本實用新型屬于無線通信領域，具體涉及一種寬帶雙極化天線陣列。

背景技術：

隨著移動通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展，系統(tǒng)的復雜度越來越高，天線作為其重要組成部分也面臨著嚴峻的考驗。目前，天線正朝著寬頻帶、小型化、高效率的方向發(fā)展。如何設計出高性能、低成本的天線，也已經成為天線設計者的重要研究方向。近年來，由于雙極化天線自身特有的優(yōu)點，能接收電磁波中全部極化信息。因其具有強抗干擾、高的系統(tǒng)靈敏度和能構成變極化系統(tǒng)等能力，進而，獲得了科研人員的廣泛關注。此外，由于雙極化天線在同一帶寬內能發(fā)射兩種信號，并同時工作在收發(fā)雙工模式下，可以節(jié)省單個定向基站的天線數量，因此，雙極化天線已經成為移動基站設計中的優(yōu)選天線。然而，以陣列形式出現的基站天線所占體積較大，這勢必給安裝固定帶來一定的難度，同時會不可避免的造成視覺污染，因此，天線的寬帶化、小型化已經成為天線領域內一項重要的研究課題。

技術實現要素：

本實用新型目的在于解決現有技術存在的不足，提供一種小型寬帶雙極化天線陣列。與傳統(tǒng)陣列盡量減少陣元間耦合不同，本實用新型合理地利用單元間的耦合，拓展天線陣列的工作頻段，同時改善工作頻帶內的阻抗匹配特性，從而實現天線陣列的小型化。

本實用新型提供的一種小型化寬帶雙極化天線陣列，在保證天線性能的前提下降低天線的尺寸，可廣泛應用于移動通信基站天線。

為達到上述目的，本實用新型是按照以下技術方案實施的：

一種寬帶雙極化天線陣列，包括多個成陣列排布的雙極化偶極子天線陣子單元；所述的雙極化偶極子天線陣子單元包括兩個偶極子、兩個金屬條帶、介質基板、兩個同軸電纜、兩個金屬柱、反射板；兩個同軸電纜和兩個金屬柱位于介質基板與反射板之間，兩個偶極子相互垂直，且分別位于介質基板的上下表面，每個偶極子均包括兩個［型金屬貼片，每個［型金屬貼片是偶極子的一個臂；兩個金屬條帶分別位于介質基板的上下表面；金屬柱與同軸電纜關于偶極子中心對稱；在介質基板上表面，第一同軸電纜的外皮連接第二偶極子的一個臂，內芯通過第一金屬條帶連接另一個臂；在介質基板下表面，第二同軸電纜的外皮通過第二金屬條帶連接第一偶極子的一個臂，內芯連接另一個臂。

所述介質基板（1）的上表面設置有第一偶極子（3）、第一金屬條帶（7），下表面設置有第二偶極子（4）、第二金屬條帶（8）；第一偶極子（3）和第二偶極子（4）均包括兩個［型金屬貼片，每個偶極子中的兩個［型金屬貼片的均開口朝外背對放置，每個［型金屬貼片是該偶極子的一個臂；第一金屬條帶（7）的末端與第一同軸電纜的內芯焊接在一起，同時連接第二偶極子（4）的一個臂（41），第二偶極子（4）的另一個臂（42）與第一同軸電纜的外皮連接；第二金屬條帶（8）的末端與第二同軸電纜的外皮焊接在一起，同時連接第一偶極子（3）其中的一個臂（32），第二偶極子（3）的另一個臂（31）與第二同軸電纜的內芯連接。

所述介質基板（1）采用介電常數為8的矩形陶瓷板材，厚度為1.5mm，在距離矩形介質板高度為H=32mm處設置一塊矩形反射板以獲得定向輻射特性。

所述第一金屬條帶（7）和第二金屬條帶（8）的寬度均為2mm。

所述陣子單元之間的間距為S，所述S的范圍為0.55-0.7，為工作頻段的中心頻率。

所述金屬柱的半徑與同軸電纜的外徑相等。

與現有技術相比,本實用新型具有以下有益效果：

1、本實用新型利用印刷金屬條帶結構，通過調節(jié)金屬條帶的寬度可以控制振子臂的電磁耦合強度，以便獲得較好的匹配特性。

2、本實用新型由于引入和同軸電纜半徑等同的金屬柱，很好地改善了交叉極化，使得天線的輻射方向圖并未偏離邊射方向。

3、本實用新型由于刻意減小了陣間距，從而增強了陣元間的電磁耦合，改善了阻抗匹配，使工作頻率向低頻移動。

附圖說明

圖1（a）、（b）、（c）分別為天線單元的頂層俯視圖、側視圖和底層仰視圖；

圖2為天線單元的端口回波損耗圖；

圖3為天線單元的端口隔離度圖；

圖4為天線單元在2.2GHz的水平面方向圖；

圖5為天線單元在2.2GHz的垂直面方向圖；

圖6為天線陣列的頂層俯視圖、側視圖和底層仰視圖；

圖7為面陣+45°極化天線陣列端口的有源駐波圖；

圖8為面陣的+45°極化天線陣列在2.2GHz處的方向圖；

圖9為面陣-45°極化天線陣列端口的有源駐波圖；

圖10為面陣的-45°極化天線陣列在2.2GHz處的方向圖；

圖示說明：1、FR4介質基板；2、反射板；3、第一偶極子；4、第二偶極子；5、同軸電纜；6第一金屬柱；7、第一金屬條帶；8、第二金屬條帶；9、陣列反射板；31、第一偶極子輻射貼片一臂；32、第一偶極子輻射貼片另一臂；41、第二偶極子輻射貼片一臂；42、第二偶極子輻射貼片另一臂；51、第一SMA端口；52、第二SMA端口；61、第二金屬柱。

具體實施方式

通過現有HFSS軟件仿真，得出了本實用新型的陣子在2.2GHz頻點處的S參數曲線、隔離度、有源駐波及輻射方向圖。

下面通過附圖，來對本實用新型進行詳細說明：

本實用新型的陣子單元包括兩個偶極子、兩個金屬條帶、介質基板、兩個同軸電纜、兩個金屬柱、反射板；兩個偶極子單元相互垂直并且分別放置于介質兩側，形成雙極化天線單元。

如圖1所示：偶極子天線單元包括一對［型對偶極子（3）和（4）、金屬條帶（7）和（8）、介質基板（1）、同軸電纜（5）金屬柱（6），反射板（2），其中兩［型對偶極子分別位于介質板的上下表面；金屬條帶分別位于介質板的上下表面，用于饋電及增強電磁耦合；金屬柱與同軸電纜關于偶極子中心對稱，用于改善天線的交叉極化，同時保證了天線的最大輻射方向不會偏離邊射方向；第一金屬柱（6）的一端通過介質基板上表面的第一金屬條帶（7）與第一同軸電纜的內芯相連，另一端固定在反射板（2）上；第二金屬柱（61）的一端通過與介質基板下表面的第二金屬條帶（8）與第二同軸電纜的外皮相連，另一端固定在反射板（2）上。

如圖6所示，將以上的雙極化單元形成1*10面陣，雙極化天線陣列主要包括陣列反射板（9）和10個雙極化天線單元，通過控制振子間距S來控制單元與單元之間的耦合強度，利用電磁耦合效應形成容抗分量，用以抵消天線單元與反射板之間的感抗分量，從而實現天線陣列的頻帶展寬，工作頻帶會向低頻延展并同時改善工作頻帶內的阻抗匹配特性，實現低剖面寬帶天線陣列，通過減小天線剖面高度和陣元間距實現基站天線陣列的小型化。

圖1和圖6分別為雙極化天線陣子單元和陣列，其中每兩個相鄰的雙極化單元相距S=90mm，每個雙極化單元是由圖1所示的偶極子單元形成的，在矩形介質基板（1）上下表面分別印制有每個雙極化單元的金屬條帶（7）和（8）以及［型對偶極子（3）和（4）；金屬條帶結構通過其寬度，保證天線在一定的工作頻段內有著較好的阻抗匹配特性；金屬條帶結構（8）的末端與第二同軸電纜的外皮焊接在一起，同時連接第一［型偶極子其中一個臂（32），第一［型偶極子其中另一個臂（31）與第二同軸電纜（5）內芯連接，金屬條帶結構（7）的末端與第一同軸電纜的內芯焊接在一起，同時連接第二［型偶極子其中一個臂（42），第二［型偶極子其中另一個臂（41）與第一同軸電纜外皮連接，矩形介質基板采用介電常數為8的陶瓷板材，厚度為1.5mm，在距離矩形介質板高度為H=32mm處放置一塊矩形反射板獲得定向輻射特性。參照圖1，金屬條帶（7）和（8）的寬度均為2mm；第一同軸電纜對應第一SMA端口（51），第二同軸電纜對應第二SMA端口（52）。

圖2為天線單元的端口回波損耗，以小于-10 dB為標準，實施方式中所選取的雙極化天線單元，-45°極化天線工作頻段為1.7GHz-2.75GHz，+45°極化天線工作頻段為1.7GHz-2.9GHz，其公共相對帶寬為47.2%。

圖3為天線單元的端口隔離度，所選取的雙極化單元的兩個輸入端口之間的隔離度在整個工作頻段（1.88-2.69GHz）內均高于30 dB，表明雙極化天線兩端口間有較高的隔離度，保證兩個端口工作時互不干擾。

圖4天線單元在2.2GHz的水平面方向圖,從圖中看出的最大輻射方向始終與Z軸平行，沒有任何偏離，交叉極化低于主極化至少20 dB，表明雙極化單元具有較低的交叉極化。

圖5天線單元在2.2GHz的垂直面方向圖，從圖中看出的最大輻射方向始終與Z軸平行，沒有任何偏離，交叉極化低于主極化至少30 dB，表明雙極化單元具有較低的交叉極化。

圖7面陣+45°極化天線陣列端口的有源駐波，可以看出陣列端口的有源駐波在1.88到2.69GHz頻段內都基本低于1.5，高頻處略微高于1.5，但其基本不影響陣列的基本性能。

圖8面陣的+45°極化天線陣列在2.2GHz處的方向圖，從圖中可以看出陣列的最大增益均大于17dBi,且水平波瓣寬度均大于65度。同時最大輻射方向始終與Z軸平行，沒有任何偏離，前后比大約為25dB。

圖9面陣-45°極化天線陣列端口的有源駐波，可以看出陣列端口的有源駐波在1.88到2.69GHz頻段內都基本低于1.5，高頻處略微高于1.5，但其基本不影響陣列的基本性能。

圖10面陣的-45°極化天線陣列在2.2GHz處的方向圖，從圖中可以看出陣列的最大增益均大于17.5dBi,且水平波瓣寬度均大于65度。同時最大輻射方向始終與Z軸平行，沒有任何偏離，前后比大約為20dB。

本實用新型的技術方案不限于上述具體實施例的限制，凡是根據本實用新型的技術方案做出的技術變形，均落入本實用新型的保護范圍之內。