[发明专利]基于金属腔体和寄生偶极子的宽频带宽波束双极化天线

说明书

本发明公开一种基于金属腔体和寄生偶极子的宽频带宽波束双极化天线，包括带凹槽的腔体1、圆形介质基板2、梯形偶极子辐射单元3、寄生偶极子4、同轴电缆5、支撑柱61。带凹槽的腔体1内部从上到下依次为梯形偶极子辐射单元3、圆形介质基板2、寄生偶极子4、同轴电缆5和支撑柱61。本发明天线中带凹槽腔体1的侧壁被耦合起垂直电流，显著的展宽了天线的方向图波束宽度，实现了宽波束覆盖。本发明天线中的寄生偶极子4被主要辐射单元耦合激励出新的谐振点，该谐振点的出现展宽了天线的阻抗带宽，使得本发明天线的阻抗带宽可完全覆盖5G的n77、n78、n79频段。上述两个优点使得本发明天线可用于第五代(5G)移动通信系统。

技术领域

本发明属于天线技术领域，更进一步涉及双极化天线中的一种基于金属腔体和寄生偶极子的宽频带宽波束双极化天线。本发明可用于第五代(5G)移动通信系统中作为基站天线使用。

背景技术

为了满足第五代(5G)移动通信系统日益增长的需求，天线作为5G通信系统的关键部件之一，对其性能的要求也在不断提高。应用于5G通信系统的天线应具有提供大系统容量的双极化特性，用于更快的传输速率的宽频带特性和用于实现更远距离的通信、更宽覆盖区域的宽波束特性等。目前，关于宽频带双极化天线和宽波束天线方面的专利和论文非常多，从采取的技术路线来看，这两种天线一般较为广泛的采用的形式为偶极子天线和贴片天线。

广东通宇通讯股份有限公司在其申请的专利文献“一种宽频带宽波束双极化天线单元”(专利申请号：201010581043.5，申请公布号：CN 102025023 A)中公开了一种采取正交偶极子形式的宽带宽波束双极化天线。该天线使用两组正交的偶极子辐射单元形成双极化，每组偶极子辐射单元包括一对呈中心对称设置的U型辐射臂，所述U型辐射臂均设置在与其对应的巴伦上。该天线能够覆盖0.78GHz-0.98GHz频段，获得了86°的波束宽度。该天线存在的不足之处是，采用U型辐射臂的偶极子实现的工作频段并不能覆盖5G通信系统的工作频段，虽然该天线采用U型辐射臂实现了86°的波束宽度，但是仍然达不到5G通信系统的应用需求。

Yijing He,and Yue Li在其发表的论文“Dual-Polarized Microstrip AntennasWith Capacitive via Fence for Wide Beamwidth and High Isolation”(IEEEtransactions on antennas and propagation,2020)中提出了一款电容栅加载的双极化天线。天线采用两个馈电端口实现双极化辐射特性，并通过在辐射贴片与地面之间增加电容性盲孔栅栏，使场集中在栅栏和地面之间，实现了双极化天线宽波束辐射特性。该天线存在的不足之处是，虽然双极化天线可以通过加载电容栅展宽天线的波束宽度，但是该天线宽波束特性的阻抗带宽并不能覆盖5G的n77、n78、n79通信频段。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种基于金属腔体和寄生偶极子的宽频带宽波束双极化天线，解决现有的双极化天线阻抗带宽不能完全覆盖5G的n77、n78、n79通信频段的问题和现有的双极化天线在工作频率范围内的波束宽度覆盖达不到5G通信系统的应用需求的问题。

为了实现上述目的，本发明的思路是，本发明通过加载带凹槽的腔体获得宽波束辐射特性。当侧壁上刻蚀凹槽后，带凹槽的腔体上产生垂直的耦合电流，电流路径被延长，垂直的耦合电流增加了低仰角的电场，在天线的低仰角处辐射能量增强，增益提高，天线的波束宽度被展宽。由此，本发明解决了现有的双极化天线在工作频率范围内的波束宽度覆盖达不到5G通信系统的应用需求的问题。本发明通过在圆形介质基板的下表面加载寄生偶极子，因此梯形偶极子辐射单元会在寄生偶极子上激励出新的谐振点，而该谐振点的出现则会在原有带宽的基础上进一步的将阻抗带宽拓展，使得本发明具有宽频带特性。据此，本发明解决了现有的双极化天线阻抗带宽不能完全覆盖5G的n77、n78、n79通信频段的问题。