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双极化双工基站天线实用新型专利

更新时间:2024-11-01
双极化双工基站天线实用新型专利 专利申请类型:实用新型专利;
地区:江苏-南通;
源自:南通高价值专利检索信息库;

专利名称:双极化双工基站天线

专利类型:实用新型专利

专利申请号:CN202410365511.7

专利申请(专利权)人:中天通信技术有限公司,中天宽带技术有限公司,江苏中天科技股份有限公司
权利人地址:江苏省南通市开发区齐心路

专利发明(设计)人:符小东,王建朋,沈一春,蓝燕锐,房洪莲,王学仁,顾晓凤,郑朝义,吴海龙

专利摘要:本申请属于天线技术领域,提供一种双极化双工基站天线。双极化双工基站天线包括第一介质基板、中间金属层和第二介质基板,第一介质基板包括天线模组;第二介质基板上包括第一FSIW谐振器、第二FSIW谐振器、第三FSIW谐振器、第四FSIW谐振器和共用谐振器;第一FSIW谐振器、第二FSIW谐振器、第三FSIW谐振器和第四FSIW谐振器均与共用谐振器电连接;第一FSIW谐振器和第二FSIW谐振器沿第一方向相对设置并且两者的工作频段不同,第三FSIW谐振器和第四FSIW谐振器沿第二方向相对设置并且两者的工作频段不同;共用谐振器与天线模组电连接。本申请提供的双极化双工基站天线的体积较小。

主权利要求:
1.一种双极化双工基站天线,其特征在于,包括沿所述双极化双工基站天线的高度方向依次层叠设置的第一介质基板、中间金属层和第二介质基板,所述第一介质基板包括天线模组;
所述第二介质基板上设置有第一FSIW谐振器、第二FSIW谐振器、第三FSIW谐振器、第四FSIW谐振器和共用谐振器;所述第一FSIW谐振器、所述第二FSIW谐振器、所述第三FSIW谐振器和所述第四FSIW谐振器围设在所述共用谐振器的周侧并且均与所述共用谐振器电连接;
所述第一FSIW谐振器和所述第二FSIW谐振器沿第一方向相对设置,所述第三FSIW谐振器和所述第四FSIW谐振器沿第二方向相对设置,其中,所述第一方向与所述第二方向正交并且所述高度方向与所述第一方向和所述第二方向形成的平面之间具有夹角;所述第一FSIW谐振器和所述第二FSIW谐振器的工作频段不同,所述第三FSIW谐振器和所述第四FSIW谐振器的工作频段不同,并且所述第一FSIW谐振器和所述第三FSIW谐振器的工作频段相同,所述第二FSIW谐振器和所述第四FSIW谐振器的工作频段相同;
所述共用谐振器与所述天线模组电连接。
2.根据权利要求1所述的双极化双工基站天线,其特征在于,所述第二介质基板还包括共用电路层和多个第一金属化通孔,多个所述第一金属化通孔围设在所述共用电路层的周侧,多个所述第一金属化通孔与所述共用电路层形成所述共用谐振器。
3.根据权利要求2所述的双极化双工基站天线,其特征在于,所述第二介质基板还包括第一电路层、第二电路层、第三电路层和第四电路层;所述第二介质基板中还包括多个第二金属化通孔;
所述第一电路层、所述第二电路层、所述第三电路层和所述第四电路层背离所述共用电路层的侧边均围设多个所述第二金属化通孔,并且均与所述第二金属化通孔电连接;
所述第一电路层和围设在所述第一电路层侧边的多个所述第二金属化通孔形成所述第一FSIW谐振器;所述第二电路层和围设在所述第二电路层侧边的多个所述第二金属化通孔形成所述第二FSIW谐振器;所述第三电路层和围设在所述第三电路层侧边的多个所述第二金属化通孔形成所述第三FSIW谐振器;所述第四电路层和围设在所述第四电路层侧边的多个所述第二金属化通孔形成所述第四FSIW谐振器。
4.根据权利要求3所述的双极化双工基站天线,其特征在于,所述第二介质基板还包括第一金属线、第二金属线、第三金属线和第四金属线;
所述第一金属线用于电连接所述第一电路层和所述共用电路层,所述第二金属线用于电连接所述第二电路层和所述共用电路层,所述第三金属线用于电连接所述第三电路层和所述共用电路层,所述第四金属线用于电连接所述第四电路层和所述共用电路层。
5.根据权利要求4所述的双极化双工基站天线,其特征在于,所述第一电路层中具有第一槽线,所述第二电路层中具有第二槽线,所述第三电路层中具有第三槽线,所述第四电路层中具有第四槽线;
所述第一槽线与所述第二槽线的长度不同,所述第三槽线与所述第四槽线的长度不同,并且所述第一槽线与所述第三槽线的长度相同,所述第二槽线与所述第四槽线的长度相同。
6.根据权利要求5所述的双极化双工基站天线,其特征在于,所述共用电路层上具有第一连接柱,所述第一连接柱与所述天线模组电连接。
7.根据权利要求1至6任一项所述的双极化双工基站天线,其特征在于,所述天线模组包括贴片谐振器和SIW谐振器;
所述第一介质基板包括第一金属层和多个第三金属化通孔,所述第一金属层和所述中间金属层设置所述第一介质基板沿所述高度方向相对的两面,部分所述第一金属层形成所述贴片谐振器;
所述第三金属化通孔、部分所述第一金属层和部分所述中间金属层形成SIW谐振器。
8.根据权利要求7所述的双极化双工基站天线,其特征在于,所述SIW谐振器上具有耦合窗,所述耦合窗用于与所述贴片谐振器形成耦合。
9.根据权利要求3至6任一项所述的双极化双工基站天线,其特征在于,所述双极化双工基站天线还包括第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口和第四馈电端口,所述第一馈电端口与所述第一电路层电连接,所述第二馈电端口与所述第二电路层电连接,所述第三馈电端口与所述第三电路层电连接,所述第四馈电端口与所述第四电路层电连接。
10.根据权利要求3至6任一项所述的双极化双工基站天线,其特征在于,所述双极化双工基站天线还包括第二金属层,所述第二金属层位于所述第二介质基板背离所述第一介质基板的一侧,所述第一金属化通孔和所述第二金属化通孔用于连接所述中间金属层和所述第二金属层。 说明书 : 双极化双工基站天线技术领域[0001] 本申请涉及天线技术领域,尤其涉及一种双极化双工基站天线。背景技术[0002] 双极化双工基站天线在5G无线通信系统中发挥着重要作用,双极化双工基站天线每个频带均具有双极化特性,不仅能够启用频率复用以增强系统容量、利用极化多样性来减轻多径衰落的影响、还可以改善发射接收隔离。[0003] 相关技术中,双极化双工基站天线包括开口谐振环、微带贴片天线和两套双工电路。两套双工电路分别给两种极化方式馈电,通过改变对微带贴片天线的馈电方式实现了两种具有正交特性的馈电,分别可以激励微带贴片天线的一对简并模式(即TM01模和TM10模),从而实现了具有双极化特性的双工天线。两套双工电路可以沿双极化双工基站天线的高度方向层叠设置,也可以沿双极化双工基站天线的水平方向并排设置。[0004] 然而由于该双极化双工基站天线使用了两套双工电路给两种极化方式馈电,使得双极化双工基站天线的体积较大。发明内容[0005] 本申请提供了一种双极化双工基站天线,双极化双工基站天线的体积较小。[0006] 本申请提供一种双极化双工基站天线,包括沿双极化双工基站天线的高度方向依次层叠设置的第一介质基板、中间金属层和第二介质基板,第一介质基板包括天线模组;第二介质基板上设置有第一FSIW谐振器、第二FSIW谐振器、第三FSIW谐振器、第四FSIW谐振器和共用谐振器;第一FSIW谐振器、第二FSIW谐振器、第三FSIW谐振器和第四FSIW谐振器围设在共用谐振器的周侧并且均与共用谐振器电连接;第一FSIW谐振器和第二FSIW谐振器沿第一方向相对设置,第三FSIW谐振器和第四FSIW谐振器沿第二方向相对设置,其中,第一方向与第二方向正交并且高度方向与第一方向和第二方向形成的平面之间具有夹角;第一FSIW谐振器和第二FSIW谐振器的工作频段不同,第三FSIW谐振器和第四FSIW谐振器的工作频段不同,并且第一FSIW谐振器和第三FSIW谐振器的工作频段相同,第二FSIW谐振器和第四FSIW谐振器的工作频段相同;共用谐振器与天线模组电连接。[0007] 在一种可能的实施方式中,本申请提供的双极化双工基站天线,第二介质基板还包括共用电路层和多个第一金属化通孔,多个第一金属化通孔围设在共用电路层的周侧,多个第一金属化通孔与共用电路层形成共用谐振器。[0008] 在一种可能的实施方式中,本申请提供的双极化双工基站天线,第二介质基板还包括第一电路层、第二电路层、第三电路层和第四电路层;第二介质基板中还包括多个第二金属化通孔;第一电路层、第二电路层、第三电路层和第四电路层背离共用电路层的侧边均围设多个第二金属化通孔,并且均与第二金属化通孔电连接;第一电路层和围设在第一电路层侧边的多个第二金属化通孔形成第一FSIW谐振器;第二电路层和围设在第二电路层侧边的多个第二金属化通孔形成第二FSIW谐振器;第三电路层和围设在第三电路层侧边的多个第二金属化通孔形成第三FSIW谐振器;第四电路层和围设在第四电路层侧边的多个第二金属化通孔形成第四FSIW谐振器。[0009] 在一种可能的实施方式中,本申请提供的双极化双工基站天线,第二介质基板还包括第一金属线、第二金属线、第三金属线和第四金属线;第一金属线用于电连接第一电路层和共用电路层,第二金属线用于电连接第二电路层和共用电路层,第三金属线用于电连接第三电路层和共用电路层,第四金属线用于电连接第四电路层和共用电路层。[0010] 在一种可能的实施方式中,本申请提供的双极化双工基站天线,第一电路层中具有第一槽线,第二电路层中具有第二槽线,第三电路层中具有第三槽线,第四电路层中具有第四槽线;第一槽线与第二槽线的长度不同,第三槽线与第四槽线的长度不同,并且第一槽线与第三槽线的长度相同,第二槽线与所述第四槽线的长度相同。[0011] 在一种可能的实施方式中,本申请提供的双极化双工基站天线,共用电路层上具有第一连接柱,第一连接柱与天线模组电连接。[0012] 在一种可能的实施方式中,本申请提供的双极化双工基站天线,天线模组包括贴片谐振器和SIW谐振器;第一介质基板包括第一金属层和多个第三金属化通孔,第一金属层和中间金属层设置第一介质基板沿高度方向相对的两面,部分第一金属层形成贴片谐振器;第三金属化通孔、部分第一金属层和部分中间金属层形成SIW谐振器。[0013] 在一种可能的实施方式中,本申请提供的双极化双工基站天线,SIW谐振器上具有耦合窗,耦合窗用于与贴片谐振器形成耦合。[0014] 在一种可能的实施方式中,本申请提供的双极化双工基站天线,双极化双工基站天线还包括第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口和第四馈电端口,第一馈电端口与第一电路层电连接,第二馈电端口与第二电路层电连接,第三馈电端口与第三电路层电连接,第四馈电端口与第四电路层电连接。[0015] 在一种可能的实施方式中,本申请提供的双极化双工基站天线,双极化双工基站天线还包括第二金属层,第二金属层位于第二介质基板背离第一介质基板的一侧,第一金属化通孔和第二金属化通孔用于连接中间金属层和第二金属层。[0016] 本申请提供的双极化双工基站天线,通过设置第一介质基板、中间金属层和第二介质基板,第一介质基板包括天线模组;天线模组可以作为双极化双工基站天线的发射天线,第二介质基板上设置有第一FSIW谐振器、第二FSIW谐振器、第三FSIW谐振器、第四FSIW谐振器和共用谐振器;第一FSIW谐振器和第二FSIW谐振器沿第一方向相对设置以形成第一极化通道,第三FSIW谐振器和第四FSIW谐振器沿第二方向相对设置以形成第二极化通道,因此第一极化通道和第二极化通道可以实现双极化特性;第一FSIW谐振器和第二FSIW谐振器的工作频段不同,第三FSIW谐振器和第四FSIW谐振器的工作频段不同,第一FSIW谐振器和第三FSIW谐振器的工作频段相同,第二FSIW谐振器和第四FSIW谐振器的工作频段相同,以在第一极化通道和第二极化通道均实现双工效果,共用谐振器与天线模组电连接,以激励天线模组形成辐射。第一FSIW谐振器、第二FSIW谐振器、第三FSIW谐振器、第四FSIW谐振器均采用FSIW结构,使得双极化双工基站天线的馈电电路的体积较小,进而减小了双极化双工基站天线的体积;第一FSIW谐振器、第二FSIW谐振器、第三FSIW谐振器和第四FSIW谐振器均围设在共用谐振器的周侧并且均与共用谐振器电连接,使得第一极化通道和第二极化通道共用一个共用谐振器,进一步减小了双极化双工基站天线的馈电电路的体积。附图说明[0017] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。[0018] 图1为本申请实施例提供的双极化双工基站天线的结构示意图;[0019] 图2为本申请实施例提供的双极化双工基站天线的爆炸示意图;[0020] 图3为本申请实施例提供的双极化双工基站天线中第二介质基板的结构示意图;[0021] 图4为本申请实施例提供的双极化双工基站天线中第一介质基板的结构示意图;[0022] 图5为本申请实施例提供的双极化双工基站天线的S参数仿真图;[0023] 图6为本申请实施例提供的双极化双工基站天线的增益曲线仿真图;[0024] 图7为本申请实施例提供的双极化双工基站天线中第一极化通道的两个通带内的辐射方向图。[0025] 附图标记说明:[0026] 100‑双极化双工基站天线;[0027] 110‑第一介质基板;111‑天线模组;1111‑贴片谐振器;1112‑SIW谐振器;1113‑耦合窗;[0028] 112‑第一金属层;1121‑第四金属化通孔;[0029] 113‑第三金属化通孔;[0030] 120‑中间金属层;121‑第一过孔;[0031] 130‑第二介质基板;[0032] 131‑第一FSIW谐振器;131a‑第一电路层;131b‑第一金属线;131c‑第一槽线;131d‑第一馈电点;[0033] 132‑第二FSIW谐振器;132a‑第二电路层;132b‑第二金属线;132c‑第二槽线;132d‑第二馈电点;[0034] 133‑第三FSIW谐振器;133a‑第三电路层;133b‑第三金属线;133c‑第三槽线;133d‑第三馈电点;[0035] 134‑第四FSIW谐振器;134a‑第四电路层;134b‑第四金属线;134c‑第四槽线;134d‑第四馈电点;[0036] 135‑共用谐振器;1351‑第一侧边;1352‑第二侧边;1353‑第三侧边;1354‑第四侧边;135a‑共用电路层;135b‑第一连接柱;[0037] 136‑第一金属化通孔;[0038] 137‑第二金属化通孔;[0039] 140‑馈电端口;141‑第一馈电端口;142‑第二馈电端口;143‑第三馈电端口;144‑第四馈电端口;[0040] 150‑第二金属层;151‑第二过孔;[0041] X‑第一方向;[0042] Y‑第二方向;[0043] Z‑高度方向。具体实施方式[0044] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。[0045] 在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解,例如,可以使固定连接,也可以是通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。[0046] 在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。[0047] 本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。[0048] 此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或维护工具不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或维护工具固有的其它步骤或单元。[0049] 双极化双工基站天线在5G无线通信系统中发挥着重要作用,双极化双工基站天线每个频带均具有双极化特性,不仅能够启用频率复用以增强系统容量、利用极化多样性来减轻多径衰落的影响、还可以改善发射接收隔离。[0050] 传统的双工天线使用微带线设计具有双工功能的馈电电路并将其与天线部分级联,双工天线中采用了开口谐振环作为谐振器进行双工馈电网络的设计,并通过槽线耦合的形式对微带贴片天线进行馈电,实现双工天线的设计,然而传统双工天线由于馈电网络不具有正交对称性因而无法实现双极化特性。[0051] 为了实现双极化,可以额外再引入一套双工电路,总共形成两套双工电路。两套双工电路分别给两种极化方式馈电,通过改变对微带贴片天线的馈电方式实现了两种具有正交特性的馈电,分别可以激励微带贴片天线的一对简并模式(即TM01模和TM10模),从而实现了具有双极化特性的双工天线。[0052] 两套双工电路可以沿双极化双工基站天线的水平方向并排设置,这样会增加双极化双工基站天线沿水平方向的尺寸,使得双极化双工基站天线的体积较大。[0053] 两套双工电路可以沿双极化双工基站天线的高度方向层叠设置,但是这样会增加双极化双工基站天线沿高度方向的尺寸,使得双极化双工基站天线的体积仍然较大。[0054] 相关技术中,由于双极化双工基站天线使用了两套独立的双工电路给两种极化方式馈电,使得双极化双工基站天线的体积较大。[0055] 基于此,本申请提供了一种双极化双工基站天线,双极化双工基站天线的体积较小。[0056] 图1为本申请实施例提供的双极化双工基站天线的结构示意图;图2为本申请实施例提供的双极化双工基站天线的爆炸示意图;图3为本申请实施例提供的双极化双工基站天线中第二介质基板的结构示意图。[0057] 参见图1至图3所示,本申请提供的双极化双工基站天线100包括沿双极化双工基站天线100的高度方向Z依次层叠设置的第一介质基板110、中间金属层120和第二介质基板130,第一介质基板110包括天线模组111;第二介质基板130上设置有第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133、第四FSIW谐振器134和共用谐振器135;第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134围设在共用谐振器135的周侧并且均与共用谐振器135电连接;第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132沿第一方向X相对设置,第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134沿第二方向Y相对设置,其中,第一方向X与第二方向Y正交并且高度方向Z与第一方向X和第二方向Y形成的平面之间具有夹角;第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132的工作频段不同,第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134的工作频段不同,并且第一FSIW谐振器131和第三FSIW谐振器133的工作频段相同,第二FSIW谐振器132和第四FSIW谐振器134的工作频段相同;共用谐振器135与天线模组111电连接。[0058] 双极化双工基站天线100的高度方向Z即为第一介质基板110、中间金属层120和第二介质基板130层叠设置的方向,第一方向X和第二方向Y形成双极化双工基站天线100的水平面。[0059] 中间金属层120可以作为双极化双工基站天线100的中间地层。第二介质基板130和第一介质基板110位于中间金属层120相对的两侧。[0060] 请继续参见图1所示,第一介质基板110中包括天线模组111,天线模组111可以作为双极化双工基站天线100的发射天线。第二介质基板130中可以设置双极化双工基站天线100的馈电电路。[0061] 下面,对第二介质基板130中的结构进行说明。[0062] 首先,对FSIW谐振器进行说明。基片集成波导(Substrate integratedwaveguide,简称SIW)是在双面覆铜的基片上垂直加工具有周期性间隔的金属柱,再加上基片的上下金属面形成。金属柱相当于矩形波导的侧壁,而上下金属层相当于矩形波导的宽壁。金属柱阵列可以起到和金属壁类似的作用,通过金属柱限制向外辐射的电磁波,从而把电磁波限制在一定空间范围内向前传播,SIW可以代替传统的矩形金属波导或者非辐射介质波导的集成类波导结构。折叠基片集成波导(foldedSubstrate integratedwaveguide,简称FSIW)经由SIW结构中间横向折叠而来,折叠后高度变为原SIW高度的两倍,宽度为原SIW的一半。但是SIW谐振器的高度远小于馈电电路的高度,因此,使用FSIW谐振器可以使得宽度的减小量较大,而沿高度方向Z的总体尺寸相对较小,使得FSIW谐振器的体积较小。[0063] 请继续参见图2和图3所示,第二介质基板130中的谐振器均为FSIW谐振器。共用谐振器135为正方形,共用谐振器135包括第一侧边1351、第二侧边1352、第三侧边1353和第四侧边1354,第一侧边1351和第二侧边1352沿第一方向X相对,第三侧边1353和第四侧边1354沿第二方向Y相对,第一FSIW谐振器131位于第一侧边1351一侧,第二FSIW谐振器132位于第二侧边1352一侧,第三FSIW谐振器133位于第三侧边1353一侧,第四FSIW谐振器134位于第四侧边1354一侧。第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134均可以通过第二介质基板130中的引线与共用谐振器135电连接。[0064] 共用谐振器135与天线模组111可以通过双极化双工基站天线100的内部引线电连接。[0065] 下面,对双极化双工基站天线100的工作过程进行说明。第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132沿第一方向X相对设置以形成第一极化通道,电信号分别进入第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132,激励起第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132上的TM11模,然后传输到共用谐振器135,激励起共用谐振器135上的TM10,信号继续传输至天线模组111,天线模组111上的TM01模激励起来,最终形成辐射。[0066] 第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134沿第二方向Y相对设置以形成第二极化通道,第二极化通道激励天线模组111形成辐射的过程和第一极化通道激励天线模组111形成辐射的过程类似,此处不在一一赘述。第二极化通道激励起共用谐振器135上的TM01模。TM10模和TM01模具有正交对称性和隔离性,因此第一极化通道和第二极化通道可以实现双极化特性。[0067] 第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132的工作频段不同,例如,第一FSIW谐振器131的工作频段为3.47GHz‑3.56GHz,第二FSIW谐振器132的工作频段可以为3.21GHz‑3.28GHz,第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132可以实现双工的效果。第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134的工作频率不同,第一FSIW谐振器131和第三FSIW谐振器133的工作频段相同,第二FSIW谐振器132和第四FSIW谐振器134的工作频段相同;例如,第三FSIW谐振器133的工作频段为3.47GHz‑3.56GHz,第四FSIW谐振器134的工作频段可以为3.21GHz‑3.28GHz,第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134可以实现双工的效果。因此,第一极化通道和第二极化通道可以实现双工效果。[0068] 由此,双极化双工基站天线100可以在两个频段实现高增益和相似的辐射波束,有利于改善无线通信系统的信号覆盖问题。[0069] 通过使第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133、第四FSIW谐振器134均采用FSIW结构,使得第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133、第四FSIW谐振器134的体积均较小;第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133、第四FSIW谐振器134均围设在共用谐振器135周侧使得双极化双工基站天线100的馈电电路的结构紧凑,由此,双极化双工基站天线100的馈电电路的体积较小,进而减小了双极化双工基站天线100的体积。[0070] 第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133、第四FSIW谐振器134均与共用谐振器135电连接,使得第一极化通道和第二极化通道共用一个共用谐振器135,进一步减小了双极化双工基站天线100的馈电电路的体积。[0071] 本申请实施例提供的双极化双工基站天线100通过设置第一介质基板110、中间金属层120和第二介质基板130,第一介质基板110包括天线模组111;天线模组111可以作为双极化双工基站天线100的发射天线,第二介质基板130上设置有第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133、第四FSIW谐振器134和共用谐振器135;第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132沿第一方向X相对设置以形成第一极化通道,第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134沿第二方向Y相对设置以形成第二极化通道,因此第一极化通道和第二极化通道可以实现双极化特性;第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132的工作频段不同,第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134的工作频段不同,并且第一FSIW谐振器131和第三FSIW谐振器133的工作频段相同,第二FSIW谐振器132和第四FSIW谐振器134的工作频段相同,以在第一极化通道和第二极化通道均实现双工效果,共用谐振器135与天线模组111电连接,以激励天线模组111形成辐射。第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134均采用FSIW结构,使得双极化双工基站天线100的馈电电路的体积较小,进而减小了双极化双工基站天线100的体积;第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134均围设在共用谐振器135的周侧并且均与共用谐振器135电连接,使得第一极化通道和第二极化通道共用一个共用谐振器135,进一步减小了双极化双工基站天线100的馈电电路的体积。[0072] 请继续参见图2和图3所示,第二介质基板130还包括共用电路层135a和多个第一金属化通孔136,多个第一金属化通孔136围设在共用电路层135a的周侧,多个第一金属化通孔136与共用电路层135a形成共用谐振器135。[0073] 共用电路层135a可以为第二介质基板130中的矩形铜层,第一金属化通孔136围设在共用电路层135a的周侧,多个第一金属化通孔136与共用电路层135a形成共用谐振器135。共用谐振器135的结构简单并且容易加工。需要说明的是,第一金属化通孔136与共用电路层135a的侧边不接触。[0074] 请继续参见图2和图3所示,第二介质基板130还包括第一电路层131a、第二电路层132a、第三电路层133a和第四电路层134a;第二介质基板130中还包括多个第二金属化通孔137;第一电路层131a、第二电路层132a、第三电路层133a和第四电路层134a背离共用电路层135a的侧边均围设多个第二金属化通孔137,并且均与第二金属化通孔137电连接;第一电路层131a和围设在第一电路层131a侧边的多个第二金属化通孔137形成第一FSIW谐振器131;第二电路层132a和围设在第二电路层132a侧边的多个第二金属化通孔137形成第二FSIW谐振器132;第三电路层133a和围设在第三电路层133a侧边的多个第二金属化通孔137形成第三FSIW谐振器133;第四电路层134a和围设在第四电路层134a侧边的多个第二金属化通孔137形成第四FSIW谐振器134。[0075] 第一电路层131a、第二电路层132a、第三电路层133a和第四电路层134a均为第二介质基板130中的矩形铜层。第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133、第四FSIW谐振器134和共用谐振器135形成对称的图形,使得双极化双工基站天线100的馈电电路结构简单、排布整齐并且易于加工。需要说明的是,第一FSIW谐振器131、第二FSIW谐振器132、第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134均与围设在各自的侧边的金属化通孔137电连接。[0076] 请继续参见图2和图3所示,第二介质基板130还包括第一金属线131b、第二金属线132b、第三金属线133b和第四金属线134b;第一金属线131b用于电连接第一电路层131a和共用电路层135a,第二金属线132b用于电连接第二电路层132a和共用电路层135a,第三金属线133b用于电连接第三电路层133a和共用电路层135a,第四金属线134b用于电连接第四电路层134a和共用电路层135a。[0077] 第一金属线131b、第二金属线132b、第三金属线133b和第四金属线134b为第二介质基板130的内部走线。第一金属线131b、第二金属线132b、第三金属线133b和第四金属线134b的设置方式相同,以第一金属线131b为例进行说明。[0078] 具体的,第一金属线131b的一端与第一电路层131a电连接,第一金属线131b的另一端穿过相邻的两个第一金属化通孔136之间的间隙,以与共用电路层135a电连接,从而通过第一金属线131b即可电连接第一电路层131a和共用电路层135a。第一金属线131b所占据的空间较小,可以避免设置第一金属线131b额外的增加双极化双工基站天线100的体积。[0079] 请继续参见图2和图3所示,第一电路层131a中具有第一槽线131c,第二电路层132a中具有第二槽线132c,第三电路层133a中具有第三槽线133c,第四电路层134a中具有第四槽线134c;第一槽线131c与第二槽线132c的长度不同,第三槽线133c与第四槽线134c的长度不同,第一槽线131c与第三槽线133c的长度相同,第二槽线132c与第四槽线134c的长度相同。[0080] 在第一电路层131a、第二电路层132a、第三电路层133a和第四电路层134a中加工槽线,可以改变电流在第一电路层131a、第二电路层132a、第三电路层133a和第四电路层134a上的流动路径的长度,从而改变天线模组111的工作频段。[0081] 由于第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132需要激励两个不同的工作频段,第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134需要激励两个不同的工作频段因此,第一槽线131c与第二槽线132c的长度不同,第三槽线133c与第四槽线134c的长度不同。[0082] 在图2和图3所示的实施例中,第一槽线131c的长度小于第二槽线132c的长度,由此电流在第一电路层131a中的流动路径长度小于电流在第二电路层132a中的流动路径的长度,使得第一FSIW谐振器131的工作频段大于第二FSIW谐振器132的工作频段。通过在第一电路层131a和第二电路层132a中设置长度不同的第一槽线131c和第二槽线132c,即可实现第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132的不同工作频段,使得第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132的双工效果的实现较为简单。[0083] 第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134的双工效果的实现与第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132的双工效果的实现过程相同,此处不在一一赘述。[0084] 在其他实施方式中,还可以通过使第一电路层131a和第二电路层132a的面积不同来实现第一FSIW谐振器131和第二FSIW谐振器132的不同工作频段,还可以通过使第三电路层133a和第四电路层134a的面积不同来实现第三FSIW谐振器133和第四FSIW谐振器134的不同工作频段。[0085] 请继续参见图1至3所示,共用电路层135a上具有第一连接柱135b,第一连接柱135b与天线模组111电连接。[0086] 第一连接柱135b的一端与共用电路层135a连接,第一连接柱135b的一端的另一端延伸穿过中间金属层120和第一介质基板110以与天线模组111电连接,从而激励天线模组111形成辐射。通过第一连接柱135b电连接共用电路层135a和天线模组111,使得共用电路层135a和天线模组111电连接简单可靠。[0087] 需要说明的是,需要在中间金属层120中设置第一过孔121,过孔121的孔径大于第一连接柱135b的直径,避免第一连接柱135b与过孔121接触。[0088] 下面,对天线模组111的具体结构进行说明。[0089] 图4为本申请实施例提供的双极化双工基站天线中第一介质基板的结构示意图。[0090] 参见图1、图2和图4所示,天线模组111包括贴片谐振器1111和SIW谐振器1112;第一介质基板110包括第一金属层112和多个第三金属化通孔113,第一金属层112和中间金属层120设置第一介质基板110沿高度方向Z相对的两面,部分第一金属层112形成贴片谐振器1111;第三金属化通孔113、部分第一金属层112和部分中间金属层120形成SIW谐振器1112。[0091] 第一金属层112覆盖在第一介质基板110的上表面,部分第一金属层112用于形成贴片谐振器1111,贴片谐振器1111可以为矩形结构,也可以为圆形,本申请实施例中,贴片谐振器1111为矩形结构。[0092] 第三金属化通孔113在第一介质基板110中沿高度方向Z延伸,第三金属化通孔113的一端与第一金属层112电连接,第三金属化通孔113的另一端与中间金属层120电连接。第一金属层112、第三金属化通孔113和中间金属层120围设成SIW谐振器1112。通过使部分第一金属层112形成贴片谐振器1111,并且使第三金属化通孔113、部分第一金属层112和部分中间金属层120形成SIW谐振器1112,使得天线模组111的加工过程简单并且成本较低。[0093] SIW谐振器1112与贴片谐振器1111形成双模谐振,可以有效拓展天线模组111的带宽,使得双极化双工基站天线100两个频段的选择具有更大的余地。[0094] 需要说明的是,第一金属层112上具有第四金属化通孔1121,第四金属化通孔1121的直径可以小于第一连接柱135b,第四金属化通孔1121插设在第一连接柱135b中,以将天线模组111与共用谐振器135电连接。[0095] 请继续参见图2和图4所示,SIW谐振器1112上具有耦合窗1113,耦合窗1113用于与贴片谐振器1111形成耦合。[0096] 具体的,两个相邻的第三金属化通孔113之间的间隙可以设置的较大,这个两个相邻的第三金属化通孔113之间的间隙可以形成耦合窗1113,每个耦合窗1113的大小可以相同。[0097] 信号从共用谐振器135进入SIW谐振器1112,SIW谐振器1112的TM12模被激励起来并且通过SIW谐振器1112边缘的耦合窗1113将贴片谐振器1111上的TM01模激励起来,最终形成辐射。[0098] 请继续参见图1至图3所示,双极化双工基站天线100还包括多个馈电端口140,在图2和图3中示出了四个馈电端口140,这个四个馈电端口140分别为第一馈电端口141、第二馈电端口142、第三馈电端口143和第四馈电端口144,第一馈电端口141与第一电路层131a电连接,第二馈电端口142与第二电路层132a电连接,第三馈电端口143与第三电路层133a电连接,第四馈电端口144与第四电路层134a电连接。[0099] 第一电路层131a上具有第一馈电点131d,第二电路层132a上具有第二馈电点132d,第三电路层133a上具有第三馈电点133d,第四电路层134a上具有第四馈电点134d。[0100] 第一馈电端口141、第二馈电端口142、第三馈电端口143和第四馈电端口144的设置方式相同,以第一馈电端口141为例进行说明。[0101] 第一馈电端口141的一端与第一馈电点131d电连接,第一馈电端口141的另一端将供电电源电连接,以通过第一馈电端口141给第一电路层131a馈电。[0102] 请继续参见图1和图2所示,双极化双工基站天线100还包括第二金属层150,第二金属层150位于第二介质基板130背离第一介质基板110的一侧,第一金属化通孔136和第二金属化通孔137用于连接中间金属层120和第二金属层150。[0103] 第二金属层150为地层,第一金属化通孔136和第二金属化通孔137电连接中间金属层120和第二金属层150,以使中间金属层120接地。[0104] 需要说明的是,第二金属层150中设置有多个第二过孔151,第二过孔151的孔径大于第一馈电端口141、第二馈电端口142、第三馈电端口143和第四馈电端口144的直径,以避免第一馈电端口141、第二馈电端口142、第三馈电端口143和第四馈电端口144与第二金属层150接触。[0105] 下面对本申请实施例提供的双极化双工基站天线的性能进行说明。[0106] 图5为本申请实施例提供的双极化双工基站天线的S参数仿真图;图6为本申请实施例提供的双极化双工基站天线的增益曲线仿真图。[0107] 参见图5和图6所示,双极化双工基站天线100的两个工作频段分别为3.21GHz‑3.28GHz和3.47GHz‑3.56GHz,两个工作频段的中心频率分别为3.25GHz和3.52GHz,3.21GHz‑3.28GHz频段的10dB带宽为2.2%,3.47GHz‑3.56GHz频段的10dB带宽为2.6%,单个极化通道的两个频段之间的隔离大于15dB,两个极化通道之间的隔离大于25dB,工作频带内的最大增益分别为7.8dBi和8.2dBi,两个频段在彼此带内的增益被抑制到了‑5dBi。[0108] 图7为本申请实施例提供的双极化双工基站天线中第一极化通道的两个通带内的辐射方向图。[0109] 参见图7所示,第一极化通道的两个通带内天线的最大辐射方向保持一致,并且天线的交叉极化水平低于‑30dB,第二极化通道的辐射方向图与第一极化通道的辐射方向图一致,此处不在一一赘述。[0110] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

专利地区:江苏

专利申请日期:2024-03-27

专利公开日期:2024-09-03

专利公告号:CN118156796B


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