一种多频共口径基站天线阵列

本发明属于无线通信，尤其涉及一种多频共口径基站天线阵列。

背景技术：

1、第五代(5g)通信系统因其高数据速率和低延迟将广泛应用于各个领域，同时4g，3g，甚至2g，仍将服务相当长的时间。即使一些老一代网络将来可能会被移除，那些分配给它们的频段仍有可能被使用。因此，5g时代需要多频基站天线阵列来覆盖它们。为了节省安装空间和成本，通常将工作在不同频段的天线放在一个阵列中，共用一个辐射口径。然而这会导致严重的异频耦合干扰以及显著的遮挡效应。异频耦合干扰会恶化天线的阻抗匹配和隔离度，遮挡效应会使天线辐射方向图畸变严重以及法向方向增益波动巨大。

2、为了解决共用口径后会出现的问题，已经研究出了基于天线阵元布局的优化方案，这些布局包括并排式、嵌套式、堆叠式、共享辐射面以及交错式。并排式通过增大不同频段天线单元的间距，来减小耦合，但这会使得天线整体尺寸增加；嵌套式通过将高频天线单元放置到低频单元内部，来减小低频天线对高频天线的遮挡，但高频天线和低频天线的频率比被限制在2；堆叠式将高频天线单元放置在低频天线的上方，通过频率选择表面分隔，这种方法能够有效的避免低频天线对高频天线的遮挡，但无法解决频率比接近的多频阵列，同时，将高频天线放置在低频天线上方，不可避免的会增加馈线长度；共享辐射面是将高频天线的辐射单元放置在低频天线辐射单元的挖空区域中，这种方法也可以避免低频天线对高频天线的遮挡，但高频天线单元的设计会受制于低频天线，同时也需要额外的背腔来保持高频天线的方向图。

3、相较于其他布局方案，交错式布局更具普适性。通过在低频天线上刻蚀槽，或者用chock结构连接被截断的偶极子臂，来减小高频感应电流，但会对低频天线的阻抗匹配造成影响；通过添加超表面斗篷，来抑制对高频天线的跨带散射，但装配困难；通过在低频天线辐射体上添加周期开口谐振环，或者使用频率选择表面作为偶极子臂，以实现电磁透明结构，然而，由于受到周期开口谐振环或选择表面本身的限制，无法完全覆盖3.2-5.0ghz的5g频段。因此，研究开发具有宽电磁透明特性的交错式多频共口径基站天线阵列，具有非常重要的学术意义和工程价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种多频共口径基站天线阵列，该天线在不影响遮挡天线(低频双极化天线)的阻抗匹配情况下，实现了被遮挡天线(高频双极化天线)辐射方向图保形。

2、一种多频共口径基站天线阵列，由上至下依次包括一个低频双极化天线、多个呈阵列排布的高频双极化天线单元和天线阵金属板；所述低频双极化天线位于高频双极化天线单元的正上方，低频双极化天线和高频双极化天线单元共用一个辐射口径；

3、所述低频双极化天线为偶极子天线，包括低频介质基板、设置在低频介质基板上表面的两对相互正交放置的低频偶极子臂以及低频馈电巴伦，所述低频偶极子臂两侧设置有周期排布的金属条带；所述低频偶极子臂下方为两片交叉放置的低频馈电巴伦，每片低频馈电巴伦包含一条馈电微带线和一个底板导体；

4、所述高频双极化天线单元呈二维等间距分布，包括高频介质基板、设置在高频介质基板下表面的两对相互正交放置的高频偶极子臂以及设置在高频介质基板上表面的y型耦合馈电结构。

5、作为优选，每个高频双极化天线单元和天线阵金属板之间通过馈电同轴线相连，所述馈电同轴线的底端为高频双极化天线馈电端口。

6、作为优选，所述低频偶极子臂采用u型结构，通过切割低频偶极子臂上表面分布电流较弱处的导体，最大程度的减小遮挡高频天线的金属导体面积。

7、作为优选，所述底板导体部分削减，以减少金属导体造成的高频电磁波发生绕射、反射，从而减小馈电巴伦对高频天线的遮挡；通过改变馈电巴伦的馈电微带线的宽度和长度，来调节低频双极化天线的阻抗匹配和两个极化之间的隔离度。

8、作为优选，所述低频双极化天线通过馈电巴伦和尼龙柱固定在金属板上，所述高频双极化天线通过尼龙柱固定在金属板上。

9、具体工作原理：本发明中的低频天线辐射结构中的十字交叉偶极子臂采用了u型结构，通过切割偶极子臂上表面分布电流较弱处的导体，最大程度的减小遮挡高频天线的金属导体面积。加载在低频十字交叉偶极子臂两侧的金属条带，起到了电磁透明作用；通过调整金属条带的宽度、长度、金属条带间的间距以及距离低频十字交叉偶极子臂的距离，来达到实现不同带宽的电磁透明。

10、本发明还提供了一种通信设备，包括上述的多频共口径基站天线阵列。

11、本发明具有以下优点：

12、本发明提供了一种多频共口径基站天线，通过在低频双极化天线的偶极子臂周围加载周期分布的金属条带实现抑制高频天线激励起的感应电流，可以灵活适配不同频段的高频天线，实现高频电磁透明特性，从而实现高带宽的高频天线辐射方向图保形，能够用于带宽更宽的高频天线单元(3200-5000mhz)，减小了对低频天线本身阻抗匹配的影响，且装配简单；低频天线的馈电巴伦通过采用不完整的金属地，来减小低频天线馈电巴伦对高频天线的遮挡效果；采用不完整的金属地以及添加周期分布的金属条带，对低频天线的阻抗匹配影响较小。

技术特征：

1.一种多频共口径基站天线阵列，其特征在于，由上至下依次包括一个低频双极化天线(11)、多个呈阵列排布的高频双极化天线单元(14)和天线阵金属板；所述低频双极化天线(11)位于高频双极化天线单元(14)的正上方；

2.根据权利要求1所述的多频共口径基站天线阵列，其特征在于，每个高频双极化天线单元(14)和天线阵金属板之间通过馈电同轴线(4)相连，所述馈电同轴线(4)的底端为高频双极化天线馈电端口。

3.根据权利要求1所述的多频共口径基站天线阵列，其特征在于，所述低频偶极子臂(6)采用u型结构，通过切割低频偶极子臂(6)上表面分布电流较弱处的导体减小遮挡高频天线的金属导体面积。

4.根据权利要求1所述的多频共口径基站天线阵列，其特征在于，所述低频馈电巴伦(8)的底板导体(9)部分削减，从而减小馈电巴伦对高频天线的遮挡。

5.根据权利要求4所述的多频共口径基站天线阵列，其特征在于，通过改变馈电微带线(10)的宽度和长度，调节低频双极化天线(11)的阻抗匹配和两个极化之间的隔离度。

6.根据权利要求1所述的多频共口径基站天线阵列，其特征在于，所述低频双极化天线(11)通过馈电巴伦和尼龙柱(15)固定在金属板上，所述高频双极化天线通过尼龙柱(15)固定在金属板上。

7.根据权利要求1所述的多频共口径基站天线阵列，其特征在于，所述高频双极化天线单元(14)的耦合馈电结构(3)为y型。

8.根据权利要求1所述的多频共口径基站天线阵列，其特征在于，低频双极化天线(11)和高频双极化天线单元(14)共用一个辐射口径。

9.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的多频共口径基站天线阵列。

技术总结
本发明公开一种多频共口径基站天线阵列，属于通信技术领域，它由上至下依次包括一个低频双极化天线、多高频双极化天线单元组成的天线阵及天线阵金属板；所述低频天线单元为偶极子天线，包括两对十字交叉的U形偶极子臂，每个偶极子臂两侧均加载了周期排布的金属条带；所述低频天线的馈电巴伦采用不完整的金属地，以减弱对高频天线的遮挡。本发明通过加载在低频十字交叉偶极子臂两侧的金属条带抑制高频天线激励起的高频电流，减少低频天线对高频天线辐射的遮挡效果，实现高频电磁透明特性；加载在低频十字交叉偶极子的金属条带对低频双极化天线和高频双极化天线单元的阻抗匹配影响较小，具有良好的应用情景。

技术研发人员：尹川,张显宇,范奎奎,罗国清
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/29