[发明专利]一种适于5G全频带的双频双极化微基站天线和双天线系统

说明书

本发明公开了一种适于6GHz以下5G全频带的双频双极化微基站天线和双天线系统，适用于5G移动通信中使用。包括衬底金属背板、悬浮架设在金属背板上的介质基片、印刷在介质基片底面的两对沿正负45°对角线放置的金属偏心圆环及位于圆环内部的四个圆形金属小贴片、两对馈电同轴线及Y形耦合馈电金属条带、以及分别将金属背板与两个位于上部的偏心圆环相连的金属柱，和四个将金属背板与圆形小贴片相连的金属柱构成。本发明采用标准双面印刷电路工艺与简单的金属柱结构，设计实现了具有紧凑口径、双频带、双极化、稳定波束宽度，可工作在5G全频带的基站天线，适用并兼容我国三大运营商已商用的5G移动通信场景。

技术领域

本发明涉及一种双频双极化微基站天线和双天线系统，尤其适用于5G通信中6GHz以下频段使用的适于5G全频带的双频双极化微基站天线和双天线系统，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着第五代(5G)移动通信的发展，通信系统需要能够满足5G工作频带和覆盖需求的天线。与之前的2G、3G和4G相比，5G无线通信的频带具有频率更高、相对带宽更大、和频率跨度更大等特点。2019年我国颁布给运营商的室外通信频带牌照如下：2.515-2.675GHz(中国移动)、3.4-3.5GHz(中国联通)3.5-3.6GHz(中国电信)、4.8-4.9GHz(中国移动)、4.9-5GHz(中国广电试验网)。在诸多通用场景下，为了能充分利用各个运营商提供的5G移动通信服务，移动通信垂直产业需要发展能够兼容多运营商平台的系统，包括覆盖上述所有频段的基站侧天线和终端天线等。特别，基站侧5G天线不仅要能够覆盖上述频段，还需要具备双极化、均匀波束宽度、良好的前后比等优良特性。

目前，面向5G全频段的基站天线设计仍然存在着大量设计难点，例如：

1)所需要覆盖的频带数量多并且频率跨度大，最低和最高频率为2.5GHz和5GHz，达到一个倍频程。为此，采用同一个天线结构实现可达一个倍频程的设计，并且同时需要考虑双极化和均匀波束宽度覆盖是极其困难的。这是因为传统基站天线的交叉振子结构是基于对称振子的变形，当工作频率达到一个倍频程时，振子的阻抗特性会出现剧烈变化，无法实现宽频带内阻抗稳定匹配。

2)在上述宽频范围内，采用统一天线物理结构覆盖，必然会出现方向图的恶化，也包括天线底板等效物理口径的频变效应带来的增益变化。因此如何在宽频带范围实现稳定的方向图特性，是设计中的另一个难点。

3)在上述宽频带范围内，天线的物理口径如何取舍将会成为组成天线阵列的限制。例如，采用传统的天线设计方法，天线口径采用中心频率3.75GHz设计时。在最高频率5GHz时，天线等效电尺寸将会变为中心频率的1.33倍。此时为了满足全频带组阵要求，天线电尺寸在3.75GHz不能超过0.71个波长，在最低频率2.5GHz不超过0.5波长。

发明内容

发明目的：针对上述技术的不足之处，提供一种具有双频带、双极化，波束宽度稳定，加工简单、适宜批量生产的，适于5G全频带的双频双极化微基站天线和双天线系统。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明的适于5G全频带的双频双极化微基站天线，包括衬底金属背板，衬底金属背板上方悬浮架设有介质基片，介质基片上交叉设有两组天线组，每组天线组包括两个相对设置的偏心圆环形金属条带，每个偏心圆环形金属条带内的圆形镂空位置均设有一个支撑柱位于介质基片与衬底金属背板之间，两个偏心圆环形金属条带之间设有Y形耦合金属条带，两组交叉的天线组与各自的Y形耦合金属条带不直接接触，其中两个偏心圆环形金属条带与Y形耦合金属条带分别设置在介质基片的下表面和上表面，Y形耦合金属条带的两个细分支位于一个偏心圆环形金属条带的上方，Y形耦合金属条带的另一端与另一个偏心圆环形金属条带之间设有同轴馈线导体组，同轴馈线导体组内不电连接。