本發(fā)明涉及無線技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及高性能小型化共軸基站天線。

背景技術(shù)：

基站天線的易于集成、基站空間的有效利用、復雜環(huán)境下電磁性能穩(wěn)定性的實現(xiàn)需求是天線小型化發(fā)展的主要動力。然而，目前被廣泛使用的三頻天線，大都采用并排方案，即兩列高頻天線和一列低頻天線并排排放，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計限制了天線陣列的小型化。國內(nèi)外在終端小型化多頻段天線方面有很多文獻，通過對現(xiàn)有技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)如信息技術(shù)2011-12-25發(fā)表的文章：小型化基站天線帶來的影響。文中介紹了一種用于三個頻段的基站天線，體積為1340×380×100mm³。但對于小型化要求日益提高的基站天線設(shè)計，該天線的體積仍然過大，天線的小型化仍然是結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的重點、難點。

現(xiàn)代移動通信的飛速發(fā)展和廣泛應用，隨之而來的是人們對高性能通信質(zhì)量的迫切需求，使得小型化條件下的高性能天線設(shè)計具有重大意義。針對上述需求，當前國內(nèi)外業(yè)界工作者提出了很多創(chuàng)新結(jié)構(gòu)并不斷深化對其認識。其中，luk教授在2006年提出倒г型金屬結(jié)構(gòu)饋電電磁偶極子天線在業(yè)界引起了很大的反響，后續(xù)眾多學者在此基礎(chǔ)上進一步深化、創(chuàng)新。這一類天線普遍具有寬阻抗帶寬、穩(wěn)定的輻射特性等優(yōu)越特性。然而，這種片狀金屬結(jié)構(gòu)也限制了其大規(guī)模集成，在實際工作環(huán)境下的系統(tǒng)穩(wěn)定性也難以保證。所幸的是，李勇教授在2008年研究設(shè)計了一種寬帶雙極化印刷振子天線并對其展現(xiàn)的寬帶特性進行了理論研究，其將饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射貼片加載在單塊pcb板的兩層的設(shè)計方案能有效解決天線的高密度集成問題。但隨之而來的是介質(zhì)加載帶來的增益損耗、輻射效率的顯著降低。因此，小型化、高密度集成條件下設(shè)計具有良好電性能、輻射性能的天線依然是當前移動通信發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高性能小型化共軸基站天線。

根據(jù)本發(fā)明提供的高性能小型化共軸基站天線，包括：天線輻射單元，所述天線輻射單元包括：高頻輻射單元和低頻輻射單元；其中：

所述高頻輻射單元包括：輻射貼片、饋電結(jié)構(gòu)、外圍金屬墻；所述低頻輻射單元包括：輻射體、反射板、外圍金屬墻。

優(yōu)選地，所述高頻天線單元的輻射貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)分別集成在單塊pcb板的上下兩層，兩塊垂直交叉的pcb板豎立在反射板上構(gòu)成雙極化高頻天線。

優(yōu)選地，所述輻射貼片是以半波振子為等效模型的兩片對稱放置矩形貼片。

優(yōu)選地，所述饋電結(jié)構(gòu)為類г型饋電網(wǎng)絡(luò)，即在г型饋電網(wǎng)絡(luò)傳輸段，靠近激勵源一段添加匹配雙枝節(jié)。

優(yōu)選地，所述低頻輻射單元的輻射體包括：垂直電振子組、水平磁振子，所述垂直電振子組與水平磁振子構(gòu)成空間電磁耦合結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述垂直電振子組包括：4個t型導電結(jié)構(gòu)，其中每個t型導電結(jié)構(gòu)為頂部加載水平圓柱體結(jié)構(gòu)的垂直金屬棒。

優(yōu)選地，所述水平磁振子為八邊形金屬環(huán)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述水平磁振子還作為高頻輻射單元的反射板。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明提供的高性能小型化的雙頻共軸基站天線，基于當前對寬頻帶、小型化、高性能基站天線的現(xiàn)實需求，整體結(jié)構(gòu)更加小巧，其雙頻帶可以覆蓋2g/3g/4g移動通信頻段，并且在共軸小型化條件下兼有良好的輻射特性和電路特性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為共軸天線總體示意圖；

圖2為共軸天線低頻單元示意圖；

圖3為共軸天線高頻單元示意圖；

圖4為共軸天線低頻電路參數(shù)隨頻率變化的示意圖；

圖5為共軸天線高頻頻電路參數(shù)隨頻率變化的示意圖；

圖6為共軸天線低頻0.69ghz，phi＝0/90度時的增益方向圖；

圖7為共軸天線低頻0.8ghz，phi＝0/90度時的增益方向圖；

圖8為共軸天線低頻0.9ghz，phi＝0/90度時的增益方向圖；

圖9為共軸天線低頻0.96ghz，phi＝0/90度時的增益方向圖；

圖10為共軸天線高頻1.71ghz，phi＝0/90度時的增益方向圖；

圖11為共軸天線高頻2.17ghz，phi＝0/90度時的增益方向圖；

圖12為共軸天線高頻2.4ghz，phi＝0/90度時的增益方向圖；

圖13為共軸天線高頻2.69ghz，phi＝0/90度時的增益方向圖。

圖中：

1-八邊形磁振子；

2-差分激勵端口；

3-t型電振子；

4-頂/底層介質(zhì)板；

5-半波振子；

6-類γ性饋電網(wǎng)絡(luò)；

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

根據(jù)本發(fā)明提供的高性能小型化共軸基站天線，包括：天線輻射單元，所述天線輻射單元包括：高頻輻射單元和低頻輻射單元；其中：

所述高頻輻射單元包括：輻射貼片、饋電結(jié)構(gòu)、外圍金屬墻；所述低頻輻射單元包括：輻射體、反射板、外圍金屬墻。

所述高頻天線單元的輻射貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)分別集成在單塊pcb板的上下兩層，兩塊垂直交叉的pcb板豎立在反射板上構(gòu)成雙極化高頻天線。

所述輻射貼片是以半波振子為等效模型的兩片對稱放置矩形貼片。

所述饋電結(jié)構(gòu)為類г型饋電網(wǎng)絡(luò)，即在г型饋電網(wǎng)絡(luò)傳輸段，靠近激勵源一段添加匹配雙枝節(jié)。

所述低頻輻射單元的輻射體包括：垂直電振子組、水平磁振子，所述垂直電振子組與水平磁振子構(gòu)成空間電磁耦合結(jié)構(gòu)。

所述垂直電振子組包括：4個t型導電結(jié)構(gòu)，其中每個t型導電結(jié)構(gòu)為頂部加載水平圓柱體結(jié)構(gòu)的垂直金屬棒。

所述水平磁振子為八邊形金屬環(huán)結(jié)構(gòu)。

所述水平磁振子還作為高頻輻射單元的反射板。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明中的技術(shù)方案做更加詳細的說明。

如圖1所示，本發(fā)明中的基站天線主要由輻射單元、饋電結(jié)構(gòu)和反射板三部分構(gòu)成。

天線輻射單元可以分為低頻輻射單元和高頻輻射單元。其中，低頻輻射單元包括垂直電振子組和水平磁振子，二者通過空間電磁耦合構(gòu)成雙極化的電磁偶極子天線。高頻輻射單元由加載在pcb一側(cè)的水平對稱振子構(gòu)成。

天線饋電結(jié)構(gòu)主要關(guān)注高頻饋網(wǎng)。高頻饋網(wǎng)是由г型微帶線構(gòu)成的巴倫，其底端連接同軸線激勵源，并實現(xiàn)對半波振子的中心激勵。值得注意的是，其靠近同軸激勵源一端引入雙枝節(jié)匹配高阻線以實現(xiàn)阻抗匹配。低頻輻射單元則通過垂直電振子組底部的理想端口差分激勵。

反射板是平面結(jié)構(gòu)。低頻反射板上下平面附有兩層f4b介質(zhì)板，可用以加載低頻微帶饋網(wǎng)。高頻反射板與低頻的水平磁振子共用。

本發(fā)明提出了一種高性能小型化雙頻共軸基站天線，天線整體尺寸為314mm×314mm×81mm，其實現(xiàn)的雙頻帶690～960mhz、1710～2690mhz可以覆蓋2g/3g/4g移動通信頻段，兼有良好的輻射特性和電路特性。

如圖1所示，所發(fā)明天線整體包括三部分。第一部分為低頻單元(詳見圖2)；第二部分為高頻單元(詳見圖3)；第三部分為反射板，反射板尺寸為314mm×314mm×1.5mm，其四周立有低頻墻以控制波束形成，反射板上下兩層附有f4b介質(zhì)板(εr＝2.65,tanδ＝0.003)可以加載低頻前后饋電網(wǎng)絡(luò)。

圖2所示為系統(tǒng)第一部分，即低頻輻射單元。低頻輻射單元由一組t-feeder(t型垂直電振子)和上層一水平磁振子兩部分構(gòu)成，每個t-feeder由垂直的金屬柱頂層加載金屬圓盤構(gòu)成。本發(fā)明中，金屬柱是半徑為3.7mm，高度為35.6mm的圓柱體；頂層圓盤是半徑為5.5mm，高度為2mm的圓柱體；水平磁振子是金屬八邊形盤，兩組邊長分別為47mm、66mm。實際工作過程中，加載在反射板和t型結(jié)構(gòu)底部間的理想饋電端口實現(xiàn)對t型電振子的差分激勵，該t型結(jié)構(gòu)的頂層圓片通過空間電磁耦合實現(xiàn)對磁偶極子的激勵，通過上述二者的聯(lián)合作用，實現(xiàn)低頻電磁偶極子的能量輻射。

圖3所示為系統(tǒng)第二部分，即高頻輻射單元和高頻饋電網(wǎng)絡(luò)。高頻輻射單元是中心饋電的對稱振子，兩振子輻射壁長度均為34mm(約為1/4波長)。高頻饋電為類г型結(jié)構(gòu)，可將同軸線激勵信號轉(zhuǎn)換為對稱振子的中心激勵信號。整個饋網(wǎng)可由三部分構(gòu)成，第一部分是長度為38mm(約為1/4波長)的微帶傳輸線，實現(xiàn)激勵信號到對稱振子等效激勵源的傳輸。值得注意的是，該部分添加雙匹配枝節(jié)實現(xiàn)寬帶匹配。第二部分作為半波振子等效激勵源，其物理尺寸為14mm×1.6mm，這部分的感抗特性會使得饋線失配；第三部分是尺寸為9.4mm×0.65mm的傳輸線構(gòu)成的開路負載，其容抗可以抵消第二部分的感抗，使天線整體實現(xiàn)匹配。高頻輻射單元和饋電網(wǎng)絡(luò)分別加載在垂直介質(zhì)板的兩層，這樣兩片高度為35.7mm、厚度為0.8mm的f4b介質(zhì)板交叉放置就構(gòu)成雙極化高頻單元。實際工作過程中，高頻饋電端口通過加載在介質(zhì)板一側(cè)的類г型饋電網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對介質(zhì)板另一側(cè)的半波振子中心激勵，其靠近激勵源段引出的短路匹配枝節(jié)和尾部開路負載有助于電路參數(shù)設(shè)計。

圖4～13所示為該發(fā)明的仿真驗證。圖4和圖5分別為低頻、高頻電路參數(shù)，可以看出低頻段反射系數(shù)sii<-9.7db；高頻段反射系數(shù)sii<-12db，隔離sij<-26db。圖6～13分別為0.69、0.8、0.96、1.71、2.17、2.4、2.69ghz頻點處的輻射方向圖。容易看到，低頻增益>8.8dbi；高頻增益>8.0dbi。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。