一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种基于超表面的低剖面宽带基站天线及通信设备。

背景技术

基站天线作为移动基站的核心部分，其性能的好坏直接影响着整个通信系统的质量。随着移动通信技术的不断发展，通信系统的复杂度也不断增加。由于目前多个移动通信标准长期共存，基站应用空间紧张，基站天线技术正不断向宽频化和小型化发展。

传统的基于反射板的基站天线，根据镜像原理，偶极子需要放置在距离反射板的λ/4的高度才能保证其电流的一致性，从而获得良好的性能。目前这种剖面高度的天线会使得基站的应用空间更加紧张，不符合基站天线小型化和低剖面化的发展趋势。

超表面是一种具有周期性的特殊电磁材料，其特殊的电磁特性能够降低天线的剖面高度。但是传统的超表面结构的在降低基站天线高度后，依然要保持基站天线覆盖频率范围，高隔离度，低交叉极化等性能，依然具有较大的困难。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的首要目的是提供一种基于超表面的低剖面宽带基站天线，利用超表面的特殊电磁特性来降低天线剖面高度，并保持原有天线性能的宽带基站天线，该低剖面宽带基站天线能实现63％的阻抗带宽，覆盖1412-2716MHz的频段。

本发明的次要目的是提供一种通信设备。

本发明的首要目的是采用如下技术方案：

一种基于超表面的低剖面宽带基站天线，包括双极化平面偶极子天线及超表面单元；

所述双极化平面偶极子天线包括天线辐射单元、寄生单元及反射板，所述天线辐射单元通过支撑柱设置在反射板的上方，所述寄生单元设置在反射板及天线辐射单元之间，所述超表面单元位于天线辐射单元的上方。

所述天线辐射单元包括天线辐射介质基板，所述天线辐射介质基板的上表面设置第三辐射臂及第四辐射臂，所述天线辐射介质基板的下表面设置第一辐射臂及第二辐射臂，所述第一辐射臂及第三辐射臂关于天线辐射介质基板中心对称，构成+45度极化振子，所述第二辐射臂及第四辐射臂关于天线辐射介质基板的中心对称，构成-45度极化阵子。

优选的，还包括馈电结构，所述馈电结构包括第一馈线及第二馈线，所述第一馈线印制在天线辐射介质基板的下表面，向+45度极化振子馈电，第二馈线印制在天线辐射介质基板的上表面，向-45度极化振子供电。

所述超表面单元包括超表面介质基板，所述超表面介质基板的上表面设置呈阵列分布的矩形贴片。

所述第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂及第四辐射臂的结构相同，均由两个相同的等腰三角形和矩形构成的六边形贴片。

所述六边形贴片设有马蹄型缝隙，其开口方向朝向天线介质基板的中心。

所述反射板为非闭合金属围边式。

优选的，还包括同轴线，所述同轴线分别与第一馈线及第二馈线连接。

所述第一馈线与第二馈线垂直，垂直交点位于天线辐射介质基板的中心点。

本发明的次要目的是采用如下技术方案实现：

一种通信设备，包括所述的低剖面宽带基站天线。

本发明的有益效果：

(1)本发明带宽覆盖1412-2716MHz，不仅适用于2G/3G/LTE(4G)系统还适用于IMT系统。

(2)本发明辐射臂具有马蹄型缝隙，能有效扩展频带。

(3)本发明通过加载超表面在天线的上方，实现了将天线在天线高度降低的同时，保持原有天线的优良性能，具有稳定的波束宽度和增益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的正视剖面图；

图4是本发明的左视剖面图；

图5是本发明的天线辐射单元结构图

图6是本发明的基于超表面的低剖面宽带基站天线的阻抗带宽。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图5所示，一种基于超表面的低剖面宽带基站天线，包括双极化平面偶极子天线及超表面单元2。

所述双极化平面偶极子天线包括天线辐射单元1、寄生单元5、馈电结构、同轴线及反射板3，所述天线辐射单元通过支撑柱设置在反射板的上方，本实施例中两者距离为19.5mm,所述支撑柱均为绝缘塑料柱。

所述天线辐射单元包括天线辐射介质基板7，所述天线辐射介质基板的上表面设置第三辐射臂5C及第四辐射臂5D，所述天线辐射介质基板的大小为68×68mm

所述馈电结构包括第一馈线6A及第二馈线6B，所述第一馈线设置在天线辐射介质基板的上表面，向-45度极化振子馈电，所述第二馈线设置在天线辐射介质基板的下表面，向+45度极化振子馈电，基本实现30dB的隔离度。

所述第一馈线及第二馈线相互垂直，交点位于天线辐射介质基板的中心点。

所述同轴线4分别与第一馈线及第二馈线连接，寄生单元的寄生圆片及介质基板上设置两个穿孔，便于同轴线通过。

所述寄生单元为圆片形状，直径为36mm(0.25λ

所述四个辐射臂的结构相同，大小尺寸也相同，均是由两个相同的等腰三角形和一个矩形构成一个六边形贴片，所述六边形贴片中心开有一个马蹄型缝隙，该辐射臂的波束宽度不会随着天线高度的降低而恶化，具有较好的稳定性。

所述马蹄型缝隙向六边形顶角突出，其开口方向朝向天线中心，其中心圆半径为6.8mm，缝隙宽度为3mm，马蹄型缝隙的周长约为32mm,近似为高频谐振点的四分之一个波长0.25λ

所述马蹄型缝隙用于拓展天线的带宽的原理，还可以将缝隙由马蹄型变成倒U型、直角型，均能达到拓展天线带宽的作用。

所述超表面单元包括矩形贴片及超表面介质基板，所述超表面通过四根支撑柱设置在双极化偶极子天线正上方2.5mm处。所述矩形贴片8设置在超表面介质基板的上表面，并呈阵列分布，本实施例中由6×6个相同的矩形贴片呈周期性排列而成，每个矩形的边长为18.8mm，矩形贴片之间相距1.2mm；所述超表面介质基板为120×120×0.5mm

所述反射板非闭合金属围边式，在距离金属地板边缘7.5mm处，竖立着高度为19.5mm的金属片9，长度为100mm，能够改善天线在低频的匹配，整个反射板为150×150mm

本实施例中的天线辐射介质基板采用板材Taconic TLY，厚度0.5mm，相对介电常数2.2。

天线辐射单元为平面结构，可实现双极化带宽1412MHz-2716MHz，回波损耗大于15dB。

如图6所示，本基于超表面的低剖面宽带基站天线在将天线剖面高度由原先的45mm降低到22.5mm(0.154λ

实施例2

一种通信设备，包括本发明的一种基于超表面的低剖面宽带基站天线。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。