[发明专利]一种宽频带双极化双宽面天线单元及天线阵列

说明书

本发明提供了一种双极化双宽面天线单元，包括介质板、四个磁电偶极子、馈电网络、十二个铜柱，所述介质板上表面为反射地，四个磁电偶极子以及十二个铜柱均设置在介质板的反射地上，介质板上下表面均覆铜，所述每个磁电偶极子结构相同，上部为四分之一圆的扇形，下部通过90°角的L形结构支撑，扇形水平面的中间有一环形镂空结构，垂直面也为镂空结构；每个磁电偶极子之间均间隔缝隙，缝隙呈十字形状，所述十字形状用于放置馈电网络的馈电结构，用于给磁电偶极子供电，所述十二个铜柱排布成一圆环状且包围四个磁电偶极子。该天线同时具备宽频带、双圆极化、高交叉极化水平等特性，在实现双宽覆盖面的同时增益保证在较高稳定水平。

[技术领域]

本发明涉及适用于无线宽带通信系统的天线技术领域，具体涉及一种宽频带双极化双宽面天线单元及天线阵列。

[背景技术]

2017年工信部发布了第五代移动通信系统(5G)的低频段标准。时至今日，5G已正式进入实际商用阶段,国家和企业都在该领域大力布局。5G通信系统需要具备高速率数据传输、多维度宽覆盖、高度集成化等性能特征，因而对5G天线提出了较传统天线更加苛刻的要求。首先，5G天线体积变小，因此对制作的精度要求极大提高；同时，双极化天线和双宽覆盖面天线可以降低基站天线的单元数量，提升天线传输容量，是降低基站建设成本和提升天线传输容量的关键技术，5G天线趋向兼备多极化特性及双宽覆盖面等特性；而且，为满足日益增长的通信需求以及多样化应用场景，高增益多极化阵列以及宽角度扫描阵列也是目前发展的重点方向。

另外5G通信频率的升高，会使得信号在传输过程中相比低频的4G通信损耗更大。另现如今人们生活水平提高，人口密度和建筑密度更大，所需天线数量及通讯容量更大但同时由于楼房的遮挡传输的损耗也会变大，这样的情况下传统的通信天线显然是无法满足5G通信天线的需求的。因此此背景下发明一款能兼顾信道容量、宽角度覆盖面以及增益的天线显得非常有必要。多极化技术和宽覆盖面技术将是5G移动通信数据传输的关键技术，具有很重要的科学研究和实际应用价值。

宽覆盖面天线能够在相同条件下使用更少天线单元覆盖更大的辐射范围，减少天线使用数量，降低成本。常见增加辐射面方法一般只能扩宽单面的宽度，且需要对辐射贴片或反射地板做弯曲、加大等操作，增加天线制作难度；另外，宽覆盖面天线能量分布在较宽的范围内，必然导致天线增益的降低，在实现宽辐射覆盖面的同时又保证天线增益满足要求是一个难点。

[发明内容]

本发明目的是提供一款能覆盖3.3-5.0GHz频段的应用于5G的宽频带双宽面双圆极化天线单元，以及两款分别是双极化高增益和双极化宽角度波束扫描的天线阵列。

本发明的技术方案如下：

一种双宽面双极化宽角度天线单元，包括介质板、四个磁电偶极子、馈电网络、十二个铜柱，所述介质板上表面为反射地，四个磁电偶极子以及十二个铜柱均设置在介质板的反射地上，介质板上下表面均覆铜，所述每个磁电偶极子结构相同，上部为四分之一圆的扇形，下部通过90°角的L形结构支撑，扇形水平面的中间有一环形镂空结构，垂直面也为镂空结构；每个磁电偶极子之间均间隔缝隙，缝隙呈十字形状，所述十字形状用于放置馈电网络的馈电结构，用于给磁电偶极子供电，所述十二个铜柱排布成一圆环状且包围四个磁电偶极子。

进一步地，所述馈电结构采用L形馈电结构，馈电结构上设有金属化过孔，两馈电垂直交叉放置，有90°相位差。

进一步地，通过馈电网络上设置3dB耦合器，形成耦合电桥，直接对馈电结构进行馈电。

进一步地，还包括2个馈电端口，连接耦合器，分别在端口加载信号时，到达天线单元的两路信号能量均分且相差90°，分别形成左旋圆极化和右旋圆极化。