高增益宽带微带贴片天线制造技术

本发明专利技术提供一种高增益宽带微带贴片天线，其包括地板、设置在地板上的介质板、主辐射贴片，该主辐射贴片位于地板上方距离Hp处，形状为矩形，在该主辐射贴片上方距离Hs处设有顶部寄生贴片，形状同样为矩形，在该主辐射贴片四周边缘外侧Dp处，设置四个距离地板高度为Hc，长宽分别为Ls、Ws的矩形水平寄生贴片，在该主辐射贴片上设置有馈电点，该馈电点连接至所述介质板的馈电网络。也即是该主辐射贴片与地板之间留有距离，该顶部寄生贴片与该主辐射贴片之间留有距离。本发明专利技术为微蜂窝移动通信提供一种高增益、宽频带、双极化、低或无旁瓣、高交叉极化、高隔离、宽波束、小型化、低剖面、低成本、易生产的基站天线。

【技术实现步骤摘要】
高增益宽带微带贴片天线
本专利技术涉及一种移动通信微基站天线设备与技术，特别是涉及高增益宽带微带贴片及其技术。
技术介绍
随着网络部署密度不断增大，移动通信已基本实现信号广域连续覆盖。然而，受限于工作频带和覆盖区域的限制，宏蜂窝难以满足高数据传输率和大系统容量的需求，而且尺寸大、选址难、成本高。相比之下，微基站具有尺寸小、剖面低、易安装、隐蔽性强、低成本等优势，适合用户密集的局域高速数据业务。这类基站天线普遍具备中等增益(8-14dBi)、宽波束(水平波宽65°、90°或以上)、双极化、MIMO化等特点，以覆盖较大区域、服务较多用户，从而获得良好覆盖效果和较佳经济性。另外，还具备小尺寸、低剖面、低成本、易批量生产等优点。由于低剖面、平面化的要求，常规交叉振子方案不适合微基站。目前，用于微基站的主要有微带贴片和微带缝隙天线两种。众所周知，微带贴片天线具有低剖面、平面化、适合频带宽、易与电路集成、低成本、高精度等优势，是20世纪专利技术的重要天线类型，已在移动通信、卫星导航、雷达、航空航天等领域获得了广泛应用。然而，微带贴片天线存在带宽较窄、增益偏低的显著缺点。经过大量研究，人们已经找到了各种拓展带宽的有效方法，如低εr的厚基板、共面/层叠寄生贴片、宽带匹配网络等。相比之下，增益低的缺点却至今仍未克服，相关研究也很少。究其原因是，人们认为单微带贴片天线组阵后可很容易获得较高增益。尤其对高增益的大阵列，单元性能的优劣对阵列影响并非决定性的，如通过增加阵元数和馈电加权算法，可获得高增益赋形方向图。尽管如此，单元性能的改进毫无疑问意义是巨大的。理论上，微带贴片阵列天线的增益可无穷大。实际上，当阵元数量很多时，馈电网络由于尺寸大，其总损耗(欧姆损耗、介质损耗和辐射损耗)相当大，几乎与阵元增加的增益提高值相当。换句话，阵元增多带来的增益增加值几乎完全被馈电网络损耗掉了。正是这一实际因素，极大地限制了微带阵列天线的增益提升，故常见增益仅25～30dBi。相应地，若单元增益能提升3dBi的话，阵列增益也将改善3dBi，这与阵元数增加一倍的增益提升量相当，但阵列尺寸却减少一半，馈电网络的损耗、设计和调试复杂性也都降低了。这对于大型微带贴片阵列来说，其意义是不言而喻的。而且，对于微基站这种尺寸严格受限、无法通过增加阵元提升增益的场合来说，其改善量更是巨大的，直接决定了方案可不可行的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高增益、宽频带、双极化、高隔离、宽波束、小型化、低剖面的高增益宽带微带贴片天线。为实现本专利技术目的，提供以下技术方案：本专利技术提供一种高增益宽带微带贴片天线，其包括地板、设置在地板上的介质板、主辐射贴片，该主辐射贴片在地板上方距离Hp处，形状为矩形，在该主辐射贴片上方距离Hs处设有矩形的顶部寄生贴片，在该主辐射贴片四周边缘外侧Dp处，设置四个距离地板高度为Hc，长宽分别为Ls、Ws的矩形水平寄生贴片，在该主辐射贴片上设置有馈电点，该馈电点连接至所述介质板的馈电网络。也即是该主辐射贴片与地板之间留有距离，该顶部寄生贴片与该主辐射贴片之间留有距离。本专利技术通过设置层叠的顶部寄生贴片、水平寄生贴片，为微蜂窝移动通信提供一种高增益、宽频带、双极化、低或无旁瓣、高交叉极化、高隔离、宽波束、小型化、低剖面、低成本、易生产的基站天线。优选的，该主辐射贴片是边长为ap、厚度为Tp的方形贴片，并与地板平行，该顶部寄生贴片是边长为ar、厚度为Tr的方形贴片，ar＜ap，该顶部寄生贴片距地板高度约为该主辐射贴片距地板高度的两倍，优选的，该顶部寄生贴片尺寸稍小于主辐射贴片尺寸，Hs＝2Hp。优选的，该顶部寄生贴片形状与该主辐射贴片形状相同。优选的，顶部寄生贴片位于主辐射贴片正上方，顶点无加载寄生枝节。优选的，以该主辐射贴片四个对角点为起点，分别朝两直角边延伸出一对末端开路的寄生枝节，优选的，该主辐射贴片四个对角点设置的寄生枝节是对称L形枝节。优选的，在该四个水平寄生贴片内外边顶点分别设置一组末端开路的寄生枝节，优选的，在该四个水平寄生贴片内外边顶点设置的寄生枝节是对称L形枝节，相邻水平寄生贴片的临近顶点的L形枝节相互连为一体。优选的，该水平寄生贴片的宽度大于该主辐射贴片的宽度，该水平寄生贴片长度小于该主辐射贴片长度，且Hc＞Hs＞Hp。优选的，该水平寄生贴片距地板高度稍高于该顶部寄生贴片距地板高度。优选的，该主辐射贴片长度ap＝0.5·λg/sqrt(εr)-2·Hp，约为0.5·λg，该L形枝节平行主辐射贴片边缘，朝相邻顶点方向延伸约0.125·λg，其中λg为中心频率的导波波长，εr为天线基材的介电常数。优选的，在该主辐射贴片边缘两侧下方的地板上，开设有四条与主辐射贴片边缘平行的矩形槽缝，优选的，该地板槽缝位于该水平寄生贴片的靠近主辐射贴片的边缘下方的地板上，且大部分被水平寄生贴片遮盖。优选的，地板的缝槽长度尺寸大于主辐射贴片宽度尺寸，并在地板背面用金属罩将其完全封住。优选的，该高增益宽带微带贴片天线的馈电方式采用正交双馈方案，包括四个所述馈电点，在主辐射贴片两中心线上或者对角线上关于中心点对称设置，优选的，两馈电点间距约为主辐射贴片长度的1/3～1/4。优选的，各馈电点通过金属柱连接至介质板的馈电网络，构成两路正交馈电电路，每一路的等功分两支路长度相差0.5·λg，其中λg为中心频率的导波波长，以实现两馈电点180°之相差。优选的，该地板与主辐射贴片形状相同，优选的，地板尺寸至少是主辐射贴片尺寸的3倍，地板与主辐射贴片间填充空气、泡沫或其他常见介质材料，优选的，金属罩与缝槽等长宽，其高度与宽度尺寸相当，且都远小于其长度。对比现有技术，本专利技术具有以下优点：本专利技术为微蜂窝移动通信提供一种高增益、宽频带、双极化、低或无旁瓣、高交叉极化、高隔离、宽波束、小型化、低剖面、低成本、易生产的基站天线。通过同时设置层叠寄生贴片和共面寄生贴片，以及在贴片边缘下方地板开矩形缝隙，将单个微带贴片的增益从目前的9dBi提高至12dBi，比常规方法改善3dBi，同时增加15％的带宽，达到29％左右的超宽带水平。另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、实现简单、低成本、适合批量生产等特点，是实现宽波束高增益smallcell天线，适合小型化、低剖面、高增益微基站的优选方案，而且对于常规宽带、高增益微带阵列的设计和改进也是适用和有效的，可显著减少馈电网络损耗，增加阵列规模。本专利技术通过采取下列措施：1)优化主辐射贴片的边长、高度、位置，以及顶点L形枝节和填充基材；2)优化地板尺寸、形状，以及缝槽形状、尺寸和位置；3)优化顶部寄生贴片的边长、位置及高度；4)优化平平面贴片的形状、尺寸、高度、位置，以及顶点L形枝节；5)优化正交馈电点的位置、间距，以及馈电柱的直径；6)优化PCB馈电网络的阻抗匹配、带宽和插损，获得了较常规方案难以实现的：一、高增益，理想增益高达12.85dBi(E/H面波宽约35°/46°)，比两贴片阵列增益还高1dBi左右；近似方形波束，与2×2平面阵相当；二、宽带宽，完全覆盖2.4G频段(2.11-2.85GHzz，BW＝29.84％)；三、无旁瓣，没有常规贴片阵列的旁瓣；四、高交叉极化比和前后比，主瓣内XPD小于-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高增益宽带微带贴片天线，其特征在于，其包括地板、设置在地板上的介质板、主辐射贴片，该主辐射贴片位于地板上方距离Hp处，形状为矩形，在该主辐射贴片上方距离Hs处设有矩形的顶部寄生贴片，在该主辐射贴片四周边缘外侧Dp处，设置四个距离地板高度为Hc，长宽分别为Ls、Ws的矩形水平寄生贴片，在该主辐射贴片上设置有馈电点，该馈电点连接至所述介质板的馈电网络。

【技术特征摘要】
1.一种高增益宽带微带贴片天线，其特征在于，其包括地板、设置在地板上的介质板、主辐射贴片，该主辐射贴片位于地板上方距离Hp处，形状为矩形，在该主辐射贴片上方距离Hs处设有矩形的顶部寄生贴片，在该主辐射贴片四周边缘外侧Dp处，设置四个距离地板高度为Hc，长宽分别为Ls、Ws的矩形水平寄生贴片，在该主辐射贴片上设置有馈电点，该馈电点连接至所述介质板的馈电网络。2.如权利要求1所述的高增益宽带微带贴片天线，其特征在于，以该主辐射贴片四个对角点为起点，分别朝两直角边延伸出一对末端开路的寄生枝节，在该四个水平寄生贴片内外边顶点也分别设置一组末端开路的寄生枝节。3.如权利要求2所述的高增益宽带微带贴片天线，其特征在于，主辐射贴片四个对角点设置的寄生枝节是对称L形枝节，在该四个水平寄生贴片内外边顶点设置的寄生枝节也是对称L形枝节，相邻水平寄生贴片的临近顶点的L形枝节相互连为一体。4.如权利要求3所述的高增益宽带微带贴片天线，其特征在于，位于该水平寄生贴片的靠近主辐射贴片的边缘下方的地板上，开设有四条与主辐射贴片边缘平行的矩形槽缝。5.如权利要求4所述的高增益宽带微带贴片天线，其特征在于，该主辐射贴片是边长为ap的方形贴片，并与地板平行，该顶部寄生贴片是边长为ar...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道铁，吴中林，刘木林，
申请(专利权)人：广东通宇通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44