一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线，包括金属地板、介质基板、短路金属柱以及馈电结构；介质基板设置于金属地板上方；介质基板的上表面设有四个金属耦合贴片；介质基板的下表面设有四个波长弯折形偶极子臂，四个波长弯折形偶极子臂的位置与四个金属耦合贴片一一对应，且每个金属耦合贴片向下的投影区域需覆盖波长弯折形偶极子臂的折弯区域；短路金属柱为四个，每个短路金属柱的下端均与所述金属地板连接，每个短路金属柱的上端分别与各自对应的金属耦合贴片相连；馈电结构用于将微波信号传输至四个波长弯折形偶极子臂上。该天线解决了传输损耗问题以及天线极化类型单一，工作带宽较窄，不宜作为基站天线的问题。为基站天线的问题。为基站天线的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线


[0001]本专利技术属于超宽带天线
，涉及一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线。

技术介绍

[0002]基站天线是无线通信系统的接收和发射最前端。随着无线通信系统对其天线的要求越来越高，天线单元的设计向小型化、低剖面和宽带化方向发展。并且随着各类通信设备的集成化发展趋势，射频前端的电磁环境变得更加恶劣，不同天线间的耦合成为不得不考虑的棘手问题。尤其是在4G向5G基站天线过度的过程中，不同频段的天线单元会较为紧密地排列，天线间的电磁互耦极大地影响了不同单元间的隔离度与天线的辐射方向图。因此，天线在工作频带外的辐射抑制特性也成为评估天线性能好坏的重要指标。而在一般的双极化天线设计中，大都只考虑了天线在工作频带内的辐射特性，很少会考虑天线在工作频带外的辐射抑制特性。因此需要设计出具有增益滤波特性的双极化天线才能满足现在及未来基站系统对于射频前端的需求。
[0003]在现有针对滤波天线的设计中，大都是在天线的馈线中引入滤波器结构，通过滤波器与天线辐射体的级联来获得天线辐射增益的滤波效果。
[0004]例如，中国专利，公开号：CN206225549U提供的《一种基于波导结构的角锥喇叭滤波天线》，其滤波功能是由多级矩形微波谐振腔来实现的，天线作为最后一级来实现电磁能量的辐射。在该专利中，天线的工作带宽较窄，在该专利的具体实施方式中记载天线的相对带宽仅为2.4％，且极化方式较为单一。
[0005]中国专利，公开号：CN108258405B中提供的《一种方向图可重构滤波天线》，其本质是平面微带滤波器。通过控制馈线上的枝节、多模谐振器与馈线和天线间的耦合来实现滤波功能并控制辐射方向图。在该专利的具体实施方式中记载，该天线工作在5.2GHZ时，阻抗带宽为25％。在另外一部分天线的设计中，采用了馈线的滤波结构与天线本身的带阻特性相结合来获得天线整体的滤波效果。
[0006]中国专利，公开号：CN109904613B中提供的《一种应用于5G sub 6G基站系统的差分双频双极化天线》，其本质是在馈线上引入带阻枝节，并通过天线本身产生的双频带之间的辐射零点来形成双频双极化滤波效果。但是，馈线的引入使得天线整体插入损耗变大，不利于天线的有效辐射。
[0007]中国专利，公开号：CN111293413B中提供的《基于交叉耦合结构的紧凑型宽带滤波天线》，通过分别控制馈线上的枝节、地板开槽与U形耦合贴片来实现天线的辐射零点，进而获得增益滤波效果。但是在该专利的具体实施方式中记载，该天线相对工作带宽仅为20.6％，同时极化形式较为单一。
[0008]由此可见，在以上几种天线均存在通过在馈线中引入类似滤波器结构的方式使得天线本身的尺寸有所增大，并且不可避免地引入了传输损耗，且大部分天线极化类型单一，工作带宽较窄，综合来看不宜作为基站天线的优选方案。为了进一步地提高滤波天线的辐
射效率，需要设计自身具有滤波功能的宽带双极化天线来应对4G/5G无线通信应用中对于天线带外抑制特性的要求。

技术实现思路

[0009]为了解决现有天线均存在通过在馈线中引入类似滤波器结构的方式使得天线本身的尺寸有所增大，并且不可避免地引入了传输损耗，且天线极化类型单一，工作带宽较窄，不宜作为基站天线的问题，本专利技术提供了一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线。
[0010]为了实现以上目的，本专利技术提出以下方案：
[0011]一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线，包括金属地板、介质基板、短路金属柱以及馈电结构；
[0012]介质基板设置于金属地板上方；
[0013]介质基板的上表面设有四个金属耦合贴片；
[0014]介质基板的下表面设有四个1/4波长弯折形偶极子臂，四个1/4波长弯折形偶极子臂的位置与四个金属耦合贴片一一对应，且每个金属耦合贴片向下的投影区域需覆盖1/4波长弯折形偶极子臂的折弯区域，从而产生耦合作用；
[0015]短路金属柱为四个，每个短路金属柱的下端均与所述金属地板连接，每个短路金属柱的上端分别与各自对应的金属耦合贴片相连；
[0016]馈电结构用于将微波信号传输至四个1/4波长弯折形偶极子臂上。
[0017]进一步地，上述馈电结构包括第一金属贴片、第一Y形金属贴片、第二Y形金属贴片、第一同轴馈线以及第二同轴馈线；
[0018]第一金属贴片设置于介质基板的下表面中心位置；
[0019]第一Y形金属贴片以及第二Y形金属贴片均设置于介质基板的上表面，且第一Y形金属贴片以及第二Y形金属贴片交叉布置；
[0020]第一Y形金属贴片与第一同轴馈线的上端金属内芯连接；
[0021]第二Y形金属贴片与第二同轴馈线的上端金属内芯连接，且第二Y形金属贴片通过金属化过孔与第一金属贴片相连；
[0022]第一同轴馈线、第二同轴馈线的下端与设置在金属地板上的馈电接头连接，从而形成两个端口。
[0023]进一步地，上述馈电结构为设置在金属地板以及介质基板的平面印刷巴伦。
[0024]进一步地，金属耦合贴片、1/4波长弯折形偶极子臂、第一金属贴片、第一Y形金属贴片、第二Y形金属贴片均采用金属材料制作，并通过印刷的方式制作于介质基板上。
[0025]进一步地，介质基板(2)采用FR
‑
4或F4B材料制作。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027]1、本专利技术采用在弯折形偶极子臂的折弯区域引入短路的金属耦合贴片，从而在天线的工作频带外产生了辐射增益零点，形成了较好的辐射增益滤波效果，可以很好地解决4G/5G混合式基站系统中天线间的射频电磁干扰问题。
[0028]2、本专利技术采用了将弯折形偶极子臂的末端弯折并且与短路的金属耦合贴片相耦合的方式，实现了拓展天线工作带宽的同时，又减小了天线横向尺寸，有利于天线的小型化
设计，且天线可以满足4G基站天线对工作频段(1.69GHz
‑
2.69GHz)的要求，因此该天线形式可向其它4G与5G通信频段拓展。
[0029]3、相较于其它形式的双极化滤波天线，本专利技术中的天线具有结构简单，容易加工，体积小，重量轻，低成本等优点。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的立体结构示意图；
[0031]图2为本专利技术的侧向剖面图；
[0032]图3为介质基板上表面的结构示意图；
[0033]图4为介质基板下表面的结构示意图；
[0034]图5为天线端口1的反射系数随频率变化曲线图；
[0035]图6为天线端口2的反射系数随频率变化曲线图；
[0036]图7为天线端口1的辐射增益随频率变化曲线图；
[0037]图8为天线端口2的辐射增益随频率变化曲线图。
[0038]其中附图标记的含义如下：
[0039]1‑
金属地板；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线，其特征在于：包括金属地板、介质基板、短路金属柱以及馈电结构；介质基板设置于金属地板上方；介质基板的上表面设有四个金属耦合贴片；介质基板的下表面设有四个1/4波长弯折形偶极子臂，四个1/4波长弯折形偶极子臂的位置与四个金属耦合贴片一一对应，且每个金属耦合贴片向下的投影区域需覆盖1/4波长弯折形偶极子臂的折弯区域，从而产生耦合作用；短路金属柱为四个，每个短路金属柱的下端均与所述金属地板连接，每个短路金属柱的上端分别与各自对应的金属耦合贴片相连；馈电结构用于将微波信号传输至四个1/4波长弯折形偶极子臂上。2.根据权利要求1所述的应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线，其特征在于：馈电结构包括第一金属贴片、第一Y形金属贴片、第二Y形金属贴片、第一同轴馈线以及第二同轴馈线；第一金属贴片设置于介质基板的下表面中心位置；第一Y形金属贴片以及第二Y形金属贴片均设置于介质基板的上表面，且第一Y形金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚鹏，李浩宇，于朝同，李绪平，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：