一种双极化介质天线及其基站天线阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种双极化介质天线及其基站天线阵列，其中双极化天线用于向空间辐射和接受电磁波，该天线包括接地基板和设置在所述接地基板上的介质谐振器，以及由所述介质谐振器包络的十字馈电结构，所述十字馈电结构通过差分馈电网络进行馈电，所述差分馈电网络设置在所述接地基板的背面；其中，当所述介质谐振器和所述十字馈电结构通过所述差分馈电网络的电信号激励时，所述介质谐振器和所述十字馈电结构的组合设置为基本上朝所述接地基板正上方以单向性的方式辐射与所述电信号相关的电磁信号。本发明专利技术的双极化天线辐射前后比大，结构简单，安装方便，非常适合大规模天线阵列的应用，具有非常高的商业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种双极化介质天线及其基站天线阵列
本专利技术涉及射频通信领域，特别是涉及一种双极化介质天线及其基站天线阵列。
技术介绍
在过去的十年中，物联网逐渐走入大众的生活。物联网作为一个新兴的产业，利用因特网以及传统电信网等咨询载体，将所有能行使独立功能的普通物体互联起来，形成巨大的包罗万象的网络。在这个网络中，不仅物体与物体之间可以相互通信，相互协作，而且物体与人以及周边环境之间也可以形成有效的互动。物联网的实现需要给网络中的每个物体分配唯一的标签。射频识别技术作为物联网技术的重要组成部分，非常适合某些场景的应用，比如：仓库管理，货物追踪和室内定位等等。对于射频识别技术而言，硬件设备大致分为两部分：标签和接收终端。考虑到标签携带的便利性，标签设计的小型化是必然趋势。标签上携带的天线不会过分复杂，往往都是线极化天线。在大部分场景应用中，线极化天线发射出的信号经过周围环境的多次反射，极化方向会变得无法预测。由于圆极化天线和双极化天线可以接收到任意极化方向的电磁波信号，所以接收终端会采用它们作为接收天线。但是圆极化天线在接收线极化电磁波信号时会损失一半的能量，而双极化天线则不会，所以双极化天线在某些场地较大信号、灵敏度较高的应用中应用广泛。双极化天线可以百分之百收到任意极化电磁波的能量，利用双极化天线作为射频识别终端接收天线是一个非常好的选择。除了射频识别领域的应用之外，由于双极化天线可以带来频率复用和计划分级等优点，双极化天线也时常作为移动通信网的基站天线。移动通信是当今中国经济中非常富有活力的产业之一，中国拥有全球最大的移动通信网络，分布在全国的数以百万计的基站上都安装着双极化天线阵列，要应用到基站天线上需要构成天线阵列，就意味着天线的尺寸要比较小，特别是在5G通讯中，大规模的天线阵列意味着需要在一个固定尺寸的基板上设置尽可能多的天线，以满足5G通讯的通信品质，所以需要一个尺寸更小的双极化天线。同时，由于频率复用和极化分级技术在移动通信中的广泛应用，双极化天线作为基站天线在移动通信中扮演着举足轻重的角色。相较于其他应用而言，基站天线设计的要求会更加严格。除了在工作频带内反射系数要求更低以外，适宜的辐射方向图，合适的波瓣宽度，良好的旁瓣抑制以及前后抑制都是非常重要的考虑因素，基站天线的性能和质量直接关系着移动通信网络的品质。当然在现实工程应用中，良好的质量和性能固然是至关重要的，但是天线成本，结构复杂度以及安装难易程度亦是每个生产者的关注焦点。目前常用的双极化天线有：双极化偶极子天线和双极化空气贴片天线。在上世纪80年代前期，Long，McAllister和Shen三人提出了将介质谐振器作为天线辐射单元来使用。众所周知，在尺寸一定的情况下，介质的谐振频率与其介电常数的开方成反比。换言之，介质的介电常数越大，天线的尺寸越小，这为天线小型化提供了可能。不同的介质有不同的介电常数，这为设计者提供了非常大的自由度来控制天线的尺寸和工作带宽。设计者在设计天线过程中如果选用某些低损耗的介质作为介质天线的材料的话，那么这种低损耗的特性可以为天线带来很高的辐射效率。不同形状的介质或者同一块介质不同的频率都可以激励起不同的模式，不同的模式会产生不同形状的辐射方向图。某些模式产生的方向图和电偶极子类似，而某些却和磁偶极子类似。作为一种较为常见的天线类型，介质天线使用介质作为辐射体进行辐射。不同介质的介电常数差异很大，设计者可以选择的介电常数范围很广，大致可从8到100。由于介质的介电常数大大高于空气的介电常数，所以天线的尺寸可以被大大缩小，这是介质天线的一个很大的优点。设计介质天线往往采用低损耗的材料，所以可以保证较高的辐射效率。将介质天线应用到双极化天线中，为双极化天线的小型化创造了无限的可能。但是相较于一些电路印刷天线来说，介质天线的结构较为复杂，天线成本也较为昂贵。介质天线的另外一个问题是在天线高度较低的情况下，天线的前后抑制比较大；因此，介质天线应用在双极化天线上其通信品质还是不够理想，如果不解决这一问题，将不能满足未来基站天线更高标准的通信品质要求。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种双极化介质天线及其基站天线阵列，以解决上述现有技术存在的前后抑制比大的技术问题。为此，本专利技术提出一种双极化介质天线，用于向空间辐射和接受电磁波，该天线包括接地基板和设置在所述接地基板上的介质谐振器，以及由所述介质谐振器包络的十字馈电结构，所述十字馈电结构通过差分馈电网络进行馈电，所述差分馈电网络设置在所述接地基板的背面；其中，当所述介质谐振器和所述十字馈电结构通过所述差分馈电网络的电信号激励时，所述介质谐振器和所述十字馈电结构的组合设置为基本上朝所述接地基板正上方以单向性的方式辐射与所述电信号相关的电磁信号。优选地，本专利技术还可以具有如下技术特征：所述电磁信号由所述介质谐振器和所述十字馈电结构的谐振模式来定义，所述介质谐振器的谐振模式等效定义为一个电偶极子，所述十字馈电结构等效定义为一个磁偶极子；所述磁偶极子和所述电偶极子彼此正交。所述电偶极子根据所述介质谐振器的谐振模式模式进行定义。所述十字馈电结构等效于两个交叉的馈电主体组成，所述馈电主体为半环形，在所述馈电主体的两端分别设置成差分馈电的输入端子，所述磁偶极子根据由所述差分馈电网络进行差分馈电的半环形的所述馈电结构来定义。所述介质谐振器为十字型介质谐振器，所述介质谐振器等效于两个条形介质谐振器正交而成。所述介质谐振器包括沿着所述条形介质谐振器中心轴线延伸开设的槽状结构，所述十字馈电结构基本上被所述介质谐振器包络在所述槽状结构内。所述介质谐振器包括四个独立的子介质块，所述子介质块呈“L”形，四个独立的所述子介质块拼接成所述十字型介质谐振器，所述槽状结构为四个独立的所述子介质块彼此之间的间隙；或所述介质谐振器为一体成型，所述槽状结构为开设在所述介质谐振器上的槽孔。所述介质谐振器为十字形、方形或圆形。所述差分馈电网络包括一个输入端口和两个差分输出端口，所述输入端口和两个所述差分输出端口通过设置在所述接地基板表面的微带线进行连接；所述微带线包括第一传输线和第二传输线，所述第一传输线和所述第二传输线分别与所述差分输出端口连接，在两个差分输出端口输出幅度相同、相位相反的激励信号。此外，本专利技术还提出了一种基站天线阵列，包括上述任一项的双极化天线构成的天线阵列单元。本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：本专利技术的双极化介质天线，介质谐振器中间安装有一根十字馈电结构。两者均固定在一块接地基板上，同时在接地基板的背后有一块PCB介质板用来设计天线的差分馈电网络。天线的介质谐振器和十字形馈电结构分别可以产生两个正交的谐振模式，正是因为这些正交的谐振模式的辐射产生了两种正交极化。单看一种极化方向，介质谐振器和馈电结构分别产生一个谐振模式，这两个模式的辐射方向图在天线的正上方相互叠加，在天线的背向相互抵消，从而提高了天线的辐射前后比。综上所述，以上提及的这种双极化介质天线结构简单，安装方便，非常适合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极化介质天线，其特征在于：用于向空间辐射和接受电磁波，该天线包括接地基板和设置在所述接地基板上的介质谐振器，以及由所述介质谐振器包络的十字馈电结构，所述十字馈电结构通过差分馈电网络进行馈电，所述差分馈电网络设置在所述接地基板的背面；其中，当所述介质谐振器和所述十字馈电结构通过所述差分馈电网络的电信号激励时，所述介质谐振器和所述十字馈电结构的组合设置为基本上朝所述接地基板正上方以单向性的方式辐射与所述电信号相关的电磁信号。

【技术特征摘要】
1.一种双极化介质天线，其特征在于：用于向空间辐射和接受电磁波，该天线包括接地基板和设置在所述接地基板上的介质谐振器，以及由所述介质谐振器包络的十字馈电结构，所述十字馈电结构通过差分馈电网络进行馈电，所述差分馈电网络设置在所述接地基板的背面；其中，当所述介质谐振器和所述十字馈电结构通过所述差分馈电网络的电信号激励时，所述介质谐振器和所述十字馈电结构的组合设置为基本上朝所述接地基板正上方以单向性的方式辐射与所述电信号相关的电磁信号。2.如权利要求1所述的介质天线，其特征在于：所述电磁信号由所述介质谐振器和所述十字馈电结构的谐振模式来定义，所述介质谐振器的谐振模式等效定义为一个电偶极子，所述十字馈电结构等效定义为一个磁偶极子；所述磁偶极子和所述电偶极子彼此正交。3.如权利要求2所述的介质天线，其特征在于：所述电偶极子根据所述介质谐振器的谐振模式模式进行定义。4.如权利要求2所述的介质天线，其特征在于：所述十字馈电结构等效于两个交叉的馈电主体组成，所述馈电主体为半环形，在所述馈电主体的两端分别设置成差分馈电的输入端子，所述磁偶极子根据由所述差分馈电网络进行差分馈电的半环形的所述馈电结构来定义。5.如权利要求3所述的介质天线，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴克利，张榛元，韦大成，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44