一种加载超表面结构的双频共口径基站天线的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种加载超表面结构的双频共口径基站天线。


背景技术：

2.天线作为通信系统中必不可少的重要组件，其性能对于整个通信系统的质量起到了决定性的作用。为了满足应对通信流量的巨大需求，需要在原先的基础上铺设更多的基站，缩小每个基站之间的距离，达到覆盖区域更大以及增大数据容量的目的。随着5g时代的到来，为了开辟新的频段的同时也不浪费以往的移动通信频段，双频基站天线应运而生。
3.目前为了节省空间，双频基站天线通常采用共口径结构，由低频天线和多个高频天线共同组成阵列单元，以达到小型化的目的。为了减小多径损耗，常用的双频基站天线，主要采用交叉极化天线作为阵列单元，在收发双工的模式下，利用+45
°
和-45
°
两副极化方向相互正交的天线并同时工作，既节省了基站天线单元数量同时对于整个基站天线尺寸实现了小型化的效果。常见的交叉极化天线通常采用两个电偶极子交叉放置，在原有的偶极子谐振点的基础上，通过两个偶极子之间形成的缝隙又增加了一个谐振点，以实现了宽带的同时也满足了较高的交叉极化比的要求。
4.目前双频共口径基站天线通常可以分为堆叠结构，嵌套结构，交错结构。堆叠结构是将尺寸较大的低频天线放置在系统的底部，将高频天线放置在低频天线的上端，同时在两者之间加载频率选择表面，以实现较高隔离度的效能。嵌套结构是指将低频天线设计成碗装结构，同时将一个高频单元放置在低频天线的中央，以实现嵌套的效果，使得低频天线对于高频天线几乎没有遮挡效果。大部分双频共口径都是采用交错结构，将高频天线放置在下方，将低频天线放置在阵列的中央，在低频天线的偶极子臂上加载电磁透明结构，使得其对于高频天线的遮挡效应降低至最低。
5.然而目前常用的堆叠结构双频共口径基站天线，由于是将低频天线放置在下方而将高频天线放置在低频天线的上方，从而导致整个天线系统的剖面较高，不满足现代基站尺寸小型化的趋势。目前常用的嵌套结构双频共口径基站天线，由于天线是由一个低频天线和一个高频天线组成，使得高频天线的数量不够，增益满足不了要求，同时低频天线通常采用全金属结构，制作相对困难，相比于pcb印刷不够灵活。目前常用的交错结构双频共口径基站天线，由于低频天线放置在高频天线上方，无法完全消除其对于高频天线的遮挡作用，会对高频天线的增益带来损耗，同时也会一定程度恶化高频天线工作时的辐射性能。
6.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，解决了现有双频共口径基站天线存在的不足。
8.本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，它包括金属地板，在距离金属地板四分之一高频波长的位置设置有高频天线，高频天线与y型耦合馈电结构的一端连接，y型耦合馈电结构的另一端通过第一高频馈电端口和第二高频馈电端口与金属地板连接，实现高频天线的馈电；在距离金属地板四分之一低频波长的位置设置有低频天线，低频天线与г型巴伦馈电结构的一端连接，г型巴伦馈电结构的另一端通过第一低频馈电端口和第二低频馈电端口与金属地板连接，实现低频天线的馈电；在低频天线的同一水平面上设置有正方形超表面结构，正方形超表面结构的大小完全覆盖低频天线和高频天线。
9.所述高频天线包括多个呈阵列排布的高频交叉偶极子单元，每个高频交叉偶极子单元通过y型耦合馈电结构馈电到金属地板上的第一高频馈电端口和第二高频馈电端口，在y型耦合馈电结构的四周设置有封闭的金属墙。
10.在第一高频馈电端口和第二高频馈电端口的四周金属地板上设置有多圈的螺旋线槽，通过螺旋线槽减小高频天线和低频天线之间的互耦效应。
11.所述高频交叉偶极子单元由两个正交放置的高频偶极子天线组成，每个高频偶极子天线包括两个高频天线偶极子臂，高频偶极子天线通过y型耦合馈电结构馈电到金属地板上的第一高频馈电端口或第二高频馈电端口。
12.所述低频天线一个低频交叉偶极子单元，低频交叉偶极子单元由两个正交放置的低频偶极子天线组成，低频偶极子天线通过г型巴伦馈电结构馈电到金属地板上的通过第一低频馈电端口或第二低频馈电端口。
13.所述低频偶极子天线包括两个低频天线偶极子臂，在所述低频天线偶极子臂的四周加载有螺旋线充当电感，实现低通效应。
14.所述超表面结构包括与低频天线共用的pcb板，在pcb板上设置有多个正方形超表面，每个高频交叉偶极子单元的正上方均设置有四个中心对称的正方形超表面形成超表面结构阵列。
15.本发明具有以下优点：一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，利用在与低频天线同一水平高度加载的超表面结构，提高了原有基站天线高频段的辐射性能，实现了高增益以及较高的交叉极化比；所有的双极化天线的偶极子臂和交叉偶极子之间的间隙各自形成了一个谐振点，通过匹配结构形成了宽带定向辐射；在低频天线的偶极子臂上加载具有电感效应的螺旋线，实现低通效果，降低了低频天线对于高频辐射的散射效果；在高频天线的馈电金属地板上开一些螺旋线形式的槽用以减小低频与高频天线之间的互耦效应，改善低频天线的辐射方向图；使用pcb基板的设计，加工较为方便，且误差较小。
附图说明
16.图1为本发明的三维结构示意图；图2为本发明的俯视图；图3为本发明的侧视图；图中：1-第一高频馈电端口，2-第二高频馈电端口，3-高频交叉偶极子单元，4-低频交叉偶极子单元，5-y型耦合馈电结构，6-г型巴伦馈电结构，7-高频偶极子天线，8-低频
偶极子天线，9-螺旋线槽，10-金属墙，11-超表面结构，12-高频天线偶极子臂，13-低频天线偶极子臂，14-螺旋线，15-金属地板，16-正方形超表面，17-第一低频馈电端口，18-第二低频馈电端口。
具体实施方式
17.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的保护范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
18.本发明具体涉及一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，通过在2
×
2的高频阵列的上方添加低频天线，同时在低频天线的同一高度上加载具有增强增益改善辐射性能的超表面结构。在不改变低频天线性能的前提下，使得整个阵列的性能得到提升。天线所使用的基板全都为fr4材料基板，基板上印刷的金属材料为铜，地板使用的是铝板，馈电为连接有50欧姆的半刚性同轴线的sma（3.5mm）。天线的设计频段为低频（0.7 ghz
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0.96ghz）和高频（1.7 ghz
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2.7ghz）。
19.如图1和图2所示，它包括金属地板15，为达到扩大带宽的目的，在距离金属地板15四分之一高频波长的位置设置有高频天线，高频天线与y型耦合馈电结构5的一端连接，y型耦合馈电结构5的另一端通过第一高频馈电端口1和第二高频馈电端口2与金属地板15连接，实现高频天线的馈电；高频天线包括四个呈阵列排布的高频交叉偶极子单元3，每个高频交叉偶极子单元3通过y型耦合馈电结构5馈电到金属地板15上的第一高频馈电端口1和第二高频馈电端口2，在y型耦合馈电结构5的四周设置有封闭的金属墙10。
20.在第一高频馈电端口1和第二高频馈电端口2的四周金属地板15上设置有多圈的螺旋线槽9，通过螺旋线槽9减小高频天线和低频天线之间的互耦效应。
21.高频交叉偶极子单元3由两个正交放置的高频偶极子天线7组成，每个高频偶极子天线7包括两个高频天线偶极子臂12，高频偶极子天线7通过y型耦合馈电结构5馈电到金属地板15上的第一高频馈电端口1或第二高频馈电端口2。将高频偶极子天线7的全向方向图反射为朝着+z方向进行定向辐射。
22.如图3所示，在距离金属地板15四分之一低频波长的位置设置有低频天线，低频天线与г型巴伦馈电结构6的一端连接，г型巴伦馈电结构6的另一端通过第一低频馈电端口17和第二低频馈电端口18与金属地板15连接，实现低频天线的馈电；在低频天线的同一水平面上设置有正方形超表面结构11，正方形超表面结构11的大小完全覆盖低频天线和高频天线，超表面结构11由正正方形超表面16以及pcb板组成，其与低频天线印制在同一张pcb板上，并由г型巴伦馈电结构6支撑，通过超表面结构11将高频辐射对其的反射波与天线系统其余部分产生的散射波相互抵消，将原本被散射电流影响的高频辐射方向图进行改善，同时也改善了辐射性能。
23.通过将超表面结构11与低频天线印制在同一张pcb板上切完全覆盖下方的高频天线，使得每一个高频交叉偶极子单元3上方都有四个中心对称的超表面单元阵列，通过调节大小将其与低频天线调整到同一高度，可以在同一张板子上加工，不会使结构加工麻烦，同时由于超表面结构11的存在使得高频天线的增益，具有一定程度上的提升。
24.低频天线一个低频交叉偶极子单元4，低频交叉偶极子单元4由两个正交放置的低频偶极子天线8组成，低频偶极子天线8通过г型巴伦馈电结构6馈电到金属地板15上的通过第一低频馈电端口17或第二低频馈电端口18。
25.低频偶极子天线8包括两个低频天线偶极子臂13，在所述低频天线偶极子臂13的四周加载有螺旋线14充当电感，实现低通效应，得高频天线在工作时，低频天线的散射影响降低到最低。
26.高频天线和低频天线均设置在距离金属地板15自身频率的四分之一波长位置，而因为高频天线中心频率较高，波长较小，所以距离地面较低。低频天线中心频率较低，波长较长，所以距离地面高，因此距离地板四分之一波长可以利用地面的反射，假如有一个镜像天线与实际天线相对于地板对称，之间相差二分之一波长，但是横向电流的镜像反向，所以在远场方向图同向叠加，以实现定向辐射。
27.金属地板15作为高频天线和低频天线的共同地板，并使整个天线阵列工作时，最大辐射方向朝向正z轴方向。交叉偶极子的作用是产生天线z方向的辐射，形成正交线极化辐射。通过г型巴伦馈电结构6激励交叉偶极子的两个极化，提升双极化偶极子的阻抗带宽，本发明设计成г型为了调节阻抗匹配，实现增大宽带的效果以及支撑基板的效果。
28.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，其特征在于：它包括金属地板（15），在距离金属地板（15）四分之一高频波长的位置设置有高频天线，高频天线与y型耦合馈电结构（5）的一端连接，y型耦合馈电结构（5）的另一端通过第一高频馈电端口（1）和第二高频馈电端口（2）与金属地板（15）连接，实现高频天线的馈电；在距离金属地板（15）四分之一低频波长的位置设置有低频天线，低频天线与г型巴伦馈电结构（6）的一端连接，г型巴伦馈电结构（6）的另一端通过第一低频馈电端口（17）和第二低频馈电端口（18）与金属地板（15）连接，实现低频天线的馈电；在低频天线的同一水平面上设置有正方形超表面结构（11），正方形超表面结构（11）的大小完全覆盖低频天线和高频天线。2.根据权利要求1所述的一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，其特征在于：所述高频天线包括多个呈阵列排布的高频交叉偶极子单元（3），每个高频交叉偶极子单元（3）通过y型耦合馈电结构（5）馈电到金属地板（15）上的第一高频馈电端口（1）和第二高频馈电端口（2），在y型耦合馈电结构（5）的四周设置有封闭的金属墙（10）。3.根据权利要求2所述的一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，其特征在于：在第一高频馈电端口（1）和第二高频馈电端口（2）的四周金属地板（15）上设置有多圈的螺旋线槽（9），通过螺旋线槽（9）减小高频天线和低频天线之间的互耦效应。4.根据权利要求2所述的一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，其特征在于：所述高频交叉偶极子单元（3）由两个正交放置的高频偶极子天线（7）组成，每个高频偶极子天线（7）包括两个高频天线偶极子臂（12），高频偶极子天线（7）通过y型耦合馈电结构（5）馈电到金属地板（15）上的第一高频馈电端口（1）或第二高频馈电端口（2）。5.根据权利要求1所述的一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，其特征在于：所述低频天线一个低频交叉偶极子单元（4），低频交叉偶极子单元（4）由两个正交放置的低频偶极子天线（8）组成，低频偶极子天线（8）通过г型巴伦馈电结构（6）馈电到金属地板（15）上的通过第一低频馈电端口（17）或第二低频馈电端口（18）。6.根据权利要求5所述的一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，其特征在于：所述低频偶极子天线（8）包括两个低频天线偶极子臂（13），在所述低频天线偶极子臂（13）的四周加载有螺旋线（14）充当电感，实现低通效应。7.根据权利要求2所述的一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，其特征在于：所述超表面结构（11）包括与低频天线共用的pcb板，在pcb板上设置有多个正方形超表面（16），每个高频交叉偶极子单元（3）的正上方均设置有四个中心对称的正方形超表面（16）形成超表面结构阵列。

技术总结
本发明涉及一种加载超表面结构的双频共口径基站天线，属于通信技术领域，它包括金属地板，在距离金属地板四分之一高频波长的位置设置有高频天线，高频天线通过Y型耦合馈电结构与第一高频馈电端口和第二高频馈电端口连接，实现高频天线的馈电；在距离金属地板四分之一低频波长的位置设置有低频天线，低频天线通过Г型巴伦馈电结构与第一低频馈电端口和第二低频馈电端口连接，实现低频天线的馈电；在低频天线的同一水平面上设置有正方形超表面结构，正方形超表面结构的大小完全覆盖低频天线和高频天线。本发明利用在与低频天线同一水平高度加载的超表面结构，提高了原有基站天线高频段的辐射性能，实现了高增益以及较高的交叉极化比。交叉极化比。交叉极化比。


技术研发人员：黄春生 董元旦 范羽飞 黄常浩
受保护的技术使用者：微网优联科技（成都）有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/8/6