[发明专利]具有高隔离度特性和宽角扫描特性的5G双极化基站天线

说明书

本发明属于基站天线技术领域，公开了一种具有高隔离度特性和宽角扫描特性的5G双极化基站天线，由若干个天线单元、金属地板组成，若干个天线单元在一个平面内按照一定规律排列在金属地板上。本发明设计的5G双极化基站天线，无需引入额外的解耦合结构即可实现单元间的20dB以上的高隔离度特性，同时在宽角波束扫描过程中没有出现方向图畸变问题。天线单元由‑45加载冠型结构的微带振子天线和+45加载冠型结构的微带振子天线相互90°交叉放置在金属地板，其中冠型结构、接地辐射贴片、寄生结构、馈电线等分别印制在介质板的两侧，加工装配方便；本发明结构有简单，紧凑，单元间隔离度高，宽角扫描，易于装配，适合批量化生产和制作成本较低的优点。

技术领域

本发明属于基站天线技术领域，尤其涉及一种具有高隔离度特性和宽角扫描特性的5G双极化基站天线。

背景技术

目前，5G基站系统是5G通信技术重要的一个环节，基站天线作为信息的出入口，其性能将直接影响整个通信系统的工作情况。在MIMO技术中，理论上天线的数量越多，整个系统的信道容量和能量效率就会越高。然而基站天线所占用的空间有限，当增加天线的数量时，天线单元之间的距离随之减小，使得天线单元间的互耦严重，导致端口隔离度、总效率以及辐射方向图均发生恶化，严重影响天线的正常工作。

现阶段基站天线一般采用双极化的天线形式，而宽角波束扫描特性为基站天线提供了更宽广的覆盖范围，也逐渐成为基站天线的关键性能之一。为了避免基站天线在宽角度波束扫描过程中，出现主波束增益下降，副瓣电平升高等问题，通常采取展宽天线单元的半功率波瓣宽度和减小单元间距措施。此时天线单元间距小于0.5λ，天线阵列十分紧凑，同时天线单元采用双极化天线形式，使得阵列的单元间耦合问题更加复杂，需考虑同极化单元间，交叉极化单元以及相隔单元间的耦合问题。

目前有多种解耦合方法，如：带阻滤波法、路径抵消法、分集技术等方法。其中2010年，Hossein Sarbandi Farahani等人在两个微带天线之间上方引入电磁带隙结构（UC-EBG），利用电磁带隙结构的阻带特性，减少天线单元之间相互耦合，提高天线单元之间的隔离度[Farahani H S, Veysi M, Kamyab M, et al. Mutual Coupling Reduction inPatch Antenna Arrays Using a UC-EBG Superstrate[J]. IEEE Antennas WirelessPropagation Letters, 2010, 9:57-59]。2015年，Jae-Yeong Lee等人在两个相邻单极子天线之间引入一维电磁带隙和开口谐振环的结构来解耦合。其中一维电磁带隙和开口谐振环分别起到反射器和滤波器的作用，两者共同作用解决了天线单元间的耦合问题[Lee JY, Kim S H, Jang J H. Reduction of Mutual Coupling in Planar Multiple Antennaby Using 1-D EBG and SRR Structures[J]. IEEE Transactions on Antennas andPropagation, 2015, 63(9):4194-4198.]。 2017年，香港中文大学的Ke-Li Wu教授及其团队提出通过在阵列天线上方引入解耦合表面（Array-antenna Decoupled Surface，ADS）在天线单元之间引入一个耦合路径，使得引入的耦合波与天线单元之间的耦合波相互抵消改善天线单元间的隔离度[[29]Wu K L, Wei C, Mei X, et al. Array-antennaDecoupling Surfaces[J]. IEEE Transactions on Antennas Propagation, 2017:1-1.]。2018年，Ziyang Wang在两个微带天线之间引入超表面结构，使得天线与超表面之间构造一块等效介电常数为正、等效磁导率为负的区域，在这块区域内波数会变成纯虚数，阻止电磁波沿水平方向传播，减小能量耦合到相邻的天线单元上，提高单元间的隔离度[WangZ, Zhao L, Cai Y, et al. A Meta-Surface Antenna Array Decoupling (MAAD)Method for Mutual Coupling Reduction in a MIMO Antenna System[J]. ScientificReports, 2018, 8(1):3152.]。