一种适用于4G/5G移动通信的宽带双极化基站天线单元制造技术

本发明专利技术涉及一种适用于4G/5G移动通信的宽带双极化基站天线单元，属于移动通信基站天线技术领域。该天线单元自上而下共分为八个部分：“L”形寄生贴片、“T”形交叉微带线、介质板、环形辐射结构、金属柱、同轴线、塑料支撑柱和盒装金属反射板。所述同轴线与“T”形交叉微带线共同构成馈电结构部分，通过同轴线直接激励和“T”形微带线耦合的方式形成±45°双极化辐射，并且与“L”形寄生贴片和环形辐射结构按照±45°方向放置在介质板的上下两侧；所述金属柱焊接在环形辐射结构下表面，四根塑料柱固定在盒装反射板上用于支撑上述天线结构。该天线单元具有宽频带、高隔离度、低交叉极化、结构紧凑和低成本等特点。

A Broadband Dual-Polarization Base Station Antenna Unit for 4G/5G Mobile Communications

The invention relates to a broadband dual polarization base station antenna unit suitable for 4G/5G mobile communication, belonging to the technical field of mobile communication base station antenna. \u8be5\u5929\u7ebf\u5355\u5143\u81ea\u4e0a\u800c\u4e0b\u5171\u5206\u4e3a\u516b\u4e2a\u90e8\u5206\uff1a\u201cL\u201d\u5f62\u5bc4\u751f\u8d34\u7247\u3001\u201cT\u201d\u5f62\u4ea4\u53c9\u5fae\u5e26\u7ebf\u3001\u4ecb\u8d28\u677f\u3001\u73af\u5f62\u8f90\u5c04\u7ed3\u6784\u3001\u91d1\u5c5e\u67f1\u3001\u540c\u8f74\u7ebf\u3001\u5851\u6599\u652f\u6491\u67f1\u548c\u76d2\u88c5\u91d1\u5c5e\u53cd\u5c04\u677f\u3002 The coaxial line and the \T\ cross microstrip line together constitute the feeding structure part, which forms (+45 degrees) bipolar radiation by direct excitation of the coaxial line and coupling of the \T\ microstrip line, and is placed on the upper and lower sides of the dielectric plate in the direction of (+45 degrees) with the \L\ parasitic patch and annular radiation structure; the metal column is welded on the lower surface of the annular radiation structure, and four plastic columns are fixed. The antenna structure is fixed on a box reflector plate to support the antenna structure. The antenna unit has the characteristics of broadband, high isolation, low cross polarization, compact structure and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于4G/5G移动通信的宽带双极化基站天线单元
本专利技术属于移动通信基站天线
，涉及一种适用于4G/5G移动通信的宽带双极化基站天线单元。
技术介绍
的发展，多个移动通信标准共存是当前的主要趋势，当前的基站天线也应当满足多系统共天线和多系统共站。此外，能够提高通信容量、收发同工、抵抗多径衰弱和改变极化方式的双极化天线是当前基站天线设计的首选。随着三大运营商逐渐放弃2G和3G通信网络，实现4G/5G双制式的共存将会是未来5G移动通信发展的必经之路。因此，研究能够同时支持4G/5G双制式的共存，并具有宽频带、小型化和高隔离度的双极化基站天线具有重要实用价值。目前，双极化天线的实现形式可大致分为三类：双馈微带贴片天线、对称振子天线和互补天线。双馈微带贴片天线具有剖面低、结构简单等优点，但带宽较窄，不利于多频段的覆盖；对称振子天线辐射性能好，加工简单，但是较微带贴片天线而言，尺寸较大；互补天线将电偶极子与磁偶极子相结合，能够实现较宽的频带，在整个工作频段能获得稳定的增益和方向图，但其金属结构导致天线不可避免的尺寸大，质量重。在实际应用中，双极化天线作为基站天线的首选，要同时兼顾其带宽、隔离度、交叉极化、增益等特性，依然存在很大的困难。此外，实现基站天线的小型化、低成本也是市场化的迫切需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种适用于4G/5G移动通信的宽带双极化基站天线单元，目的在于面向未来移动通信基站4G/5G双制式共存的需求，实现了天线宽频带、高隔离度、稳定方向图等特性，以及小型化、低成本要求，可满足当前及未来一段时间内移动通信基站的应用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种适用于4G/5G移动通信的宽带双极化基站天线单元，包括自上而下八个部分：“L”形寄生贴片、“T”形交叉微带线、介质板、环形辐射结构、金属柱、同轴线、塑料支撑柱和盒装金属反射板；所述同轴线与T形交叉微带线共同构成该结构的馈电结构部分，并且与L形寄生贴片和环形辐射结构按照±45°方向放置在介质板的上下两侧；所述金属柱放置在环形辐射结构下表面，四根塑料柱固定在盒装反射板上用于支撑上述天线结构；所述同轴线穿过金属反射板，其内芯与“T”形交叉微带线末端相连，外芯与环形辐射结构相连；所述“L”寄生贴片结构包含四个完全相同的微带贴片，放置在介质板的上表面，并对称分布在四个边角位置；所述“T”形交叉微带线由+45°“T”型微带线和-45°“T”型微带线两部分组成，正交放置在介质板的上表面中心，并且两条“T”形微带线的末端分别与两条同轴线的内芯相连；所述+45°“T”型微带线和-45°“T”型微带线为避免介质板上表面重合，将-45°“T”型微带线拆分为微带线一、微带线二和“U”形探针三部分；所述微带线一和微带线二放置在介质板上表面，并与+45°“T”型微带线正交放置；“U”形探针通过介质板上的两个非金属过孔，将微带线一和微带线二连接起来；所述介质板采用厚度为0.4mm的FR4材质，其上开有四个直径为1mm的非金属化通孔；其中，两个为上述“U”形探针连接微带线一和微带线二所用，两个为同轴线内芯连接+45°“T”型微带线和-45°“T”型微带线所用；所述环形辐射结构包括+45°环形辐射振子和-45°环形辐射振子，两环形辐射振子相互正交摆放在介质板下层中心位置，分别与位于介质板上表面的+45°“T”型微带线和-45°“T”型微带线按同一方向摆放；环形辐射振子为类扇形的环形微带贴片，以中心对称的方式分别位于介质板下表面+45°和-45°对角线上。进一步，所述环形辐射贴片结构包含一个半圆形贴片和一个等腰梯形贴片，二者的底边相互重合组成类扇形结构；在类扇形结构中心挖去一个按照1.5:1比例缩小的类扇形结构，构成所述环形辐射结构，根据半波振子天线的设计原理，其长度为25mm。进一步，所述放置在每个环形辐射结构下表面的金属柱，为高度4mm的铜柱，并按照每个环形辐射结构上放置三个的原则，均匀分布在半圆形贴片的边缘上。进一步，所述塑料支撑柱为高度25mm的圆柱体，即环形辐射结构距离盒装反射板的高度，分别位于介质板四个边的中心位置。进一步，所述盒装金属反射板为在正方形平面的四个边缘位置添加一定高度的挡板，正方形平面中间开有通孔，便于同轴线通过金属反射板为天线进行馈电，采用铝和铜金属材质加工。本专利技术的有益效果在于：1)所述介质板采用厚度为0.4mm的FR4材质，“L”形寄生贴片、环形辐射结构和T形微带线均采用平面微带贴片的形式印刷在介质板上下表面，加工简单、成本较低。2)所述“T”形交叉微带线按照±45°方向相互正交放置，对两对±45°正交放置的环形辐射结构进行耦合，并采用同轴线对其进行直接激励，从而实现了天线的双极化特性。同时，当一个极化方式工作时，另一个极化方向所对应的环形辐射结构相当于寄生贴片，有助于扩宽天线的阻抗带宽。3)所述±45°放置的“T”形交叉微带线为了避免在在介质板上表面重合，采用空气桥的方案进行解决，该结构不仅提高了天线端口间的隔离度，还简化了天线的结构，替代了传统的多层叠天线结构。4)所述天线采用的“L”形寄生贴片、“T”形微带线和环形辐射结构，均有助于扩宽天线的阻抗带宽。5)所述环形辐射结构能够改变类扇形振子的表面电流路径，进而有效改善天线的阻抗匹配情况。同时，通过优化环形辐射结构的参数，可以改变天线的阻抗，调整天线在工作频点处的阻抗匹配。6)所述“L”形寄生贴片结构通过与环形辐射贴片之间耦合，影响环形辐射结构表面的电流强度，进而改善天线的阻抗匹配。通过合理调节“L”形寄生贴片的尺寸，可以调整天线的阻抗带宽。7)所述均匀分布在环形辐射结构下表面的金属柱，类似于引入电抗原件，可以在不增大天线整体结构的基础上降低工作频点，并且可以通过改变金属柱的高度和数量来调节天线的阻抗匹配。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的馈电结构示意图；图3为本专利技术的环形辐射结构和寄生贴片结构示意图；图4为本专利技术实施例中±45°极化的电压驻波比(VSWR)和增益(Gain)实测曲线图；图5为本专利技术实施例中±45°极化间隔离度(S21)实测曲线图；图6为本专利技术实施例中+45°极化在2.3GHz、3GHz、3.6GHz的实测水平面方向图；(a)为2.3GHz的实测水平面方向图，(b)为3GHz的实测水平面方向图，(c)为3.6GHz的实测水平面方向图；附图标记：1是“L”形寄生贴片结构，2是“T”形交叉微带线，3是介质板，4是环形辐射结构，5是金属柱，6是同轴线，7是塑料支撑柱，8是盒装金属反射板，11、12、13、14分别是“L”形寄生贴片一～“L”形寄生贴片四，20是+45°“T”型微带线，21是微带线一，22是微带线二，23是“U”形探针，41、42、43、44分别是环形辐射结构一～辐射结构四，31、32、33、34分别是开在介质板上的非金属化通孔一～非金属化通孔四。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。图1为本专利技术的整体结构示意图。如图1所示，本专利技术提供的一种适用于4G/5G移动通信的宽带双极化基站天线单元，包括自上而下八本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于4G/5G移动通信的宽带双极化基站天线单元，其特征在于：包括自上而下八个部分：“L”形寄生贴片、“T”形交叉微带线、介质板、环形辐射结构、金属柱、同轴线、塑料支撑柱和盒装金属反射板；所述同轴线与T形交叉微带线共同构成该结构的馈电结构部分，并且与L形寄生贴片和环形辐射结构按照±45°方向放置在介质板的上下两侧；所述金属柱放置在环形辐射结构下表面，四根塑料柱固定在盒装反射板上用于支撑上述天线结构；所述同轴线穿过金属反射板，其内芯与“T”形交叉微带线末端相连，外芯与环形辐射结构相连；所述“L”寄生贴片结构包含四个完全相同的微带贴片，放置在介质板的上表面，并对称分布在四个边角位置；所述“T”形交叉微带线由+45°“T”型微带线和‑45°“T”型微带线两部分组成，正交放置在介质板的上表面中心，并且两条“T”形微带线的末端分别与两条同轴线的内芯相连；所述+45°“T”型微带线和‑45°“T”型微带线为避免介质板上表面重合，将‑45°“T”型微带线拆分为微带线一、微带线二和“U”形探针三部分；所述微带线一和微带线二放置在介质板上表面，并与+45°“T”型微带线正交放置；“U”形探针通过介质板上的两个非金属过孔，将微带线一和微带线二连接起来；所述介质板采用厚度为0.4mm的FR4材质，其上开有四个直径为1mm的非金属化通孔；其中，两个为上述“U”形探针连接微带线一和微带线二所用，两个为同轴线内芯连接+45°“T”型微带线和‑45°“T”型微带线所用；所述环形辐射结构包括+45°环形辐射振子和‑45°环形辐射振子，两环形辐射振子相互正交摆放在介质板下层中心位置，分别与位于介质板上表面的+45°“T”型微带线和‑45°“T”型微带线按同一方向摆放；环形辐射振子为类扇形的环形微带贴片，以中心对称的方式分别位于介质板下表面+45°和‑45°对角线上。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于4G/5G移动通信的宽带双极化基站天线单元，其特征在于：包括自上而下八个部分：“L”形寄生贴片、“T”形交叉微带线、介质板、环形辐射结构、金属柱、同轴线、塑料支撑柱和盒装金属反射板；所述同轴线与T形交叉微带线共同构成该结构的馈电结构部分，并且与L形寄生贴片和环形辐射结构按照±45°方向放置在介质板的上下两侧；所述金属柱放置在环形辐射结构下表面，四根塑料柱固定在盒装反射板上用于支撑上述天线结构；所述同轴线穿过金属反射板，其内芯与“T”形交叉微带线末端相连，外芯与环形辐射结构相连；所述“L”寄生贴片结构包含四个完全相同的微带贴片，放置在介质板的上表面，并对称分布在四个边角位置；所述“T”形交叉微带线由+45°“T”型微带线和-45°“T”型微带线两部分组成，正交放置在介质板的上表面中心，并且两条“T”形微带线的末端分别与两条同轴线的内芯相连；所述+45°“T”型微带线和-45°“T”型微带线为避免介质板上表面重合，将-45°“T”型微带线拆分为微带线一、微带线二和“U”形探针三部分；所述微带线一和微带线二放置在介质板上表面，并与+45°“T”型微带线正交放置；“U”形探针通过介质板上的两个非金属过孔，将微带线一和微带线二连接起来；所述介质板采用厚度为0.4mm的FR4材质，其上开有四个直径为1mm的非金属化通孔；其中，两个为上述“U”形探针连接微带线一和微带线二所用，两个为同轴线内芯连接+45°“T”型微带线和-45°“T”型微带线所用；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，祝聪聪，罗伟，苏东，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50