基于共面T形馈电结构的宽带双极化天线及通信设备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于共面T形馈电结构的宽带双极化天线及通信设备，包括叠加设置的上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的上表面印制金属辐射层，其下表面印制金属地板，所述下层介质基板的下表面印制差分馈电网络。本发明专利技术具有低剖面的特性并且拥有足够宽的带宽，适用于宽带小型化应用场景。适用于宽带小型化应用场景。适用于宽带小型化应用场景。

【技术实现步骤摘要】
基于共面T形馈电结构的宽带双极化天线及通信设备


[0001]本专利技术涉及通信天线领域，具体涉及基于共面T形馈电结构的宽带双极化天线及通信设备。

技术介绍

[0002]在无线通信系统中，双极化天线被广泛用于抑制多径衰落和提高信道容量。一方面在实际应用中，双极化天线需要同时具备覆盖通信的多个工作频率范围和稳定辐射。另一方面，低剖面特性可以使通信设备更紧凑和更易于集成。双极化贴片天线和双极化偶极子天线是通信系统中经常使用的天线形式。贴片天线具有低剖面的优势，但带宽通常较窄。宽带的偶极子天线通常有四分之一波长的厚度，难以在低剖面场景中使用。因此，为了兼顾带宽和低剖面的需求，在低的剖面下实现宽带性能具有重要研究意义。
[0003]Zhaoyang Tang等人在2018年的“IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION”上发表了题为“A Wideband Differentially Fed Dual
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Polarized Stacked Patch Antenna With Tuned Slot Excitations”的文章，文章中所设计的双极化贴片天线的
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10dB带宽可以达到60％，但由于采用纵向堆叠技术，该天线剖面厚度达到了0.25λ0(λ0为该天线工作中心频率处的空气波长)，剖面厚度相对较高。
[0004]Hailiang Zhu等人在2019年的“IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS”上发表了题为“A Broadband Dual
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Polarized Antenna With Low Profile Using Nonuniform Metasurface”的文章，通过使用非均匀超表面结构该文章中设计了一款剖面厚度为0.1λ0的双极化天线，相对与传统的0.25λ0厚度的偶极子天线，它具有较好的低剖面特性，但其工作带宽也相对较窄。
[0005]总的来说，带宽的提升往往会牺牲低剖面的特性，相对应的低剖面天线难以在足够宽的带宽下工作，因此设计一款基于共面T形馈电结构的低剖面宽带双极化天线具有重要意义。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术结合贴片天线和偶极子天线的结构形式，提供一种基于共面T形馈电结构的宽带双极化天线及通信设备。本专利技术通过使用共面T形馈电结构和切角技术，在不提升剖面的情况下获得了61％的带宽，且在工作带宽内，天线具有稳定的辐射强度和满足需求的极化隔离度。
[0007]本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于共面T形馈电结构的宽带双极化天线，包括叠加设置的上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的上表面印制金属辐射层，其下表面印制金属地板，所述下层介质基板的下表面印制差分馈电网络。
[0009]进一步，所述金属辐射层包括四片完全相同的辐射贴片，且关于上层介质基板的中心点对称。
[0010]进一步，所述辐射贴片为箭头状金属贴片，所述箭头状金属贴片中间开有缝隙，该缝隙嵌入长条形金属贴片。
[0011]进一步，所述箭头状金属贴片包括一个矩形贴片，所述矩形贴片的头部设有斜切角，其尾部设有矩形切角。
[0012]进一步，长条形金属贴片与箭头状金属贴片印制在同一平面，通过缝隙耦合连接，所述差分馈电网络通过馈电金属孔传递能量至长条形金属贴片，再通过缝隙耦合至箭头状金属贴片。
[0013]进一步，所述金属地板设置非金属化过孔。
[0014]进一步，所述差分馈电网络包括两个宽带巴伦，每个宽带巴伦包括一个威尔逊功分器和一个180
°
相位转换器，所述180
°
相位转换器的末端为圆形焊盘。
[0015]进一步，箭头状金属贴片的两翼设有短路金属过孔，用于与金属地板连接。
[0016]一种通信设备，包括所述的宽带双极化天线。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018](1)本专利技术采用共面的T形馈电结构可以在维持现有剖面高度的情况下增加天线的带宽；
[0019](2)本专利技术采用的箭头状辐射贴片可以同时有效使用TM01与TM20两个模式提升带宽；
[0020](3)本专利技术在箭头状金属贴片两翼使用的短路金属过孔可以有效提升通带内高频增益，使天线在整个通带内维持稳定的辐射。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的结构示意图。
[0022]图2为图1的侧视图。
[0023]图3为本专利技术上层介质基板上表面的俯视图。
[0024]图4为本专利技术上层介质基板下表面的俯视图。
[0025]图5为本专利技术下层介质基板下表面的俯视图。
[0026]图6为本专利技术实施例1的S参数的仿真图和实测图。
[0027]图7为本专利技术实施例1的增益频响的仿真图和实测图。
[0028]图8(a)
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图8(j)为本专利技术实施例1在各个谐振点处的方向图，依次为2.15GHz、2.45GHz、2.9GHz、3.45GHz、3.85GHz处的方向图。
[0029]图9为在不使用差分馈电网络时，本专利技术实施例1是否使用共面T形馈电结构的差分反射系数仿真对比图。
[0030]图10为在不使用差分馈电网络时，本专利技术实施例1是否使用箭头状辐射贴片的差分反射系数仿真对比图。
[0031]图11为在不使用差分馈电网络时，本专利技术实施例1是否使用短路金属过孔的增益频响和两者在3.8GHz处3D辐射方向仿真对比图。
具体实施方式
[0032]下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不
限于此。
[0033]实施例1
[0034]如图1
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图4所示，一种基于共面T形馈电结构的低剖面宽带双极化天线，包括上下叠加放置的上层介质基板2及下层介质基板4，所述上层介质基板的上表面印制金属辐射层，所述上层介质基板的下表面印制金属地板3，所述下层介质基板的下表面印制差分馈电网络5。
[0035]进一步，所述金属辐射层包括四个箭头状金属贴片1和四个长条形金属贴片8，上述两种金属贴片均为轴对称印制，构成双极化辐射贴片。
[0036]具体地，所述四个箭头状金属贴片1两两一组，设置在上层介质基板的横向中线及纵向中线上，并关于上层介质基板中心点对称。
[0037]具体地，所述箭头状金属贴片通过在矩形贴片头部斜切角，其尾部矩形切角所得，然后在斜切角一端中间开长缝隙，嵌入长条形金属贴片，两者不直接接触通过缝隙耦合连接。
[0038]具体地，缝隙尺寸大于长条形金属贴片。
[0039]如图3所示，箭头状金属贴片1靠近中心天线中心位置使用了斜切角，靠近天线四周边缘位置使用了矩形切角，使箭头状金属贴片1的形状指向天线中心位置。
[0040]长条形金属贴片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于共面T形馈电结构的宽带双极化天线，其特征在于，包括叠加设置的上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的上表面印制金属辐射层，其下表面印制金属地板，所述下层介质基板的下表面印制差分馈电网络。2.根据权利要求1所述的宽带双极化天线，其特征在于，所述金属辐射层包括四片完全相同的辐射贴片，且关于上层介质基板的中心点对称。3.根据权利要求2所述的宽带双极化天线，其特征在于，所述辐射贴片为箭头状金属贴片，所述箭头状金属贴片中间开有缝隙，该缝隙嵌入长条形金属贴片。4.根据权利要求2或3所述的宽带双极化天线，其特征在于，所述箭头状金属贴片包括一个矩形贴片，所述矩形贴片的头部设有斜切角，其尾部设有矩形切角。5.根据权利要求3所述的宽带双极化天线，其特征在于，长条形金属贴片与箭...

【专利技术属性】
技术研发人员：李园春，魏利娟，王凯旭，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：