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CN104868228B - 双极化天线及天线阵列 - Google Patents

双极化天线及天线阵列 Download PDF

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CN104868228B
CN104868228B CN201410064893.6A CN201410064893A CN104868228B CN 104868228 B CN104868228 B CN 104868228B CN 201410064893 A CN201410064893 A CN 201410064893A CN 104868228 B CN104868228 B CN 104868228B
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王强
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Abstract

本发明公开了一种双极化天线，其包括接地板、馈电部和辐射板。馈电部包括第一馈电部和第二馈电部，第一馈电部包括第一介质板、第一馈电层和第一传输线，第一馈电层设置于第一介质板，第一传输线设置于第一介质板并设有第一端口，第二馈电部包括第二介质板、第二馈电层和第二传输线，第二馈电层设置于第二介质板，第二传输线设置于第二介质板并设有第二端口，第一介质板和第二介质板相互垂直放置并垂直安装于接地板，第一传输线和第二传输线相互隔离。本发明还提供了一种天线阵列。本发明提供的双极化天线及天线阵列，具有较高的天线端口隔离度。

Description

双极化天线及天线阵列
技术领域
本发明涉及一种天线，特别涉及一种双极化天线及天线阵列。
背景技术
无线通信系统包括上行链路（uplink,UL）和下行链路（downlink,DL）。基站（basestation,BS）可通过下行链路向用户设备（user equipment,UE）发送信号，用户设备可通过上行链路向基站发送信号。在支持双工通信时，为了避免上行链路和下行链路并行传输信号造成的相互干扰，有必要分隔上行信号和下行信号。
目前，无线通信系统使用的双工模式包括频分双工（frequency divisionduplexing,FDD）和时分双工（time division duplexing,TDD）。频分双工模式中，上行链路和下行链路中使用不同的载波频率，通过频率保护间隔来分隔上行信号和下行信号，可以实现同时不同频的全双工通信；时分双工模式中，上行链路和下行链路中使用不同的通信时间，通过时间保护间隔来分隔接收信号和发送信号，可以实现同频不同时的半双工通信。相比用户感受时间而言，时分双工模式使用的时间保护间隔极短，有时也被认为支持全双工通信。
例如，图1为现有技术中无线通信系统的场景示意图。下行链路中，基站在T1时间向用户设备发送频率F1的无线信号S1；上行链路中，用户设备在T2时间向基站发送频率F2的无线信号S2。当使用频分双工时，频率F1和频率F2不同，上行链路和下行链路间有频率保护间隔，可以实现同时不同频的全双工通信；当使用时分双工时，T1时间和T2时间不同，上行链路和下行链路间有时间保护间隔，可以实现同频不同时的半双工通信。
若频率F1和频率F2相同，T1时间和T2时间也相同，那么基站在接收用户设备发送的无线信号S2时，也会接收到同频率的自干扰信号S'1，该自干扰信号S'1可以看作基站发送的无线信号S1的一部分；同理，用户设备在接收基站发送的无线信号S1时，也会接收到同频率的自干扰信号S'2。由于无线信号在空间传播的快速衰落，来自本地的自干扰信号的强度通常远远大于来自远端的无线信号的强度，基站和用户设备在发送信号的同时，无法准确地接收信号。因此，通常认为无线通信系统不能支持同频且同时的全双工通信，直到全双工（full duplex）技术的出现。
理论上，在使用全双工技术的无线通信系统中，上行链路和下行链路使用相同的时间和频率，频谱效率可以提升一倍。但是，全双工技术目前仍处于研究与试验阶段，如何有效降低本地自干扰信号对接收远端无线信号的影响，仍然是全双工技术需要解决的关键技术问题。当前的研究方向主要包括两类，一类是在射频模块中通过信号处理，消除本地自干扰信号；另一类是在天线处进行优化，降低进入射频模块的本地自干扰信号的强度。
现有技术中，主要考虑在射频模块中设计信号处理方法，消除本地自干扰信号，针对天线的设计和优化并不多见。目前的全双工试验通信系统中，天线系统往往采用天线物理隔离的方式，隔离发送信号和接收信号。例如，可以通过增加接收天线（receiveantenna,Rx antenna）和发射天线（transmit antenna,Tx antenna）之间的物理距离，来增加收发天线间的隔离度。但是，这样会使得天线系统尺寸较大，不利于设备小型化及实际工程部署。因此，针对天线进行优化设计，提供一种具有良好的收发隔离度的天线，对于未来无线通信系统中应用全双工技术意义重大。
发明内容
本发明提供了一种双极化天线及天线阵列，具有较高的天线端口隔离度。
本发明实施方式具体可以通过如下技术方案实现：
第一方面，提供了一种双极化天线，其包括接地板(10)、馈电部(20)和辐射板(50)，其中：
所述馈电部(20)用于向所述辐射板(50)馈入电磁波信号，并包括第一馈电部(30)和第二馈电部(40)，所述接地板设置于所述馈电部(20)的底部，所述辐射板(50)设置于所述馈电部(20)顶部；
所述第一馈电部(30)包括第一介质板(32)、第一馈电层(34)和第一传输线(36)，所述第一馈电层(34)设置于所述第一介质板(32)的一个表面，所述第一传输线(36)设置于所述第一介质板(32)的另一个表面并设有第一端口(360)，所述第一端口用于向所述第一馈电部馈入信号；
所述第二馈电部(40)包括第二介质板(42)、第二馈电层(44)和第二传输线(46)，所述第二馈电层(44)设置于所述第二介质板(42)的一个表面，所述第二传输线(46)设置于所述第二介质板(42)的另一个表面并设有第二端口(460)，所述第二端口用于向所述第二馈电部馈入信号；
所述第一介质板(32)和所述第二介质板(42)垂直安装于所述接地板(10)，且所述第一介质板(32)和所述第二介质板(42)垂直放置，所述第一传输线(36)和所述第二传输线(46)相互隔离。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一介质板(32)设有第一开口(320)，所述第一开口(320)从所述第一介质板(32)的底部向顶部延伸，所述第二介质板(42)设有第二开口(420)，所述第二开口(420)从所述第二介质板(42)的顶部向底部延伸，所述第一介质板(32)和所述第二介质板(42)在所述第一开口(320)和所述第二开口(420)结合，从而垂直放置。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第一馈电层(34)设有第一凹槽(342)，所述第一凹槽(342)从所述第一馈电层(34)的顶部向中间延伸，并包括第一槽(340)和与所述第一槽(340)连通的第二槽(341)，所述第一开口(320)穿过所述第二槽(341)延伸至所述第一槽(340)；所述第二馈电层(44)设有第二凹槽(442)，所述第二凹槽(442)从所述第二馈电层(44)的顶部向中间延伸，并包括第三槽(440)和与所述第三槽(440)连通的第四槽(441)，所述第二开口(420)伸入所述第三槽(440)。
结合第一方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述辐射板(50)包括辐射层(54)，所述辐射层(54)设置于所述辐射板(50)的下表面，所述馈电部(20)通过耦合的方式向所述辐射层(54)馈入信号。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述辐射层(54)为正4N边形、正4N边环形、圆形或圆环形，其中N为大于等于1的整数。
结合第一方面的第一种至第四种中的任一可能实现方式，在第一方面的五种可能的实现方式中，所述第一端口(360)设于所述第一传输线(36)的末端并从所述第一介质板(32)的所述底部向所述顶部延伸；其中，所述第一传输线(36)还包括第一段传输线(362)、第二段传输线(364)和第三段传输线(366)，所述第一段传输线(362)从所述第一端口(360)的末端向所述第一介质板(32)的所述顶部延伸并与所述第一开口(320)平行，所述第二段传输线(364)从所述第一开口(320)的上方跨越并与所述第一段传输线(362)垂直相连，所述第三段传输线(366)从所述第二段传输线(364)的末端向所述第一介质板(32)的所述底部垂直延伸。
结合第一方面的第一种至第五种中的任一可能实现方式，在第一方面的六种可能的实现方式中，所述第二端口(460)设置于所述第二传输线(46)的末端并从所述第二介质板(42)的所述底部向所述顶部延伸。其中，所述第二传输线(46)包括第四段传输线(462)、第五段传输线(464)和第六段传输线(466)，所述第四段传输线(462)从所述第二端口(460)的末端向所述第二介质板(42)的所述顶部延伸并与所述第二开口(420)平行，所述第五段传输线(464)与所述第四段传输线(462)垂直相连，所述第六段传输线(466)从所述第五段传输线(464)的末端向所述第二介质板(42)的所述底部垂直延伸。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述第五段传输线(464)的中间向所述第二介质板(42)的所述底部方向折弯形成折弯部，以防止所述第二开口(420)贯穿所述第五段传输线(464)。
结合第一方面的第一种至第七种中的任一可能实现方式，在第一方面的八种可能的实现方式中，其中，所述双极化天线(100)还包括一对连接器(60)，所述连接器(60)中的一个与所述第一端口(360)电连接，所述连接器(60)中的另一个与所述第二端口(460)电连接，用于向所述第一馈电部(30)和所述第二馈电部(40)馈入信号。
第二方面，还提供了一种天线阵列，其包括第一方面或第一方面的第一种至第九种可能实现方式中的任意一对天线和一对外壳(220)。每一个所述外壳(220)固定于所述接地板(212)并包括多个隔离墙(222)，所述隔离墙(222)形成围栏，用于围隔所述天线(210)。
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述天线阵列(200)还包括位于两个所述外壳(220)之间的接地条阵(320)，用于提升不同天线(210)之间的隔离度。
结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述接地条阵(320)包括两组轴对称的接地条，所述轴对称的中轴线位于一对所述双极化天线(210)的垂直平分线；每组接地条的高度和长度均由外侧向内侧递减，所述外侧靠近所述双极化天线(210)，所述内侧靠近所述轴对称的中轴线。
结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述接地条为金属条或铁氧体条所述接地条阵(320)为金属条阵，或铁氧体条阵，或左手材料条阵，或电磁带隙结构。
结合第二方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，每一个外壳(220)包括多个卡槽(312)，所述接地板(10)设有多个卡块(332)，所述卡块(332)卡入所述卡槽(312)，以将所述外壳(220)固定于所述接地板(10)。
结合第二方面的第一种或第二种或第三种可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，，所述天线阵列(200)还包括天线罩(230)，所述天线罩(230)罩覆所述天线阵列(200)。
第三方面，还提供了一种天线阵列，其包括一对天线和接地条阵(320)，每一个天线包括接地板(330)，所述接地条阵(320)固定于所述接地板(330)并位于两个所述天线(210)之间，用于提升不同天线之间的端口隔离度。
结合第三方面，该天线阵列(200)还包括一对外壳(220)，每一个所述外壳(220)固定于所述接地板(330)并包括多个隔离墙(222)，所述隔离墙(222)形成围栏，用于围隔每一个所述天线，所述接地条阵(320)位于两个所述外壳(220)之间。
结合第三方面的第一种可能的实现方式，在第三方面的第二种可能的实现方式中，所述接地条阵(320)包括两组轴对称的接地条，所述轴对称的中轴线位于一对所述双极化天线的垂直平分线；每组接地条的高度和长度均由外侧向内侧递减，所述外侧靠近所述双极化天线，所述内侧靠近所述轴对称的中轴线。
结合第三方面的第二种可能的实现方式，在第三方面的第三种可能的实现方式中，所述接地条为金属条或铁氧体条所述接地条阵(320)为金属条阵，或铁氧体条阵，或左手材料条阵，或电磁带隙结构。
结合第三方面的第一种或第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，每一个外壳(220)包括多个卡槽(312)，所述接地板(10)设有多个卡块(332)，所述卡块(332)卡入所述卡槽(312)，以将所述外壳(220)固定于所述接地板(10)。
结合第三方面的第一种或第二种或第三种可能的实现方式，在第二方面的第四种可能的实现方式中，，所述天线阵列(200)还包括天线罩(230)，所述天线罩(230)罩覆所述天线阵列(200)。
其中，每一个外壳(220)包括多个卡槽(312)，所述接地板(10)设有多个卡块(332)，所述卡块(332)卡入所述卡槽(312)，以将所述外壳(220)固定于所述接地板(330)。
采用本发明实施例提供的双极化天线或天线阵列，采用了垂直放置的馈电网络，在第一端口和第二端口馈入信号后，可以分别产生平行于所述第一介质板和所述第二介质板的电磁波，耦合到辐射板上的电磁波极化方向相互垂直，保证了天线端口间的隔离度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中无线通信系统的场景示意图;
图2是本发明第一种实施方式提供的双极化天线的组装透视示意图；
图3是图2所示的第一馈电部的正面示意图；
图4是图2所示的第一馈电部的反面示意图；
图5是图2所示的第二馈电部的正面示意图；
图6是图2所示的第二馈电部的反面示意图；
图7是图2所示的双极化天线的电压驻波比仿真示意图；
图8是图2所示的双极化天线的第一端口和第二端口之间的隔离度仿真示意图；
图9是本发明第二种实施方式提供的天线阵列的组装透视示意图；
图10是图9所示的天线阵列的部分组装透视示意图；
图11是图9所示的天线阵列的不同天线的同极化端口的隔离度仿真示意图；
图12是本发明第三种实施方式提供的天线阵列的组装透视示意图；
图13是图12所示的天线阵列的部分组装透视示意图；
图14是图12所示的天线罩的立体示意图；
图15是图12所示的天线阵列的不同天线的同极化端口的隔离度仿真示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请一并参考图2至图6，为本发明第一种实施方式提供的双极化天线100。所述双极化天线100包括接地板10、馈电部20和辐射板50，所述接地板10设置于所述馈电部20的底部，所述辐射板50设置于所述馈电部20顶部。其中，所述馈电部20用于向所述辐射板50馈入电磁波信号，并包括第一馈电部30和第二馈电部40，所述第一馈电部30包括第一介质板32、第一馈电层34和第一传输线36，所述第一馈电层34设置于所述第一介质板32的一个表面，所述第一传输线36设置于所述第一介质板32的另一个表面并设有第一端口360，所述第二馈电部40包括第二介质板42、第二馈电层44和第二传输线46，所述第二馈电层44设置于所述第二介质板42的一个表面，所述第二传输线46设置于所述第二介质板42的另一个表面并设有第二端口460，所述第一介质板32和所述第二介质板42垂直安装于所述接地板10，且所述第一介质板32和所述第二介质板42垂直放置，所述第一传输线36和所述第二传输线46相互隔离。
其中，所述第一介质板32和所述第二介质板42垂直放置的具体实现方式并不限定。可选地，所述第一介质板32和所述第二介质板42垂直正交安装于所述接地板10，所述垂直正交包括所述第一介质板32和所述第二介质板42在其中一个介质板的正中间的位置垂直相交，或者在两个介质板的正中间位置垂直相交，以达到更好的结构对称性。
可选地，所述第一介质板32和所述第二介质板42的结构可以相同，例如：所述第一介质板32和所述第二介质板42的长度、宽度和厚度部分相同或全部相同。所述第一馈电层34和所述第二馈电层44可以为金属贴片结构。所述第一传输线36和所述第二传输线46可以为微带传输线。所述第一馈电层34和所述第一传输线36组成第一馈电网络，所述第二馈电层44和所述第二传输线46组成第二馈电网络，所述第一馈电网络和所述第二馈电网络用于向辐射板50馈入电磁波信号。
可选地，所述第一介质板32和所述第二介质板42可为印刷电路板，所述第一馈电层34和所述第一传输线36可印刷于所述第一介质板32，所述第二馈电层44和所述第二传输线46印刷于所述第二介质板42。
本发明实施例提供的双极化天线，采用了垂直放置的馈电网络，在第一端口和第二端口馈入信号后，可以分别产生平行于所述第一介质板和所述第二介质板的电磁波，耦合到辐射板上的电磁波极化方向相互垂直，保证了天线端口间的隔离度高，并且，当第一馈电网络与第二馈电网络垂直正交放置时，由于馈电网络的结构对称性，当其中一个端口馈电时，其对应的馈电网络耦合到另一个端口的能量大大减弱，可进一步提升天线端口间的隔离度。
如图3和图4所示，作为本发明的进一步改进，以便于安装，所述第一介质板32设有第一开口320，所述第一开口320从所述第一介质板32的底部向顶部延伸；如图5和图6所示，所述第二介质板42设有第二开口420，所述第二开口420从所述第二介质板42的顶部向底部延伸，所述第一介质板32和所述第二介质板42在所述第一开口320和所述第二开口420处结合，从而相互垂直放置。换而言之，所述第一介质板32在下部开设第一开口320，所述第二介质板42在上部开设第二开口420。
可选地，所述第一介质板32和所述第二介质板42均为长方形。所述第一开口320从所述第一介质板32的底部的中间向顶部延伸，即所述第一开口320位于所述第一介质板32的下部中间。所述第二开口420从所述第二介质板42的顶部中间向底部延伸，即所述第二开口420位于所述第二介质板42的上部中间。
安装时，所述第一介质板32从第一开口320处插入所述第二介质板42的第二开口420处，同时因所述第一开口320位于所述第一介质板32的下部中间，所述第二开口420位于所述第二介质板42的上部中间，从而所述第一介质板32和所述第二介质板42垂直正交放置，以达到更好的结构对称性。
在其它可能的实施方式中，所述第一开口320也可以不限定位于所述第一介质板32的下部中间，即所述第一开口320开设于所述第一介质板32的右侧或左侧。同时，所述第二开口420也可以不限定位于所述第二介质板42的上部中间，即所述第二开口420开设于所述第二介质板42的右侧或左侧。当所述第一开口320不位于所述第一介质板32的下部中间，并且所述第二开口420不位于所述第二介质板42的上部中间时，所述第一介质板32和所述第二介质板42只是垂直放置而不是垂直正交放置。
如图3所示，作为本发明的进一步改进，以进一步地提升馈电网络的馈电效果，所述第一馈电层34可设有第一凹槽342，所述第一凹槽342从所述第一馈电层34的顶部向中间延伸并包括第一槽340和与所述第一槽340连通的第二槽341，所述第一开口320穿过所述第二槽341延伸至所述第一槽340。在可选的实施方式中，所述第一凹槽342为倒置的T形槽，所述第二槽341相对所述第一槽340的轴线呈对称设计。其中，所述第一槽340的轴线和所述第一开口320的轴线重合。
类似地，如图5所示，作为本发明的进一步改进，所述第二馈电层44也可设有第二凹槽442，所述第二凹槽442从所述第二馈电层44的顶部向中间延伸并包括第三槽440和与所述第三槽440连通的第四槽441，所述第二开口420伸入所述第三槽440。在可选的实施方式中，所述第二凹槽442为倒置的T形槽，所述第四槽441相对所述第三槽440的轴线呈对称设计。其中，所述第三槽440的轴线和所述第二开口420的轴线重合。
在其它可能的实施方式中，所述第一凹槽342和所述第二凹槽442也可以为十字形、I形、E形、C形等其它形状，该第一凹槽342和该第二凹槽442可参考上述倒置的T形槽设计，分别针对该第一开口320和第二开口420呈轴线对称。
如图2至图6所示，作为本发明的进一步改进，所述第一介质板32的所述顶部和底部均可以与所述第二介质板42的所述顶部和底部平齐，以便于将所述第一介质板32和所述第二介质板42安装于所述接地板10。
作为本发明的进一步改进，所述辐射板50包括第三介质板52和辐射层54，所述辐射层54设置于所述第三介质板52的底部，所述辐射层54的下表面与所述第一介质板32的所述顶部的上表面及所述第二介质板42的所述顶部的上表面紧密贴合。所述辐射板50设置于所述馈电部20的顶部，可以和馈电部20垂直放置。
在可选的实施方式中，所述辐射板50可为印刷电路板，所述辐射层54印刷于所述第三介质板52的底部。例如，所述第三介质板52为正方形，所述辐射层54为印刷金属贴片结构。
作为本发明的进一步改进，所述辐射层54也可以为正4N边形、正4N边环形、圆形或圆环形，其中N为大于等于1的整数。
因所述辐射层54为正4N边形、正4N边环形、圆形或圆环形，使得第一端口360和第二端口460的驻波及分别馈电时的方向图特性基本一致。
在其它实施方式中，所述辐射板50可以没有第三介质板52，即所述辐射板50只包括辐射层54。
在其它实施方式中，所述辐射层54印刷于所述第三介质板52的顶部。安装时，所述第一介质板32的所述顶部的上表面及所述第二介质板42的所述顶部的上表面与所述辐射层54的底部表面紧密贴合。
采用上述一个或多个可选实施方式提供的双极化天线，所述第一馈电网络和所述第二馈电网络可通过耦合的方式向所述辐射层54馈入电磁波信号，即所述馈电部20通过耦合的方式向所述辐射层54馈入信号。具体地，能量经过第一传输线36耦合到第一馈电层34，从而产生一个涡旋电场，在第一馈电层34的法向即水平方向激励起一个水平的磁场，其能量通过第一馈电层34的第一凹槽342耦合到辐射层54进行辐射。同理，能量经过第二传输线46耦合到第二馈电层44，从而产生一个涡旋电场，在第二馈电层44的法向即水平方向激励起一个水平的磁场，其能量通过第二馈电层44的第二凹槽442耦合到辐射层54进行辐射。
作为本发明的进一步改进，所述第一端口360设于所述第一传输线36的末端并从所述第一介质板32的所述底部向所述顶部延伸。
如图4所示，作为本发明的进一步改进，所述第一传输线36包括第一段传输线362、第二段传输线364和第三段传输线366，所述第一段传输线362从所述第一端口360的末端向所述第一介质板32的所述顶部延伸并与所述第一开口320平行，所述第二段传输线364从所述第一开口320的上方跨越并与所述第一段传输线362垂直相连，所述第三段传输线366从所述第二段传输线364的末端向所述第一介质板32的所述底部垂直延伸。
在可选的实施方式中，所述第二段传输线364从所述第一开口320的上方跨越，意味着所述第一开口320未延伸至所述第一传输线36的所述第二段传输线364。
在可选的实施方式中，所述第一端口360的宽度大于所述第一段传输线362的宽度，所述第一段传输线362、所述第二段传输线364及所述第三段传输线366，三者的宽度相同。所述第一段传输线362的长度大于所述第三段传输线366的长度。
作为本发明的进一步改进，所述第二端口460设置于所述第二传输线46的末端并从所述第二介质板42的所述底部向所述顶部延伸。
如图6所示，作为本发明的进一步改进，所述第二传输线46包括第四段传输线462、第五段传输线464和第六段传输线466，所述第四段传输线462从所述第二端口460的末端向所述第二介质板42的所述顶部延伸并与所述第二开口420平行，所述第五段传输线464与所述第四段传输线462垂直相连，所述第六段传输线466从所述第五段传输线464的末端向所述第二介质板42的所述底部垂直延伸。
在可选的实施方式中，所述第二端口460的宽度大于所述第四段传输线462的宽度，所述第四段传输线462、所述第五段传输线464及所述第六段传输线466，三者的宽度相同。所述第四段传输线462的长度大于所述第六段传输线466的长度。
作为本发明的进一步改进，所述第五段传输线464的中间向所述第二介质板42的所述底部方向折弯形成折弯部，以防止所述第二开口420贯穿所述第五段传输线464，即所述第二开口420未穿过所述第二传输线46。
如图2至图6所示，因所述第一开口320未延伸至所述第一传输线36的所述第二段传输线364，且所述第二开口420未穿过所述第二传输线46，当所述第一介质板32和所述第二介质板42垂直正交放置时，所述第一传输线36和所述第二传输线46在所述第一介质板32和所述第二介质板42相交处不接触，即所述第一传输线36和所述第二传输线46相互隔离，使得第一端口360和第二端口460相互隔离。
在其它实施方式中，所述第一传输线36和所述第二传输线46也可以为其它形状，如C形、L形，但总的原则为：当所述第一介质板32和所述第二介质板42垂直放置时，所述第一传输线36和所述第二传输线46不接触，即所述第一传输线36和所述第二传输线46相互隔离。
作为本发明的进一步改进，所述双极化天线100还包括一对连接器60，用于向所述第一馈电层34和所述第二馈电层44馈入信号，一个所述连接器60与所述第一端口360电连接，另一所述连接器60与所述第二端口460电连接。
在可选的实施方式中，所述连接器(60)中的一个与所述第一端口(360)电连接，所述连接器(60)中的另一个与所述第二端口(460)电连接，具体可通过过焊接的方式实现电连接。
在可选的实施方式中，所述连接器60为射频连接器，频率较高时也可称为微波高频连接器或微波连接器，如SMA(Sub-Miniature-A)。所述连接器的特性阻抗为50欧姆。
使用时，第一馈电网络和第二馈电网络通过接上SMA对所述辐射层54进行耦合馈电。
具体地，微波信号由其中一个SMA馈入，能量经过第一传输线36耦合到第一馈电层34，从而产生一个涡旋电场，在第一馈电层34的法向即水平方向激励起一个水平的磁场，其能量通过第一馈电层34的第一凹槽342耦合到辐射层54进行辐射。同理，微波信号由另一个SMA馈入，能量经过第二传输线46耦合到第二馈电层44，从而产生一个涡旋电场，在第二馈电层44的法向即水平方向激励起一个水平的磁场，其能量通过第二馈电层44的第二凹槽442耦合到辐射层54进行辐射。
作为一种可能的实施方式中，所述接地板10可以为镀镍的铝板，所述连接器60固定于所述铝板。所述接地板10一方面提供接地，另一方面充当反射面，使得双极化天线100的后向辐射就会被反射到主辐射方向，从而提高了双极化天线100的前后比和增益。
安装后，所述第一介质板32的所述底部的下表面和所述第二介质板42的所述底部的下表面均可与所述接地板10的上表面紧密贴合。
作为本发明的进一步改进，所述双极化天线100还包括多个固定柱70，所述固定柱70安装于接地板10，用于支撑所述辐射板50。在可选的实施方式中，所述固定柱70为四个，且为尼龙柱。
安装时，所述第一介质板32和所述第二介质板42垂直正交放置并固定于所述接地板10，所述辐射板50放置于所述固定柱70的顶部并使所述辐射层54的下表面与所述第一介质板32的顶部的上面和第二介质板42的顶部的上表面紧密贴合。
在可选的实施方式中，所述双极化天线100的宽度为90mm，长度为90mm，高度为30mm。
请参考图7，所示为本发明双极化天线100的电压驻波比（Voltage Standing WaveRatio，VSWR）仿真示意图，其中，实线为第一端口360的电压驻波比仿真示意图，虚线为第二端口460的电压驻波比仿真示意图。由图示可知，本发明实施方式的双极化天线100的工作带宽较宽，在2.5GHz-2.7GHz的频率范围内，第一端口360和第二端口460的电压驻波比均小于1.5。
请参考图8，所示为本发明双极化天线100的第一端口360和第二端口460之间的隔离度仿真示意图，表示第二端口460到第一端口360的传输系数。由图示可知，本发明实施方式的双极化天线100的端口隔离度较高，在2.5GHz-2.7GHz的频率范围内，第一端口360和第二端口460之间的隔离度小于-55dB。
采用上述可选实施方式的双极化天线，第一馈电网络和第二馈电网络采用耦合馈电的方式对辐射层进行电磁耦合馈电，当其中一个馈电网络馈电时，如第一馈电网络馈电时，电流经过第一传输线36耦合到第一馈电层34，在第一馈电层34的第一凹槽342的两侧电场最强，并在第一凹槽342的两侧分别激励出了反相的电流，由于所述第一馈电网络和所述第二馈电网络的结构对称，第一凹槽342的两侧的能量耦合到第二凹槽442时，由于传播距离一样，两股能量抵消，即当其中一个馈电网络馈电时，其耦合到另一个馈电网络的能量大大减弱，从而实现了高隔离度特性。换而言之，本发明实施方式的双极化天线100的第一馈电网络和第二馈电网络采用了对称的电磁耦合馈电网络，得两个馈电网络之间的能量耦合大大减弱，相对于采用探针馈电、共面微带线馈电等馈电方式的其他双极化天线，进一步提升了端口间的隔离度。
请一并参考图9和图10，为本发明第二种实施方式提供的天线阵列200。所述天线阵列200包括一对天线210和一对外壳220，所述天线210的结构与第一实施方式中的双极化天线100的结构相同，所述外壳220固定于所述接地板212并包括多个隔离墙222，所述隔离墙222形成围栏，用于围隔所述天线210，以提高所述天线阵列200中不同天线210之间的同极化端口隔离度和交叉极化端口隔离度。
具体地，在每个天线210周围添加所述外壳220后，可以增加天线210的辐射定向性，在两个天线210之间的方向的辐射能量就会被减弱，从而两个天线210之间的能量耦合也会降低，即天线210之间的同极化端口隔离度和交叉极化端口隔离度就会提高。
在可选的实施方式中，所述外壳为金属框，并焊接于接地板212。
作为本发明的进一步改进，所述天线阵列200还包括天线罩230，所述天线罩230罩覆所述天线阵列200，用于防尘、防水和保护天线阵列200内部结构，并使天线阵列200美观。
在可选的实施方式中，所述天线罩230固定于所述接地板212。
在可选的实施方式中，所述天线阵列200中的天线为双极化天线，且每一个天线的宽度为90mm，长度为90mm，高度为30mm，两个天线之间的中心距离为150mm。
在其它实施方式中，所述天线阵列200也可以为多输入输出（Multi input andMultiple Output,MIMO）天线。
请参考图11，所示为本发明天线阵列200的不同天线210的同极化端口的隔离度仿真示意图，其中，虚线为不同天线210的第一端口之间的隔离度仿真示意图，实线为不同天线210的第二端口之间的隔离度仿真示意图。不同天线210的相同端口可以称为同极化端口，例如不同天线的第一端口和第一端口，或者第二端口与第二端口。由图示可知，在较宽的频率范围内，不同天线210的第一端口和第一端口之间或第二端口和第二端口之间的隔离度均小于-35dB，即不同天线210的同极化端口隔离度较好。
请一并参考图12和图13，为本发明第三种实施方式提供的天线阵列300。第三种实施方式提供的天线阵列300可作为第二种实施方式提供的天线阵列200的进一步改进，所述天线阵列300还包括固定于接地板330并位于两个所述外壳310之间的接地条阵320，用于提升不同天线之间的同极化端口隔离度和交叉极化端口隔离度。接地条阵320可以与接地板330一体成型，也可以通过焊接的方式固定于接地板330。
在两个所述外壳310之间设有接地条阵320，即两个天线之间设有接地条阵320，能够改变所述接地板330上表面电磁波的分布以及天线间空间电磁波的分布，可以减少天线间的能量耦合，从而使得不同天线的同极化端口隔离度和交叉极化端口隔离度在第二种实施方式的基础上有了更进一步的提升。
作为本发明的进一步改进，所述接地条阵320包括两组轴对称的接地条，该轴对称的中轴线位于一对所述天线的垂直平分线，或者与天线阵列300的中心线重合；每一组所述接地条包括多个长度和高度均不相同的接地条。
在可选的实施方式中，每一组所述接地条中的接地条的高度和长度均由外侧向内侧递减。所述外侧靠近所述双极化天线(210)，所述内侧靠近所述轴对称的中轴线。
在可选的实施方式中，所述接地条阵(320)为金属条阵，或铁氧体条阵，或左手材料条阵，或电磁带隙结构。接地条阵320中的每个接地条可以为矩形，也可以为T形或I形等其它形状。
需要说明的是，所述天线阵列300可不包括外壳310，该天线阵列300的天线单元并不限定如上述实施方式介绍的双极化天线100，也可以是其他天线单元。即所述天线阵列300包括至少一对天线单元，以及安装于接地板330并位于两个天线单元之间的接地条阵320，以提升不同天线之间的同极化端口隔离度。
作为本发明的进一步改进，每一个外壳310包括多个卡槽312，所述接地板330设有多个卡块332，所述卡块332卡入所述卡槽312，以将所述外壳310固定于所述接地板330。
请一并参考图12至图14，作为本发明的进一步改进，所述天线阵列300还包括天线罩340，所述天线罩340罩覆所述天线阵列300，用于防尘、防水和保护天线阵列300内部结构，并使天线阵列300美观。
作为本发明的进一步改进，所述天线罩340设有多个固定柱342，所述固定柱342位于所述天线罩340的四个角落和两个相对侧壁的中间。每一个固定柱342设有第一固定孔344，所述接地板330设有多个第二固定孔(被天线罩340遮挡)，安装时，螺钉穿过第二固定孔锁固于所述第一固定孔344中，以将所述天线罩340固定于所述接地板330。
请参考图15，所示为本发明天线阵列300的不同天线的同极化端口的隔离度仿真示意图，其中，虚线为不同天线210的第一端口之间的隔离度仿真示意图，实线为不同天线210的第二端口之间的隔离度仿真示意图。由图示可知，增加了接地条阵后，不同天线的同极化端口的隔离度有所变化。特别地，在2.5GHz-2.7GHz的频率范围内，不同天线的同极化端口的隔离度得到进一步提升，不同天线的第一端口和第一端口之间或第二端口和第二端口之间的隔离度小于-45dB。
本发明的上述所有实施方式提供的双极化天线，以及天线阵列具有良好的端口隔离度，尺寸适中，既可以适用于全双工通信系统，也可以作为多输入输出（Multiple inputand Multiple Output,MIMO）天线，以及其他任何可能的应用场景中。
以上所述的实施方式，以及结构示意图或仿真示意图仅为示意性说明本发明的技术方案，其中的尺寸比例、仿真数值并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种双极化天线(100)，其特征在于：
所述双极化天线(100)包括接地板(10)、馈电部(20)和辐射板(50)，所述馈电部(20)用于向所述辐射板(50)馈入电磁波信号，并包括第一馈电部(30)和第二馈电部(40)，所述接地板(10)设置于所述馈电部(20)的底部，所述辐射板(50)设置于所述馈电部(20)顶部；
所述第一馈电部(30)包括第一介质板(32)、第一馈电层(34)和第一传输线(36)，所述第一馈电层(34)设置于所述第一介质板(32)的一个表面，所述第一传输线(36)设置于所述第一介质板(32)的另一个表面并设有第一端口(360)，所述第一端口用于向所述第一馈电部馈入信号；
所述第二馈电部(40)包括第二介质板(42)、第二馈电层(44)和第二传输线(46)，所述第二馈电层(44)设置于所述第二介质板(42)的一个表面，所述第二传输线(46)设置于所述第二介质板(42)的另一个表面并设有第二端口(460)，所述第二端口用于向所述第二馈电部馈入信号；
所述第一介质板(32)和所述第二介质板(42)垂直安装于所述接地板(10)，且所述第一介质板(32)和所述第二介质板(42)相互垂直放置，所述第一传输线(36)和所述第二传输线(46)相互隔离；
所述第一介质板(32)设有第一开口(320)，所述第一开口(320)从所述第一介质板(32)的底部向顶部延伸，所述第二介质板(42)设有第二开口(420)，所述第二开口(420)从所述第二介质板(42)的顶部向底部延伸，
所述第一馈电层(34)设有第一凹槽(342)，所述第一凹槽(342)从所述第一馈电层(34)的顶部向中间延伸，并包括第一槽(340)和与所述第一槽(340)连通的第二槽(341)，所述第一开口(320)穿过所述第二槽(341)延伸至所述第一槽(340)；
所述第二馈电层(44)设有第二凹槽(442)，所述第二凹槽(442)从所述第二馈电层(44)的顶部向中间延伸，并包括第三槽(440)和与所述第三槽(440)连通的第四槽(441)，所述第二开口(420)伸入所述第三槽(440)。
2.根据权利要求1所述的双极化天线(100)，其特征在于：
所述第一介质板(32)和所述第二介质板(42)通过所述第一开口(320)和所述第二开口(420)接合，从而相互垂直放置。
3.根据权利要求1所述的双极化天线(100)，其特征在于：
所述辐射板(50)包括辐射层(54)，所述辐射层(54)设置于所述辐射板(50)的下表面，所述馈电部(20)通过耦合方式向所述辐射层(54)馈入信号。
4.根据权利要求3所述的双极化天线(100)，其特征在于：
所述辐射层(54)的形状为正4N边形、正4N边环形、圆形或圆环形，其中N为大于等于1的整数。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的双极化天线(100)，其特征在于：
所述第一端口(360)设于所述第一传输线(36)的末端，并从所述第一介质板(32)的所述底部向所述顶部延伸；
所述第一传输线(36)还包括第一段传输线(362)、第二段传输线(364)和第三段传输线(366)，所述第一段传输线(362)从所述第一端口(360)的末端向所述第一介质板(32)的所述顶部延伸并与所述第一开口(320)平行，所述第二段传输线(364)从所述第一开口(320)的上方跨越并与所述第一段传输线(362)垂直相连，所述第三段传输线(366)从所述第二段传输线(364)的末端向所述第一介质板(32)的所述底部垂直延伸。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的双极化天线(100)，其特征在于：
所述第二端口(460)设置于所述第二传输线(46)的末端并从所述第二介质板(42)的所述底部向所述顶部延伸；
所述第二传输线(46)包括第四段传输线(462)、第五段传输线(464)和第六段传输线(466)，所述第四段传输线(462)从所述第二端口(460)的末端向所述第二介质板(42)的所述顶部延伸并与所述第二开口(420)平行，所述第五段传输线(464)与所述第四段传输线(462)垂直相连，所述第六段传输线(466)从所述第五段传输线(464)的末端向所述第二介质板(42)的所述底部垂直延伸。
7.根据权利要求6所述的双极化天线(100)，其特征在于：
所述第五段传输线(464)的中部向所述第二介质板(42)的所述底部方向折弯形成折弯部，以防止所述第二开口(420)贯穿所述第五段传输线(464)。
8.根据权利要求6所述的双极化天线(100)，其特征在于：
所述双极化天线(100)还包括一对连接器(60)，所述连接器(60)中的一个与所述第一端口(360)电连接，所述连接器(60)中的另一个与所述第二端口(460)电连接，用于向所述第一馈电部(30)和所述第二馈电部(40)馈入信号。
9.一种天线阵列(200)，其特征在于：
所述天线阵列(200)包括一对如权利要求1至8任意一项所述的双极化天线(210)，以及一对外壳(220)，每一个所述外壳(220)固定于所述接地板(212)并包括多个隔离墙(222)，所述隔离墙(222)形成围栏，用于围隔所述双极化天线(210)，所述天线阵列(200)还包括位于所述一对外壳(220)之间的接地条阵(320)，用于提升所述双极化天线(210)之间的隔离度；
所述接地条阵(320)包括两组轴对称的接地条，所述轴对称的中轴线位于一对所述双极化天线(210)的垂直平分线；每组接地条的高度和长度均由外侧向内侧递减，所述外侧靠近所述双极化天线(210)，所述内侧靠近所述轴对称的中轴线。
10.根据权利要求9所述的天线阵列(200)，其特征在于：
所述接地条阵(320)为金属条阵，或铁氧体条阵，或左手材料条阵，或电磁带隙结构。
11.根据权利要求9或10所述的天线阵列(200)，其特征在于：
所述外壳(220)包括多个卡槽(312)，所述接地板(330)设有多个卡块(332)，所述卡块(332)卡入所述卡槽(312)，以将所述外壳(220)固定于所述接地板(212)。
12.根据权利要求9或10所述的天线阵列(200)，其特征在于：
所述天线阵列(200)还包括天线罩(340)，所述天线罩(340)罩覆所述天线阵列(200)。
13.一种天线阵列(200)，其特征在于：
所述天线阵列(200)包括一对天线和接地条阵(320)，所述天线包括接地板(330)，所述接地条阵(320)固定于所述接地板(330)并位于所述天线之间，用于提升所述天线之间的隔离度，所述接地条阵(320)包括两组轴对称的接地条，所述轴对称的中轴线位于一对所述天线的垂直平分线；每组接地条的高度和长度均由外侧向内侧递减，所述外侧靠近所述天线，所述内侧靠近所述轴对称的中轴线。
14.根据权利要求13所述的天线阵列(200)，其特征在于：
所述天线阵列(200)还包括一对外壳(220)，每一个所述外壳(220)固定于所述接地板(330)并包括多个隔离墙(222)，所述隔离墙(222)形成围栏，用于围隔所述天线，所述接地条阵(320)位于两个所述外壳(220)之间。
15.根据权利要求13至14任意一项所述的天线阵列(200)，其特征在于：
所述接地条阵(320)为金属条阵，或铁氧体条阵，或左手材料条阵，或电磁带隙结构。
16.根据权利要求13至14任意一项所述的天线阵列(200)，其特征在于：
所述外壳(220)包括多个卡槽(312)，所述接地板(10)设有多个卡块(332)，所述卡块(332)卡入所述卡槽(312)，以将所述外壳(220)固定于所述接地板(330)。
17.根据权利要求16所述的天线阵列(200)，其特征在于：所述天线阵列(200)还包括天线罩(340)，所述天线罩(340)罩覆所述天线阵列(200)。
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