本发明专利技术提供一种小型化宽带平面双极化天线，从上至下依次包括正方形上层介质板、空气层、正方形下层介质板、金属地板，上层介质板上表面设有两个上层正方形金属贴片及一个正方形金属环，上层介质板下表面设有两个下层正方形金属贴片，上下表面的四个正方形金属贴片按正方形排列，正方形金属环将四个正方形金属贴片包围于内部中心，正方形金属环和四个正方形金属贴片之间设有间隙，本发明专利技术提出了一种印刷形式的偶极子双极化天线；经过HFSS仿真测试发现所设计的双极化天线能够覆盖2GHz‑3.1GHz，相对带宽大于40％，隔离度在带宽内大于30dB，交叉极化小于‑28dB，而天线辐射体包含介质板尺寸仅为0.345λ0，这是目前公开发表论文和发明专利技术中尺寸最小的。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种小型化宽带平面双极化天线，从上至下依次包括正方形上层介质板、空气层、正方形下层介质板、金属地板，上层介质板上表面设有两个上层正方形金属贴片及一个正方形金属环，上层介质板下表面设有两个下层正方形金属贴片，上下表面的四个正方形金属贴片按正方形排列，正方形金属环将四个正方形金属贴片包围于内部中心，正方形金属环和四个正方形金属贴片之间设有间隙，本专利技术提出了一种印刷形式的偶极子双极化天线；经过HFSS仿真测试发现所设计的双极化天线能够覆盖2GHz?3.1GHz，相对带宽大于40％，隔离度在带宽内大于30dB，交叉极化小于?28dB，而天线辐射体包含介质板尺寸仅为0.345λ0，这是目前公开发表论文和专利技术中尺寸最小的。【专利说明】小型化宽带平面双极化天线
本专利技术属于天线
，具体来说是一种基于印刷偶极子形式的小型化宽带平面双极化天线，适用于工作在无线通信系统，尤其适用于工作在MIMO系统。
技术介绍
当前的通信领域对天线技术发展提出了诸多要求，基站天线一般采用双极化天线形式。大规模MIMO系统，采用极化与空间两个维度分集，简而言之是由双极化天线以一定的排布方式组成MMO系统的一端，以达到高的分集增益。本专利技术正是基于上述需求，设计了用于基站通信的宽带平面双极化天线，具体来说是基于印刷偶极子形式的宽带平面双极化天线。双极化天线技术已经相对成熟。其实现方式主要包括微带贴片天线和正交偶极子天线两种。而微带贴片形式的双极化天线设计基本上集中于馈电的设计。20 I 2年Changliang Deng等设计了一个高隔离的全向福射双极化天线，其采用修正电容親合结构进行馈电。2013年，X1-Wang Dai等设计了一个高隔离的全向福射双极化天线，馈电采用的是六位功分器。2015年，Lan Cui等设计了一个辐射方向图为圆锥形的宽带圆形贴片天线，采用环形馈电技术。2016年，He Huang等设计了一个宽带双极化全向天线，馈电采用四位功分器。这些天线性能虽然良好，但是馈电结构都较为复杂，对加工条件要求很高，导致加工成本不可控制、批量生产困难。当前关于印刷偶极子形式的双极化天线设计集中在平面化，小型化，宽带等。关注小型化与宽带，现有的设计中仅对辐射体，即金属部分尺寸进行统计，目前公开发表的论文或专利技术金属部分尺寸保持在0.36λο以上，而通常情况下，负载金属的介质板大于该尺寸。大的辐射体就迫使天线地板尺寸加大以保证天线的方向性。这就导致了印刷偶极子的双极化天线难以在保证带宽的同时做到平面化和小型化。2013年，X.L.Jiang等人在“A low-cost dual-polarized array antenna etchedon a single substrate”中提出了一种四叶草缝隙天线，相对带宽为23.5%(SWR〈2)，天线尺寸为100*1001111112(0.75人()*0.75人())，地板尺寸为300*3001111112。2014年￥.!1.(:11丨等人在1Broadband Dual-Polarized Planar Antenna for 2G/3G/LTE Base Stat1ns，，提出了一种由两对领结单元组成的双极化天线，相对带宽为56%(3胃1?〈1.5)，天线尺寸为56*561111112(0.42λ0*0.42λ0)，地板尺寸为134*134mm2。2014年，Z.D.Bao等人在 “A Novel BroadbandDual-Po larizat 1n AntennaUtilizing Strong Mutual Coupling，，提出了一种具有金属地板的双极化天线，相对带宽为57.5%(3胃1?〈1.5)，天线尺寸为49.7*49.71111112(0.386入0*0.386λ0)，地板尺寸为 3 00* 145mm2。2015 年，Y.Liu 等人在 “Wideband Dual-polarizedPlanar Antenna for Base Stat1ns”提出了一种双臂圆形开槽双极化天线，。相对带宽为48.2%(5體〈1.4)，天线尺寸为50*501111112(0.36人()*0.36人())，地板尺寸为130*1301111112。2015年，M.J.Li等人在“Wideband Magnetoelectric Dipole Antennas With Dual Polarizat1nand Circular Polarizat1n”提出了一种磁偶极子双极化天线，相对带宽为48% (SffR<1.5)，天线尺寸为60.5*60.5mm2(0.45λ0*0.45λ0)，地板尺寸为300*145mm2。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是:鉴于上述技术背景及要求，提出了基于印刷偶极子形式的小型化宽带平面双极化天线。具体来说，采用两组印刷偶极子来组成宽带平面双极化天线，为了完成小型化，引入了环形寄生结构。天线本身结构简单，可以做到充分的小型化。对偶极子的阻抗匹配，有两种思路，一个是在馈电部分引入一定的结构，相当于引入激励的复杂度，来实现一定的阻抗匹配。第二种思路为在天线辐射部分引入一定的结构，使得阻抗匹配得以实现。实际上是在结构或者馈电中加入复杂性或者自由度，完成小型化，平面化的设计。两种方法各有特点。本专利技术采用在辐射结构外围加入环的方法，引入第二个谐振点，实现阻抗匹配。但是这种天线形式由于结构紧凑，模式之间相互影响，带宽均有降低。为了解决此问题，引入空气层。对于隔离的问题，原则上如果两个相互正交的模式被准确的激励起来，其源分布，辐射场分布都相互正交。隔离度将达到相当高的水平。但是在实现过程中，由于馈电结构的引入，造成模式纯度有限，破坏了模式的纯度，正交性也因此被破坏。表现出的就是端口隔离降低。与此同时，在偶极子形式的双极化天线的激励中，馈电的安排极大的影响了结构的平面化。这个问题的解决方法为:将两个偶极子的一个臂印刷在贴片一面，另外一个臂印刷于贴片另外一面(偶极子的一个臂即一个正方形贴片)。而通过介质板上的通孔，采用微带形式的馈电，避免类似跳线的结构，使得天线形式完全平面化，而对辐射特性基本上不影响。馈电方式采用双端口同轴探针馈电，与常见的平行贴片的馈电方式相同，在上层贴片与地板上加激励。根据电流分布安排馈电，保证简并的模式被独立的激励。正交偶极子形式的双极化天线正是将这种天线结构两种极化正交的模式分别激励起来，实现的双极化辐射特性。本专利技术技术方案如下:—种小型化宽带平面双极化天线，从上至下依次包括正方形上层介质板、空气层、正方形下层介质板、金属地板，所述上层介质板上表面设有两个上层正方形金属贴片及一个正方形金属环，上层介质板下表面设有两个下层正方形金属贴片，所述上下表面的四个正方形金属贴片按正方形排列，所述正方形金属环将所述四个正方形金属贴片包围于内部中心，且正方形金属环和四个正方形金属贴片之间设有间隙，处于对角线上的两个正方形贴片之间用馈电贴片连接，馈电贴片和同轴馈电线连接，馈电贴片上设有馈电端口。作为优选方式，上层介质板介电常数为4.4，上层介质板边长Ll= 41.4mm、厚度tl= 0.8mmo作为优选方式，金属环的外边沿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种小型化宽带平面双极化天线，其特征在于：从上至下依次包括正方形上层介质板(6)、空气层(11)、正方形下层介质板(9)、金属地板(10)，所述上层介质板上表面设有两个上层正方形金属贴片(1)及一个正方形金属环(2)，上层介质板下表面设有两个下层正方形金属贴片(5)，所述上下表面的四个正方形金属贴片按正方形排列，所述正方形金属环(2)将所述四个正方形金属贴片包围于内部中心，且正方形金属环(2)和四个正方形金属贴片之间设有间隙，处于对角线上的两个正方形贴片之间用馈电贴片(3)连接，馈电贴片(3)和同轴馈电线(7)连接，馈电贴片上设有馈电端口(4)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨德强，曾慧灵，屈家峰，文宇波，潘锦，刘贤峰，耿东东，王清松，杨天明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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