[发明专利]一种基于背腔技术的多频带天线

说明书

本发明公开了一种基于背腔技术的多频带天线，包括至少一个低频天线和至少一个高频天线；所述低频天线和高频天线共用一块反射板，所述高频天线的下部套装有一个金属背腔作为独立的反射边界条件，金属背腔将高频天线托起并安装于低频天线的辐射体中部的镂空区域内，形成和低频天线共平面的天线阵列排布，所述低频天线产生的电磁场经由反射板反射后形成单向辐射，所述高频天线产生的电磁场经由金属背腔反射后形成单向辐射，通过引入金属背腔，能够形成高频天线和低频天线相互独立的辐射环境，实现高频天线和低频天线的方向图保形。

技术领域

本发明涉及无线通信的技术领域，尤其是指一种基于背腔技术的多频带天线。

背景技术

近年来，无线通信和移动通信技术的飞速发展不断释放出新的频谱资源。因此，多频带天线得到了广泛关注。多频带天线可在提供高速、多制式、多功能服务的同时降低设备的安装空间和成本。

多频带天线通常是由子天线构成的天线阵列，这些子天线应至少包括低频天线与高频天线，低频天线与高频天线工作在不同的频带范围。每个多频带天线包括至少一个低频天线以及一个或者多个高频天线。

多频带天线中的低频天线与高频天线被放置在一个无线通信设备的有限的空间内，因此低频天线与高频天线之间存在电磁耦合干扰。耦合干扰将严重恶化多频带天线的性能，尤其是天线的隔离度和方向图。

多频带天线的实现有多种布局方式。图1a为多频带天线的反射板-高频-低频布局，该布局方式为多频带天线组阵的最常见布局之一。高频天线和低频天线共用同一反射板，天线辐射体与反射板之间的垂直间距为各自工作频带的四分之一波长。由于低频天线辐射体位于高频天线辐射体上方，在高频天线激励时，低频天线辐射体表面会产生感应电流，感应电流的二次辐射会恶化高频天线的方向图。消除这一耦合的基本技术为将低频振子分段，并在分段处加载去耦合结构以阻挡高频感应电流流过，或形成两个等大反相、可以相互抵消的感应电流。图1b为多频带天线的反射板-低频-频率选择表面-高频布局。此布局将高频天线放置于低频天线上方。高、低频天线之间插入一频率选择表面，频率选择表面使高频电磁波不通过，而使低频电磁波通过。因此频率选择表面可作为高频天线的反射板，而低频天线受其影响较小。

以上两种多频天线的排布方案有一些缺陷。究其本质，反射板-高频-低频布局中加载于低频天线辐射体上的去耦合结构和反射板-低频-频率选择表面-高频布局中的频率选择表面的传输特性都并非完美，也即在不工作的频段不能使电流或电磁场完全通过。对于反射板-高频-低频布局，去耦合结构使低频天线阻抗匹配变得困难，可能需要增加低频天线剖面高度来获得更好的阻抗匹配以拓展天线的阻抗带宽，这是工程上所不希望的。对于反射板-低频-频率选择表面-高频布局，低频天线产生的电磁波在穿透频率选择表面时会产生损耗，因而低频天线的增益可能恶化。同时，频率选择表面的感应电流可能使高频天线波束宽度波动较大。此外，由于频率选择表面的加入，高频天线的馈线需要穿过太多层(反射板、低频天线介质板、频率选择表面、高频天线介质板)才可为高频天线正常馈电，这增加了天线制造和组装的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有多频天线布局方案的缺点与不足，提出了一种简单可靠且性能稳定的基于背腔技术的多频带天线，通过引入金属背腔，可为高频天线创造独立的辐射环境以实现高频天线的方向图保形，同时金属背腔对于低频天线而言为电小结构，不会对低频天线的辐射性能造成负面影响，从而有效实现高、低频天线间的去耦，以及实现高、低频天线在各自工作频带内稳定的方向图。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于背腔技术的多频带天线，包括至少一个低频天线和至少一个高频天线；所述低频天线和高频天线共用一块反射板，所述高频天线的下部套装有一个金属背腔作为独立的反射边界条件，金属背腔将高频天线托起并安装于低频天线的辐射体中部的镂空区域内，形成和低频天线共平面的天线阵列排布，所述低频天线产生的电磁场经由反射板反射后形成单向辐射，所述高频天线产生的电磁场经由金属背腔反射后形成单向辐射，通过引入金属背腔，能够形成高频天线和低频天线相互独立的辐射环境，实现高频天线和低频天线的方向图保形。