一种加载去耦超表面的基站天线

本发明涉及一种加载去耦超表面的基站天线，属于通信。

背景技术：

1、基站天线是移动通信系统不可或缺的重要组成部分，其性能对于整个通信系统的质量起到了决定性的作用。随着5g用户量的增加，终端接入量增大，要求基站容量提升，基站通道数增加。但基站资源非常昂贵，且挂载空间有限，考虑到成本以及迎风面积，风阻等影响，不能一味增大天线面积和天线个数，要求天线小型化和轻量化。

2、为了满足通信流量的巨大需求，需要在原先的基础上增加基站数量并缩短它们之间的距离，以扩大覆盖范围和增加数据容量。随着5g时代的到来，需要利用新的频段而不浪费先前的移动通信频段，因此双频基站天线应运而生，这种天线的应用有助于降低基站建设的成本，并提高通信网络的效率。目前，为了节省空间，双频基站天线通常采用共口径结构，由低频天线和多个高频天线共同组成阵列单元，以达到小型化的目的。为了减小多径损耗，常用的双频基站天线，主要采用交叉极化天线作为阵列单元，在收发双工的模式下，利用+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作，既节省了基站天线单元数量同时对于整个基站天线尺寸实现了小型化的效果，交叉极化天线可以显著提高无线通信系统的性能和效率。

3、实现双频融合时，不同频段之间的相互干扰导致天线单元无法正常辐射，所以在双频天线融合中融合方法是十分关键的。目前双频共口径基站天线通常可以分为堆叠结构，嵌套结构，交错结构。堆叠结构是将尺寸较大的低频天线放置在系统的底部，将高频天线放置在低频天线的上端，同时在两者之间加载频率选择表面，以实现较高隔离度的效能。然而目前常用的堆叠结构双频共口径基站天线，由于是将低频天线放置在下方而将高频天线放置在低频天线的上方，从而导致整个天线系统的剖面较高，不满足现代基站尺寸小型化的趋势。嵌套结构是指将低频天线设计成碗装结构，同时将一个高频单元放置在低频天线的中央，以实现嵌套的效果，使得低频天线对于高频天线几乎没有遮挡效果。然而目前常用的嵌套结构双频共口径基站天线，由于天线是由一个低频天线和一个高频天线组成，使得高频天线的数量不够，增益满足不了要求，同时低频天线通常采用全金属结构，制作相对困难，相比于pcb印刷不够灵活。因此大部分双频共口径都是采用交错结构，且成本较低。交错结构将高频天线放置在下方，将低频天线放置在阵列的中央，在低频天线顶层加上偶极子等结构，使得其对于高频天线的遮挡效应降低至最低。又如插花式共口径排布双频天线，can ding等人使用抑制低频天线散射的方法解决天线的遮挡问题，通过引入低通高阻的扼流环来修改低频天线本身的结构。但不可忽略的是，但是这种方法不能解决高频天线对低频天线的的共模谐振、异频互耦问题，甚至对低频天线的结构产生了破坏，使得低频天线的带宽变窄，增益下降等问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种加载去耦超表面的基站天线，重构低频口径场，解决共口径双频融合天线中低频段波宽变宽，增益降低的问题。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种加载去耦超表面的基站天线，包括金属反射板、高频辐射单元、低频辐射单元和超表面结构；在所述金属反射板上方四分之一高频波长的位置设置有四个相同的高频辐射单元，所述高频辐射单元与y型耦合馈电结构的一端连接，所述y型耦合馈电结构的另一端通过第一高频馈电端口和第二高频馈电端口与金属反射板连接，实现高频辐射单元的馈电；

3、在所述高频辐射单元上方四分之一低频波长位置设置有低频辐射单元，所述低频辐射单元与г型巴伦馈电结构的一端连接，所述г型巴伦馈电结构的另一端通过第一低频馈电端口和第二低频馈电端口与金属反射板连接，实现低频辐射单元的馈电；

4、在所述低频辐射单元正上方设置有超表面结构，所述超表面结构的大小完全覆盖所有高频辐射单元和低频辐射单元。

5、作为本发明进一步的方案：所述高频辐射单元包括呈正交排布的高频偶极子天线；每个所述高频偶极子天线通过y型耦合馈电结构馈电到金属反射板上的第一高频馈电端口和第二高频馈电端口，实现高频偶极子天线的馈电；所述高频辐射单元对称分布于金属反射板四角。

6、作为本发明进一步的方案：所述低频辐射单元包括呈正交排布的低频偶极子天线；每个所述低频偶极子天线通过г型巴伦馈电结构馈电到所述金属反射板上的第一高频馈电端口和第二高频馈电端口，实现低频偶极子天线的馈电；所述低频辐射单元中心与金属反射板中心位于同一直线。

7、作为本发明进一步的方案：所述超表面结构包括fr4介质基底和金属绕线闭合图案；所述金属绕线闭合图案阵列排布于所述fr4介质基底上；所述金属绕线闭合图案包括一个正八边形，所述正八边形每条边线外侧均设置有三个矩形，所有矩形的宽度均一致；且对于每一条边线对应的三个矩形中，距离边线距离最近的矩形的长度最短，距离边线距离最远的矩形的长度最长，两者之间的矩形长度居中，三个矩形的中心点经边线中心点与正八边形内部贯通。

8、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

9、本发明利用具有重复金属绕线闭合图案的超表面结构重构低频段口径场的幅度相位，提高了低频段的增益，并且对其他频段是去耦透明的，保持了原有其他频段的辐射性能；使用pcb工艺加工，加工方便，制造误差小、成本低。

技术特征：

1.一种加载去耦超表面的基站天线，其特征在于：包括金属反射板(104)、高频辐射单元(103)、低频辐射单元(102)和超表面结构(101)；在所述金属反射板(104)上方四分之一高频波长的位置设置有四个相同的高频辐射单元(103)，所述高频辐射单元(103)与y型耦合馈电结构的一端连接，所述y型耦合馈电结构的另一端通过第一高频馈电端口和第二高频馈电端口与金属反射板(104)连接，实现高频辐射单元(103)的馈电；

2.根据权利要求1所述的一种加载去耦超表面的基站天线，其特征在于：所述高频辐射单元(103)包括呈正交排布的高频偶极子天线；每个所述高频偶极子天线通过y型耦合馈电结构馈电到金属反射板(104)上的第一高频馈电端口和第二高频馈电端口，实现高频偶极子天线的馈电；所述高频辐射单元(103)对称分布于金属反射板(104)四角。

3.根据权利要求1所述的一种加载去耦超表面的基站天线，其特征在于：所述低频辐射单元(102)包括呈正交排布的低频偶极子天线；每个所述低频偶极子天线通过г型巴伦馈电结构馈电到所述金属反射板(104)上的第一高频馈电端口和第二高频馈电端口，实现低频偶极子天线的馈电；所述低频辐射单元(102)中心与金属反射板(104)中心位于同一直线。

4.根据权利要求1所述的一种加载去耦超表面的基站天线，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种加载去耦超表面的基站天线，包括金属反射板、高频辐射单元、低频辐射单元和超表面结构；金属反射板上方设置四个相同的高频辐射单元，高频辐射单元通过Y型耦合馈电结构与第一高频馈电端口和第二高频馈电端口连接，实现高频辐射单元馈电；高频辐射单元上方设置低频辐射单元，低频辐射单元通过Г型巴伦馈电结构与第一低频馈电端口和第二低频馈电端口连接，实现低频辐射单元馈电；低频辐射单元上方设置超表面结构，超表面结构包括Fr4介质基底和金属绕线闭合图案，超表面结构完全覆盖高频辐射单元和低频辐射单元。本发明利用低频辐射单元上方加载的超表面结构，重构低频段口径场的幅度相位，提高了低频段增益。

技术研发人员：郑永恒,张玉禄
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31