本實用新型涉及移動通信基站天線領(lǐng)域，特別涉及一種寬帶極化可重構(gòu)基站天線。

背景技術(shù)：

基站天線作為移動通信系統(tǒng)的重要組成部分，其性能對移動通信系統(tǒng)有決定性作用。相比于普通天線，極化可重構(gòu)天線可以提高空間自由度以便于提高無線通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量，提高頻譜利用率，改善通信系統(tǒng)的傳輸速率。另外，極化可重構(gòu)天線對于多徑效應(yīng)造成的信號衰落也有一定的抑制作用，提高系統(tǒng)對干擾信號的免疫能力。

目前主要是通過可控饋電系統(tǒng)和可控縫隙來實現(xiàn)天線的極化可重構(gòu)。前者對饋電系統(tǒng)加載可變電抗或者切換饋電位置，產(chǎn)生不同工作模式的相位差，來實現(xiàn)極化的可重構(gòu)。后者則是在天線合適的位置刻蝕縫隙，利用射頻開關(guān)改變天線電流的流動路徑，實現(xiàn)天線極化可重構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本實用新型提供一種寬帶極化可重構(gòu)基站天線。

本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種寬帶極化可重構(gòu)基站天線，包括第一振子單元、第二振子單元、饋電網(wǎng)絡(luò)及介質(zhì)基板，所述第一振子單元及第二振子單元相互正交嵌套固定在介質(zhì)基板的上表面，所述饋電網(wǎng)絡(luò)印刷在介質(zhì)基板的下表面，所述第一及第二振子單元均包括印刷振子、寄生單元、饋電微帶線及振子單元介質(zhì)基板，所述印刷振子及寄生單元印刷在振子單元介質(zhì)基板的上表面，所述寄生單元位于印刷振子的上方，所述饋電微帶線位于振子單元介質(zhì)基板的下表面，饋電微帶線與饋電網(wǎng)絡(luò)連接。

第一及第二振子單元的印刷振子包括振子單元左臂、振子單元右臂及槽線，所述振子單元左臂及振子單元右臂關(guān)于振子單元介質(zhì)基板縱向中線鏡像對稱，所述槽線位于振子單元介質(zhì)基板的縱向中線。

第一及第二振子單元還包括開槽，所述開槽位于振子單元介質(zhì)基板的縱向中線上，第一振子單元的槽線位于第一振子單元介質(zhì)基板縱向中線的上部，第二振子單元的槽線位于第一振子單元介質(zhì)基板縱向中線的下部；

第一振子單元的開槽位于第一振子單元介質(zhì)基板縱向中線的下部，第二振子單元的開槽位于第二振子單元介質(zhì)基板縱向中線的上部。

所述饋電微帶線包括第一匹配段、第二耦合段及第三匹配段，所述第二耦合段分別垂直于第一及第三匹配段，所述第二耦合段垂直于振子單元介質(zhì)基板縱向中線。

第一振子單元的第二耦合段在耦合點處向上凸起，第二振子單元的第二耦合段在耦合點處向下凸起。

所述饋電網(wǎng)絡(luò)具體為威爾金森功分器，包括饋電端口、輸出支路、四分之一波長傳輸線，支路、第一分支、第二分支、第三分支及第四分支，所述第一分支及支路分別與四分之一波長傳輸線連接，所述輸出支路由相互平行的第一輸出支路和第二輸出支路構(gòu)成，所述第二分支、第三分支由支路分出，所述饋電端口位于介質(zhì)基板的中央，所述饋電端口的左右兩側(cè)設(shè)置用于進(jìn)行線極化與圓極化切換的第一及第二開關(guān)，所述第一開關(guān)位于饋電端口左側(cè)與第四分支之間，所述第二開關(guān)位于饋電端口右側(cè)與四分之一波長傳輸線之間，第四分支與第一及第二輸出支路之間分別設(shè)置第三及第四開關(guān)，所述第一分支與第二輸出支路之間設(shè)置第五開關(guān)，所述第二分支、第三分支與第一輸出支路之間分別設(shè)置第六及第七開關(guān)，所述支路與第二分支、第三分支之間分別設(shè)置第八及第九開關(guān)。

所述第一分支及第二分支長度相差四分之一個λ_g，所述第一分支及第三分支長度相差四分之一個λ_g，λ_g對應(yīng)天線中心頻率820MHz在介質(zhì)中的波長，所述四分之一波長傳輸線的特征阻抗70.7Ω，各分支其特性阻抗均為50Ω。

當(dāng)?shù)诙_關(guān)、第五開關(guān)、第七開關(guān)及第九開關(guān)同時打開，實現(xiàn)左旋圓極化；當(dāng)?shù)诙_關(guān)、第五開關(guān)、第六開關(guān)及第八關(guān)凱同時打開，實現(xiàn)右旋圓極化；

當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)及第三開關(guān)同時打開時，電流通過第一輸出支路，天線實現(xiàn)+45°線極化；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)及第四開關(guān)同時打開時，電流通過第二輸出支路，天線實現(xiàn)-45°線極化。

所述開槽與振子單元介質(zhì)基板的厚度相同。

所述第一及第二振子單元的高度均為0.3λ₀～0.5λ₀，λ₀為365.9mm，所述寄生單元關(guān)于振子單元介質(zhì)基板的縱向中線對稱。

本實用新型的有益效果：

(1)本實用新型采用兩個平面結(jié)構(gòu)的振子單元相互正交嵌套，結(jié)構(gòu)簡單，二個振子單元之間只需要穿插嵌套在一起，固定在介質(zhì)板上。

(2)采用寄生單元進(jìn)一步拓寬阻抗帶寬；

(3)饋電結(jié)構(gòu)為一印刷寬帶巴倫與改進(jìn)型威爾金森功分器的結(jié)合，實現(xiàn)左右旋和土45°四種極化方式的寬帶極化可重構(gòu)天線。天線帶寬可基本覆蓋698-960MHz，可基本覆蓋GSM900與LTE700頻段。

附圖說明

圖1是本實用新型一種寬帶極化可重構(gòu)基站天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型圖1中第一振子單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型圖1中第二振子單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型圖1中饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型的圓極化寬帶圖；

圖6是本實用新型的圓極化軸比帶寬圖；

圖7是本實用新型的土45°極化帶寬圖；

圖8是本實用新型的一種寬帶極化可重構(gòu)基站天線呈左旋圓極化時在820MHz輻射方向圖；

圖9是一種寬帶極化可重構(gòu)基站天線呈右旋圓極化時在820MHz輻射方向圖；

圖10是一種寬帶極化可重構(gòu)基站天線呈+45°極化時在820MHz輻射方向圖；

圖11是一種寬帶極化可重構(gòu)基站天線呈-45°極化時在820MHz輻射方向圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實用新型的實施方式不限于此。

實施例

如圖1所示，一種寬帶極化可重構(gòu)基站天線，包括第一振子單元1、第二振子單元2、饋電網(wǎng)絡(luò)及介質(zhì)基板3，所述第一振子單元1及第二振子單元2相互正交嵌套固定在介質(zhì)基板3的上表面，所述饋電網(wǎng)絡(luò)印刷在介質(zhì)基板3的下表面，所述第一及第二振子單元均包括印刷振子、寄生單元、饋電微帶線及振子單元介質(zhì)基板，所述印刷振子及寄生單元印刷在振子單元介質(zhì)基板的上表面，所述寄生單元位于印刷振子的上方，所述饋電微帶線位于振子單元介質(zhì)基板的下表面，介質(zhì)基板正面覆銅，饋電微帶線通過金屬化過孔與饋電網(wǎng)絡(luò)連接。

所述第一、第二振子單元的高度為0.3λ₀～0.5λ₀，λ₀為365.9mm。

如圖2所示是第一振子單元的結(jié)構(gòu)，如圖3是第二振子單元的結(jié)構(gòu)，第一振子單元與第二振子單元的結(jié)構(gòu)基本相同，第一及第二振子單元的印刷振子包括振子單元左臂、振子單元右臂及槽線，所述振子單元左臂及振子單元右臂關(guān)于振子單元介質(zhì)基板縱向中線鏡像對稱，所述槽線位于振子單元介質(zhì)基板的縱向中線。

如圖2所示，第一振子單元的結(jié)構(gòu)包括第一振子單元的印刷振子、第一振子單元的寄生單元4C、第一振子單元的饋電微帶線及第一振子單元的振子單元介質(zhì)基板7，所述第一振子單元的印刷振子包括第一振子單元左臂4A、第一振子單元右臂4B及第一振子單元的槽線5，所述第一振子單元的寄生單元位于第一振子單元的印刷振子的上方，第一振子單元的印刷振子關(guān)于第一振子單元的振子單元介質(zhì)基板的縱向中線對稱。

如圖3所示，第二振子單元的結(jié)構(gòu)包括第二振子單元的印刷振子、第二振子單元的寄生單元9C、第二振子單元的饋電微帶線及第二振子單元的介質(zhì)基板12，所述第二振子單元的印刷振子包括第二振子單元左臂9A、第二振子單元右臂9B及第一振子單元的槽線10。

如圖2所示，第一振子單元的饋電微帶線包括第一振子單元的第一匹配段8A、第一振子單元的第二耦合段8B及第一振子單元的第三匹配段8C構(gòu)成。所述第一振子單元第一匹配段和第一振子單元第三匹配段分別垂直于第一振子單元第二耦合段，所述第一匹配段8A長為0.1～0.3λ₀，其特性阻抗為50Ω，第三匹配段8C長為0.05～0.15λ₀，其特性阻抗為50Ω，所述第一振子單元的第二耦合段在耦合點處向上凸起。

如圖3所示，第二振子單元的饋電微帶線包括第二振子單元的第一匹配段13A、第二振子單元的第二耦合段13B及第二振子單元的第三匹配段13C。所述第二振子單元的第一匹配段和第二振子單元的第三匹配段分別垂直于第二振子單元的第二耦合段，所述第二振子單元的第二耦合段在耦合點處向下凸起。

為了留出空間實現(xiàn)兩個振子單元的相互嵌套，分別在所述第一振子單元介質(zhì)基板7中間向下開有等于介質(zhì)板厚度的第一振子單元的開槽6。如圖3所示，所述第二振子單元介質(zhì)板上開有等于介質(zhì)板厚度的第二振子單元的開槽11，第一振子單元的開槽及第二振子單元的開槽均位于所在介質(zhì)基板的中線處，相對應(yīng)的第一振子單元的第二耦合段8B于耦合點處向下凹，第二振子單元的第二耦合段13B于耦合點處向上凹。

第一振子單元的槽線位于第一振子單元介質(zhì)基板縱向中線的上部，第二振子單元的槽線位于第一振子單元介質(zhì)基板縱向中線的下部；

第一振子單元的開槽位于第二振子單元介質(zhì)基板縱向中線的下部，第二振子單元的開槽位于第二振子單元介質(zhì)基板縱向中線的上部。

如圖4所示，介質(zhì)基板3的下表面設(shè)置饋電網(wǎng)絡(luò)，具體為一個改進(jìn)的威爾金森功分器，包括饋電端口、輸出支路、四分之一波長傳輸線，第一分支14A、第二分支14B1、第三分支14B2及第四分支14C，所述輸出支路由相互平行的第一輸出支路14D和第二輸出支路14E構(gòu)成，所述第二分支14B1、第三分支14B2由支路14B分出，所述饋電端口15位于介質(zhì)基板的中央，所述饋電端口的左右兩側(cè)設(shè)置用于進(jìn)行線極化與圓極化切換的第一及第二開關(guān)，所述第一開關(guān)S1位于饋電端口左側(cè)與第四分支14C之間，所述第二開關(guān)S2位于饋電端口右側(cè)與四分之一波長傳輸線之間，第四分支14C與第一及第二輸出支路14D、14E之間分別設(shè)置第三及第四開關(guān)，所述第一分支14A與第二輸出支路14E之間設(shè)置第五開關(guān)S5，所述第二分支14B1、第三分支14B2與第一輸出支路14D之間分別設(shè)置第六及第七開關(guān)，所述支路14B與第二分支14B1、第三分支14B2之間分別設(shè)置第八及第九開關(guān)。

所述第一分支及第二分支長度相差四分之一個λ_g，所述第一分支及第三分支長度相差四分之一個λ_g，λ_g對應(yīng)天線中心頻率820MHz在介質(zhì)中的波長，所述四分之一波長傳輸線的特征阻抗70.7Ω，各分支其特性阻抗均為50Ω，所述第一分支與支路分別與四分之一波長的傳輸線連接，所述四分之一波長的傳輸線為矩形。

功分器的第一分支14A段和第三分支14B2段相差四分之一λ_g長度差，從而產(chǎn)生90°相位差，當(dāng)?shù)诙_關(guān)、第五開關(guān)、第七開關(guān)及第九開關(guān)同時打開，實現(xiàn)左旋圓極化；

功分器的第一分支14A段和第二分支14B1段相差四分之一λ_g長度差，同樣產(chǎn)生90°相位差，當(dāng)?shù)诙_關(guān)、第五開關(guān)、第六開關(guān)及第八開關(guān)同時打開，實現(xiàn)右旋圓極化；

當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)及第三開關(guān)同時打開時，電流通過第一輸出支路14D，天線實現(xiàn)+45°線極化；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)及第四開關(guān)同時打開時，電流通過第二輸出支路14E，天線實現(xiàn)-45°線極化。

本實施例中第一振子單元介質(zhì)板7和第二振子單元介質(zhì)板12以及水平面介質(zhì)板3均采用高頻板材RO4350B，厚度1.52mm，相對介電常數(shù)3.48。

本實施例的第一振子單元1和第二振子單元2的高約為0.2～0.4λ₀，長約為0.4～0.5λ₀。

本實施例中第一、第二振子單元的第一匹配段的長度為0.1～0.3λ₀，寬度為3.5mm，第二耦合段長度為27mm，寬度為2.5mm，第三匹配段長度為0.05～0.15λ₀，寬度為2.5mm。

本實施例中介質(zhì)板3長度為350mm，寬度為250mm。功分器的四分之一波長傳輸線的寬度為2.5mm,其余部分的寬度均為3.5mm。

功分器兩側(cè)的分支其特性阻抗均為50Ω，且存在四分之一λ_g長度差，從而產(chǎn)生90°相位差。分支14A比分支14B2長四分之一λ_g，分支14B比分支14A長四分之一λ_g，為了節(jié)省空間，微帶線進(jìn)行了彎折。在饋電端口上端引出了分支14D和分支14E，實現(xiàn)兩種線極化。在饋電網(wǎng)絡(luò)的適當(dāng)位置處共設(shè)置了九個開關(guān)，實現(xiàn)四種極化方式的可重構(gòu)。

如圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11所示，本實用新型采用九個開關(guān)實現(xiàn)了四種極化方式的可重構(gòu)，饋電結(jié)構(gòu)為一印刷寬帶巴倫與改進(jìn)型功分器的結(jié)合，天線帶寬可覆蓋698-960MHz，帶寬大、輻射方向圖穩(wěn)定、增益高，真正意義上實現(xiàn)了寬帶極化可重構(gòu)。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。