低剖面雙頻超寬帶天線的製作方法

2023-12-04 03:52:51

【技術領域】

本發明涉及一種移動通信天線設備與技術，特別是涉及低剖面雙頻段超寬帶天線及其技術。

背景技術：

目前，移動通信正處於4g大規模商用時代，並開始逐步向5g方向演進。通過新建大量宏基站，移動通信基本實現了廣域信號連續覆蓋。宏基站增益高、容量大、覆蓋區域大、用戶數多，但選址難、成本高、數據率低，並且難以覆蓋室內和地下等局部熱點區域。蜂窩網絡靠小區分割來實現頻率復用。自然地，為了進一步提高頻率復用程度，人們將蜂窩小區再分割成覆蓋範圍更小的微蜂窩、納蜂窩、皮蜂窩等，從而顯著改善覆蓋效果並提高系統容量，這成為解決深度覆蓋和高數據率的有效手段。由於應用場景複雜多樣，微基站(smallcell)天線的形態眾多，但普遍具有小型化、低剖面、超寬帶、雙極化和mimo化的技術特點。天線設計成超寬帶和mimo化後，微基站將具備高容量、高速率和低成本的優勢；而天線小型化和低剖面，則可以讓站點部署更加隱蔽和容易，尤其是對天線外觀高度敏感的室內環境。然而，對於尺寸尤其是縱向高度嚴格受限的微基站天線來說，要實現全頻段超寬帶(698～960mhz/1710～2700mhz)將異常困難。常規振子僅覆蓋高頻或低頻段，且距地板約四分之一波長，這使得天線縱向高度很高(約0.25·λl)，無法滿足微基站天線低剖面的設計需求。

儘管如此，交叉振子超寬帶和±45°雙極化的突出優點，使它仍是適合微基站天線的優選方案之一，但需要突破剖面過高這一技術瓶頸。本發明在現有技術方案上進行了一系列創新，通過採用高介電常數、且厚度較厚的介質基板，振子表面開槽和末端加載開路枝節的方式，實現了現有交叉振子無法全頻覆蓋、超低剖面(≤0.1·λ)和高交叉極化和高隔離度的特點，滿足了微基站天線的技術要求。本發明的超寬帶振子天線可同時覆蓋gsm頻段(bw＝262mhz，31.6％)和lte頻段(698～960mhz/1710～2600mhz，vswr≤2.24，bw＝890mhz，41.3％)，且具有超低剖面(≈0.1·λl，λl為空氣中最低工作頻率)、±45°雙線極化、高交叉極化(xpd>20db)、高隔離度(|s21|20db)和高隔離度(|s21|20db)和高隔離度(|s21|45db，極化純度非常高。

圖17表示低剖面雙頻超寬帶交叉振子單元的低頻f2＝0.96ghz增益方向圖。其中，光滑線表示e面，點線表示h面，實線表示主極化，虛線表示交叉極化。由圖知，e、h面波束均較寬，且主瓣內交叉極化xpd>47db，極化純度非常高。

圖18表示低剖面雙頻超寬帶交叉振子單元的高頻f3＝1.71ghz增益方向圖。其中，光滑線表示e面，點線表示h面，實線表示主極化，虛線表示交叉極化。由圖知，h面波束較寬，且主瓣內交叉極化xpd>30db，極化純度較高。

圖19表示低剖面雙頻超寬帶交叉振子單元的高頻f4＝2.17ghz增益方向圖。其中，光滑線表示e面，點線表示h面，實線表示主極化，虛線表示交叉極化。由圖知，h面波束很寬，且主瓣內交叉極化xpd>35db，極化純度很高。

圖20表示低剖面雙頻超寬帶交叉振子單元的高頻f5＝2.60ghz增益方向圖。其中，光滑線表示e面，點線表示h面，實線表示主極化，虛線表示交叉極化。由圖知，e/h面波束形狀幾乎一樣，且主瓣內交叉極化xpd>20db，極化純度較高。

圖21表示低剖面雙頻超寬帶交叉振子單元的e/h-面半功率波束寬度hbpw隨頻率f變化特性。其中，橫軸(x軸)是頻率f，單位為ghz；縱軸(y軸)是波束寬度，單位是度(deg)；實線表示e面，線表示h面。由圖知，低高頻帶內，e/h面半功率波寬hpbw＝56.57°～60.65°(e)/73.2°～88.2°(h)和21.5°～46.0°(e)/35.1°～128.5°(h)，波寬較寬有利於信號覆蓋。

圖22表示低剖面雙頻超寬帶交叉振子單元的最大實增益隨頻率f變化特性。其中，橫軸(x軸)是頻率f，單位為ghz；縱軸(y軸)是增益，單位是dbi。由圖知，低頻和高頻段內，增益變化範圍分別為g＝7.8～9.1dbi、g＝6.1～8.6dbi，在雙超寬頻段內均保持了較高增益。

圖23表示低剖面雙頻超寬帶交叉振子單元的效率ηa隨頻率f變化曲線。其中，橫軸(x軸)是頻率f，單位為ghz；縱軸(y軸)是效率。由圖知，在低頻和高頻段內，天線效率分別有ηa≥78％和ηa≥80％。

以上僅為本發明的優選實例而已，並不用於限制或限定本發明。對於本領域的研究或技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明所聲明的保護範圍之內。