本發明涉及移動通信領域，具體涉及一種適用于2g/3g/4g/5g移動通信的帶集成巴倫、基站天線。

背景技術：

隨著5g移動通信技術的發展，傳統2g/3g/4g將一種補充通信方式與5g長期共存。設計一款工作頻段覆蓋2g/3g/4g/5g移動通信的波束穩定mimo天線單元，不僅可以改善基站天線電磁兼容難題，同時可以節約安裝空間降低運營成本，因而具有極大的商業價值。

傳統的基站天線工作頻段通常覆蓋1.4-2.7ghz或1.7-2.7ghz，工作帶寬及輻射方向圖不能滿足設計需要。5g天線(3.5ghz、26.5ghz及40ghz)僅能支持單一工作頻段，且隔離度、增益相較傳統基站天線要求相差甚遠。

設計一款可用于2g/3g/4g/5g移動通信的波束穩定mimo天線需要滿足以下要求：1、工作頻段覆蓋1.71-3.6ghz，滿足2/3/4/5g移動通信頻段要求。2、雙極化輻射，可支持mimo方式。3、穩定方向圖，增益和半功率波束寬帶在工作帶寬內變化穩定保證信號均勻覆蓋。4、尺寸緊湊、結構簡單、安裝便捷、成本低廉。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足，而提供一種可拓展基站天線工作帶寬的寬帶集成巴倫及基站天線。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種寬帶集成巴倫，其特征在于：包括介質基板、微帶線及金屬條帶，所述微帶線設置在所述介質基板一面，所述金屬條帶設置在所述介質基板另一面；所述金屬條帶為共面設置的第一金屬條帶和第二金屬條帶，在第一金屬條帶與第二金屬條帶之間為隔離縫隙，在形成所述隔離縫隙的第一金屬條帶和第二金屬條帶一側均設置有齒形縫隙。

所述微帶線包括第一微帶段、第二微帶段以及第三微帶段，所述第二微帶段連接所述第一微帶段和第二微帶段，所述第一微帶段位于所述第一金屬條帶的背面，所述第三微帶段位于所述第二金屬條帶的背面，所述第二微帶段一端位于第一金屬條帶背面，所述第二微帶段另一端位于第二金屬條帶背面；所述第一金屬條帶和第二金屬條帶對稱分布在所述第二微帶段中心的兩側，所述齒形縫隙起始于所述微帶線與金屬條帶的耦合位置。

所述齒形縫隙終止于所述隔離縫隙的末端。

所述齒形縫隙兩側深度相同，約為0.02～0.05λ2，其中λ2為3.5ghz真空波長。

所述齒形縫隙的形狀包括但不限于矩形、半圓形、三角形。

一種天線單元，包括反射地、巴倫單元、輻射單元和寄生單元，所述寄生單元通過絕緣支柱固定在輻射單元上方，所述輻射單元由所述巴倫單元固定在所述反射地上，其特征在于：所述巴倫單元由兩片上述任一所述的寬帶集成巴倫垂直交錯而成。

述寄生單元為n×n個寄生單元片構成的寄生陣列，其中n≥2。

所述寄生單元片直徑為0.05～0.15λ1，寄生單元片間距為0.1～0.25λ1。

所述寄生陣列固定在輻射單元上方，與輻射單元的距離為0.1～0.2λ1，其中λ1為2.1ghz真空波長。

所述輻射單元由設置在介質基板表面的第一輻射臂、第二輻射臂、第三輻射臂及第四輻射臂構成，所述第一輻射臂和第三輻射臂構成+45°極化輻射，所述第二輻射臂和第四輻射臂構成-45°極化輻射；一個所述寬帶集成巴倫上部分別與第一輻射臂和第三輻射臂焊接，激勵+45°極化輻射；另一個所述寬帶集成巴倫上部分別與第二輻射臂和第四輻射臂焊接，激勵-45°極化輻射；兩個所述寬帶集成巴倫的底部與反射地焊接。

本發明具有如下技術效果：

本發明寬帶集成巴倫及基站天線，具有寬帶寬、高隔離、穩定方向圖、結構簡單的優勢，具體體現在：

(1)本發明工作帶寬覆蓋1.7-3.62ghz，可以同時適用于2g/3g/4g/5g移動通信。

(2)本發明具有隔離高(端口隔離度＞30db)、輻射波束穩定、尺寸緊湊、結構簡單、安裝便捷、成本低廉的優點。

(3)本發明通過在寬帶集成巴倫的金屬條帶上設計齒形縫隙，從阻抗匹配原理上拓展基站天線工作帶寬，將傳統的2/3/4g雙極化天線帶寬(1.7-2.7ghz)增強到1.7-3.6ghz，詳情參看附圖說明6。

(4)本發明通過輻射單元上方設計加載寄生陣列，利用寄生陣列在低頻段內的近場電磁感應特性改善1.7-2.7ghz內阻抗匹配特性，同時利用寄生陣列在高頻段內的遠場引向特性改善3.4-3.5ghz內的輻射特性，回波損耗＜-15db，增益9.2±0.6dbi，半功率波束寬度66±4°，詳情參看附圖說明7、8。

(5)本發明結構簡單，無需設計復雜的反射地。采用成熟穩定的結構形式，保證生產便捷性。相較傳統2/3/4g雙極化天線，本發明口徑面積沒有增加。

附圖說明

圖1所示為本發明可用于2g/3g/4g/5g移動通信的波束穩定mimo天線單元三維結構圖；

圖2所示為本發明巴倫單元三維結構圖；

圖3為第一寬帶集成巴倫的結構示意圖；

圖4為第一寬帶集成巴倫的正面圖；

圖5為第一寬帶集成巴倫的背面圖；

圖6為第二寬帶集成巴倫的結構示意圖；

圖7為第二寬帶集成巴倫的正面圖；

圖8為第二寬帶集成巴倫的背面圖；

圖9為輻射單元的平面圖；

圖10為寄生單元的平面圖；

圖11所示為傳統2g/3g/4g雙極化天線、使用齒形短路槽線雙極化天線的輸入阻抗圖。

圖12所示為未加載寄生陣列雙極化天線、加載寄生陣列雙極化天線(本發明)帶內增益變化圖。

圖13所示為未加載寄生陣列雙極化天線、加載寄生陣列雙極化天線(本發明)帶內半功率波束寬度變化圖。

圖14所示為傳統2g/3g/4g雙極化天線、使用所述齒形短路槽線雙極化天線、使用所示寄生陣列雙極化天線(本發明)回波損耗圖。

具體實施方式

實施例1

如圖2-圖8所述，一種寬帶集成巴倫，包括介質基板211、微帶線212及金屬條帶，微帶線212印制在介質基板211的正面，金屬條帶213印制在介質基板211的反面。金屬條帶為共面設置的第一金屬條帶和第二金屬條帶，在第一金屬條帶與第二金屬條帶之間為隔離縫隙，在形成隔離縫隙的第一金屬條帶和第二金屬條帶一側均設置有齒形縫隙。

212微帶線包括第一微帶段2121、第二微帶段2122以及第三微帶段2123，第二微帶段2122連接第一微帶段2121和第二微帶段2123。

第一微帶段2121位于第一金屬條帶的背面，第三微帶段2123位于第二金屬條帶的背面，第二微帶段2122一端位于第一金屬條帶背面，第二微帶段2122另一端位于第二金屬條帶背面；第一金屬條帶和第二金屬條帶對稱分布在第二微帶段2122中心的兩側，齒形縫隙起始于微帶線與金屬條帶的耦合位置，終止于隔離縫隙的末端。

所述齒形縫隙兩側深度相同，約0.02～0.05λ2，其中λ2為3.5ghz真空波長。

所述齒形縫隙的形狀包括但不限于矩形、半圓形、三角形。齒形縫隙形狀滿足深度要求，且不破壞所述微帶線212，具有相同效果。

所述齒形縫隙可以補償天線高頻輸入阻抗虛部，改善天線阻抗帶寬。圖11所示為傳統2/3/4g雙極化天線和使用所述齒形短路槽線雙極化天線的輸入阻抗。由圖可見，相較傳統雙極化天線，使用所述齒形短路槽線雙極化天線的輸入阻抗在高頻發生顯著改變。

實施例2

圖1-3所示為一種可用于2g/3g/4g/5g移動通信的波束穩定mimo天線單元，包括反射地1、巴倫單元2、輻射單元3和寄生陣列4。

寄生陣列4通過絕緣支柱固定在輻射單元3上方，輻射單元3由巴倫單元2固定在反射板上1。

寄生陣列4由印制在介質基板41表面的一組的寄生單元陣列42構成。

輻射單元3由印制在介質基板表面的第一輻射臂31、第二輻射臂32、第三輻射臂33、第四輻射臂34構成，第一輻射臂31、第三輻射臂33構成-45°極化輻射，第二輻射臂32、第四輻射臂34構成+45°極化輻射。

巴倫單元2包括第一寬帶集成巴倫21、第二寬帶集成巴倫22，第一寬帶集成巴倫21、第二寬帶集成巴倫22彼此垂直正交。

第一寬帶集成巴倫21包括印制在介質基板211正面的第一微帶線212和背面的形成第一齒形短路槽線213的兩條金屬條帶。

第二寬帶集成巴倫22包括印制在介質基板221正面的第二微帶線222和背面的形成第二齒形短路槽線223的兩條金屬條帶。

第一寬帶集成巴倫21的齒形短路槽線213上部分別與第一輻射臂31、第三輻射臂33焊接，激勵+45°極化輻射。第二寬帶集成巴倫22的齒形短路槽線223上部分別與第二輻射臂32、第四輻射臂34焊接，激勵-45°極化輻射。第一齒形短路槽線213、第二齒形短路槽線223底部與反射地1焊接。

寄生陣列4由2×2個寄生單元41構成方陣。

寄生單元41由圓形金屬貼片構成。

生陣列4固定在輻射單元3上方，距離為18mm。

寄生單元直徑為11m，寄生單元間距為15mm。寄生陣列在低頻段內具有電磁感應特性，改善阻抗匹配；寄生陣列在高頻段內具有遠場引向特性，改善輻射方向圖。圖12、13分別所示為加載所述寄生陣列后，天線增益、半功率波束寬度隨頻率變化。由圖可知加載所述寄生陣列后，天線帶內增益穩定在9.2±0.9dbi，半功率波束寬度穩定在64.5±6.5°

第一輻射臂31、第二輻射臂32、第三輻射臂33、第四輻射臂34為實心八邊形金屬貼片。

第一齒形短路槽線由兩根共面金屬條帶213構成，共面金屬條帶鄰邊邊緣刻蝕第一齒形縫隙213a。第二齒形短路槽線由兩根共面金屬條帶223構成，共面金屬條帶鄰邊邊緣刻蝕第二齒形縫隙223a。第一齒形縫隙、第二齒形縫隙分別改變第一齒形短路槽線、第二齒形短路槽線特征阻抗，電流上表現為在齒形短路槽線上形成高阻特性，截斷途徑齒形短路槽線流向反射地的電流，等效電路上表現為改善天線高頻阻抗匹配，拓展天線工作帶寬。圖11所示為傳統2g/3g/4g雙極化天線、使用所述齒形短路槽線雙極化天線、使用所示寄生陣列雙極化天線的回波損耗圖，由圖14可見，相較傳統雙極化天線，使用所述齒形短路槽線雙極化天線帶寬由1.7-2.7ghz(rl＜15db)拓寬到1.7-3.7ghz(rl小＜12db)；使用所示寄生陣列雙極化天線阻抗改善到1.7-3.6ghz(rl＜15db)。

第一齒形縫隙213a分布起始于第一微帶線212與第一齒形短路槽線耦合位置，終止于齒形短路槽線與反射地1連接處。

第二齒形縫隙223a分布起始于第二微帶線222與第二齒形短路槽線耦合位置，終止于齒形短路槽線與反射地1連接處。

第一齒形縫隙213a、第二齒形縫隙223a深度h為2.5mm。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的天线巴伦制作和原理_一种宽带集成巴伦及天线单元的制作方法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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