一种5G低剖面宽带缝隙贴片天线

本发明涉及无线通信的技术领域，尤其是指一种5g低剖面宽带缝隙贴片天线。

背景技术：

5g技术的快速发展使得5g基站天线的数量需求量呈现爆炸式增长。5g基站天线中massivemimo技术和波束赋形技术都需要采用大规模阵列来实现。考虑到天线阵列规模对体积及成本的增加，5g天线单元必须完成体积小，成本低等设计要求。

目前，5g天线的设计和制作工业相对成熟。为了降低天线的剖面高度，业内主要采用的是贴片天线方案，或直接降低偶极子天线振子的高度。为了实现天线稳定和成本的降低，5g天线设计采用的是压铸金属振子。贴片天线和压铸金属振子的方案虽然能够实现小型化，但天线阻抗带宽有限。偶极子天线虽然可以实现足够的带宽，但天线剖面的降低效果不明显。因此，如何保证天线的阻抗带宽基础上实现天线剖面的降低是5g基站天线需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种5g低剖面宽带缝隙贴片天线，通过独特的缝隙辐射结构，在不增加天线尺寸情况下，天线振子具有剖面高度低、重量小、成本低的结构优势，同时，该5g低剖面宽带缝隙贴片天线实现了出色的工作带宽、良好的端口隔离度以及辐射性能。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种5g低剖面宽带缝隙贴片天线，包括底板、支架和基板；所述基板通过支架架设在底板上方，所述支架由两块垂直交叉的支撑板组成，所述支撑板垂直于底板和基板，每块支撑板的两侧均分别设有相耦合的馈电线和导体，所述底板的底面设有导体层，所述基板的顶面设有金属辐射体，所述辐射体的四周设有三角切口，所述辐射体的中间位置上设有垂直交叉缝隙，为天线实现双极化功能，两块支撑板的馈电线和导体分别与垂直交叉缝隙的四个端部一一对应相接，即垂直交叉缝隙的一条缝隙两端连接一块支撑板的馈电线和导体，所述导体与导体层连接。

进一步，所述金属辐射体为中心对称结构的方形金属辐射体，该方形金属辐射体的四条边上均开有一个三角切口，所述垂直交叉缝隙沿方形金属辐射体对角设置。

进一步，所述垂直交叉缝隙的中心交汇处的缝隙宽度与其端部处的缝隙宽度不一致，从端部至中心交汇处的缝隙宽度逐近增大。

进一步，所述支撑板的两端顶部均形成有一顶部插脚，所述支撑板的底部形成有两个底部插脚，所述支撑板通过顶部插脚和底部插脚连接基板和底板，所述垂直交叉缝隙的四个端部处均形成有一个匹配顶部插脚的插槽，所述支撑板的馈电线和导体在相应插槽位置与垂直交叉缝隙完成连接，所述导体的底部形成两个脚部，所述导体通过其脚部连接导体层。

进一步，所述馈电线由不同宽度金属片连接而成，并具有多个弯折部。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、在结构方面，本5g低剖面宽带缝隙贴片天线具有剖面高度低、重量小和成本低的优点。

2、在天线性能方面，本5g低剖面宽带缝隙贴片天线在仿真结果中带宽、隔离度和方向图等性能优良，即本5g低剖面宽带缝隙贴片天线实现了出色的工作带宽、良好的端口隔离度以及辐射性能。

总之，本5g低剖面宽带缝隙贴片天线通过独特的缝隙辐射结构，在不增加天线尺寸情况下，天线振子具有剖面高度低、重量小、成本低的结构优势，同时也实现了出色的工作带宽、良好的端口隔离度以及辐射性能，既适用于5g大规模阵列天线来实现massivemimo技术和波束赋形技术，又适用于sub-6ghz的小基站天线。

附图说明

图1为5g低剖面宽带缝隙贴片天线的结构示意图。

图2为5g低剖面宽带缝隙贴片天线的基板俯视图。

图3为5g低剖面宽带缝隙贴片天线的支架结构示意图。

图4为5g低剖面宽带缝隙贴片天线的端口反射系数和端口极化隔离仿真结果示意图。

图5为5g低剖面宽带缝隙贴片天线的增益及水平面半功率波瓣宽度示意图。

图6为5g低剖面宽带缝隙贴片天线的水平面辐射方向图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1至图3所示，本实施例所提供的5g低剖面宽带缝隙贴片天线，包括底板1、支架和基板3；所述基板3通过支架架设在底板1上方，所述支架由两块垂直交叉的支撑板2组成，所述支撑板2垂直于底板1和基板3，每块支撑板2的两侧均分别设有相耦合的馈电线5和导体6，所述底板1的底面设有导体层7；所述基板3的顶面设有中心对称结构的方形金属辐射体4，所述方形金属辐射体4的四条边上均开有一个三角切口9，可通过改变三角切口9的尺寸来调节天线性能，所述方形金属辐射体4的中间位置上设有垂直交叉缝隙8，所述垂直交叉缝隙8沿方形金属辐射体4对角设置，为天线实现双极化功能，所述垂直交叉缝隙8的中心交汇处的缝隙宽度与其端部处的缝隙宽度不一致，从端部至中心交汇处的缝隙宽度逐近增大，可通过合理设置垂直交叉缝隙8的中心交汇处缝隙宽度完成天线的阻抗匹配。

所述支撑板2的两端顶部均形成有一顶部插脚11，所述支撑板2的底部形成有两个底部插脚10，所述支撑板2通过顶部插脚11和底部插脚10连接基板3和底板1，实现了天线结构的稳定，所述垂直交叉缝隙8的四个端部处均形成有一个匹配顶部插脚11的插槽12，所述支撑板2的馈电线5和导体6在相应插槽12位置与垂直交叉缝隙8完成连接，电磁波从馈电线5和导体6之间上传到方形金属辐射体4上进而辐射出去，所述导体6的底部形成两个脚部13，所述导体6通过其脚部13连接导体层7。

所述馈电线5由不同宽度金属片连接而成，可以具有多个弯折部，弯折的形状及数量可以根据实际情况设置。容易理解的，可以通过合理设置各段金属片的长度及宽度来完成对电路阻抗匹配。详细的，可以通过馈电线5长度的设置来决定方形金属辐射体4上垂直交叉缝隙8的馈电位置，从而完成垂直交叉缝隙8的有效馈电。

对本实施例上述5g低剖面宽带缝隙贴片天线进行仿真，仿真结果如图4至图6所示。

图4为天线端口的反射系数及端口隔离度，从图中说明：本实施例的5g低剖面宽带缝隙贴片天线的工作频段为3.2-3.8ghz，在此频段的隔离度大于29db。

图5为天线增益及水平面半功率波瓣宽度，从图中说明：本实施例的5g低剖面宽带缝隙贴片天线在工作频段3.2-3.8ghz的增益大于8dbi，在此工作频段的水平面半功率波瓣宽度为68±4°。

图6为天线水平面辐射方向图，从图中说明：本实施例的5g低剖面宽带缝隙贴片天线在工作频段为3.2-3.8ghz实现稳定的辐射。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种5g低剖面宽带缝隙贴片天线，其特征在于：包括底板、支架和基板；所述基板通过支架架设在底板上方，所述支架由两块垂直交叉的支撑板组成，所述支撑板垂直于底板和基板，每块支撑板的两侧均分别设有相耦合的馈电线和导体，所述底板的底面设有导体层，所述基板的顶面设有金属辐射体，所述辐射体的四周设有三角切口，所述辐射体的中间位置上设有垂直交叉缝隙，为天线实现双极化功能，两块支撑板的馈电线和导体分别与垂直交叉缝隙的四个端部一一对应相接，即垂直交叉缝隙的一条缝隙两端连接一块支撑板的馈电线和导体，所述导体与导体层连接。

2.根据权利要求1所述的一种5g低剖面宽带缝隙贴片天线，其特征在于：所述金属辐射体为中心对称结构的方形金属辐射体，该方形金属辐射体的四条边上均开有一个三角切口，所述垂直交叉缝隙沿方形金属辐射体对角设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种5g低剖面宽带缝隙贴片天线，其特征在于：所述垂直交叉缝隙的中心交汇处的缝隙宽度与其端部处的缝隙宽度不一致，从端部至中心交汇处的缝隙宽度逐近增大。

4.根据权利要求1所述的一种5g低剖面宽带缝隙贴片天线，其特征在于：所述支撑板的两端顶部均形成有一顶部插脚，所述支撑板的底部形成有两个底部插脚，所述支撑板通过顶部插脚和底部插脚连接基板和底板，所述垂直交叉缝隙的四个端部处均形成有一个匹配顶部插脚的插槽，所述支撑板的馈电线和导体在相应插槽位置与垂直交叉缝隙完成连接，所述导体的底部形成两个脚部，所述导体通过其脚部连接导体层。

5.根据权利要求1或4所述的一种5g低剖面宽带缝隙贴片天线，其特征在于：所述馈电线由不同宽度金属片连接而成，并具有多个弯折部。

技术总结
本发明公开了一种5G低剖面宽带缝隙贴片天线，包括底板、支架和基板；基板通过支架架设在底板上方，支架由两块垂直交叉的支撑板组成，支撑板垂直于底板和基板，每块支撑板两侧均分别设有相耦合的馈电线和导体，底板底面设有导体层，基板顶面设有金属辐射体，辐射体四周设有三角切口，辐射体中间位置上设有垂直交叉缝隙，两块支撑板的馈电线和导体分别与垂直交叉缝隙的四个端部一一对应相接，即垂直交叉缝隙的一条缝隙两端连接一块支撑板的馈电线和导体，导体与导体层连接。本发明通过独特的缝隙辐射结构，在不增加天线尺寸情况下，天线振子具有剖面高度低，重量小，成本低的结构优势，同时也实现了出色的工作带宽、良好的端口隔离度以及辐射性能。

技术研发人员：褚庆昕;温成龙;常玉林
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2021.04.12
技术公布日：2021.08.06