[发明专利]一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线

说明书

本发明公开了一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线，包括金属地板、介质基板、短路金属柱以及馈电结构；介质基板设置于金属地板上方；介质基板的上表面设有四个金属耦合贴片；介质基板的下表面设有四个波长弯折形偶极子臂，四个波长弯折形偶极子臂的位置与四个金属耦合贴片一一对应，且每个金属耦合贴片向下的投影区域需覆盖波长弯折形偶极子臂的折弯区域；短路金属柱为四个，每个短路金属柱的下端均与所述金属地板连接，每个短路金属柱的上端分别与各自对应的金属耦合贴片相连；馈电结构用于将微波信号传输至四个波长弯折形偶极子臂上。该天线解决了传输损耗问题以及天线极化类型单一，工作带宽较窄，不宜作为基站天线的问题。

技术领域

本发明属于超宽带天线技术领域，涉及一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线。

背景技术

基站天线是无线通信系统的接收和发射最前端。随着无线通信系统对其天线的要求越来越高，天线单元的设计向小型化、低剖面和宽带化方向发展。并且随着各类通信设备的集成化发展趋势，射频前端的电磁环境变得更加恶劣，不同天线间的耦合成为不得不考虑的棘手问题。尤其是在4G向5G基站天线过度的过程中，不同频段的天线单元会较为紧密地排列，天线间的电磁互耦极大地影响了不同单元间的隔离度与天线的辐射方向图。因此，天线在工作频带外的辐射抑制特性也成为评估天线性能好坏的重要指标。而在一般的双极化天线设计中，大都只考虑了天线在工作频带内的辐射特性，很少会考虑天线在工作频带外的辐射抑制特性。因此需要设计出具有增益滤波特性的双极化天线才能满足现在及未来基站系统对于射频前端的需求。

在现有针对滤波天线的设计中，大都是在天线的馈线中引入滤波器结构，通过滤波器与天线辐射体的级联来获得天线辐射增益的滤波效果。

例如，中国专利，公开号：CN206225549U提供的《一种基于波导结构的角锥喇叭滤波天线》，其滤波功能是由多级矩形微波谐振腔来实现的，天线作为最后一级来实现电磁能量的辐射。在该专利中，天线的工作带宽较窄，在该专利的具体实施方式中记载天线的相对带宽仅为2.4％，且极化方式较为单一。

中国专利，公开号：CN108258405B中提供的《一种方向图可重构滤波天线》，其本质是平面微带滤波器。通过控制馈线上的枝节、多模谐振器与馈线和天线间的耦合来实现滤波功能并控制辐射方向图。在该专利的具体实施方式中记载，该天线工作在5.2GHZ时，阻抗带宽为25％。在另外一部分天线的设计中，采用了馈线的滤波结构与天线本身的带阻特性相结合来获得天线整体的滤波效果。

中国专利，公开号：CN109904613B中提供的《一种应用于5G sub 6G基站系统的差分双频双极化天线》，其本质是在馈线上引入带阻枝节，并通过天线本身产生的双频带之间的辐射零点来形成双频双极化滤波效果。但是，馈线的引入使得天线整体插入损耗变大，不利于天线的有效辐射。

中国专利，公开号：CN111293413B中提供的《基于交叉耦合结构的紧凑型宽带滤波天线》，通过分别控制馈线上的枝节、地板开槽与U形耦合贴片来实现天线的辐射零点，进而获得增益滤波效果。但是在该专利的具体实施方式中记载，该天线相对工作带宽仅为20.6％，同时极化形式较为单一。

由此可见，在以上几种天线均存在通过在馈线中引入类似滤波器结构的方式使得天线本身的尺寸有所增大，并且不可避免地引入了传输损耗，且大部分天线极化类型单一，工作带宽较窄，综合来看不宜作为基站天线的优选方案。为了进一步地提高滤波天线的辐射效率，需要设计自身具有滤波功能的宽带双极化天线来应对4G/5G无线通信应用中对于天线带外抑制特性的要求。

发明内容

为了解决现有天线均存在通过在馈线中引入类似滤波器结构的方式使得天线本身的尺寸有所增大，并且不可避免地引入了传输损耗，且天线极化类型单一，工作带宽较窄，不宜作为基站天线的问题，本发明提供了一种应用于4G/5G混合式基站系统的宽带双极化滤波天线。

为了实现以上目的，本发明提出以下方案：