一种应用于5G通信的MIMO基站天线制造技术

本发明专利技术提出了一种应用于5G通信的MIMO基站天线，基于第五代移动通信网络5G多进多出技术MIMO的应用。辐射电偶极子采用高低两层分层设计，由此获得天线双频特性，弧形的辐射电磁偶极子则用于获得宽H面特性，最宽可达134°。在磁偶极子中间的E型贴片超材料增加了天线的有效介电常数，使得天线的体积降低了大约46％。另外，双U形加方形槽口使得天线获得了陷波特性，该陷波特性可以防止无线局域网2.4GHz波段的干扰。该MIMO天线单元具备从1.67到2.75GHz的48.9％的低频阻抗带宽，增益为5.9±1.3dBi，以及3.33到4.13GHz的21.5％的高频阻抗带宽，增益为4.9±2dBi。最后，由于宽H面特性，该天线的MIMO系统仅用3个单元就可以全向覆盖360°，阻抗带宽从2.4到3.75GHz。

A MIMO base station antenna for 5G communication

This invention proposes a MIMO base station antenna for 5G communication, which is based on the application of the fifth generation mobile communication network 5G multi input and multi out technology MIMO. The radiated electric dipole is designed with two layers of high and low layers, and the dual frequency characteristics of the antenna are obtained. The radiant electromagnetic dipole of the arcs is used to obtain wide H faces, and the maximum width can reach 134 degrees. The E type patch supermaterial in the middle of the magnetic dipole increases the effective dielectric constant of the antenna and reduces the volume of the antenna by about 46%. In addition, the dual U shape and square slot make the antenna get the notch characteristic, which can prevent the interference of the 2.4GHz band of the WLAN. The MIMO antenna unit has a low impedance bandwidth from 1.67 to 2.75GHz, a gain of 5.9 + 1.3dBi, and a 21.5% high impedance bandwidth from 3.33 to 4.13GHz, with a gain of 4.9 + 2dBi. Finally, due to the wide H surface characteristics, the antenna's MIMO system can cover a total of 360 degrees with only 3 units, and the impedance bandwidth from 2.4 to 3.75GHz.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于5G通信的MIMO基站天线[
]本专利技术涉及一种具备陷波和宽H面的超材料MIMO天线，具体地讲，是一种能够用于第五代通信系统的基站天线。[
技术介绍
]天线是收发信号的前端设备，拓宽天线的H面，有利于增加信号收发范围，减少天线使用个数，从而降低基站成本。天线的抗干扰性能是宽带天线的一个重要指标，特别是通信基站天线，一定频段内的陷波，可以去掉不必要信号的接收，增加天线抗干扰性。目前，未来5G通信的核心热点技术已经确定为MIMO技术，MIMO技术具备许多不可替代的优势，比如增加信道容量、提升天线传输和接受信号的性能等等。最近，超材料在物理和通信工程领域受到了极大关注，因为其突出的电磁特性，在天线领域可以通过增加磁导率和介电常数的比例来减少尺寸，拓宽阻抗带宽等等。总之，通过引入超材料结构，天线的功能和性能可以获得显著提升。但是还存在以下方面问题：第一，宽频段内有效拓宽H面的半波波束宽度是较为困难的，一般天线半波波束宽度在45°左右，最大在75°，但是实现宽半波宽度的频段也不宽。第二，与通信系统频段重叠的是WLAN波段(2.4-2.485GHz)，要准确地去除这一频段的信号接收，这就需要合适的结构设计。第三，超材料的优秀电磁特性所带来的是制作成本的高昂，如何使用简单结构以及便宜材料做代替。第四，实现MIMO系统需要克服许多困难，如何将多个天线放在一起的同时，减少这些天线之间的相互耦合，相互影响，实现较低的ECC，；如何减少MIMO天线的整体尺寸等。[
技术实现思路
]针对上述的缺点，提出了一种应用于5G通信的MIMO基站天线。具体技术方案如下：一种应用于5G通信的MIMO基站天线，包括一对电磁偶极子、弧形反射地板、馈电结构和超材料特性的介质板，所述的一对电磁偶极子通过垂直短路墙设置在弧形反射地板上，介质板和馈电结构位于一对电磁偶极子中间。电磁偶极子，每一个电磁偶极子中间为弧形辐射贴片，左右各有一个平面辐射贴片，通过两道凹槽隔离；实现天线在H面上获得宽半功率波束宽度；馈电结构，结构形似η，有两个容性梯形部分、一个感性梯形部分和馈电线组成，梯形形状以及分叉结构增加了馈电的可调性，实现了宽频段内的阻抗匹配。介质板，分两部分，分别分布在馈电结构两侧，与电磁偶极子有相同的凹槽，介质板被凹槽分为左右部分，每片介质板上有十对E型贴片，一侧六对，一侧四对。进一步地，所述电磁偶极子的弧形辐射贴片与平面互射贴片为高低两层，使得天线获得双频特性。进一步地，在磁偶极子的弧形辐射贴片上设置双U型加方形槽口结构，实现去除WLAN波段的陷波技术。进一步地，在磁电偶极子中间使用具备超材料特性的反向E形贴片FR-4板，实现小型化的作用。进一步地，弧形反射地板四周有直立的短围栏和弧形围栏，实现天线获得较低的包络相关系数ECC以及高增益。进一步地，所述馈电结构下方穿过弧形反射地板，且设有SMA接头。本专利技术的有益效果为：天线整体的弧形结构可以获得宽H面的辐射方向图，另外，中间一对弧形辐射贴片和两对平面辐射贴片可以等效为3个电磁偶极子天线，不同高度的辐射贴片对应不同频段，从而获得双频特性。在中间上层的电偶极子弧形面对应于天线低频，上刻有两个U形和方形槽口，这些槽口共同作用，形成一对反向电流相互抵消，因而给天线低频范围内带来陷波功能。介质板上两层反向E形贴片的设计，增加了磁导率和介电常数的比率，从而降低天线物理尺寸。天线三个单元分别朝向不同方向，使得天线单元之间相互耦合减少。由于电磁偶极子天线的固有特性，该天线拥有稳定的高增益。弧形的设计使得单天线在2.4到3.6GHz范围内获得超过120°的宽H面，这使得三个天线单元组成的MIMO系统可以获得360°全向辐射。[附图说明]图1为本专利技术的3D结构视图。图2为本专利技术的局部3D结构剖面图。图3为本专利技术的内部结构中的超材料。图4为本专利技术的内部结构中的馈电结构立体图。图5为本专利技术起陷波作用的槽口形状。图6为本专利技术的侧视图。图7为本专利技术的MIMO系统。图8为天线增益和驻波比。图9为天线半功率波瓣宽度。图10为天线陷波性能展示。图11为天线超材料性能展示。图12为天线包络相关系数。图13为天线尺寸参数表。1为弧形反射地板，2为垂直短路墙，3、4、5、6、7、8为电偶极子，9、10、14、15为介质板，11为馈电结构，12为短围栏，13为弧形围栏，16为E型贴片，17、18为凹槽。[具体实施方式]下面结合附图和对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术的一种实施例，一种应用于5G通信的MIMO基站天线，包括电磁偶极子、弧形反射地板1、馈电结构11和超材料的介质板9、10、14、15，所述的电磁偶极子设置在弧形反射地板1上，超材料介质板和馈电结构11位于电磁偶极子中间。电磁偶极子包括电偶极子3、4、5、6、7、8，以及由两个垂直短路墙2和弧形反射地板1形成的磁偶极子组成；电磁偶极子中间的电偶极子3、4为弧形辐射贴片，左右两侧的电偶极子5、6、7、8为平面辐射贴片，中间的电偶极子和两侧的电偶极子通过凹槽17和凹槽18隔离；并且，弧形辐射贴片和平面辐射贴片不在同一水平面，电磁偶极子设计为高低两层分层，不同高度的辐射贴片对应不同频段，使得天线获得双频特性。如图5所示，在磁偶极子的弧形辐射贴片3、4上设置双U型加方形槽口结构，实现去除WLAN波段的陷波技术。电磁偶极子采用弧形曲面设计使天线在H面上获得宽半功率波束宽度，一般天线实现宽H面也仅局限在窄频段内实现100°左右。而本天线H面的半功率波束宽度在2.6GHz的时候就已经达到120°，并且在高频段内超过120°，低频段内半功率波束宽度也维持在100°左右的较宽宽度。双U型加方型槽口使得该天线具有可以防止无线局域网2.4GHz波段干扰的陷波特性，与通信系统频段重叠的是WLAN波段(2.4-2.485GHz)，本天线在2.38到2.5GHz频段内实现了准确的陷波。如图2所示，本实施例中，介质板，分两部分，分别分布在馈电结构两侧，与电磁偶极子有相同形状的凹槽17、18，每片的介质板被凹槽分为左右部分，每片介质板上有十对E型贴片16，一侧六对，一侧四对。且在介质板两面都贴有E型贴片，其相对应的部位另一面为相反的E型贴片。在磁偶极子中间的反向E型贴片介质版具备了一定超材料的特性，将天线的体积天线尺寸从120mm×(58mm×sin60°×2)×(30mm+58mm×cos60°)降到100mm×(46mm×sin60°×2)×(23mm+46mm×cos60°)，降低了大约48.5％，而且使用的是FR-4介质板，材料费用较低。为了使得天线辐射方向各不相同，加入短围栏12和弧形围栏13，在不影响单天线宽H面特性的情况下，该天线的MIMO系统可以获得较低的包络相关系数(ECC)以及高增益。图1中本天线由4部分组成，弧形的地、双层的电磁偶极子，在电磁偶极子中间的馈电结构和用FR-4做成的超材料，中间的偶极子辐射贴片是弧形的，负责产生天线低频，左右两边低一点的偶极子辐射贴片是平面的，负责产生天线高频。图3为本专利技术的超材料，上面附有E形状的贴片。这种E形贴片前后面都有，而且是前后方向相反的。图4为本专利技术的内部结构中的馈电结构，位于电磁偶极子中间，梯形形状以及分叉结构增加了馈电的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于5G通信的MIMO基站天线，其特征在于，包括一对电磁偶极子、弧形反射地板、馈电结构和超材料特性的介质板，所述的一对电磁偶极子通过垂直短路墙设置在弧形反射地板上，介质板和馈电结构位于一对电磁偶极子中间，馈电结构下方穿过弧形反射地板，且设有SMA接头。电磁偶极子，每一个电磁偶极子中间为弧形辐射贴片，左右各有一个平面辐射贴片，通过两道凹槽隔离；实现天线在H面上获得宽半功率波束宽度；馈电结构，结构形似η，有两个容性梯形部分、一个感性梯形部分和馈电线组成，梯形形状以及分叉结构增加了馈电的可调性，实现了宽频段内的阻抗匹配。介质板，分两部分，分别分布在馈电结构两侧，与电磁偶极子有相同的凹槽，介质板被凹槽分为左右部分，每片介质板上有十对E型贴片，一侧六对，一侧四对。

【技术特征摘要】
1.一种应用于5G通信的MIMO基站天线，其特征在于，包括一对电磁偶极子、弧形反射地板、馈电结构和超材料特性的介质板，所述的一对电磁偶极子通过垂直短路墙设置在弧形反射地板上，介质板和馈电结构位于一对电磁偶极子中间，馈电结构下方穿过弧形反射地板，且设有SMA接头。电磁偶极子，每一个电磁偶极子中间为弧形辐射贴片，左右各有一个平面辐射贴片，通过两道凹槽隔离；实现天线在H面上获得宽半功率波束宽度；馈电结构，结构形似η，有两个容性梯形部分、一个感性梯形部分和馈电线组成，梯形形状以及分叉结构增加了馈电的可调性，实现了宽频段内的阻抗匹配。介质板，分两部分，分别分布在馈电结构两侧，与电磁偶极子有相同的凹槽，介质板被凹槽分为左右部分，每片介质板上有十对E型贴片，一侧六对，一侧四对。2.根据权利要求1所述的一种应用于5G...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯波涛，赖杰鑫，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44