,vol. 68, no. 5, pp. 4082–4087, 2020.）中，作者提出了用tm50模和tm03模实现双极化微带贴片天线，保证了低剖面，但同时带宽依然受限。

技术实现思路

1、基于上述问题，本发明提供的基于方形贴片谐振器的双极化平面偶极子天线，具有宽频带、高增益、低剖面且结构简单的特点，能够满足5g无线通信的要求。

2、双极化平面偶极子天线包括：介质基板；介质基板上表面的中心位置设置有方形金属贴片；

3、方形金属贴片的四周分别设置有子天线组件；

4、子天线组件包括：两根平面偶极子天线和与平面偶极子天线平行设置的反射器；

5、方形金属贴片通过两根天线馈线与对应的平面偶极子天线连接；

6、介质基板下表面的中心设置有方形金属地板；

7、靠近方形金属地板四个边的位置分别设置有圆形区域，每个圆形区域内无金属设置；

8、圆形区域的圆心位置设置有同轴接头内导体，同轴接头内导体的一端穿透所述介质基板，并与所述金属贴片连接。

9、进一步需要说明的是，所述介质基板为方形，所述介质基板的厚度远小于工作频点波长。

10、进一步需要说明的是，所述方形金属贴片的中心与介质基板的中心重合设置；

11、所述金属地板的中心与介质基板的中心重合设置。

12、进一步需要说明的是，子天线组件包括：靠近方形金属贴片第一侧设置的第一平面偶极子天线和第二平面偶极子天线以及靠近方形金属贴片第三侧设置的第五平面偶极子天线和第六平面偶极子天线；

13、靠近介质基板第一边的位置设置有第一反射器；第一反射器分别与第一平面偶极子天线和第二平面偶极子天线平行设置；

14、金属贴片第一侧通过第一天线馈线与第一平面偶极子天线连接；

15、金属贴片第一侧还通过第二天线馈线与第二平面偶极子天线连接；

16、靠近介质基板第三边的位置设置有第三反射器；第三反射器分别与第五平面偶极子天线和第六平面偶极子天线平行设置；

17、金属贴片第三侧通过第五天线馈线与第五平面偶极子天线连接；

18、金属贴片第三侧还通过第六天线馈线与第六平面偶极子天线连接。

19、进一步需要说明的是，第一天线馈线和第二天线馈线并排设置，且与第一平面偶极子天线和第二平面偶极子天线平行设置；

20、第一天线馈线和第二天线馈线与第五天线馈线和第六天线馈线沿 y轴方向的中轴线对称设置；

21、第一平面偶极子天线和第二平面偶极子天线与第五平面偶极子天线和第六平面偶极子天线沿 y轴方向的中轴线对称设置。

22、进一步需要说明的是，子天线组件包括：靠近方形金属贴片第二侧设置的第三平面偶极子天线和第四平面偶极子天线以及靠近方形金属贴片第四侧设置的第七平面偶极子天线和第八平面偶极子天线；

23、靠近介质基板第二边的位置设置有第二反射器；第二反射器分别与第三平面偶极子天线和第四平面偶极子天线平行设置；

24、金属贴片第二侧通过第三天线馈线与第三平面偶极子天线连接；

25、金属贴片第二侧还通过第四天线馈线与第四平面偶极子天线连接；

26、靠近介质基板第四边的位置设置有第四反射器；第四反射器分别与第七平面偶极子天线和第八平面偶极子天线平行设置；

27、金属贴片第四侧通过第七天线馈线与第七平面偶极子天线连接；

28、金属贴片第四侧还通过第八天线馈线与第八平面偶极子天线连接。

29、进一步需要说明的是，第三天线馈线和第四天线馈线并排设置，且与第三平面偶极子天线和第四平面偶极子天线平行设置；

30、第三天线馈线和第四天线馈线与第七天线馈线和第八天线馈线沿 x轴方向的中轴线对称设置；

31、第三平面偶极子天线和第四平面偶极子天线与第七平面偶极子天线和第八平面偶极子天线沿 x轴方向的中轴线对称设置。

32、进一步需要说明的是，方形金属贴片每个侧面设置的所述反射器与平面偶极子天线之间距离均相等。

33、进一步需要说明的是，每个圆形区域靠近方形金属地板边的中点位置设置，且四个圆形区域以金属地板中心为基准，两两对称设置。

34、进一步需要说明的是，同轴接头内导体的直径小于圆形区域的直径，且同轴接头内导体的轴线位于圆形区域的中点处。

35、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

36、本发明提出的基于方形贴片谐振器的双极化平面偶极子天线通过方形金属贴片上的tm21模对平面偶极子天线进行馈电，形成双模谐振，有效拓展了通带宽度，解决了带宽较窄的问题。本发明的双极化天线还使用了平面偶极子天线，保持了很低的剖面高度和简单的结构，并易于加工生产；本发明的天线利用了具有贴片谐振器的方形金属贴片上的正交模实现双极化，使得极化通道间的隔离水平较高，而且双极化平面偶极子天线使用了差分馈电结构，使得天线具有较低的交叉极化水平。