本發(fā)明涉及天線工程，特別是涉及一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線及陣列。

背景技術(shù)：

1、隨著如今5g時代的來臨以及通信數(shù)據(jù)量的爆炸式增長，更多的無線通信頻段被應(yīng)用至現(xiàn)代通信系統(tǒng)，多頻段共口徑基站天線陣列因其能夠在緊湊的空間中同時容納多個頻段的天線降低運營成本等多項優(yōu)勢成為了當(dāng)今基站天線發(fā)展的主流形式。

2、雖然多頻段共口徑基站天線陣列有著諸多的應(yīng)用優(yōu)勢，但是在實際應(yīng)用的過程中不同頻段天線間的跨帶散射耦合問題亟需解決。目前在多頻段共口徑基站天線陣列中為解決跨帶散射耦合問題主要有著以下幾種布局架構(gòu)及方案：1、嵌入式布局/背腔式布局，該類陣列布局下高頻天線內(nèi)嵌在低頻天線中或者高頻天線與低頻天線輻射結(jié)構(gòu)復(fù)用，該種布局下低頻天線對高頻天線的遮擋面積大大減小，因此跨帶散射耦合問題得到解決，但是這種設(shè)計有著顯著的缺點，只有在固定的頻率比下才能應(yīng)用并且高頻天線的工作帶寬以及組陣受限；2、堆疊式布局，使高頻天線架設(shè)在低頻天線上方，在低頻天線與高頻天線之間插入具有低通高阻特性的頻率選擇表面，此時頻率選擇表面只允許低頻電磁波通過，高頻天線相對低頻天線相當(dāng)于電小結(jié)構(gòu)，對低頻天線的方向圖遮擋及散射效應(yīng)較小，與此同時，頻率選擇表面對高頻電磁波呈現(xiàn)反射特性，可以實現(xiàn)高頻天線地板的作用，這樣就不會因低頻天線上產(chǎn)生高頻感應(yīng)電流散射波影響高頻天線的方向圖。但是這種布局下陣列結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且陣列整體剖面較高。3、交錯式布局，高頻天線沿著低頻天線四周排布，低頻天線遮擋在高頻天線上方，但可以通過對低頻天線進行特殊設(shè)計，例如基于fss單元/等效電路、反向電流結(jié)構(gòu)等方法使其具有電磁透明特性解決其對高頻天線方向圖的影響，從而實現(xiàn)緊湊小型化的陣列，但是目前的這些方法難以進行多階設(shè)計實現(xiàn)寬帶電磁透明，同時還會導(dǎo)致低頻天線自身的工作帶寬惡化縮減。

3、針對上述存在問題，本發(fā)明公開了一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計不破壞天線自身工作帶寬且可在較寬頻帶內(nèi)實現(xiàn)良好電磁透明效果的基站天線單元及多頻共口徑天線陣列。

2、本發(fā)明實現(xiàn)上述目的技術(shù)解決方案如下：一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線及陣列，它包括具有多重電磁透明效果的低頻天線、高頻天線和反射地板；

3、所述具有多重電磁透明效果的低頻天線包括位于低頻天線介質(zhì)基板下表面四個對角位置的低頻非規(guī)則碎裂化貼片偶極子，位于介質(zhì)基板上表面對角線位置上的y形饋電線，為低頻天線饋電的y形饋線與低頻饋電同軸線一端的內(nèi)導(dǎo)體連接，低頻饋電同軸線另外一端的外導(dǎo)體連接反射地板，所述低頻天線介質(zhì)基板通過低頻天線尼龍柱固定在反射地板介質(zhì)基板上。

4、所述低頻非規(guī)則碎裂化貼片偶極子對貼片進行了非規(guī)則碎裂化設(shè)計，保留了低頻貼片偶極子邊緣完整的電連接，其內(nèi)部由多組不同大小的碎裂化金屬貼片組成，碎裂化的金屬貼片降低了對高頻天線的遮擋散射效應(yīng)，同時低頻貼片邊緣的完整性保證了貼片間的寄生耦合使得其可等效為在高頻段具有電磁透明效果的頻率選擇表面單元，與此同時調(diào)控碎裂化金屬貼片及其與低頻貼片邊緣形成的半封閉式縫隙，還可使上述兩種結(jié)構(gòu)上面的高頻感應(yīng)電流反向，因此非規(guī)則碎裂化設(shè)計的低頻碎裂化貼片偶極子可在高頻段具有多重電磁透明效果，實現(xiàn)寬帶電磁透明特性。

5、所述高頻天線圍繞具有多重電磁透明效果的低頻天線下方排布，高頻天線包括位于高頻天線介質(zhì)基板下表面交叉分布的高頻貼片偶極子和位于高頻天線介質(zhì)基板上表面交叉分布的y形饋電線，高頻饋電同軸線一端連接y型饋線，另一端連接反射地板介質(zhì)基板上表面的方形金屬貼片上，所述高頻天線介質(zhì)基板通過高頻天線尼龍柱固定在反射地板介質(zhì)基板上。

6、所述高頻貼片偶極子進行了貼片切角處理，改變切角的大小可以調(diào)整高頻貼片偶極子的大小，從而調(diào)節(jié)高頻貼片偶極子的工作頻率。

7、所述反射地板包括印刷在介質(zhì)基板下層的金屬地板和印刷在介質(zhì)基板上層的四個方形金屬貼片上，所述方形金屬貼片中心連接高頻饋電同軸線，另一端延伸出一段彎折微帶線，微帶線末端連接金屬化過孔實現(xiàn)與介質(zhì)基板下層的金屬地板相連。

8、綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點如下：

9、1、本發(fā)明的非規(guī)則碎裂化設(shè)計保留了低頻貼片偶極子邊緣的完整性，使得低頻貼片偶極子間的寄生耦合效應(yīng)不被破壞，保證了具有多重電磁透明效果的低頻天線本身工作帶寬不會因原始結(jié)構(gòu)的破壞而惡化，使其可以獲得良好的寬帶阻抗匹配特性。

10、2、本發(fā)明使低頻天線結(jié)構(gòu)趨于碎片化，小尺寸的碎片化結(jié)構(gòu)很有效的降低了低頻貼片偶極子的遮擋和散射效應(yīng)；非規(guī)則碎裂化設(shè)計的低頻天線其完整的貼片邊緣使得貼片偶極子間的寄生耦合不被破壞，則產(chǎn)生的寄生耦合電容可使得其在高頻段具有等效的頻率選擇表面通帶特性；同時非規(guī)則碎裂化貼片與低頻貼片偶極子邊緣構(gòu)成的半封閉式縫隙的兩側(cè)結(jié)構(gòu)上感應(yīng)電流反向進一步降低了跨帶散射耦合，因此一種非規(guī)則碎裂化設(shè)計方法得到的一種低頻天線結(jié)構(gòu)就可達到多重電磁透明效果，實現(xiàn)低頻天線的寬帶電磁透明特性，非常有效地削弱了對其他高頻天線的跨帶散射耦合。

11、3、本發(fā)明無需設(shè)計加載任何除低頻非規(guī)則碎裂化貼片偶極子外的結(jié)構(gòu)來改善低頻天線的輻射性能和透波特性，也無需設(shè)計加載任何額外的結(jié)構(gòu)改善高頻天線的性能，顯著降低了產(chǎn)品的設(shè)計與裝配難度，適合應(yīng)用于解決大規(guī)模基站天線陣列的跨帶散射耦合問題。

技術(shù)特征：

1.一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線，其特征在于，它包括具有多重電磁透明效果的低頻天線、高頻天線和反射地板；所述具有多重電磁透明效果的低頻天線包括位于低頻天線介質(zhì)基板(3)下表面四個對角位置的低頻非規(guī)則碎裂化貼片偶極子(1)，位于介質(zhì)基板(3)上表面對角線位置上的y形饋電線(2)，為低頻天線饋電的y形饋線(2)與低頻饋電同軸線(4)一端的內(nèi)導(dǎo)體連接，低頻饋電同軸線(4)另外一端的外導(dǎo)體連接反射地板(9)，所述低頻天線介質(zhì)基板(3)通過低頻天線尼龍柱(13)固定在反射地板介質(zhì)基板(10)上；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線，其特征在于：所述高頻貼片偶極子(5)進行了貼片切角處理，改變切角的大小可以調(diào)整高頻貼片偶極子(5)的大小，從而調(diào)節(jié)高頻貼片偶極子(5)的工作頻率。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線，其特征在于：所述反射地板中的方形金屬貼片(11)與彎折微帶線(12)的引入可以改變高頻天線直接接地方式，延長高頻饋電同軸線(8)外導(dǎo)體上的感應(yīng)電流路徑，從而將共模諧振頻率移出低頻帶外，抑制感應(yīng)電流對低頻天線匹配和方向圖的負面影響。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線，其特征在于：所述具有多重電磁透明效果的低頻天線經(jīng)過非規(guī)則碎裂化設(shè)計后形成的低頻非規(guī)則碎裂化貼片偶極子(1)由多組尺寸大小不同的碎裂化金屬貼片和低頻偶極子邊緣的金屬細線組成，包括位于中心位置的4組2×2金屬小貼片、位于四周的12組2×2金屬小貼片、位于四角處的4個金屬貼片以及與四角處金屬貼片相連接的4條細長的金屬細線，非規(guī)則碎裂化的多組貼片和細長的金屬細線結(jié)構(gòu)尺寸很小很大程度上削減了低頻天線對高頻天線的遮擋及散射效應(yīng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線，其特征在于：所述低頻非規(guī)則碎裂化貼片偶極子(1)中分布在四周位置的金屬小貼片和其邊緣的金屬細線構(gòu)成半封閉式縫隙，調(diào)控半封閉式縫隙結(jié)構(gòu)的大小可使得兩種結(jié)構(gòu)上的高頻感應(yīng)電流反向，達到散射場相消實現(xiàn)低頻天線的電磁透明效果。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線，其特征在于：一種非規(guī)則碎裂化設(shè)計的低頻天線結(jié)構(gòu)包括了不同尺寸的小貼片、細長的金屬細線和半封閉式縫隙等子結(jié)構(gòu)，使其同時具有了權(quán)利要求4-6的多重電磁透明效果，達到在寬頻帶范圍內(nèi)的寬帶電磁透明特性。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于天線工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于非規(guī)則碎裂化設(shè)計的寬帶電磁透明基站天線及陣列，它包括具有多重電磁透明效果的低頻天線、高頻天線和反射地板。具有多重電磁透明效果的低頻天線結(jié)構(gòu)包括多組不同大小的碎裂化金屬貼片以及與四角貼片連接的細長的金屬帶線。具有多重電磁透明效果的低頻天線通過非規(guī)則碎裂化設(shè)計調(diào)控低頻天線的結(jié)構(gòu)，達到了多重電磁透明效果，實現(xiàn)了其在寬頻帶范圍內(nèi)的電磁透明特性，顯著降低了低頻天線的遮擋及散射效應(yīng)，有效地解決了多頻共口徑基站天線陣列中存在的跨帶散射耦合問題。

技術(shù)研發(fā)人員：陳益凱,?？?楊仕文
受保護的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8