[发明专利]采用差分馈电和多层贴片结构小型化高隔离宽频带的天线

说明书

技术领域

    本发明涉及无线移动通信领域的天线，特别涉及一种基于差分馈电和多层贴片结构小型化高隔离宽频带的天线。

背景技术

    天线是无线通信系统中接收和发送电磁波的能量转换装置，是无线移动通信系统中不可缺少的组成部分。随着无线移动通信技术的发展，对天线的要求越来越高。天线的研究正朝着多频带、多极化、宽频带、高隔离、小型化的方向发展。其中工作带宽和隔离度是衡量天线工作性能的重要指标。

      对于微带贴片天线而言，目前扩展工作带宽的常用方法与技术包括以下几种：一是选用介电常数小的基板材料，且增大基板厚度；二是改变微带贴片的形状；三是采用馈电技术和阻抗匹配技术；四是采用寄生阵子技术。

      在一些移动通信的场景下，由于体积空间或者应用场景的限定，天线需要背靠背紧贴放置，例如在对铁路沿线和公路进行移动通信信号覆盖时，要覆盖的区域在一条直线上，收发天线采用背靠背放置的形式有利于天线小型化，使得天线结构紧凑。另外在ICS直放站等场景中，例如公路铁路隧道，高层建筑，密闭仓库，小型图书馆等，也需要把天线设置为背靠背的形式以减小设备体积。此时要获得良好的收发隔离度是一个重要的技术问题。

      在微带贴片天线的设计过程中，在小型化下获得高隔离宽频带的天线一直是研究的难点。而设计存在的问题是：若想要得到较高的隔离度，则要求两副天线的间隔较大，若要想得到较宽的频带，那么就要求辐射贴片到金属地板之间的高度较大，这样会使得天线体积变大。而且一般的设计方案并不能很好地同时解决小型化与宽频带以及小型化与高隔离之间的矛盾，能解决以上矛盾的设计方案，天线体积又较大。

发明内容

    为解决以上提到的小型化与宽频带以及小型化与高隔离之间的设计矛盾，本发明提供了采用差分馈电和多层贴片结构小型化高隔离宽频带的天线，具体技术方案如下。

采用差分馈电和多层贴片结构小型化高隔离宽频带的天线，其于包括一对结构相同但背靠背正交放置的多层贴片天线；每一个多层贴片天线均包括三层FR4环氧玻璃布层压板和四层电路，从背面到正面依次包括第一层FR4环氧玻璃布层压板介质板、第二层FR4环氧玻璃布层压板和第三层FR4环氧玻璃布层压板；四层电路中的第一层电路是印制于第一层FR4环氧玻璃布层压板底面的金属地板，第二层电路是印制于第一层FR4环氧玻璃布层压板上面的反相功分器，第三层电路是印制于第二层FR4环氧玻璃布层压板上面的第一层矩形贴片和矩形馈电金属片；第一层矩形贴片开有与第一层矩形贴片的宽边平行的槽，矩形馈电金属片位于该槽内，并且矩形馈电金属片与第一层贴片之间留有缝隙；第四层电路是印制于第三层FR4环氧玻璃布层压板上面的第二层矩形贴片，而金属地板与反相功分器通过接地孔连接，并且接地孔穿过第一层FR4环氧玻璃布层压板，反相功分器的输出端和矩形馈电金属片通过圆柱形馈电探针连接，并且圆柱形馈电探针穿过第二层FR4环氧玻璃布层压板。

本发明的两副多层贴片天线背靠背正交放置，使得两副多层贴片天线的主极化方向正交，降低接收端与发射端主极化信号之间的影响；所述反相功分器的两臂长度相差中心工作频率对应波长的一半，两端输出为反相信号，形成差分馈电结构，可以抑制交叉极化，以上两种技术特征均提高了天线的隔离度。矩形馈电金属片与第一层矩形贴片印制在第二层FR4环氧玻璃布层压板的顶面，并且它们之间有微小缝隙，产生电容耦合和电感耦合，形成并联谐振网络，提供谐振频率点。

进一步的，所述槽个数为两个，分别靠近第一层矩形贴片两个宽边。

进一步的，所述圆柱形馈电探针的个数为多个，多个圆柱形馈电探针并联连接，能够减小电感效应，展宽工作频带，多个圆柱形馈电探针分两排，每排呈中心对称结构；第一层矩形贴片的窄边谐振边比第二层矩形贴片的窄边谐振边短，以此产生两个较接近的谐振频率点，通过第一层矩形贴片和第二层矩形贴片的窄边谐振边产生主极化，减小交叉极化；增大第一层FR4环氧玻璃布层压板和第二层FR4环氧玻璃布层压板的厚度可以降低天线的Q值，以上三种技术特征均能展宽天线的工作频带。

      本发明的第一层贴片和第二层贴片均为矩形，它们之间间隔FR4环氧玻璃布层压板，并且第二层贴片的窄边谐振边略大于第一层贴片的窄边谐振边，以产生两个相接近的谐振频率，通过增加寄生阵子，展宽工作频带。