[发明专利]一种宽频段双极化低剖面复合式无线通信基站阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信基站阵列天线。具体说是一种宽频段、双极化、低剖面无线通信基站阵列天线。

背景技术

无线通信基站阵列天线需要满足特定的技术规范、如宽频带、高效率、低剖面、轻重量等。对于大型无线局域网(WLAN)阵列基站天线而言，为了实现双极化和宽频带、往往会采用结构复杂的宽带双极化辐射单元，所有阵列单元为同一种形式的阵列单元；如果要对阵列天线进行波束赋形处理，则馈电网络会采用并馈或者并馈和串馈混合的复合式馈电方式。同时为了进行阻抗匹配，一般还会在馈电网络上加上匹配网络，这样必将导致整个阵列天线结构复杂、甚至是多层结构、导致损耗增加、可靠性降低、成本增加。如何简化双极化、赋形波束WLAN基站阵列天线结构，降低馈电损耗、降低天线的制造成本和提高阵列天线的可靠性是无线通信基站阵列天线设计中面临的一个技术难题。

发明内容

本发明所要解决的问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提出了一种宽频段双极化低剖面复合式无线通信基站阵列天线，具有宽的阻抗特性，可以双极化工作、剖面低、具有赋形的波束形状。结构简单、成本低廉、增益高等优点。

本发明宽频段双极化低剖面复合式无线通信基站阵列天线(简称本天线)，包括：多种形式的双极化阵列单元；混合式阵列单元馈电方法；复合式馈电网络；基于传输线理论的阵列单元功率分配及阻抗匹配方法。其特征是：所述阵列单元为四种形式的角馈双极化辐射贴片单元组成的复合式阵列天线；第1种形式的贴片为开槽加载方形贴片、第2种形式的贴片为开槽及尾部矩形加载方形贴片、第3种形式的贴片为开槽及两端加载方形贴片、第4种形式的贴片为开槽及输入端锥形加载方形贴片；在阵列单元的馈电方式上采用了混合式馈电方法，部分阵列单元采用直接馈电的方式，其他阵列单元采用耦合馈电方式；整个整列分成多个串馈子阵列，再采用串、并馈方法组成的复合式馈电网络对每个子阵列进行馈电；在馈电传输线上利用传输线理论采用改变传输线特性阻抗的方法，即在传输线上增加调谐带的方法改变阵列单元的输入阻抗进行阵列单元的功率分配及阻抗匹配设计。

本发明具有宽的阻抗特性，阻抗带宽可以达到23％(以驻波比小于1.5衡量)，方向图带宽可以达到17％。可以同时以正负45度线极化方式工作、波束可以随需要进行赋形设计，可以实现低副瓣、高增益的特征。同时结构简单，只需在一块印刷板上即可以完成整个天线的制作。具有制造成本低廉、可靠性高的特点。天线高度只为中心频率的0.06波长。具有剖面低的特点，适合安装在不同的场合。利用该阵列天线可以进一步提高整个无线通信系统的性能。

附图说明

图1是本发明的阵列天线的整体结构图，其中：(a)是阵列单元俯视图，(b)是阵列单元侧视图。图中1是第1种形式的角馈双极化辐射贴片、2是第2种形式的角馈双极化辐射贴片、3是第3种形式的角馈双极化辐射贴片、4是第4种形式的角馈双极化辐射贴片。5是印刷层、6是印刷板的接地面、7是空气层、8是介质材料、9是印刷层的馈电传输线、10是激励端口。

图2是测量的整个频带内的驻波比图。

图3是测量的阵列天线方位面和附仰面的辐射方向图。其中：(a)是5100MHz频点对应的阵列天线的方位面和附仰面的辐射方向图。(b)是5450MHz频点对应的阵列天线的方位面和附仰面的辐射方向图。(c)是5900MHz频点对应的阵列天线的方位面和附仰面的辐射方向图。

具体实施方式

下面通过附图1对本发明及其优点作进一步说明。

对照图1，本阵列天线印刷在环氧基板上，上面层是印刷的阵列单元及馈电网络，下面是聚四氟乙烯介质基片，紧接着是空气层，最底下是印刷的接地面层。介质基片为空气和聚四氟乙烯介质基片组成的复合式介质基板。阵列单元为四种形式的角馈双极化辐射贴片。共40个阵列单元，一半单元采用直接馈电的方式，另一半阵列单元(图中浅色单元)采用耦合馈电的方式，通过调整耦合缝隙的大小可以调节每个阵列单元分配的信号的幅度及相位值，从而达到波束赋形的目的。同时也通过调节每个阵列单元连接的传输线上的调谐块改变每个阵列单元的输入阻抗，从而达到对每个阵列单元进行功率的幅度和相位调节的目的。总个阵列天线分成16个串馈子阵列。通过串并混合馈电方式将所有的子阵列组合成一个总体。通过调节输入端口和阵列单元之间传输线上调节块的大小及尺寸可以实现在输入口的阻抗匹配。

如图2所示，测量的天线驻波比在整个频带内小于1.5，具有宽频带的特性。同时所有的制造在一块介质基板上完成，增加了系统的可靠性。双极化工作使一幅天线具有两幅天线的功能。降低了成本。测量的辐射方向图如图3所示。从中可以看出其副瓣电平小于-12dB、整个带宽内的天线平均天线增益约为20.5dBi，说明天线效率合理。上述测试结果说明了阵列天线设计的有效性。