一种基于频率选择表面的电磁透明基站天线及阵列制造技术

本发明专利技术提供一种基于频率选择表面的电磁透明基站天线，该天线包括反射地，架空设置于反射地中央上方的低频天线，该低频天线由具有低高频雷达散射截面和良好低频阻抗带宽的频率选择表面组成，并且高频电磁透明性能和低频阻抗带宽可分别独立控制，互不干涉。测量结果表明，当该天线应用到阵列中覆盖了1.7

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率选择表面的电磁透明基站天线及阵列


[0001]本专利技术涉及无线通信
，特别涉及基于频率选择表面的电磁透明基站天线及阵列。

技术介绍

[0002]在现代通信中，5G得到了快速发展，2G/3G/4G仍将与之长期共存。因此，多频段基站天线在有限空间同时工作是必然趋势。为了节省空间和成本，双频共享孔径阵列得到了广泛的研究，并出现了几种布局。
[0003]嵌入方案巧妙的将高频段(HB)天线由于尺寸不同而塞进低频段(LB)天线。但HB天线与LB天线比较接近，导致不同频段天线之间相互耦合。堆叠方案作为一种很好的替代方案，引起了人们的关注。可以发现，在LB和HB天线之间需要额外的频率选择表面(FSS)，导致阵列的复杂性。最后，交错方案引起了广泛的关注。这种布局不受HB和LB天线频率比的限制，空间利用率高。虽然交错方案是实践中常见的配置，但LB天线对HB天线的屏蔽作用也不容忽视。
[0004]迄今为止，研究人员已经开发了几种解决方案来缓解交错方案中的遮挡效应。1)首先，将具有良好电磁(EM)调控能力的FSS插入双频共享孔径阵列中。然而，FSS的加入不仅使天线结构变得复杂，而且增加了剖面。2)第二种方法是在现有天线的基础上，通过增加额外的支路或槽，获得低散射LB天线。创造性地将周期性分环谐振器引入LB天线，以实现HB上的低雷达散射截面(low
‑
RCS)对LB天线的电磁隐身性能进行了频评估。在文献S.J.Yang,Y.Yang and X.Y.Zhang,“Low scattering element
‑
based aperture
‑
shared array for multiband base stations,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.69,no.12,pp.8315
‑
8324,Dec.2021.中，创造性地将周期性分环谐振器引入LB天线，以实现HB上的低雷达散射截面(low
‑
RCS)。在文献W.Niu,B.Sun,G.Zhou and Z.Lan,“Dual
‑
band aperture shared antenna array with decreased radiation pattern distortion,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.70,no.7,pp.6048
‑
6053,Jul.2022.中在LB天线巧妙地加载了两个侧扼流圈，减轻了HB天线的辐射方向图失真。然而，在降低RCS和LB天线良好的阻抗性能之间进行权衡是必要的。3)与第二种方法相比，第三种方法从low
‑
RCS FSS开始，获得在HB处EM透明的low
‑
RCS基于FSS(FSS
‑
based)的天线。在文献[23]D.He,Q.Yu,Y.Chen and S.Yang,“Dual
‑
band shared
‑
aperture base station antenna array with electromagnetic transparent antenna elements,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.69,no.9,pp.5596
‑
5606,Sep.2021.中，FSS被设计成一个偶极子来有效地抑制阻塞效应。而LB天线的阻抗匹配(|S
11
|<
‑
10dB)受到其EM透明度的限制，两者的良好性能无法同时实现。在文献S.J.Yang and X.Y.Zhang,“Frequency selective surface
‑
based dual
‑
band dual
‑
polarized high
‑
gain antenna,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.70,no.3,pp.1663
‑
1671,Mar.2022.中，金属网格条和4
×
4周期贴片巧妙地组合成FSS
‑
based的LB天线，以减少其对HB元件的遮挡效应。此外，low
‑
RCS和LB天线性能可以单独控制。然而，
LB天线的带宽受到FSS本身的限制，只有16％。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出了一种基于频率选择表面的电磁透明基站天线及阵列。与传统的对原天线进行改造的思路不同，将low
‑
RCS 2
×
2FSS单元组成的LB天线引入到2
×
2HB阵列中。从而很好地恢复了HB天线的辐射性能，抑制了LB天线对HB天线的阻挡效应。更重要的是，LB天线的电磁透明特性和阻抗匹配可以独立控制，这是非常理想的，以避免耗时的优化。
[0006]为实现本专利技术目的，本专利技术提供的一种基于频率选择表面的电磁透明基站天线，矩形的反射地和架空地设置于所述反射地中央的上方的低频天线，所述低频天线包括自下而上叠置的频率选择表面、低频天线介质基板和正交布置的两个用于激励低频天线的两个极化能量的Y型馈电结构；所述频率选择表面由2
×
2阵列结构排布的频率选择表面单元构成，所述频率选择表面单元具有方形环路，其特征在于：所述低频天线介质基板下表面设置有位于方形环路内部的用于提高高频电磁透明性能且与方形环路绝缘的金属片，所述金属片开设有横向缝隙或竖向缝隙或十字缝隙。
[0007]进一步的，低频天线介质基板下表面还具有用于提高低频阻抗带宽的设置于方形环路外角处的阶宽臂和设置于相邻方形环路之间的交叉垂直带线。
[0008]需要特别说明的是，增设的金属片并不会影响低频天线的阻抗带宽调整，这使得低频阻抗带宽的调整和高频电磁透明性能的调整互相独立，互不干涉，从而简化了天线的设计过程，提高了天线的设计效率。
[0009]进一步的，所述金属片为矩形金属片，缝隙为通长，该矩形金属片被通长的缝隙分割为两个或四个小金属片。
[0010]此外，本专利技术还要求保护一种双频基站天线阵列，包括高频天线阵列，其特征在于：还包括上述的基于频率选择表面的电磁透明基站天线，所述高频天线阵列架空设置于反射地上方且位于所述低频天线的下方。
[0011]本专利技术基站天线的核心部分在于提出了一种基于频率选择表面的电磁透明的低频天线，该低频天线的频率选择表面在方形环路内部增设了开设有缝隙的金属片，提高了高频电磁透明性能，低频天线下方的高频天线的能量几乎不受遮挡地向外辐射。使得结构紧凑的基站天线阵列覆盖了1.7
‑
2.7GHz(45％)和3.3
‑
3.8GHz(14％)的双频，在LB和HB天线中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于频率选择表面的电磁透明基站天线，包括：矩形的反射地（1）；低频天线（3），架空地设置于所述反射地（1）中央的上方；所述低频天线（3）包括自下而上叠置的频率选择表面、低频天线介质基板（41）和正交布置的两个用于激励低频天线的两个极化能量的Y型馈电结构；所述频率选择表面由2
×
2阵列结构排布的频率选择表面单元构成，所述频率选择表面单元具有方形环路，其特征在于：所述低频天线介质基板（41）下表面设置有位于方形环路内部的用于提高高频电磁透明性能且与方形环路绝缘的金属片，所述金属片开设有横向缝隙或竖向缝隙或十字缝隙。2.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的电磁透明基站天线，其特征在于：低频天线介质基板（41）下表面还具有用于提高低频阻抗带宽的设置于方形环路外角处的阶宽臂（10）和设置于相邻方形环路之间的交叉垂直带线（9）。3.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的电磁透明基站天线，其特征在于：所述金属片为矩形金属片，缝隙为通长，所述矩形金属片被通长的缝隙分割为两个或四个小金属片。4.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的电磁透明基站天线，其特征在于：所述金属片的尺寸通过扫描参数获得。5.根据权利要求1所述的基于频率选择表面的电磁透明基站天线，其特征在于：还包括两根与Y型馈电结构一一对应的低频同轴电缆，所述低频同轴电缆的外导体与低频天线介质基板（41）底部的方形环路...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建新，王晓凡，丁鑫浩，杨汶汶，沈一春，符小东，蓝燕锐，王学仁，房洪莲，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：