双极化滤波天线和通信设备转让专利
申请号 : CN202010527119.X
文献号 : CN111430885B
文献日 : 2020-10-09
发明人 : 章秀银 , 王继文 , 杨圣杰 , 曹云飞 , 徐金旭
申请人 : 华南理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种双极化滤波天线,其特征在于,包括:
辐射贴片;
第一水平介质基板,包括第一板面和相对于所述第一板面的第二板面;所述第一板面设有辐射贴片;所述第一水平介质基板还包括中心对称设置在所述辐射贴片的边缘区域的第一连接槽、第二连接槽、第三连接槽和第四连接槽;
第二水平介质基板,与所述第一水平介质基板间隔设置;所述第二水平介质基板包括朝向所述第二板面的第三板面、相对于所述第三板面的第四板面和贯穿所述第二水平介质基板的镂空区域;所述第二水平介质基板还包括对应所述第一水平介质基板上各连接槽设置的第五连接槽、第六连接槽、第七连接槽和第八连接槽;
电容加载贴片,环绕所述镂空区域设置在所述第三板面上;所述电容加载贴片的外围轮廓与所述辐射贴片的外围轮廓相同;所述辐射贴片的中心、所述第一水平介质基板的中心、所述第二水平介质基板的中心和所述电容加载贴片的中心位于同一直线上;
电容连接单元,包括第一电容连接线、第二电容连接线、第三电容连接线和第四电容连接线;所述第一电容连接线、所述第二电容连接线、所述第三电容连接线和所述第四电容连接线均通过相应的连接槽分别电连接所述辐射贴片和所述电容加载贴片。
2.根据权利要求1所述的双极化滤波天线,其特征在于,还包括:
第三水平介质基板,包括远离所述第二水平介质基板的第五板面;
反射层,设于所述第五板面上;
第四水平介质基板,包括朝向所述第五板面的第六板面和相对于所述第六板面的第七板面;
馈电网络,包括设于所述第六板面上的第一功分器,和设于所述第七板面上的第二功分器;所述第一功分器和所述第二功分器均电连接所述反射层;
设于所述第二板面和所述第五板面之间的巴伦结构单元,用于将能量传递至所述辐射贴片;所述巴伦结构单元包括呈正负45度对称的第一馈电巴伦和第二馈电巴伦;所述第一馈电巴伦包括电连接所述第一功分器的第一传导结构;所述第二馈电巴伦包括电连接所述第二功分器的第二传导结构。
3.根据权利要求2所述的双极化滤波天线,其特征在于,所述第一馈电巴伦还包括第一垂直介质基板;所述第一传导结构包括均设于所述第一垂直介质基板上的第一寄生枝节对、第二寄生枝节对和馈电枝节对;
所述第一寄生枝节对包括第一枝节和第二枝节;所述第一枝节和所述第二枝节以所述第一垂直介质基板的中心线为对称线呈左右对称;所述第一枝节呈“Г”型结构;
所述第二寄生枝节对包括第三枝节和第四枝节;所述第三枝节和所述第四枝节以所述第一垂直介质基板的中心线为对称线呈左右对称;所述第三枝节呈“7”型结构,且设置在所述第一枝节的下方;
所述馈电枝节对包括第一馈电线和第二馈电线;所述第一馈电线和所述第二馈电线沿所述第一垂直介质基板的宽度方向贯穿所述第一垂直介质基板,且以所述第一垂直介质基板的中心线为对称线呈左右对称;所述第一馈电线分别电连接所述第一枝节、所述第三枝节和所述第一功分器;所述第二馈电线分别电连接所述第二枝节、所述第四枝节和所述第二功分器。
4.根据权利要求3所述的双极化滤波天线,其特征在于,所述第三水平介质基板还包括第一安装槽和第二安装槽;所述第一垂直介质基板包括第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第一突出部和第二突出部;
所述第一凹槽用于容纳所述第一水平介质基板;所述第二凹槽和所述第三凹槽用于容纳所述电容加载贴片;所述第一突出部和所述第一安装槽嵌套设置;所述第二突出部和所述第二安装槽嵌套设置。
5.根据权利要求3所述的双极化滤波天线,其特征在于,所述第二馈电巴伦还包括第二垂直介质基板;所述第二垂直介质基板包括第四凹槽、第五凹槽和第六凹槽;所述第四凹槽用于容纳所述第一水平介质基板;所述第五凹槽和所述第六凹槽用于容纳所述电容加载贴片。
6.根据权利要求2所述的双极化滤波天线,其特征在于,所述第三水平介质基板开设有通孔;
所述第一传导结构依次穿过所述镂空区域和所述通孔电连接所述第一功分器;所述第二传导结构依次穿过所述镂空区域和所述通孔电连接所述第二功分器。
7.根据权利要求1至6任一项所述的双极化滤波天线,其特征在于,所述第一连接槽、所述第二连接槽、所述第三连接槽和所述第四连接槽分别贴设于所述辐射贴片的四边的中点处;
所述第五连接槽、所述第六连接槽、所述第七连接槽和所述第八连接槽分别设于所述电容加载贴片的四边的中点处。
8.根据权利要求1至6任一项所述的双极化滤波天线,其特征在于,所述辐射贴片为矩形贴片;所述电容加载贴片为方形环状贴片。
9.根据权利要求1至6任一项所述的双极化滤波天线,其特征在于,第一电容连接线、第二电容连接线、第三电容连接线和所述第四电容连接线均呈“I”型结构。
10.一种通信设备,其特征在于,包括如权利要求1至9任一项所述的双极化滤波天线。
说明书 :
双极化滤波天线和通信设备
技术领域
背景技术
言,无线基站的能量损耗大大增加。为减少基站的能量损耗,需要从各个层面来降低能量的
损失,对于双极化天线单元来说,就必须具备较优的极化隔离和高滚降特性。
构,从而在原本的天线馈电结构上实现馈电与滤波零点,以完成滤波要求;(3)添加辐射或
者非辐射寄生结构使天线的辐射产生滤波效果,这一类滤波天线不需要额外滤波电路,并
且能够大大减小传输损耗,减少通带内的能量损耗,符合5G无线通信的要求,同时还有利于
小型化、集成化的实现。
发明内容
第二连接槽、第三连接槽和第四连接槽;
第二水平介质基板还包括对应第一水平介质基板上各连接槽设置的第五连接槽、第六连接
槽、第七连接槽和第八连接槽;
中心和电容加载贴片的中心位于同一直线上;
应的连接槽分别电连接辐射贴片和电容加载贴片。
接第一功分器的第一传导结构;第二馈电巴伦包括电连接第二功分器的第二传导结构。
左右对称;第一馈电线分别电连接第一枝节、第三枝节和第一功分器;第二馈电线分别电连
接第二枝节、第四枝节和第二功分器。
第六凹槽用于容纳电容加载贴片。
中心对称设置在辐射贴片的边缘区域的第一连接槽、第二连接槽、第三连接槽和第四连接
槽;第二水平介质基板,与第一水平介质基板间隔设置;第二水平介质基板包括朝向第二板
面的第三板面、相对于第三板面的第四板面和贯穿第二水平介质基板的镂空区域;第二水
平介质基板还包括对应第一水平介质基板上各连接槽设置的第五连接槽、第六连接槽、第
七连接槽和第八连接槽;电容加载贴片,环绕镂空区域设置在第三板面上;电容加载贴片的
外围轮廓与辐射贴片的外围轮廓相同;辐射贴片的中心、第一水平介质基板的中心、第二水
平介质基板的中心和电容加载贴片的中心位于同一直线上;电容连接单元,包括第一电容
连接线、第二电容连接线、第三电容连接线和第四电容连接线;第一电容连接线、第二电容
连接线、第三电容连接线和第四电容连接线均通过相应的连接槽分别电连接辐射贴片和电
容加载贴片,从而可以在不对辐射体进行挖槽等操作的前提下,实现水平面尺寸小型化,并
形成滤波零点,进而可在实现高滚降的同时,还具备较好的带外抑制。
附图说明
第八连接槽,350;第四安装槽,360;电容加载贴片,40;第一电容连接线,410;第三垂直介质
基板,412;第四垂直介质基板,422;第五垂直介质基板,432;第六垂直介质基板,442;第一
安装槽,512;第二安装槽,514;尼龙螺丝固定孔,516;通孔,518;第五安装槽,710;第一功分
器,810;第一功分器馈电端口,812;第二功分器,820;第二功分器馈电端口,822;第一枝节,
912;第二枝节,914;第三枝节,916;第四枝节,918;第一馈电线,920;第二馈电线,922;第一
垂直介质基板,960;第一凹槽,962;第二凹槽,964;第三凹槽,966;第一突出部,968;第二突
出部,970;巴伦安装槽,972;同轴线凹槽,974;第二垂直介质基板,980;第四凹槽,982;第五
凹槽,984;第六凹槽,986。
具体实施方式
明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不
违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
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发明的限制。
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三
个等,除非另有明确具体的限定。
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直”、“水平”、
“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
槽210、第二连接槽220、第三连接槽230和第四连接槽240;
310;第二水平介质基板还包括对应第一水平介质基板上各连接槽设置的第五连接槽320、
第六连接槽330、第七连接槽340和第八连接槽350;
介质基板的中心和电容加载贴片40的中心位于同一直线上;
均通过相应的连接槽分别电连接辐射贴片10和电容加载贴片40。
辐射臂成中心对称分布。
二水平介质基板的形状之间并无必然联系,例如,当第一水平介质基板的形状为矩形时,第
二水平介质基板的形状可以为矩形或者圆形。
有第一连接槽210、第二连接槽220、第三连接槽230和第四连接槽240,第一连接槽210、第二
连接槽220、第三连接槽230和第四连接槽240均贯穿第一水平介质基板,并呈中心对称分
布,例如当辐射贴片10为矩形贴片时,连接槽可以分别设置在辐射贴片10的四个角。
面的镂空区域310。电容加载贴片40为环状贴片,并环绕镂空区域310地设置在第三板面。进
一步地,电容加载贴片40可以贴合镂空区域310,也即电容加载贴片40与镂空区域310之间
的最短距离可以小于或等于设定值,例如,最短距离可为0。
长相同。
340、第八连接槽350均贯穿第二水平介质基板并呈中心对称分布,还与第一连接槽210、第
二连接槽220、第三连接槽230和第四连接槽240一一对应。
二电容连接线、第三电容连接线和第四电容连接线,其中,第一电容连接线410的一端通过
第一连接槽210电连接辐射贴片10,第一电容连接线410的另一端通过第五连接槽320电连
接电容加载贴片40。第二电容连接线的一端通过第二连接槽220电连接辐射贴片10,第二电
容连接线的另一端通过第六连接槽330电连接电容加载贴片40。第三电容连接线的一端通
过第三连接槽230电连接辐射贴片10,第三电容连接线的另一端通过第七连接槽340电连接
电容加载贴片40。第四电容连接线的一端通过第四连接槽240电连接辐射贴片10,第四电容
连接线的另一端通过第八连接槽350电连接电容加载贴片40。
中心、电容加载贴片40的中心和第二水平介质基板的中心可以位于同一直线上,电容加载
贴片40可以位于辐射贴片10的正下方,从而可进行差分馈电,在保证极化隔离性能较好的
基础上,同时实现高滚降特性、较好的带外抑制和较宽的阻带。
直介质基板432和设置有第四电容连接线的第六垂直介质基板442。第三垂直介质基板412、
第四垂直介质基板422、第五垂直介质基板432和第六垂直介质基板442可以为长条状介质
板。
提下,实现水平面尺寸小型化,并形成滤波零点,进而可在实现高滚降的同时,还具备较好
的带外抑制。
连接第一功分器810的第一传导结构;第二馈电巴伦包括电连接第二功分器820的第二传导
结构。
直线上,从而可实现阻抗S11匹配。同时,各水平介质基板的形状并无必然联系。
七板面,第六板面朝向第三水平介质基板,第七板面和第六板面相对。
可如图2所示,包括第一功分器馈电端口812,第二功分器馈电端口822。
第二馈电巴伦之间呈正负45度对称,即呈“X”型交叉设置。进一步地,第一馈电巴伦的一端
和第二馈电巴伦的一端可以贴合第二板面,第一馈电巴伦的另一端和第二馈电巴伦的另一
端可以贴合第三板面。第一馈电巴伦的固定结构和/或第二馈电巴伦的固定结构,例如突出
部、卡接部等,可以设于第三水平介质基板上。
第一功分器810电连接反射层;第二传导结构电连接第二功分器820,第二功分器820电连接
反射层。在一个示例中,第一功分器810和第二功分器820均可以是0度至180度等幅功分器。
芯的另一端连接第二功分器820。短同轴线的外导体可分别电连接功分器的地和反射层。
第三水平介质基板和第二水平介质基板之间的距离越小,小型化程度越高,匹配带宽越窄。
现小型化设计的同时,减少设备在辐射天线上的能量损耗,降低设备的运营成本。同时,还
采用差分馈电功分器实现馈电网络,从而可以实现较好的极化隔离效果,在2.5GHz到6GHz
的频段内,阻抗S12均小于-35dB(分贝)。
第一枝节912的下方;
板960的中心线为对称线呈左右对称;第一馈电线920分别电连接第一枝节912、第三枝节
916和第一功分器810;第二馈电线922分别电连接第二枝节914、第四枝节918和第二功分器
820。
912和第二枝节914,第二寄生枝节对包括第三枝节916和第四枝节918,馈电枝节包括第一
馈电线920和第二馈电线922。其中,第一枝节912和第二枝节914以第一垂直介质基板960的
中心线为对称线左右对称分布在第一垂直介质基板960上,第三枝节916和第四枝节918以
第一垂直介质基板960的中心线为对称线左右对称分布在第一垂直介质基板960上,第一馈
电线920和第二馈电线922以第一垂直介质基板960的中心线为对称线左右对称分布在第一
垂直介质基板960上。
960的中心线向左水平延伸,水平延伸末端朝下弯折90度。第三枝节916呈“7”型结构,即第
三枝节916靠近第一垂直介质基板960的中心线,并以平行于该中心线的方向从下往上延
伸,延伸末端做朝左弯折90度,第三枝节916靠近反射层。
中心线的部分和第三枝节916垂直中心线的部分。第一馈电线920向上到达第二板面,且与
辐射贴片10无接触。
图4所示。第二馈电线922分别电连接第二枝节914、第四枝节918和第二功分器820。
谐振,并得到另一滤波零点,从而可通过第一寄生枝节对和第二寄生枝节对产生3个分别位
于通带左右两端的滤波零点,进一步地提高带外抑制性能。
突出部970;
514嵌套设置。
于容纳电容加载片。第一突出部968和第一安装槽512嵌套设置,第二突出部970和第二安装
槽514嵌套设置,从而可使得第一馈电巴伦嵌入地板,并以第一突出部968和第二突出部970
作为安装固定点。
974,用于嵌入向上馈电的同轴线内芯。
五安装槽710。第一凹槽962左右两旁的突起卡接在第三安装槽250上,第一突出部968通过
第四安装槽360、第一安装槽512进行安装,第二突出部970通过第四安装槽360安装槽和第
二安装槽514进行安装,从而可进一步固定馈电巴伦。
板;第五凹槽984和第六凹槽986用于容纳电容加载贴片40。
第二馈电枝节对,其中,第三寄生枝节对的结构和第一寄生枝节对的结构相同,第四寄生枝
节对和第二寄生枝节对的结构相同,第二馈电枝节对的结构和第一馈电枝节对的结构相
同。第二馈电枝节对中的馈电线电连接第二功分器820。
于容纳电容加载片。第二垂直介质基板980还可以包括巴伦安装槽972,设置在第二垂直介
质基板980的中心线上,用于与第一馈电巴伦进行交叉安装。第二垂直介质巴伦还可包括同
轴线凹槽974,用于嵌入向上馈电的同轴线内芯。
第一寄生枝节对、第二寄生枝节对和第一馈电枝节对均从电容加载贴片40的内部穿过。类
似的,第二传导结构的一端接触第二板面,另一端依次穿过镂空区域310和通孔518来与第
二功分器820进行电连接,即第三寄生枝节对、第四寄生枝节对和第二馈电枝节对均从电容
加载贴片40的内部穿过。
六连接槽330、第七连接槽340和第八连接槽350紧贴电容加载贴片40,且分别设置在电容加
载贴片40各边的中点位置。
和第六垂直介质基板442的结构可相同。
的连接槽上。第一电容连接线410设置在第三垂直介质基板412上,并且为“I”型结构,第一
电容连接线410上下方横线可以用做焊盘,分别电连接辐射贴片10和电容加载贴片40。
和第四水平介质基板的结构依次设置。其中,第一水平介质基板的结构可如图5所示,第二
水平介质基板的结构可如图6所示,馈电巴伦的结构可如图3所示,第三水平介质基板的结
构可如图4所示,第四水平介质基板的结构可如图2所示,电容连接线的结构可如图7所示。
基板432和第六垂直介质基板442,使得各垂直介质基板能够从上向下在连接槽中穿过。第
一水平介质基板上设有4个长条形的第三安装槽250,用于使馈电巴伦向上突起的部分穿
过,以进行连接。
槽360用于与馈电巴伦进行嵌套。本申请中,天线辐射体水平尺寸为22平方毫米,并实现了
一种紧凑型双极化滤波5G-SUB6GHZ天线。
3.3GHz至4.0GHz,S11均小于-15dB,S12小于-35dB,工作频段内增益约为9dBi。通带两侧具
有高滚降滤波特性,实现了0Hz至3.1GHz超过17dB的带外抑制,4.3GHz至6GHz超过16.2dB的
带外抑制。
方位角theta结果图,天线前向辐射交叉极化比良好,能够满足基站天线的要求。
例如可以为基站等。进一步地,根据应用场景和实现功能的不同,通信设备还可包括相应的
信号处理电路,例如滤波电路、功率放大电路等。
化。
在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护
范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。