磁电偶极天线和双极化和高隔离

文摘

一个双极化aperture-coupled磁电(我)提出了偶极子天线。喂养网络是基于衬底集成同轴线(SICLs)。描述SICL改善隔离的效果,我偶极与另一个两个不同喂养配置,微带线和带状线,分别比较。因此,输电线路之间的耦合是极大的减少,两个输入端口之间的隔离不同极化的增强。天线样机制造和测试,表现出良好的性能,包括隔离级别高于30 dB之间的两个输入端口和超过9.5 dBi的收益。除此之外,该设计能够实现稳定的定向辐射模式与交叉极化水平低于−22分贝和辐射水平低于−24分贝。

1。介绍

自从5 g(第五代)将商用无线通信技术在2020年代早期,手机用户的数量将会上升非常和移动无线服务将不断扩大。由于有限的频率资源,提高天线的表演来提高无线蜂窝网络的交通容量和频谱利用率。

双极化天线广泛应用于射频通信系统,特别是在移动蜂窝基站。与线性极化天线相比,双极化天线更有吸引力,因为他们可以对抗多径衰落和增加信道容量1]。到目前为止,为了获得稳定的电气性能,几双极化天线设计报告(2- - - - - -4宽带互补天线的基础上,也就是说,磁电(我)偶极子5,6]。这种类型的天线包括面向垂直的四分之一波长卖空补丁和一个平面偶极子,像一个磁偶极子和一个电偶极子。通过激动人心的磁性和电偶极子与平等的振幅和相同时,天线可以实现出色的性能,如广泛的阻抗带宽,一个稳定的增益,低辐射,低交叉极化水平,对称的飞机和平面辐射模式操作频带。此外,由于上述优点,我偶极天线也可以开发的毫米波波段(7]。

在本文中,我们演示一个双极化aperture-coupled我偶极天线。其给网络是基于衬底集成同轴线(SICLs),这可以减少输电线路之间的耦合,从而提高不同极化的两个输入端口之间的隔离。此外,双向功率分配器用于实现一个双胞胎饲料平衡激励。这导致该设计对称辐射模式对其整个操作频带。此外,几乎相同的阻抗匹配和辐射性能获得了两个极化水平。

2。天线配置

提出了双极化的几何aperture-coupled我图中给出了偶极子天线1。其详细的几何尺寸如表所示1。天线由三部分组成,包括一个偶极子,给网络,和一个盒子形状反射器。如图1(一),我偶极子组成的四个部分位于对称地平面的中心。的四个水平补丁我偶极子连接由一个十字形的垂直地对角线方向为阻抗匹配分析(7]。我偶极子aperture-coupled联储交叉槽。喂养的结构网络是两个多层基板制作的,也就是说,基板1(Taconic RF-30高度 毫米, ),底物2(泰康利TLC的高度 毫米, )。如图1 (b),双向功率分配器用于实现一个双胞胎饲料平衡交叉槽的激发。为了定位两个偏振的喂养网络水平,建在一个交叉基板1。因此,我可以兴奋的交叉偶极子槽。在这个配置中,基板1上的重新分配吗底物2,如图1 (c)。最后,一个盒子形状反射器是用来实现稳定的辐射模式和减少叶背面。

在这个设计中,实现SICL通过加载短路通过与一个周期间距以及一种带状线,用于喂养网络,和一个支持腔也使用(交叉槽)抑制回我偶极子的辐射。

在这里,底物2(高调)位于下方基板1(低调),他们坚定地堆放在一起通过应用一些塑料螺丝。通过这样做,目前分布在地面的两个堆叠基质可以集中,在这种情况下将加强激励领域围绕着十字槽顶部加载场地(8]。

3所示。模拟和测量结果

来验证提出的设计、制造和测试原型。模拟结果通过使用商业软件Ansys基于EM,包括反射系数(11和22),隔离( )、天线增益和辐射模式。测量结果通过使用安捷伦N5225A网络分析仪和Satimo流动近场测量系统。

数据2(一个)和2 (b)目前的模拟和测量反射系数提出的天线端口1和端口2,分别。在这里,可以看出两个共振兴奋,和相应的模拟阻抗带宽(电压驻波比≤1.5)通过两个端口(11和22)彼此是相同的在23.4% (2.11 -2.67 GHz),因为该天线的对称结构。至于提出天线的反射系数,测量数据2(一个)和2 (b)表明这两个共振略转移到更高的频段。值得注意的是,测量和模拟之间的差异提出了天线的反射系数通过港口都可以由于不可避免的变化(因为制造错误)之间存在的确切尺寸制作的原型和模拟。不完美的SMA连接器等影响装配和不可避免的小两个衬底层之间的气隙可能也导致了差异。

模拟和测量侧向收益的港口也绘制在图1和图22。操作频带内,测量的收益大约9.4 dBi的变异0.6 dBi,同意与模拟结果的10 dBi 0.5 dBi的一种变体。同时,评估盒子形状的反射器可以增加两个港口的收益,而没有反射器增益曲线是进行比较。从图观察2获得,大约1.2 dBi的增量在两个港口。图3描述了模拟和测量端口1和2之间的隔离。操作频带,模拟和测量结果非常一致的隔离级别高于30 dB。图3也说明了该天线的测量天线的效率。在整个操作频段测量天线效率总是大于83%。

的飞机(面),飞机(飞机)辐射模式的端口1的频率为2.2,2.4和2.6 GHz见图4。端口2的辐射模式类似于这里的端口1,不简洁。它可以观察到,一个好的测量和模拟之间的协议。整个操作频段,该天线能够实现稳定的定向辐射模式与交叉极化水平低于−22分贝和辐射水平低于−港口24分贝。测量和模拟辐射模式之间的细微差别主要是由于制造误差和制造焊接公差。

4所示。比较和讨论

4.1。喂养的配置

双极化天线,两个偏振之间的隔离级别是最重要的特征之一。展示如何SICL馈电网络可以改善提议我偶极天线的隔离,两个不同的(通常使用)喂养配置也通过仿真研究。数据5和6的阻抗匹配和隔离提出我偶极天线应用微带线和带状线时喂养的输电线路网络,分别。

如图5,这两个共振远离彼此分离,导致两种操作模式与狭窄10分贝阻抗带宽大约在2.1和2.7 GHz。通过进一步观察在整个工作频率,观察23分贝的隔离级别。如图6,穷得多的阻抗匹配时观察到整个工作频率SICLs取代了带状线。至于其相应的 ,不良隔离大约7 dB和11是意识到在2.18 GHz和2.59 GHz,分别。这里,值得注意的是,由于传输线的特性阻抗的变化,尽管上述两种不同的喂养配置的阻抗不匹配,使用的隔离级别仍然可以作为一个参考,因为上面的两个调查案件的隔离级别将提出天线阻抗匹配时更低。因此,如果上述两个调查病例修改以达到良好的阻抗匹配,微带线的隔离情况不会比23分贝,带状线隔离级别的情况下甚至会比9 dB(在2.16 GHz)。相比较而言,隔离级别高于30 dB在整个操作乐队当SICLs应用于提出天线。这是由于电磁场SICLs密封良好;因此,相邻之间的耦合传输线是虚弱的。最后,制作原型的照片呈现在图7。

4.2。表演

表2比较了提出与其他出版的双极化偶极天线的表现我偶极子天线。的带宽和隔离,尽管2,4)可以达到超过60%的阻抗带宽和大于36分贝隔离,他们的水平几何尺寸略大。特别是在(4由微分),实现更高的隔离喂养,因此复杂性将不可避免。在[设计3)可以减少的大小与介质加载天线,但遭受不对称的两个端口之间的阻抗带宽和较低的收益。相比之下,这项工作仍有重要的价值和一个稳定的增益为9.5 dBi和高通过两个端口隔离和宽的带宽。

5。结论

一个偶极天线和双极化aperture-coupled我喂养网络,基于SICL已经成功地调查。验证设计的表演,一个原型是捏造的升高和测量。测量结果表明,该我偶极子天线具有广阔的带宽,收益稳定,控制辐射模式和高隔离不同极化之间的水平。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

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