一种新型的宽频带双极化基站天线_黄聪

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一种双极化印刷偶极子基站天线

一种双极化印刷偶极子基站天线夏小勇;廖成【摘要】在传统的印刷偶极子上通过切角、向上弯折的形式来扩展偶极子的外围轮廓，并通过改变馈电开路枝节的宽度的方式来展宽天线的带宽，并将该结构应用于双极化基站天线中。

研究表明，单元天线在1.50~3.38GHz范围内，VSWR<2，相对带宽达到77%，获得了较好的带宽特性；组成双极化天线后，在1.8~2.7GHz的频率范围内，天线的交叉极化比、水平面波束宽度、隔离度等指标能较好满足移动通信的要求，可以应用于移动通信系统中。

%This paper proposes a method of extension of the outline profile by cutting angles and bent upward in the patch and of bandwidth extension through extending and changing open slot in feed location, which is implementedin the dual-polarized base station antenna. The research has shown thatthe single antenna has a bandwidth of 1.50-3.38GHz,and Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) of less than 2. The relative bandwidth reached 77%, which gets a better bandwidth. As a dual-polarized antenna which could apply to mobile communication systems, its cross-polarization ratio, the horizontal plane beam width;isolation can preferably meet the requirements of mobile communication in the frequency scope of 1.8GHzto 2.7GHz.【期刊名称】《移动通信》【年(卷),期】2013(000)016【总页数】5页(P48-52)【关键词】印刷偶极子;基站天线;带宽【作者】夏小勇;廖成【作者单位】西南交通大学电磁场与微波技术研究所，四川成都610031;西南交通大学电磁场与微波技术研究所，四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TN828.61 引言随着移动通信的快速更新和发展，提高移动通信的信道容量变得日益重要。

一种小型宽带双极化5G_基站天线

第 21 卷第 7 期2023 年 7 月Vol.21，No.7Jul.，2023太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology一种小型宽带双极化5G基站天线陈娅莉a，刘倩倩a，李山东b，宗卫华*b(青岛大学 a.电子信息学院；b.物理科学学院，山东青岛266071)摘要：设计了一种适用于2G/3G/4G/5G移动通信的小型宽带±45°双极化基站天线。

该天线由2对偶极子辐射片、2条微带馈线和1块反射板组成，辐射臂和微带馈线采用双面印刷工艺印刷在0.8 mm厚的FR4板，并固定放置于开有圆形槽的反射板上。

对天线实物进行加工测试，测试结果表明，端口1工作频段为1.82~3.60 GHz，端口2工作频段为1.64~3.41 GHz；工作频段内，反射系数小于-10 dB，端口隔离度优于18 dB；交叉极化比在视轴方向大于17 dB，±60°方向大于15 dB；半功率波束65°左右，前后比优于18 dB，测试和仿真结果较吻合。

所设计天线带宽宽，尺寸小，且制作工艺简单，成本低廉，适合批量生产，应用于5G移动通信基站中。

关键词：基站天线；5G天线；双极化天线；宽带天线；小型天线中图分类号：TN828.6 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2021074A miniaturized broadband dual-polarized antenna forA miniaturized broadband dual-polarized antenna for 55G base stationCHEN Yali a，LIU Qianqian a，LI Shandong b，ZONG Weihua*b(a.School of Electronic and Information；b.School of Physics Science，Qingdao University，Qingdao Shandong 266071，China)AbstractAbstract：：A ±45° dual-polarized base station antenna with a small size and a broad bandwidth for 2G/3G/4G/5G mobile communication is proposed in this paper. The proposed antenna comprises twopairs of dipole radiation patches, two microstrip feedlines and a reflector. The radiation patches andmicrostrip feedlines are printed on a FR4 substrate with a thickness of 0.8 mm, using a process calleddouble-sided printed circuit board. The reflector is grooved a circular slot and the antenna is fixed aboveit. The prototype of the proposed antenna is fabricated and measured. The results show that it has abandwidth of 1.82~3.60 GHz(port1) and 1.64~3.41 GHz(port2) respectively, during which, the reflectioncoefficient is less than -10 dB, the port isolation is better than 18 dB, the cross polarizationdiscrimination is better than 17 dB in the boresight direction, and better than 15 dB in ±60° directions,the half power beam width is approximately 65° and the front-to-rear ratio is better than 18 dB. With theadvantages of wide bandwidth, small size, simple manufacturing process and low cost, the proposedantenna is suitable for mass production and is an excellent candidate for applications in 5G mobilecommunication base station.KeywordsKeywords：：base station antenna；5G antenna；dual-polarized antenna；broadband antenna；miniaturized antenna5G New Ratio是基于正交频分复用技术，拥有全新空口的全球性5G标准，可分为sub-6 GHz低频频段(0.45~ 6 GHz)和高频毫米波频段(24.25~52.6 GHz)。

一种开口环加载的双频双极化基站天线[发明专利]

专利名称：一种开口环加载的双频双极化基站天线专利类型：发明专利
发明人：黄贝,曹杰,蔡家辉,张俊,陈卓著,章国豪,郭春炳申请号：CN202010614299.5
申请日：20200630
公开号：CN111710966A
公开日：
20200925
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种开口环加载的双频双极化基站天线，包括：第一基板、第二基板、第一巴伦结构、第二巴伦结构、蝶形贴片及环形贴片；所述第一巴伦结构和所述第二巴伦结构底部垂直正交设置在所述第二基板上；所述第一巴伦结构和所述第二巴伦结构上部设置有所述第一基板；所述第一基板与所述第二基板平行设置；所述蝶形贴片设置在所述第一基板的上表面，所述环形贴片设置在所述第一基板的下表面。

本发明提供的开口环加载的双频双极化基站天线，通过巴伦结构直接激励蝶形贴片，蝶形贴片耦合环形贴片形成的感应电流引入新的谐振模式，拓展了基站天线的带宽，解决了现有基站天线带宽较小的技术问题。

申请人：广东工业大学
地址：510060 广东省广州市越秀区东风东路729号大院
国籍：CN
代理机构：北京集佳知识产权代理有限公司
代理人：郭帅
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一种新型的宽频带双极化天线

一种新型的宽频带双极化天线
李明
【期刊名称】《电子对抗》
【年(卷),期】1991(000)003
【总页数】4页(P40-43)
【作者】李明
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN821.1
【相关文献】
1.一种新型的宽频带双极化微带偶极子天线 [J], 陈辉;薛锋章
2.一种新型的宽频带双极化基站天线 [J], 黄聪;薛锋章
3.一种新型的宽频带双极化基站天线 [J], 黄宾虹;薛锋章
4.一种宽频带双极化印刷偶极子基站天线 [J], 王国奇;岳彩龙;邢凤闯;王鹏博;唐冬
5.一种新型低剖面、双频、双极化宽频带阵列天线的研究与设计 [J], 王红星;刘锡国;刘敏
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参考文献[1]YD/T 1108-2001. CDMA数字蜂窝移动通信网无线同步双模（GPS/GLONASS）接收机性能要求及与基站间接口技术规范[S].[2]YD/T 1030-1999. 800MHz CDMA数字蜂窝移动通信网空中接口技术要求[S].[3]广嘉电子. 北斗一号授时技术及在电力系统中的应用[J]. 基础电子,2008(5).[4]杜雪涛,李楠,刘杰. 北斗与GPS双授时在TD-SCDMA中的应用[J]. 电信工程技术与标准化, 2007(7).[5]潘巍,常江,张北江. 北斗一号定位系统介绍及其应用分析[J]. 数字通信世界,2009(9). ★【作者简介】陆晓东：硕士毕业于北京邮电大学电信工程学院通信与信息系统专业，现为中国电信股份有限公司北京研究院副主任工程师，长期从事电信行业咨询、3G无线网络规划与优化领域研究。

曾发表多篇论文，合著有《CDMA2000无线网络规划优化技术》一书。

【摘要】文章首先提出了一种适用于基站天线的新型宽频带双极化偶极子天线单元，并利用HFSS对天线单元的电性能进行了仿真。

随后，利用该天线单元组成了一个4单元的基站线阵，并对阵列的反射底板和侧板进行了适当的设计与优化，最后也进行了仿真。

【关键词】基站天线宽频带双极化天线 Г形微带馈线天线阵列 HFSS收稿日期：2010-08-13一种新型的宽频带双极化基站天线黄聪薛锋章华南理工大学电子与信息学院1 引言由于无线应用业务的迅速扩展以及手机用户数量的爆发性增长，社会对宽带无线通信的需求也日趋增长。

而宽频带基站天线作为宽带无线通信系统一个必不可少的前端部件，在某些情况下更希望它能够实现极化分集的效果，尤其是在一些先进的无线通信系统当中[1]。

正因为如此，近年来，宽频带、双极化、小型化天线日益受到人们的青睐。

正如文献[1]所指出的，宽频带天线也相应地由单极子圆盘天线向宽频带双极化天线演进。

不少文献已提出了一些宽频带天线的设计，例如圆弧形结构的偶极子天线[2]，带Г形微带馈电结构的磁－电偶极子天线[3]，以及带电偶极子的短接领结形贴片天线[4]等等。

但这些天线主要是应用于室内分布的单极化天线，鲜有应用于基站的宽频带双极化天线，而且很多时候并没有给出其组成阵列后的性能研究。

针对这种情况，本文除了提出一种新型的宽频带双极化天线单元，还结合了当前我国无线通信基站应用的背景，以该天线单元组成阵列并对其仿真，最后得到了一个满足多项行业指标的性能较好的基站天线阵列。

这种天线单元和天线阵列的研究为宽频带双极化基站天线的研究和设计提供了一种参考。

2 天线单元设计与仿真分析（a）立体图（b）俯视图图1 天线单元的结构示意图图2 Г型微带馈电结构立体图双极化偶极子天线单元的结构和详细尺寸参数如图1、图2所示。

图1中，天线单元由领结形偶极子、Г形微带馈电结构以及倒L形电偶极子三部分组成。

由于领结型偶极子具有十分优越的宽频带性能，这里采用它作为单元的主体部分。

领结形偶极子离地面的高度为27mm，其支柱宽度为6mm。

馈电则采用微带线耦合馈电的方式，如图2所示。

每个Г形微带馈线均包括两个部分：一部分是传输线，另一部分是利用空隙耦合馈电的微带线。

这样就相当于构成了一个宽频带的巴伦器，同时还可以优化微带馈电线的尺寸，以达到阻抗匹配的效果[4]。

与此同时，为了加强端口之间的隔离度，两个正交Г形微带馈电线在中间交叠部分上下错开，以减少耦合效应；并且馈电线被部分设定在竖直支撑柱外部，利用支撑柱的阻挡减少了端口间的耦合。

领结形偶极子上端倒L形电偶极子的引入，是为了改善领结形偶极子的阻抗匹配特性[5]。

电偶极子的圆角半径为15mm，它与领结形偶极子的高度差为9mm。

图3和图4分别描述了天线单元的驻波比和隔离度特性。

由图3可以看出，在1.7GHz～2.7GHz的频段内，端口1和端口2的驻波比VSWR均小于1.5，而且一致性较好。

由图4可以看出，该天线单元的隔离度在低频优于30dB，在高频优于31dB，隔离度特性较好。

天线单元在1.7G、2.2G、2.7G三个频点的辐射方向图由图5给出。

考虑到天线结构的对称性，这里只给出了一个端口的辐射方向图。

由图5可见，天线单元在2.2G频点上E面和H 面均具有较好的方向性，后瓣较低（小于-20dB），并且在整个工作频段内辐射方向图较为稳定。

此外，天线单元在整个频带内的交叉极化小于-17dB，天线的增益图5 天线单元在1.7G、2.2G和2.7G的E面、H面和交叉极化方向图（c）2.7G（a）1.7G （b）2.2G在9.5dBi左右。

3 天线阵列设计与仿真分析为了说明该天线单元的实用价值，在这里利用它组成了4单元的天线阵列，如图6所示。

天线单元等间隔安装在平面尺寸为440mm×106mm的反射板中心，并采用等幅同相的馈电方式对阵列进行馈电。

考虑到边界的对称性对阵列的交叉极化特性有着重要的影响，为了尽量改善阵列的交叉极化特性，因此对每个天线单元都采用了几近对称的箱体式反射器设计。

鉴于单翻边结构在保证前后比和交叉极化比满足一定要求的前提下优化阵列波束收敛性的难度，再加上RikutaY等人的研究已经证明箱体式反射器特别是双层箱体式反射器对天线的前后比有很大的改善作用[6]，本文采用了双层侧边结构的反射器，并且对外层侧边作了倾斜的特殊设计，以改善阵列的前后比特性以及阵列波束的收敛性。

仿真结果表明，双翻边结构反射器在宽频带天线的波束收敛性研究中有十分重图3 驻波比图4 S21频响曲线图7 阵列在2.2G的E面、H面和交叉极化方向图图6 天线阵列的结构示意图（a）俯视图（b）剖面图【作者简介】黄聪：华南理工大学电子与信息学院通信与信息系统专业2009级研究生，主要研究方向为移动通信基站天线。

薛锋章：华南理工大学电子与信息学院研究员，硕士研究生导师，长期从事天线与微波技术、移动通信领域的科研工作，有多项科研及专利成果，目前的主要研究方向为移动通信天线。

参考文献[1]Suh Seong-Youp, Waltho E, Nair K, et al. Evolution ofBroadband Antennas from Monopole Disc to Dual-polarized Antenna[C]. Antennas and Propagation Society International Symposium 2006, 2006: 1631-1634.[2]黄宾虹,薛锋章. 一种新型的宽频带双极化基站天线[J]. 移动通信,2009(18): 42-44.[3]Luk K M, Wong H. A Complementary Wideband Antenna[P]. U.S. Patent No.11/373,518 Filed, 10 Mar 2006.[4]Wu B Q, Luk K M. A Broadband Dual-Polarized Magneto-Electric Dipole Antenna with Simple Feeds[J]. Antennas and Wireless Propagation Letters, 2009(8).[5]Zhang Z Y, Fu G, Zuo S L. Wideband unidirectional patch antenna with Г-shaped strip feed[J]. Electronics Letters, 2010,46(1): 24-26.[6]Rikuta Y, Arai H, Ebine Y. Enhancement of FB ratio for cellular base station antenna by optimizing reflector shape[C]. Antennas and Propagation SocietyInternational Symposium, 2001: 456-459. ★要的实用意义。

图7描述的是阵列在1.7G、2.2G和2.7G这三个频点仿真所得的E面、H面和交叉极化方向图，更多频点的辐射参数详见表1。

由图7和表1可以看出，阵列仿真所得的3dB波束宽度在60°～68°之间，满足65°±5°的要求；前后比最差达到25.3dB，也满足了25dB的指标要求；交叉极化比轴向在19dB以上，在±60°的范围内更是超过了14dB，也都满足行业要求。

总体而言，该阵列取得了较优的水平面辐射特性。

同时，阵列在整个工作频带内的增益约为15dBi，最高达16dBi。

表1 不同频点的辐射参数和增益频点（GHz）3dB波束宽度（°）前后比（dB）交叉极化比（dB）增益（dBi）65±5>25轴向>15±60°>10\1.767.8027.126.517.514.11.864.5525.328.214.314.51.963.2527.625.515.214.72.061.5528.323.215.015.02.160.3028.521.115.815.32.260.8527.419.419.115.42.363.2026.319.018.515.42.463.9526.819.519.915.62.563.3528.220.317.115.82.662.3029.720.716.915.92.761.0529.821.117.616.04 结束语本文设计了一种新型的宽频带双极化基站天线单元，并利用HFSS对该单元进行了仿真研究。

结果表明，该单元VSWR≤1.5的阻抗带宽达到了45.5%，并具有较高的隔离度特性，而且在整个工作频带内天线单元的辐射方向图和带宽都较为稳定。

利用该天线单元扩展得到4单元的基站线阵，由于其在1.7GHz～2.7GHz的频段内能较好地兼顾阵列的3dB波束宽度、前后比以及交叉极化比等性能指标，因此可以认为该天线阵列的设计研究有一定的学术价值以及实用价值，可用作2G、3G无线通信系统的基站天线。