一种用于5G移动通信的高隔离天线的制作方法

一种用于5g移动通信的高隔离天线
技术领域
1.本发明涉及移动通信领域，具体是一种用于5g移动通信的高隔离天线。


背景技术：

2.随着移动宽带业务的爆炸性增长，5g通信系统已经开展了商业部署。室外宏站、室内小站、微站等组成立体覆盖网络，使网络密度增加。为了满足逐渐增多的网络优化需求，运营商需寻求易操作、高效率、低成本、灵活度高的天线方案。其中，天线下倾是实现网络优化常用的方法，然而机械下倾将会导致方向图畸变，增加小区间干扰，影响用户体验，难以满足高效率、大数据量的网络运营需求。对于基站天线的设计，天线单元的形式和反射板截面形状决定天线阵列的水平面方向图，对水平面半功率波束宽度和前后比等辐射参数起到决定性作用。双极化基站天线阵列在满足多系统共站以及微蜂窝的快速发展方面表现出良好的性能，受到业内关注。宽带化和小型化的双极化基站阵列天线能够有效降低呼损，减小干扰，被广泛应用于lte系统。
3.现有技术中的用于基站通信的宽带双极化天线，依然存在着隔离度不足、信号串扰的问题，申请人对此提出改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于双极化交叉偶极子单元的宽波束阵列天线，旨在通过调整波束宽度达到优化覆盖和抑制同频干扰的目的，为城市居住环境提供高性能基站天线。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种用于5g移动通信的高隔离天线，包括可调节角度的反射底板，所述反射底板上固定有金属隔离条以及多个阵列排布的压铸天线阵子，所述压铸天线阵子关于金属隔离条前后对称布置，且金属隔离条与压铸天线阵子的顶部位于同一高度；所述反射底板的底部还固定有功分器，所述功分器通过同轴传输线连接压铸天线阵子。
7.作为本发明的改进方案，位于金属隔离条同侧的左右相邻的两个压铸天线阵子的中心间距为85
±
10mm，位于异侧的前后相邻两个压铸天线阵子的中心间距为70
±
10mm。
8.作为本发明的改进方案，所述压铸天线阵子数量设有四个，构成2*2的天线阵列。
9.作为本发明的改进方案，所述压铸天线阵子包括馈电片、巴伦与两组正交放置的辐射臂，两组辐射臂各自对应一个巴伦并与巴伦垂直固定，所述巴伦固定在反射底板上并与同轴传输线连接；每组的辐射臂数量均为两个，馈电片包括两个交叉但不接触的多段弯折铜片，每个铜片的一端与一个辐射臂连接，另一端向下穿过同组的另一个辐射臂后与巴伦连接。
10.作为本发明的改进方案，所述辐射臂表面镂空。
11.作为本发明的改进方案，所述辐射臂外端底部向下延伸有铝块。
12.作为本发明的改进方案，反射底板的左右两侧均安装有角度调节装置，所述角度
调节装置包括l型结构件，所述l型结构件的侧面上开设有弧形调节孔，所述反射底板转动固定在l型结构件的侧面上，反射底板的左右侧面上还设有在弧形调节孔中限位滑动的柱体。
13.作为本发明的改进方案，所述功分器包括两个一分四功分器与一个一分二功分器，所述一分四功分器和一分二功分器为t型微带功分器。
14.作为本发明的改进方案，所述反射底板下表面固定有两个n型接头。
15.有益效果：本发明由于在前后压铸天线阵子的中心线处增加了等高的金属隔离条，减小了天线单元之间的互耦作用，减小了信号串扰的风险。同时，通过采用优化算法，对天线阵列的振子间距进行优化，大幅提高了方向图波束宽度，使该双极化天线阵列在具有低交叉极化的同时，表现良好的双极化辐射特性。
附图说明
16.图1为本发明的整体结构示意图；
17.图2为本发明底部某一角度的结构示意图；
18.图3为本发明的反射底板的结构示意图；
19.图4为本发明的压铸天线阵子的结构示意图；
20.图5为本发明的压铸天线阵很自的底部结构示意图；
21.图6为本发明金属隔离条的结构示意图；
22.图7为本发明角度调节装置的结构示意图；
23.图8为本发明的回波损耗的s参数仿真和实测图；
24.图9为本发明2*2天线阵子的1710mhz天线辐射方向图的仿真和实测图；
25.图10为本发明2*2天线阵子的2200mhz天线辐射方向图的仿真和实测图；
26.图11为本发明2*2天线阵子的2690mhz天线辐射方向图的仿真和实测图。
27.图中：1
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反射底板；11
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圆孔；12
‑
孔洞；13
‑
固定孔；14
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柱体；15
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孔；2
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压铸振子天线；21
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馈电片；22
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巴伦；23
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辐射臂；24
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同轴传输线；25
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铝块；3
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金属隔离条；31
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l型固定弯角；32
‑
长方形空隙；4
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角度调节装置；41
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弧度调节孔；42
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安装孔；43
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l型结构件。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.参见图1
‑
2，一种用于5g移动通信的高隔离天线，包括反射底板1、压铸振子天线2、金属隔离条3、功分器，其中反射底板1通过角度调节装置调节角度，角度调节装置、反射底板1、压铸阵子天线2与金属隔离条均为cnc机加铝材。本发明的整体尺寸为270mm*129mm*131mm(长*宽*高)。
30.实施例1，压铸阵子天线2的数量共设有4个，构成2*2的天线阵列。在其他实施例中，还可以采用如4*4等不同形式的阵列，压铸阵子天线的结构及原理与本实施例中的均相同。如图4
‑
5所示，压铸天线振子2的整体尺寸为53.14mm*53.14mm*47.06mm(长*宽*高)，包
括金属材质的馈电片21、巴伦22、辐射臂23、塑料垫片25。巴伦22的数量为两个，通过圆孔11固定在反射底板1上，用以支撑天线和阻抗变换。塑料垫片25放置在巴伦22与反射底板1之间，切断电流传播路径。
31.辐射臂23设有两组，两组辐射臂正交，每组由两个尺寸形状相同(长*宽为25.12mm*25.12mm)、厚度3mm的压铸体构成。作为一种优选的实施方式，辐射臂23的表面设有若干镂空部，用以减轻压铸天线阵子2的重量、延长电流路径以及减小天线整体的尺寸。作为一种优选的实施方式，辐射臂23外端底部向下延伸一个长度为4mm的铝块25，用来延长电流路径，减小辐射臂23的横向尺寸。
32.每组辐射臂23分别与一个巴伦22垂直固定。馈电片21包含两个互相交叉但不接触的多段弯折的铜片，每个铜片的一端与辐射臂23相连接，另一端穿过同组的辐射臂23与巴伦22连接，用于为辐射臂23馈电。也即是说，同组的两个辐射臂23呈对角设置。
33.巴伦22用来进行阻抗变换，调节辐射臂23的阻抗特性。同轴传输线24由直径为空心圆柱，内部填充介质的铝柱构成，其与巴伦22一体制成。同轴传输线24连接在辐射臂23与功分器之间，用来为馈电片21传输信号，同时可以起到支撑辐射臂23的作用。
34.反射底板1的结构如图3所示。反射底板1的上表面对应压铸阵子天线2的数量具有四组用于固定压铸振子天线2的圆孔11，本实施例中圆孔11的直径为10.6mm。本实施例通过算法与三维仿真软件对压铸阵子天线之间的间距进行优化，譬如对2*2的天线阵列来说，位于金属隔离条同一侧的左右两个相邻的压铸天线阵子的中心间距为85
±
10mm，优选为85mm，位于金属隔离条异侧的前后相邻两个压铸天线阵子的中心间距为70
±
10mm，优选为70mm。经过仿真测试，2*2、2*4或4*4等天线阵列采用此间距，既能保证宽波束的特性又能减小阵子之间的相互影响，调高了端口之间的隔离度。
35.功分器包括两个一分四功分器与一个一分二功分器，一分四功分器和一分二功分器为t型微带功分器。反射底板1的中心位置开设有不规则的孔洞12，该孔洞12用于安装和调节一分二功分器6，本实施例中孔洞12的最大尺寸为65.5mm*35mm(长*宽)。在孔洞12两边各有两组共4个固定孔13，分别用于固定两个一分四功分器。一分四功分器与一分二功分器均通过同轴传输线24连接压铸天线阵子2。反射底板1的下表面还固定有两个n型接头，n型接头与同轴传输线24连接。
36.如图6所示，金属隔离条3包括两个l型固定弯角31和长方形空隙32，l型固定弯角31用于固定在反射底板1上，长方形空隙32用于降低整体的重量。金属隔离条3的整体尺寸为142mm*37mm(长*高)，与压铸天线阵子2的顶部位于同一高度，并且压铸天线阵子2关于金属隔离条3前后对称布置，因此减小了天线单元之间的互耦作用，提高隔离度，减小了信号串扰的风险，能很大程度的改善天线的辐射方向图。
37.为了满足实际的通信需求，本实施例中在反射底板1的左右两侧加装了角度调节装置4，可以根据实际的情况调节天线的辐射角度，发挥最佳的通信性能。
38.反射底板2的两侧均设有折板，折板外侧表面延伸有一个长度为5mm左右的金属状柱体14，并开设有一个直径为4mm左右的孔15。如图7所示，角度调节装置包括l型结构件43，l型结构件43的整体尺寸约为78mm*90mm(长*高)。l型结构件43的侧面上开设有弧形调节孔41，弧形调节孔41的角度可为60度。l型结构件43的侧面上还设有一个直径为4mm的安装孔42，安装孔42用于与孔15配合，通过螺栓等使反射底板1与l型结构件43转动固定。
39.反射底板1与l型结构件43安装连接时，柱体14穿过弧形调节孔41并被其限位。当反射底板1以安装孔42为基点前后俯仰转动时，天线的辐射角度可以被调节，柱体14在弧形调节孔41中滑动。l型结构件43的底部设有两个直径4mm的通孔，可以将天线整体固定在载体上。
40.本发明的工作原理是：输入信号从n型接头输入，然后经过同轴传输线24传输到一分二功分器，接着再经过同轴传输线24传输到一分四功分器，然后经过巴伦22的阻抗变换后进入辐射臂23，经过阵列天线后发射到空中。一分二功分器和一分四功分器具有稳定幅相输出的作用，使得能量能够平均分配到各个天线中去。对于压铸振子天线2，采用镂空的技术，一方面减轻辐射臂23的重量，另一方面可以延长电流的传播路径，形成了具有良好辐射性能的压铸振子天线。
41.以下结合仿真与实测实验，对本发明的技术效果作进一步说明。
42.1.仿真与实测的条件和内容：
43.仿真实验采用电磁仿真软件hfss_19.0，在1710
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2690mhz范围内，对本发明的频率响应进行仿真，得到电压驻波比vswr和远场辐射方向图的仿真曲线图，端口电压驻波比结果见附图8，天线辐射方向图仿真结果见附图9
‑
11。
44.实验是使用矢量网络分析仪n5230a，在微波暗室环境下进行了两个测量实验。实验1测试了本发明的电压驻波比vswr，实验结果见附图8。实验2测试了本发明在1.71ghz、2.2gh以及2.69ghz的辐射方向图，实验结果见附图9、图10及图11。
45.2.仿真与实测结果分析：
46.附图8为用于5g移动通信的高隔离宽波束双极化天线的电压驻波比vswr仿真与实测图，附图8中的横坐标为频率，单位为ghz；附图9
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11为用于5g移动通信的高隔离宽波束双极化天线的辐射方向图，单位为dbi。
47.附图8表明，由本发明的高隔离宽波束移动通信天线具有良好的端口特性，两个极化端口的电压驻波比皆小于1.5。压铸振子天线具有两个谐振点，第一个谐振点位于1710mhz附近，第二个谐振点位于2500mhz附近，通过两个谐振点的相互作用，展宽了天线的阻抗带宽，经过计算，天线的相对带宽为50％。
48.从附图8可以看出，本发明的高隔离宽波束移动通信天线具有良好的端口隔离特性。端口隔离度是衡量不同极化端口间相互影响程度的一个参数，在移动通信是一个不可忽视的参数，较高的隔离度有利于移动通信的质量和通信容量。在1710mhz
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2690mhz的工作频带内，本发明天线端口之间的隔离度大于20db。
49.附图9
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11是不同频点的天线辐射方向图，本发明具有优异的辐射性能，从图9可以看出，本发明在低频点1710mhz的俯仰面半功率波束宽度为48.4度，方位面的半功率波束宽度为55.3度，天线增益为10.68dbi；从图10可以看出，本发明在中频点2200mhz的俯仰面半功率波束宽度为40.5度，方位面的半功率波束宽度为49.1度，天线增益为12.35dbi；从图11可以看出，本发明在高频点2690mhz的俯仰面半功率波束宽度为33.4度，方位面的半功率波束宽度为38.9度，天线增益为13.15dbi。
50.可见，本发明的天线具有高隔离度、宽波束的特点，在具有低交叉极化的同时，表现良好的双极化辐射特性。
51.虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技
术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
52.故以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用来限定本技术的实施范围；即凡依本技术的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本技术权利要求的保护范围。