本发明涉及一种移动通信基站天线技术， 特别涉及一种宽带双极化四 叶草平面天线。 背景技术

随着移动通信技术的飞速发展， 相继出现了使用不同频段的移动通信 系统， 现阶段在中国就有 2G、 3G、 LTE(4G)系统， 其中 2G系统使用频段 1710-1850MHz, 包括 GSM1800等系统， 3G系统使用频段 1880-2170MHz, 包括中国电信的 cdma2000系统、 中国移动的 TD-SCDMA系统以及中国联通 的 WCDMA系统， 随着 2.3GHz频段 （ 2300-2400MHz ) 和 2.6GHz频段 ( 2500-2690MHz )被划分为 LTE ( 4G )频段， 中国的无线通信系统目前已 覆盖 1710-2690MHz频段。 因此， 新设计安装的基站天线要求带宽需完全覆 盖 1710-2690MHz以同时支持不同的移动通信系统。 且由于使用无线移动月良 务的用户呈现爆发式增长， 通信系统不断扩容， 扩展频段已经不能满足要 求。 双极化天线运用极化分集、 频率复用等技术， 有效提高通信系统的容 量， 在基站天线中获得了广泛应用。 因此能同时支持 2G、 3G、 LTE系统的 宽带双极化移动通信基站天线具有十分重要的 实用价值和市场价值。

目前， 双极化基站天线主要有二种， 分别是贴片天线和振子天线。 贴 片天线一般为多层结构， 馈电方式复杂； 振子天线一般是十字交叉的直立 振子， 也有正交放置 （非十字交叉） 的直立振子， 多为立体结构， 所占辐 射面积较大。 贴片天线为实现双极化， 馈电结构本身已比较复杂， 而贴片 天线一般带宽较窄， 为获得大带宽和高隔离需要对馈电结构做改进 ， 馈电 方式变得更复杂。 振子天线一般由辐射臂和支撑结构构成， 其馈电一般都 需要复杂的巴伦结构， 有同轴巴伦、 集成巴伦等形式， 巴伦结构一般设置 在支撑结构部分。 贴片天线和振子天线都存在结构复杂、 不利于大规模制 造的缺点， 且它们中的大多数都不具有完全支持 2G、 3G、 LTE(4G)系统的 带宽， 或者方向图等性能不够理想。 发明内容

有鉴于此， 本发明实施例希望提供一种宽带双极化四叶草 平面天线， 使得天线性能更加优异、 结构简单、 便于制造。

本发明实施例通过下述技术方案实现：

一种宽带双极化四叶草平面天线， 包括天线辐射单元、 反射板、 第一 馈线和第二馈线， 所述天线辐射单元通过支撑结构固定在反射板 的上方， 其中， 所述天线辐射单元为平面结构， 所述天线辐射单元具有四叶草振子 和介质基板， 所述四叶草振子包括 +45。 极化四叶草振子和 -45。 极化四叶 草振子， 所述四叶草振子包括辐射臂和微带线， 所述辐射臂为四叶草形辐 射臂， 所述辐射臂包括第一辐射臂和第二辐射臂； 所述 +45。 极化四叶草振 子和 _45。 极化四叶草振子中心十字交叉蚀刻于介质基板 上； 所述 +45。 极 化四叶草振子和 _45。极化四叶草振子不连接；所述 +45。极化四叶草振子的第 一辐射臂与 +45。极化四叶草振子的微带线连接， 蚀刻于介质基板的正面， 所述 +45。极化四叶草振子的第二辐射臂蚀刻于介质 基板的背面 , 所逑 45。极 化四叶草振子的第一辐射臂与 45。极化四叶草振子的微带线连接， 蚀刻于介 质基板的背面， 所逑 45。极化四叶草振子的第二辐射臂蚀刻于介质� ��板的正 面； 所述第一馈线与 +45。极化四叶草振子的微带线相连， 所述第二馈线与 -45。极化四叶草振子的微带线相连。

优选地， 本发明实施例的宽带双极化四叶草平面天线用 一个辐射单元 实现了 45。双极化， 所述天线辐射单元是轴对称结构， 所述天线辐射单元 具有对称轴， 所述对称轴穿过天线辐射单元的中心， 所述对称轴包括 +45。 对称轴和 -45。对称轴， 位于 +45。对称轴上的一对（即： 两个）四叶草形辐射 臂和位于该轴上的微带线一起构成 +45。极化四叶草振子， 所述 +45。极化四 叶草振子用于实现 +45。极化；位于 -45。对称轴上的一对四叶草形辐射臂和位 于该轴上的微带线构成 -45。极化四叶草振子， 所述 -45。极化四叶草振子用于 实现 -45°极化； 所述 +45°极化和 -45° 极化之间的极化隔离可达 30dB。

优选地， 所述辐射单元的辐射臂优选四叶草结构， 四叶草形辐射臂有 助于天线获取宽带和良好的辐射特性。 所述四叶草结构可分解为一个梯形 结构和半个椭圆形结构， 椭圆形结构优选圆形结构， 梯形结构优选等腰梯 形结构， 辐射臂长0.15人0 ~ 0.35人0。 任何改变梯形或者椭圆形的变形， 其 基本形式都仍可被看作四叶草形。

优选地， 所述天线的一种极化的四叶草振子被激励时， 另一极化的四 叶草振子的辐射臂被用作天线的寄生单元， 通过耦合增强天线带宽， 当

+45。 极化四叶草振子被激励时， -45。 极化四叶草振子成为寄生单元； 当 -45。 极化四叶草振子被激励时， +45。 极化四叶草振子成为寄生单元； 相 邻的两个所述辐射臂的梯形斜边之间的夹角越 小， 耦合越强烈， 相邻辐射 臂边缘的梯形斜边之间的夹角范围为 0° ~ 40。 。

优选地， 所述馈电结构十分简单， 所述四叶草振子用一段微带线馈电， 所述微带线的特性阻抗在 40 ~ 60 Ω之间， 所述微带线的长度范围为 0 ~ 0.2 λ ΐ , 其中， λ 1为介质基板内频率 2.2GHz所对应的波长。

优选地， 所述支撑结构为绝缘支撑结构， 所述绝缘支撑结构的高度取 决于天线辐射体距离反射板的高度， 高度范围为 0.1 λ 0 ~ 0.5 λ 0, 其中， λ 0为自由空间频率 2.2GHz对应的波长。 所述绝缘支撑结构为塑料棒或木棒。

优选地， 所述天线的反射板为带侧边的结构， 反射板的二侧向上弯折 形成侧边结构， 所述反射板底面为长方形平板， 在所述底板的二个长边各 有一个向上弯折的侧边结构， 侧边结构分为斜边和竖边二部分， 斜边的弯 折角度优选 45°, 弯折角度的范围为 0-90° , 长度优选 10mm, 竖边垂直于底 板， 长度优选 5mm, 斜边和竖边长度范围 lmm。

本发明实施例的工作原理： 用一个天线辐射单元就实现了 45。双极化， 全平面结构； 体积小， 宽度仅 135mm; 具有可覆盖 1710-2690MHz的宽频带 和 30dB的高隔离度； 由于天线结构对称， 二种极化方式下的辐射方向图高 度一致， 且获得了高增益、 高极化比和高前后比特性； 该宽带双极化四叶 草平面天线可完全支持 2G、 3G、 LTE ( 4G ) 系统。

采用本发明实施例， 相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、 45。双极化四叶草平面天线由 +45。极化四叶草振子和 -45。极化四叶草 振子构成， 每个极化的四叶草振子包括四叶草形辐射臂和 微带线； 天线的 辐射单元蚀刻在一块介质基板上， 具有全平面的简单结构， 制作简便。

2、 天线的辐射臂采用四叶草形辐射臂， 有利于天线获得宽带和稳定的 辐射性能； 当所属天线辐射单元的一种极化的四叶草振子 被激励时， 另一 极化的四叶草振子的辐射臂被用作天线的寄生 单元， 通过耦合增强天线带 宽； 用微带线给四叶草振子馈电， 不用宽带巴伦等复杂馈电结构就能获得 带宽性能， 完全覆盖 1710-2690MHz。

3、 天线仅用一个辐射单元就实现了 ± 45。双极化， 结构紧凑小巧， 宽 度仅 135mm, 小于 150mm的行业标准。 该天线采用带有侧边的反射板， 辐 射方向图稳定， 通过对反射板的设计实现了 65 5°的水平面半功率波束宽 度， 同时确保高增益和高前后比性能。

4、 在组成基站天线阵列时， 单元间距可达最高频率的一个波长而在高 频不出现栅瓣， 垂直面方向图稳定。

5、 结构新颖， 辐射单元呈现四叶草形， 结构简单且全平面； 组成部件 少， 便于加工成型； 且具有宽频带、 高隔离度、 辐射方向图稳定、 高增益、 高极化比和高前后比的特性。 附图说明

图 1是本宽带双极化四叶草平面天线的三维结构� �。

图 2是本宽带双极化四叶草平面天线的正视图。

图 3是本宽带双极化四叶草平面天线的前视剖面� �。

图 4是本宽带双极化四叶草平面天线的左视剖面� �。

图 5是本宽带双极化四叶草平面天线的带宽实测� �果图。

图 1 ~ 5中的附图标记说明如下：

1、 天线辐射单元； 2、 反射板； 3A、 第一馈线； 3B、 第二馈线 4、 支撑 结构； 5A、 +45。 极化四叶草振子第一辐射臂； 5B、 +45。 极化四叶草振子 第二辐射臂； 5C、 -45。 极化四叶草振子第一辐射臂； 5D、 -45。 极化四叶 草振子第二辐射臂； 6A、 +45。 极化四叶草振子馈电微带线； 6B、 -45。 极 化四叶草振子馈电微带线； 7、 介质基板； 8、 非金属化通孔； 9、 金属化过 孔； 10、 侧边。 具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细 的描述， 但本发明的实 施方式不限于此。

实施例

如图 1所示， 本发明实施例的宽带双极化四叶草平面天线包 括辐射单元 1 , 反射板 2, 馈线 3和支撑结构 4。 天线辐射单元 1通过支撑结构 4固定于反 射板 2的正上方， 巨离 36mm。

图 2为宽带双极化四叶草平面天线辐射单元正面� �视图， 辐射单元 1包 括四个辐射臂 5A-5D和微带线 6A、 6B , 辐射臂 5A-5D和微带线 6A、 6B蚀刻 于同一块介质基板 7上； 介质基板 7采用高频板材 RO4350B , 厚度 0.76mm, 相对介电常数 3.48, 辐射臂 5A、 5D蚀刻于介质基板的上表面， 辐射臂 5B、 5C蚀刻于介质基板的下表面， 微带线 6A蚀刻于介质基板的上表面， 微带线 6B蚀刻在介质基板的下表面。 辐射臂 5A、 辐射臂 5B和微带线 6A构成 +45° 极化四叶草振子， 辐射臂 5A为 +45。 极化四叶草振子的第一辐射臂， 辐射臂 5B为 +45。 极化四叶草振子的第二辐射臂； 辐射臂 5C、 辐射臂 5D和馈电微 带线 6B构成 -45。 极化四叶草振子， 辐射臂 5C为- 45。 极化四叶草振子的第 一辐射臂， 辐射臂 5D为- 45。 极化四叶草振子的第二辐射臂。

辐射臂 5A-5D的形状与四叶草形状十分相似，四个辐射� ��构成了一个四 叶草。 辐射臂由一个等腰梯形和按长轴拆分的半个椭 圆组成， 等腰梯形的 上底与馈电微带线宽度相同为 1.6mm, 高 16.2mm, 下底宽 32.35mm, 两 腰与底边的夹角为 46.5°, 优选采用特殊椭圆——圆形， 其直径为 32.35 mm, 与梯形的底边长度相同， 辐射臂总长 32.4mm。

本发明实施例用一个辐射单元就实现了 45。双极化， 当一种极化的四叶 草振子被激励时， 另一极化的四叶草振子的辐射臂被用作天线的 寄生单元， 通过相邻辐射臂之间的耦合增强天线带宽， 比如辐射臂 5A与 5D, 辐射臂 5D 与 5B , 辐射臂 5B与 5C, 辐射臂 5C与 5A之间的耦合， 相邻辐射臂之间的夹角 越小， 耦合越强， 夹角大小保持在 0 ~ 40。范围内。 微带线 6A、 6B相互正交， 分别用以给 +/-45。极化四叶草振子馈电， 微带线的宽度为 1.6mm, 对应的特 征阻抗 50Ω,馈电微带线的长度都为 5mm。 辐射臂之间的耦合作用以及微带 线耦合馈电， 使得天线具有可完全覆盖 1710-2690MHz的带宽， 同时， 当一 种极化的四叶草振子被激励时， 在另一种极化的四叶草振子的馈电端口的 耦合电流很小， 因此获得 30dB的高隔离度。

如图 3和图 4所示， 用二根馈线 3A、 3B分别给 +45。 极化四叶草振子和 -45。 极化四叶草振子进行馈电， 馈线可以是软同轴或硬同轴等， 本实例采 用软同轴， 对于 +45。 极化四叶草振子， 其第二辐射臂 5B上设有一个非金属 化通孔 8, 第一馈线 3A的内芯穿过非金属化通孔 8与微带线 6A;t早接， 第一馈 线 3A的外导体与 +45。 极化四叶草振子的第二辐射臂 5B焊接， 对于 -45。 极 化四叶草振子，其第二辐射臂 5D上设有一个金属化过孔 9,第二馈线 3B的内 芯与微带线 6B焊接， 第二馈线 3B的外导体穿入金属化过孔 9, 与辐射臂 5D 焊接， 该天线仅需二个焊点， 有利于天线获得好的交调性能。

反射板 2采用带侧边 10的结构， 所述侧边凸出反射板表面， 反射板 2长 度为 200mm, 总宽度为 135mm, 反射板 2可采用铝板、 铜板等板材， 反射板 2的底板保留平板的宽度为 120mm, 二侧边向上弯折二次， 第一次弯折角度 为 135° , 弯折部分的长度为 10mm, 第二次弯折角度为 135° , 弯折部分的 长度为 5mm。

如图 5是本实施例实测所得天线带宽， 由此图得出结论， 本发明的宽带 双极化四叶草平面天线具有 1.7-2.7GHz的带宽， 回波损耗达 -15dB, 可完全 覆盖 1710-2690MHz频段， 并且在该宽带上， 极化隔离度在 30dB以上。

本发明实施例仅用一个辐射单元就可以实现 45。双极化， 所需排布空间 小， 有利于基站天线小型化。 在组成基站天线阵列时， 辐射单元之间的间 距可达到 110mm ( λ2 , λ 2为自由空间频率 2.7GHz所对应的波长）， 而高频 段不出现栅瓣， 二种极化方式下， 水平面、 垂直面辐射方向图在 1710-2690MHz频段上稳定； 8单元均勾直线阵增益可高达 17dBi , 增益在 1710-2690MHz频段变化不超过 2dB。

本发明实施例具有全平面的简单结构， 体积小、 制作简单、 带宽大、 隔离度高、 辐射方向图稳定、 增益高的特点， 十分合适用作移动通信基站 天线。

上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上 述实施例的限制， 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下 所作的改 变、 修饰、 替代、 组合、 简化， 均应为等效的置换方式， 都包含在本发明 的保护范围之内。 工业实用性

本发明实施例用一个天线辐射单元就实现了 45°双极化， 全平面结构； 体积小， 宽度仅 135mm; 具有可覆盖 1710-2690MHz的宽频带和 30dB的高隔 离度； 由于天线结构对称， 二种极化方式下的辐射方向图高度一致， 且获 得了高增益特性； 该宽带双极化四叶草平面天线可完全支持 2G、 3G、 LTE ( 4G ) 系统， 具有全平面的简单结构， 体积小、 制作简单、 带宽大、 隔离 度高、 辐射方向图稳定、 增益高的特点。