專利名稱：一種帶有寄生圓片的高隔離度雙極化e型微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天線工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種雙極化微帶天線，具體來說是一種可用于微型移動基站的高隔離度雙極化E型微帶天線。
背景技術(shù)：
微基站(Pico)具有體積小、功率小、重量輕、便于攜帶和安裝的特點，適用于熱點地區(qū)和室內(nèi)覆蓋場合。同時，微基站(Pico)可以很好地解決當前建網(wǎng)所遇到的快速補盲、熱點話務(wù)收發(fā)、低成本覆蓋的難點問題。微基站(Pico)作為基站與手機用戶之間的中繼轉(zhuǎn)發(fā)站，主要是對所在地基站或用戶手機的射頻信號進行接收、放大和重發(fā)，以增大場強，較低成本地解決各種原因形成的通信盲區(qū)，提高接通率，擴大基站服務(wù)區(qū)的覆蓋范圍，達到服務(wù)區(qū)延伸的目的。隨著國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋成為運營商的主要目標。 微基站(Pico)在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。微基站天線多采用±45°雙極化方式，雙極化天線能同時形成一對極化正交、頻率相同的工作模式。由于雙極化天線特有的優(yōu)點，能接收電磁波中的全部極化信息，有很強的抗干擾、提高系統(tǒng)靈敏度以及構(gòu)成變極化系統(tǒng)等能力，因此引起了人們的廣泛興趣。微帶天線因為剖面低，易加工，一致性好，極化易控制等特點，常被用于實現(xiàn)雙極化天線，易于滿足微基站小型化、低成本的要求。但如何提高兩個極化之間的隔離度，則是雙極化微帶天線面臨的主要問題。為此，在實現(xiàn)高隔離度雙極化微帶天線方面，武漢虹信通信技術(shù)有限責任公司在專利CN201188461Y中公布了一種高隔離度雙極化微帶天線的饋電結(jié)構(gòu)。采用反相饋電結(jié)構(gòu)消除雙極化微帶天線端口間的天線單元本身內(nèi)部干擾和陣列干擾，從而提高隔離度和交叉極化。此天線兩端口間在工作頻段內(nèi)隔離度低于_28dB。但是由于功分器的引入，使得天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且其輻射性能也有所降低。南京理工大學(xué)在專利CN201536151U中公布了一種應(yīng)用于X波段的雙極化低互耦微帶天線單元，通過對傳統(tǒng)H型槽耦合饋電雙極化微帶天線進行改進，將H槽改成介于U與H之間的槽，實現(xiàn)了高隔離度特性，在工作頻帶內(nèi)低于-40dB。但是此種結(jié)構(gòu)由于多層介質(zhì)板的引入，加上開槽引入的空氣間隙對天線性能的影響非常大，這使得仿真與實測的結(jié)果出入很大，并且采用的加工方式成本也高。華為終端有限公司在專利CN102110906A中公布了一種成本低，加工容易的雙極化微帶天線。通過切角大小及個數(shù)來提高隔離度，在3. 3GHz-3. 7GHz之間隔離度達到25dB，相對較低。Yang Fan 在 IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION, 2001.發(fā)表的題為“Wide-Band E-Shaped Patch Antennas for Wireless Communications”中介紹了一種E型槽單貼片微帶天線單元，該天線工作帶寬為2. 2GHz-2. 7GHz。但是剖面高，且不具有雙極化特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述技術(shù)背景，目的在于對滿足低成本、低剖面、小型化的雙極化微帶天線如何提高隔離度的問題進行了研究，提出了一種帶有寄生圓片的高隔離度的雙極化E型貼片天線。為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明提供了一 種帶有寄生圓片的高隔離度的雙極化E型貼片天線單元，包括上層介質(zhì)板和下層介質(zhì)板，所述的上層介質(zhì)板由至少三個塑料螺絲支撐并置于下層介質(zhì)板的上方；所述上層介質(zhì)板的上下兩個表面分別印有開槽方向-45°的E形貼片和開槽方向+45°的E形貼片，下層介質(zhì)板的上表面印有圓形貼片，下表面全部覆銅作為金屬反射板，所述的開槽方向-45°的E形貼片和開槽方向+45°的E形貼片分別與其中一個探針相連并通過貼片本身的圓孔分別與另一個探針之間保持間隙，所述的圓形貼片通過其上面的兩個圓孔使得它與兩個探針之間都保持間隙。進一步的技術(shù)方案是所述的開槽方向-45°的E形貼片和開槽方向+45°的E形貼片的E型槽呈正交狀態(tài)，且各個槽的長度不一樣。進一步的技術(shù)方案是所述的圓形貼片的中心與天線中心不重合。更進一步的技術(shù)方案是所述的開槽方向-45°的E形貼片和開槽方向+45°的E形貼片的中間的矩形條均被截斷一小部分，兩個E型貼片被截斷部分長度不一樣。更進一步的技術(shù)方案是所述的開槽方向-45°的E形貼片和開槽方向+45°的E形貼片的四周均被切角，且對于每一個E型貼片的四個切角大小一樣，但是兩個E型貼片的切角相比大小不同。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是首次將E型貼片應(yīng)用于雙極化微帶天線中，并通過加載圓形貼片有效地實現(xiàn)了小型化，天線厚度為O. 06個波長。在天線單元Sll小于_15dB的情況下覆蓋了 2. 5GHz-2. 69GHz頻段，并且在工作頻帶內(nèi)，天線兩端口隔離度均低于_30dB。該天線具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，易加工，成本低的特點，滿足微基站天線的基本要求。而且由仿真與實測知，天線的性能穩(wěn)定，對各參數(shù)不敏感，易于組陣。


圖I為本發(fā)明一種帶有寄生圓片的雙極化E型貼片天線單元結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明雙極化E型貼片天線的俯視圖；圖3為本發(fā)明雙極化E型貼片天線的側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明雙極化E型貼片天線的上層介質(zhì)板的正面和反面正視圖；圖5為本發(fā)明雙極化E型貼片天線的下層介質(zhì)板的正面和反面正視圖；圖6為本發(fā)明雙極化E型貼片天線的S參數(shù)仿真與測試曲線圖；圖7為本發(fā)明雙極化E型貼片天線兩端口隔離度的仿真與實測曲線圖；圖8為本發(fā)明雙極化E型貼片天線在2.6GHz時端口 I (+45° )的實測E面和H面方向圖；圖9為本發(fā)明雙極化微帶天線在2. 6GHz時端口 2 (-45° )的實測E面和H面方向圖；圖10為本發(fā)明雙極化微帶天線在2. 5-2. 7GHz時的實測增益及效率。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步闡述。
圖I示出了本發(fā)明一個實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖I所示，本發(fā)明的一個實施例是一種帶有寄生圓片的雙極化E型貼片天線單元，該天線單元中設(shè)有上層介質(zhì)板I和下層介質(zhì)板7，所述上層介質(zhì)板I由至少三個塑料螺絲6支撐并置于下層介質(zhì)板7的上方；正如圖I所示出的，此處將塑料螺絲設(shè)置為四個，并且分布在上層介質(zhì)板I和下層介質(zhì)板7的四個角附近。參考圖2，圖3和圖4所示，所述上層介質(zhì)板I的上下兩個表面分別印有開槽方向-45°的E型貼片2和開槽方向+45°的E型貼片3，所述的開槽方向-45°的E形貼片2與探針4相連，并且開槽方向-45°的E形貼片2通過本身的圓孔14與探針5之間保持間隙。同樣地，所述的開槽方向+45°的E型貼片3與探針5相連，并且開槽方向+45°的E型貼片3通過本身的圓孔13與探針4之間保持間隙。參考圖2，圖3和圖5所示，所述的下層介質(zhì)板7的上表面印有圓形貼片9，下表面全部覆銅作為金屬反射板8，圓形貼片9上的圓孔(10)和圓孔(11)使得圓形貼片9與探針 4和探針5之間均保持間隙。所述的金屬反射板8的大小和天線的橫向尺寸一樣。基于上述實施例，本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)手段之一是引入了圓孔10，圓孔11，圓孔13和圓孔14。所述的圓孔10和圓孔11的直徑均大于上層介質(zhì)板I上的兩個通孔直徑大小，而上層介質(zhì)板I上的兩個通孔直徑大小與探針4和探針5的一樣。所述的圓孔13和圓孔14的直徑與下層介質(zhì)板7上的兩個通孔直徑大小一樣，而下層介質(zhì)板7上的兩個通孔直徑大小與同軸探針外導(dǎo)體直徑大小一樣。這樣的結(jié)構(gòu)使得探針4和探針5之間沒有直接連接，使得經(jīng)過每個探針流進的電流的路徑不容易改變方向，從而改善了每個端口饋電時的極化純度。參考圖2所示，開槽方向-45°的E型貼片2和開槽方向+45°的E型貼片3的E型槽呈正交狀態(tài)，其目的是使每個端口所產(chǎn)生的極化方向垂直。調(diào)整槽的長度可以改善天線帶寬以及增加交叉極化隔離度?；谇笆鏊岬降拈_槽方向-45°的E形貼片2和開槽方向+45°的E形貼片3，更加優(yōu)選的實施方式是將它們中間的矩形條截斷一小部分，用于減少電流路徑，兩個被截斷部分的大小不一樣，可以針對每個端口的阻抗匹配進行優(yōu)化。更進一步地，基于前述的所提到的開槽方向-45°的E形貼片2和開槽方向+45°的E形貼片3，每個E型貼片四周均被等大小切角，用來減小尺寸，但是E形貼片2的切角和E形貼片3的切角相比大小不一樣，也可以針對每個端口的阻抗匹配進行優(yōu)化。基于本發(fā)明的上述實施例，更進一步的優(yōu)選的技術(shù)方案是引入圓形貼片9，這相當于加載電容，減小了天線的諧振頻率，使得可以在不用增大天線輻射貼片大小的情況下使天線的工作頻段往低頻移動，從而減小了天線的尺寸。由于天線結(jié)構(gòu)不對稱，圓形貼片的中心也不需要對準天線的中心，可以調(diào)整其位置來改善天線阻抗匹配以及天線的交叉極化特性。參考圖3所示，本發(fā)明用于解決技術(shù)問題更加優(yōu)選的一個實施例是在上述的基礎(chǔ)之上，由于探針4是與開槽方向-45°的E型貼片2相連，所以可以直接在上層介質(zhì)板I上表面焊接，但是探針5是與開槽方向+45°的E型貼片3相連，要在上層介質(zhì)板I的下表面進行焊接，由于天線太薄使得加工難度有點大，為解決這一問題，探針5可以通過金屬化過孔12于上層介質(zhì)板I的上表面焊接，并且其焊接點不能與開槽方向-45°的E型貼片2相連，從而使得探針5與開槽方向+45°的E形貼片3相連，這使得天線的加工變得簡單。
天線運行過程為當帶有寄生圓片的雙極化E型貼片天線在+45度極化端口饋電時，微波信號由探針5進入時，電流通過開槽方向+45° E型貼片3傳輸，電流沿著E型槽附近流動，其能量耦合到開槽方向-45° E型貼片2和圓形貼片9。開槽方向-45° E型貼片2和圓形貼片9組成了一個分布式加載電路，他們提供了電感電容分量，減小了天線的諧振頻率。金屬地板8的作用是減小后向輻射的能量，使天線工作時大部分能量都向前輻射。本發(fā)明的發(fā)明人在其實驗過程中，基于本發(fā)明思想設(shè)計出的帶有寄生圓片的雙極化E型貼片天線單元回波損耗實測結(jié)果與仿真結(jié)果的對比參考圖6所示，由仿真結(jié)果可以看出在回波損耗低于-15dB的情況下，端口 I實測相對帶寬為7. 7%(2. 48GHz-2. 69GHz)，端口 2實測相對帶寬為7. 7% (2. 48GHz-2. 69GHz)。實測結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好。
更進一步的，基于本發(fā)明的思想設(shè)計出的帶有寄生圓片的雙極化E型貼片天線單元兩端口的實測隔離度與仿真結(jié)果的對比參考圖7所示。由實測結(jié)果可以看出，在2. 5GHz-2. 69GHz整個頻段，隔離度低于_30dB。實測結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好。當帶有寄生圓片的雙極化E型貼片天線在+45度極化端口饋電時,在中心頻率2. 6GHz測得的方向圖參考圖8所示，包括E面主極化、E面交叉極化、H面主極化、和H面交叉極化。由方向圖可以看出，E面和H面的交叉極化電平在法向均低于-25dB。當帶有寄生圓片的雙極化E型貼片天線在-45度極化端口饋電時,在中心頻率2. 6GHz測得的方向圖參考圖9所示，包括E面主極化、E面交叉極化、H面主極化、和H面交叉極化。由方向圖可以看出，E面和H面的交叉極化電平在法向均低于-30dB。更進一步，圖10為分別在帶有寄生圓片的雙極化E型貼片天線在+45度和-45°極化端口饋電時，在2. 5GHz到2. 7GHz的范圍內(nèi)天線的增益和效率隨頻率的變化曲線。由曲線可以看出，天線在整個工作頻帶范圍內(nèi)的增益在6. 8-7. 4dBi，效率均高于78%。還需要說明的是，在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”、等，指的是結(jié)合該實施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現(xiàn)同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結(jié)合任一實施例描述一個具體特征、結(jié)構(gòu)或者特點時，所要主張的是結(jié)合其他實施例來實現(xiàn)這種特征、結(jié)構(gòu)或者特點也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。盡管這里參照本發(fā)明的多個解釋性實施例對本發(fā)明進行了描述，但是，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內(nèi)。更具體地說，在本申請公開、附圖和權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他的用途也將是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種帶有寄生圓片的高隔離度雙極化E型微帶天線，包括上層介質(zhì)板(I)和下層介質(zhì)板(7)，所述的上層介質(zhì)板(I)由至少三個塑料螺絲(6)支撐并置于下層介質(zhì)板(7)的上方；其特征在于所述上層介質(zhì)板(I)的上下兩個表面分別印有開槽方向-45°的E形貼片(2)和開槽方向+45°的E形貼片(3)，下層介質(zhì)板(7)的上表面印有圓形貼片(9)，下表面全部覆銅作為金屬反射板(8)，所述的開槽方向-45°的E形貼片(2)與探針(4)相連，并且開槽方向-45°的E形貼片(2)通過本身的圓孔(14)與探針(5)之間保持間隙；同樣地，所述的開槽方向+45°的E形貼片(3)與探針(5)相連，并且開槽方向+45°的E形貼片(3)通過本身的圓孔(13)與探針(4)之間保持間隙，探針(5)通過金屬化過孔(12)于上層介質(zhì)板的上表面焊接，實現(xiàn)探針(5)與開槽方向-45°的E形貼片(2)的連接，所述的圓形貼片通過其上面的圓孔(10)和圓孔(11)使得它與探針(4)和探針(5)之間都保持間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種帶有寄生圓片的高隔離度E型微帶天線，其特征在于通過引入圓孔(13)和圓孔(14)將所述的開槽方向-45°的E形貼片(2)和開槽方向+45°的 E形貼片(3)同時用于微帶天線中，實現(xiàn)了雙極化并獲得了高隔離度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種帶有寄生圓片的高隔離度E型微帶天線，其特征在于通過引入圓孔(10)和圓孔(11)加載圓形貼片(9)，實現(xiàn)電容加載。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種帶有寄生圓片的高隔離度雙極化E型微帶天線，其特征在于開槽方向-45°的E形貼片(2)和開槽方向+45°的E形貼片(3)的中間的矩形條均被截斷一小部分，用于減少電流路徑，彌補了増加E型槽的長度使電流路徑過長的缺點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有寄生圓片的高隔離度雙極化E型微帶天線。該天線具有隔離度高、低交叉極化、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。該天線采用雙層E型貼片形式，分別在上層介質(zhì)板的上下兩面印有E型貼片，且開槽方向正交,通過同軸探針饋電分別產(chǎn)生了±45°方向的兩個線極化，本發(fā)明最大的創(chuàng)新在于在同一塊介質(zhì)板的兩面各印有一個E型貼片，將傳統(tǒng)的單極化E型貼片天線拓展到雙極化E型貼片天線，并獲得了高隔離度，以及低交叉極化特性。在回波損耗低于-15dB的情況下可達7.7%的帶寬，隔離度低于-30dB，方向圖穩(wěn)定，交叉極化好、增益在6.8dBi-7.4dBi。本發(fā)明可應(yīng)用于微型移動基站中。
文檔編號H01Q1/52GK102856640SQ20121036490
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者楊仕文, 茍儼山, 劉傳, 石星宇, 顧愛軍, 李瀟, 何小峰 申請人:電子科技大學(xué)