双频段超宽带双极化天线的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种双频段超宽带双极化天线，包括两块在中心线穿插的第一介质板和第二介质板，每块介质板上下表面分别设有金属馈电单元和金属辐射单元，所述金属馈电单元包括第一U型枝节、第二U型枝节，所述金属辐射单元包括四个辐射单元；本发明通过两块辐射板整体空间上交叉放置、双枝节巴伦馈电结构以及对称U型辐射结构，将天线的双极化特性、双频带特性以及超宽带特性全部实现，并且天线工作在824MHz～960MHz频段和1.7GHz～2.7GHz频段，此双频段覆盖了全2G通信频段和全3G通信频段，此款天线不仅整体占空体积较小，而且还具有很好的端口隔离度和交叉极化电平。
【专利说明】
双频段超宽带双极化天线
技术领域
[0001]本发明涉及天线领域，具体涉及一种双频段超宽带双极化天线。
【背景技术】
[0002]超宽带双极化天线，是近年来提出的广泛应用于基站通信的天线实现形式，结合双频天线本身的性能优势，因此如何设计具有双频段的超宽带双极化天线成为崭新的研究课题。将超宽带天线和多频天线以及双极化天线集成到一个天线单元上来，做成多频段超宽带双极化天线，不仅能够大大缩减应用三类天线的占空体积，而且还兼备三类天线的优良特性，即具有带宽极宽、辐射效率极高、抗干扰能力极强、功耗极小、传输速率极快、信道容量极大等诸多优势，势必在未来很长一段时间内成为天线技术发展的主流。
[0003]同时，虽然多频段超宽带双极化天线有很多优势，但是设计难度加大，结构上很难小型化，性能也难以兼顾，不仅需要天线实现双频通信，而且要在双频段基础上实现天线的超宽带性能，还需要双极化形式实现高效集成特性。兼顾多个频段上的良好指标，不但需要充裕的空间进行馈电和辐射结构的设计，而且还要各项性能指标如辐射方向图、端口隔离度、极化方向上的交叉极化电平等等满足设计和实际需求。所以对多频段超宽带双极化天线的设计和实现是机遇和挑战并存的。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种包括824MHz?960MHz的全2G通信频段和1.7GHz?2.7GHz的全3G通信频段的双频段超宽带双极化天线。
[0005]为实现上述发明目的，本发明技术方案如下:
[0006]—种双频段超宽带双极化天线，包括两块在中心线穿插的第一介质板和第二介质板，每块介质板上下表面分别设有金属馈电单元和金属辐射单元，所述金属馈电单元包括上方的开口向下的第一 U型枝节、连接于第一 U型枝节下方的开口向右的第二 U型枝节，第一U型枝节的右侧底部通过第四水平段连接下U型枝节上方的第二水平段，第四水平段和第二U型枝节的连接处设有金属接地通孔，金属接地通孔位于介质板的中心线上，馈电点位置居中，天线全向性能更好;所述金属辐射单元包括水平设置于介质板底部中心的第一辐射单元、垂直连接于第一辐射单元上方的关于介质板中心线左右对称的第二辐射单元和第三辐射单元、水平连接于第二辐射单元和第三辐射单元上方的关于介质板中心线左右对称的第四辐射单元和第五辐射单元，所述第二辐射单元和第三辐射单元之间留有间隙，所述第四辐射单元和第五辐射单元之间留有间隙，所述第四辐射单元的中心设有第一矩形孔，所述第五辐射单元的中心设有第二矩形孔。
[0007]两块介质板相互交叉放置实现了天线的双极化特性，该结构采用正交隔开而且异侧馈电，两个端口隔离度都非常好，并且由于单一辐射板结构也是完全对称，其交叉极化电平都非常小，方向图上的全向性也很好，很好的实现了 H面的全向性。
[0008]该结构中几个辐射单元构成对称的U型辐射结构，因为采用的耦合馈电形式，此辐射平面能有效全向辐射能量，并且结合所述的开宽缝形式，产生相似谐振点，能进一步拓宽天线带宽。
[0009]作为优选方式，所述第一介质板和第二介质板分别通过其中心设置的缝隙垂直穿插，所述缝隙在金属馈电单元的第一 U型枝节上方，并在金属辐射单元的第四辐射单元和第五辐射单元之间。
[0010]作为优选方式，所述第一U型枝节包括第一垂直段、第二垂直段、两个垂直段之间的第一水平段、水平连接于第二垂直段下方的第四水平段，两个垂直段上分别设有左巴伦馈电结构和右巴伦馈电结构。该结构构成双枝节巴伦馈电结构，由于阻抗匹配良好，并且采用的直接耦合馈电方式能极大地降低介质基板的Q值，所以极大地拓宽了天线带宽，还实现了天线的双频带特性。
[0011]作为优选方式，所述第二U型枝节包括第二水平段、垂直连接于水平段左端下方的第三垂直段、左端水平连接于第三垂直段下方的第三水平段。
[0012]作为优选方式，所述两块介质板之间的夹角是90°。实现双极化性能的一种方式是水平±45°双极化，所以需要使两块介质板之间的夹角是90°。
[0013]作为优选方式，金属接地通孔与馈电单元所在的质基板下底边的垂直距离为20?25mm，金属接地通孔与第一福射单元上边沿的垂直距离5?10mm。
[0014]作为优选方式，所述的缝隙的宽度为1mm，所述的第二辐射单元右端与缝隙左端的水平距离为0.2?0.3mm，所述的第三辐射单元左端与缝隙右端的水平距离为0.2?0.3mm。通过软件仿真发现水平距离越小，天线的带宽性能会越好，但是水平距离太小的话，当两块板子交叉放置时，天线辐射面就会接触，会严重恶化天线性能，因此设定上述水平距离。
[0015]作为优选方式，所述第一矩形孔和第二矩形孔的宽度为10mm、长度为15mm。这样的尺寸针对的上述两个具体频段，缝隙长宽可以微调。
[0016]作为优选方式，所述两块介质基板为FR4环氧树脂板，介电常数为4.4，厚度为0.8mm，介电损耗小于0.02。该结构中介质基板的厚度越薄，巴伦馈线所起到的作用越明显，天线越容易实现超宽带性能，这样参数的材料的性价比是最高的。
[0017]本发明的有益效果为:本发明通过两块辐射板整体空间上交叉放置、双枝节巴伦馈电结构以及对称U型辐射结构，将天线的双极化特性、双频带特性以及超宽带特性全部实现，并且天线工作在824MHz?960MHz频段和1.7GHz?2.7GHz频段，此双频段覆盖了全2G通信频段和全3G通信频段，此款天线不仅整体占空体积较小，而且还具有很好的端口隔离度和交叉极化电平。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的总体结构图；
[0019]图2为本发明的介质板的侧视图；
[0020]图3为本发明的馈电单元的结构图；
[0021 ]图4为本发明的辐射单元的结构图。
[0022]其中，I为第一介质板，2为第二介质板，3为馈电单元，31为第二U型枝节，32为第一U型枝节，326为第一垂直段，322为第二垂直段，312为第三垂直段，324为第一水平段，313为第二水平段，311为第三水平段，321为第四水平段，325为左巴伦馈电结构，323为右巴伦馈电结构，4为辐射单元，41为第一辐射单元，421为第二辐射单元，431为第三辐射单元，422为第四辐射单元，432为第五辐射单元，423第一矩形孔，433为第二矩形孔，7为缝隙，9为金属接地通孔。
【具体实施方式】
[0023]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0024]如图1所示，一种双频段超宽带双极化天线，包括两块在中心线穿插的第一介质板I和第二介质板2，两块介质板相同，每块介质板的上下两个表面中，其中一个表面设有金属馈电单元3，另一个表面设有金属福射单元4;所述金属馈电单元和金属福射单元都为覆铜层，为介质板上下表面的铜板通过腐蚀的方式得到要求的形状，所述金属馈电单元包括上方的开口向下的第一 U型枝节32、连接于第一 U型枝节下方的开口向右的第二 U型枝节31，第一 U型枝节32的右侧底部通过第四水平段321连接下U型枝节上方的第二水平段313，第四水平段321和第二 U型枝节31的连接处设有金属接地通孔9，金属接地通孔9位于介质板的中心线上，所述金属辐射单元包括水平设置于介质板底部中心的第一辐射单元41、垂直连接于第一辐射单元上方的关于介质板中心线左右对称的第二辐射单元421和第三辐射单元431、水平连接于第二辐射单元421和第三辐射单元上方的关于介质板中心线左右对称的第四辐射单元422和第五辐射单元433，所述各辐射单元都为矩形，所述第二辐射单元421和第三辐射单元431之间留有间隙，所述第四辐射单元422和第五辐射单元433之间留有间隙，所述第四辐射单元422的中心设有第一矩形孔423，所述第五辐射单元432的中心设有第二矩形孔433。
[0025]所述第一介质板和第二介质板的中心线上都设置有缝隙7，两块介质板通过此缝隙7垂直穿插，所述两块介质板之间的夹角是90°。所述缝隙7在金属馈电单元的第一 U型枝节32上方，并在金属辐射单元的第四辐射单元422和第五辐射单元433之间。
[0026]所述第一 U型枝节32包括第一垂直段326、第二垂直段322、两个垂直段之间的第一水平段324、水平连接于第二垂直段322下方的第四水平段321，两个垂直段326和322上分别设有左巴伦馈电结构325和右巴伦馈电结构323。
[0027]所述第二U型枝节31包括第二水平段313、垂直连接于水平段313左端下方的第三垂直段312、左端水平连接于第三垂直段312下方的第三水平段311。
[0028]金属接地通孔9与馈电单元所在的质基板下底边的垂直距离为20?25mm，金属接地通孔9与第一福射单元41上边沿的垂直距离5?10mm。
[0029]所述的缝隙7的宽度为1mm，所述的第二辐射单元421右端与缝隙7左端的水平距离为0.2?0.3mm，所述的第三辐射单元431左端与缝隙7右端的水平距离为0.2?0.3mm。
[0030]所述第一矩形孔423和第二矩形孔433的宽度为10mm、长度为15mm。
[0031]所述两块介质基板为FR4环氧树脂板，介电常数为4.4，厚度为0.8mm，介电损耗小于0.02。
[0032]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种双频段超宽带双极化天线，其特征在于:包括两块在中心线穿插的第一介质板和第二介质板，每块介质板上下表面分别设有金属馈电单元和金属辐射单元，所述金属馈电单元包括上方的开口向下的第一 U型枝节(32)、连接于第一 U型枝节下方的开口向右的第二U型枝节(31)，第一 U型枝节(32)的右侧底部通过第四水平段(321)连接下U型枝节上方的第二水平段(313)，第四水平段(321)和第二 U型枝节(31)的连接处设有金属接地通孔(9)，金属接地通孔(9)位于介质板的中心线上，所述金属辐射单元包括水平设置于介质板底部中心的第一辐射单元(41)、垂直连接于第一辐射单元上方的关于介质板中心线左右对称的第二辐射单元(421)和第三辐射单元(431)、水平连接于第二辐射单元(421)和第三辐射单元上方的关于介质板中心线左右对称的第四辐射单元(422)和第五辐射单元(433)，所述第二辐射单元(421)和第三辐射单元(431)之间留有间隙，所述第四辐射单元(422)和第五辐射单元(432)之间留有间隙，所述第四辐射单元(422)的中心设有第一矩形孔(423)，所述第五辐射单元(432)的中心设有第二矩形孔(433)。2.根据权利要求1所述的双频段超宽带双极化天线，其特征在于:所述第一介质板和第二介质板分别通过其中心设置的缝隙(7)垂直穿插，所述缝隙(7)在金属馈电单元的第一 U型枝节(32)上方，并在金属辐射单元的第四辐射单元(422)和第五辐射单元(433)之间。3.根据权利要求1所述的双频段超宽带双极化天线，其特征在于:所述第一U型枝节(32)包括第一垂直段(326)、第二垂直段(322)、两个垂直段之间的第一水平段(324)、水平连接于第二垂直段(322)下方的第四水平段(321)，两个垂直段(326)和(322)上分别设有左巴伦馈电结构(325)和右巴伦馈电结构(323)。4.根据权利要求1所述的双频段超宽带双极化天线，其特征在于:所述第二U型枝节(31)包括第二水平段(313)、垂直连接于水平段(313)左端下方的第三垂直段(312)、左端水平连接于第三垂直段(312)下方的第三水平段(311)。5.根据权利要求1所述的双频段超宽带双极化天线，其特征在于:所述两块介质板之间的夹角是90°。6.根据权利要求1所述的双频段超宽带双极化天线，其特征在于:金属接地通孔(9)与馈电单元所在的质基板下底边的垂直距离为20?25mm，金属接地通孔(9)与第一福射单元(41)上边沿的垂直距离5?10mm。7.根据权利要求2所述的双频段超宽带双极化天线，其特征在于:所述的缝隙(7)的宽度为1_，所述的第二辐射单元(421)右端与缝隙(7)左端的水平距离为0.2?0.3_，所述的第三辐射单元(431)左端与缝隙(7)右端的水平距离为0.2?0.3mm。8.根据权利要求1所述的双频段超宽带双极化天线，其特征在于:所述第一矩形孔(423)和第二矩形孔(433)的宽度为10mm、长度为15mm。9.根据权利要求1所述的双频段超宽带双极化天线，其特征在于:所述两块介质基板为FR4环氧树脂板，介电常数为4.4，厚度为0.8mm，介电损耗小于0.02。
【文档编号】H01Q1/50GK106099369SQ201610458452
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】李直, 徐自强, 吴孟强, 廖家轩, 冯婷婷, 向东红
【申请人】电子科技大学