一种双极化印刷偶极子基站天线

【摘 要】在传统的印刷偶极子上通过切角、向上弯折的形式来扩展偶极子的轮廓，并通过改变馈电开路枝节的宽度的方式来展宽天线的带宽，并将该结构应用于双极化基站天线中。研究表明，单元天线在1.50～3.38GHz范围内，VSWR

【关键词】印刷偶极子 基站天线 带宽

1 引言

随着移动通信的快速更新和发展，提高移动通信的信道容量变得日益重要。提高信道容量的研究主要集中在频率复用和正交极化技术。目前的通信系统存在状况是多系统并存，因此设计满足多制式需求的宽频带双极化天线日益受到人们的青睐[1]。

印刷偶极子天线由于具有剖面薄、重量轻、体积小、成本低、便于集成和组成阵列等优点而得到广泛的应用。带宽窄是印刷偶极子天线的主要缺点。国内外关于提高印刷偶极子天线的带宽做了许多的研究。文献[2]采用神经网络参数优化，天线的相对带宽可以达到40%；文献[3]采用馈电尺寸可调整的巴伦，可匹配不同的阻抗值，文献中采用的形式相对带宽达到40%；文献[4]采用中间馈电，相对带宽达到了41.5%，并通过周期性加载的形式，在L波段相对带宽达到47.8%，在S波段相对带宽达到15.1%；文献[5]采用双面偶极子天线，相对带宽达到了50%；文献[6]在印刷巴伦的馈线中间加入开路匹配短截线，天线的相对带宽扩展到69.3%。

本文在前述研究的基础上，采用切角、增加渐变和改变巴伦的匹配形式来扩展带宽，并将其应用于双极化基站天线中，研究表明该双极化天线具有较好的电特性和方向图特性。

2 单元天线的结构与设计

本文所设计的天线单元如图1所示，图1（a）表示天线的正面，图1（b）表示天线的反面，单位为mm。介质板采用的是Taconic RF-30（tm），相对介电常数为3，介质板的厚度为1mm。

该结构采用同轴线馈电，并且通过与巴伦的连接，电流通过巴伦耦合到印刷偶极子的两个辐射臂上，实现了平衡与不平衡的转换。

本文在原印刷偶极子天线的基础上，做出了如下改进：

（1）在两辐射臂的缝隙之间进行切角，在辐射臂部分向上弯折。两种方式可以增加辐射部分上面的轮廓，使得高频谐振点右移，进而扩展天线的带宽；

（2）改变开路枝节的宽度，使匹配效果更好。

用Ansoft HFSS13.0对天线进行仿真分析，仿真结果如图2所示：

由图可知，在1.50～3.38GHz范围内，VSWR

3 双极化天线的结构与分析

将上述结构加上反射板，在其中一个天线的基板上端开口，另外一个基板的下端开口，组成正交45°双极化天线。

天线的结构形式如图3所示，单位为mm。介质板采用的是Taconic RF-30（tm），相对介电常数为3，介质板的厚度为1mm，反射板长200mm。

利用Ansoft HFSS13.0对天线进行建模分析，得到天线1的电性能和辐射方向图，如图4所示：

在1.8～2.7GHz的频率范围内，VSWR

天线2与天线1具有相似的辐射特性，故在此不一一列出。

此双极化天线与目前常用的对称振子天线[7，8]相比，结构更简单，制作更容易。

4 结论

本文在传统的印刷偶极子上进行了改进，并将该结构应用于双极化基站天线中。研究表明，通过改变印刷偶极子的轮廓，可以改变天线的谐振点，进而起到提高天线带宽的作用。此双极化天线具有较好的电性能和辐射性能，可以应用于3G、IMT-Advanced系统中。下一步可将该天线组成阵列，优化天线结构，以获得更好的性能。

参考文献：

[1]黄聪. 一种新型的宽频带双极化基站天线[J]. 移动通信， 2010（22）： 53-57.

[2]H J Delgado， M H Thusby. A novel neural network combined with FDTD for the synthesis of a printed dipole antenna[J]. IEEE-AP， 2005（7）： 2231-2236.

[3]R L Li， B Pan， T Wu. A Broadband Printed Dipole and a Printed Array for Base Station Applications[J]. IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium， 2008： 1-4.

[4]Qingqiang He， Bingzhong Wang， Jun He. Wideband and Dual-Band Design of a Printed Dipole Antenna[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters， 2008（7）： 1-4.

[5]周占伟，杨仕文，聂在平. S波段宽带低交叉极化印刷偶极子阵列天线的设计[J]. 电波科学学报， 2008（2）： 280-283.

[6]江晖，李勇，王孝义，等. 一种宽带印刷偶极子天线的分析与设计[A]. 全国微波毫米波会议论文集[C]. 宁波： 电子工业出版社， 2007： 265-268.

[7]Zengdi Bao， Zaiping Nie， Xianzheng Zong. A Broadband Dual-Polarization Antenna Element for Wireless Communication Base station[A]. IEEE Asia-Pacific Conf. on Antennas and Propagation（APCAP）[C]. Singapore， 2012： 144-146.

[8]黄宾虹，薛锋章. 一种新型的宽频带双极化基站天线[J]. 移动通信， 2009（18）： 42-44.