一种用于基站的极化旋转波导天线的制作方法

本发明涉及天线领域，尤其是一种波导天线。
背景技术：
：如今，±45°的双极化天线已经广泛应用于蜂窝基站，因为它们可以降低现代移动通信系统中的多径传播效应并增强信号接收质量，因此，人在设计具有高性能的±45°双极化天线方向上已经进行了多种尝试和努力。一般来说，基站天线的主要类型包括偶极天线，缝隙天线和微带天线，其中偶极天线在基站应用中受众很广，通过使用巴伦或其他匹配技术可以获得较宽的带宽，在这个带宽内也可以实现稳定的方向图和增益，此外，两个偶极子单元可以简单地旋转和交叉放置，从而形成±45°的双极化。缝隙天线和贴片天线通常用作基站应用的单极化天线，同时，也存在使用缝隙或贴片天线作为单元实现双极化的设计，这种设计的主要缺点是其相对较窄的带宽。为了扩大频带，需要特殊的馈电结构来改善阻抗匹配，使结构变得复杂的同时增加了成本。此外，对于上述几种类型的基站天线，还需要比天线大得多的地面来实现期望的辐射性能，从而导致相对大的体积，因此设计一种结构简单且低成本的宽频带的基站天线是一个急需解决的问题。技术实现要素：为了克服现有技术的不足，本发明设计一种在满足天线性能指标的前提下，不需要巴伦或其他匹配技术，具有结构简单和低成本的优势的基站天线。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的用于基站的极化旋转波导天线包括波导天线单元和平行条带表面(surfaceofparallelstrips，SPS)；波导天线单元为矩形波导，通过如下公式计算出矩形波导口径的尺寸：式(1)中，f为工作频率，a，b分别为矩形波导的长边和宽边，m，n为工作模式数，μ为磁导率，ε为介电常数；波导天线单元的主模为TE10模，主极化方向为矩形波导的短轴方向，矩形波导通过N型连接器馈电，将N型连接器的引脚连接一个金属圆柱体，金属圆柱体与N型连接器的圆心重合，且金属圆柱体的长度为2/15的工作波长，矩形波导开口面的反面为底面，馈电点距矩形波导的底面1/3工作波长；将金属平行条带印刷在介质基板上形成平行条带表面，平行条带表面的介质基板材料为FR4，厚度为0.8mm，相对介电常数为4.4，平行条带表面具有与波导开口面相同的面积，即平行条带表面为长边为a宽边为b的矩形，平行条带表面被放置在距离矩形波导开口面的0.01倍工作波长处，金属平行条带相对于矩形波导的长轴方向旋转45度，即与波导长轴方向夹角为45°，每个金属平行条带的间距为1/100倍的工作波长，金属平行条带的宽度为1/30的工作波长。所述用于基站的极化旋转波导天线的波导材料为铝。所述用于基站的极化旋转波导天线的金属圆柱体为铜。所述用于基站的极化旋转波导天线的平行条带表面上的金属平行条带材料为铜。本发明的有益效果是由于使用平行条带表面，极化方向旋转了45°并垂直于条带的方向，由于波导和平行条带表面之间的强近场耦合，电流主要分布在条带上，并且方向沿着条带方向，从而平行条带表面产生了45°线极化波，具有正交极化的两个平行条带表面可以水平同向或垂直同向放在一起，形成±45°的双极化天线。附图说明图1是本发明波导天线的俯视图。图2是本发明波导天线的剖面视图。图3是本发明波导天线中平行条带表面(SPS)的俯视图。其中，a-波导长臂，b-波导短臂，Pr-金属圆柱体的半径，P1-金属圆柱体的长度，P2-N型连接器的长度，PL-金属圆柱体的圆心到波导底面的距离，hs-平行条带表面到波导开口面的距离，sw-金属平行条带的宽度，gw-金属平行条带间的距离，wt-波导壁的宽度，wl-波导表面到波导底面的距离，1-N型连接器，2-平行条带表面。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。本发明所述的用于基站的极化旋转波导天线包括波导天线单元和平行条带表面(surfaceofparallelstrips，SPS)。波导天线单元选择矩形波导，通过如下公式计算出矩形波导口径的尺寸：式(1)中，f为工作频率，a，b分别为矩形波导的长边和宽边，m，n为工作模式数，μ为磁导率，ε为介电常数；波导天线单元的主模为TE10模，主极化方向为矩形波导的短轴方向，矩形波导通过N型连接器馈电，将N型连接器的引脚连接一个金属圆柱体，金属圆柱体与N型连接器的圆心重合，且金属圆柱体的长度为2/15的工作波长，矩形波导开口面的反面为底面，馈电点距矩形波导的底面1/3工作波长处；将金属平行条带印刷在介质基板上形成平行条带表面，平行条带表面的介质基板材料为FR4，厚度为0.8mm，相对介电常数为4.4，平行条带表面具有与波导开口面相同的面积，即平行条带表面为长边为a宽边为b的矩形，平行条带表面被放置在距离矩形波导开口面的0.01倍工作波长处，金属平行条带相对于矩形波导的长轴方向旋转45度，即与波导长轴方向夹角为45°，每个金属平行条带的间距为1/100倍的工作波长，金属平行条带的宽度为1/30的工作波长。所述用于基站的极化旋转波导天线的波导材料为铝。所述用于基站的极化旋转波导天线的金属圆柱体材料为铜。所述用于基站的极化旋转波导天线的平行条带表面上的金属平行条带材料为铜。本发明的波导天线单元采用300mm×165m的口径，波导选择使用长为300mm，宽为165mm，高为200mm的矩形波导，在波导长臂面上馈电，馈电点距矩形波导底面120mm，平行条带表面被放置在距离矩形波导开口面的4mm处。本发明设计的基站天线的俯视图如图1所示，平行条带表面(SPS)的俯视图如图3所示，波导天线的剖面视图如图2所示，其中，a为波导长臂，b为波导短臂，Pr为金属圆柱体的半径，P1为金属圆柱体的长度，P2为N型连接器的长度，PL为金属圆柱体的圆心到波导底面的距离，hs为平行条带表面到波导开口面的距离，sw为金属平行条带的宽度，gw为金属平行条带间的距离，wt为波导壁的宽度，wl为波导表面到波导底面的距离。具体的结构参数尺寸如表1所示：表1变量数值(mm)a300b165Pr21P150P220PL120hs4sw12gw4wt2wl200通过平行条带表面(SPS)的±45°双极化波导天线的设计，设计的天线的最终工作频带为698～960MHz，相对带宽为31.6％。在带宽内，电压驻波比(VoltageStandingWaveRatio，VSWR)低于1.5，半功率波束宽度(Half-powerbeamwidth，HPBW)为65°±5°，波束增益为6.5±0.7dBi。交叉极化隔离度在波束中心处超过12dB，HPBW内的分辨率超过10dB。结果表明，所提出的天线可以满足±45°双极化的基站天线的设计要求。当前第1页1 2 3