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一种双极化印刷偶极子基站天线夏小勇;廖成【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外围轮廓，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<2，相对带宽达到77%，获得了较好的带宽特性；组成双极化天线后，在1.8~2.7GHz的频率范围内，天线的交叉极化比、水平面波束宽度、隔离度等指标能较好满足移动通信的要求，可以应用于移动通信系统中。
%This paper proposes a method of extension of the outline profile by cutting angles and bent upward in the patch and of bandwidth extension through extending and changing open slot in feed location, which is implementedin the dual-polarized base station antenna. The research has shown thatthe single antenna has a bandwidth of 1.50-3.38GHz,and Voltage Standing Wave Ratio(VSWR) of less than 2. The relative bandwidth reached 77%, which gets a better bandwidth. As a dual-polarized antenna which could apply to mobile communication systems, its cross-polarization ratio, the horizontal plane beam width;isolation can preferably meet the requirements of mobile communication in the frequency scope of 1.8GHzto 2.7GHz.【期刊名称】《移动通信》【年(卷),期】2013(000)016【总页数】5页(P48-52)【关键词】印刷偶极子;基站天线;带宽【作者】夏小勇;廖成【作者单位】西南交通大学电磁场与微波技术研究所，四川成都610031;西南交通大学电磁场与微波技术研究所，四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TN828.61 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。
一种使用新型巴伦的双频宽带准八木天线赵廷辉;熊阳;余贤【摘要】准八木天线具有较好的方向性,但其带宽还不能满足实际应用需要.为解决双频带准八木天线带宽较低的问题,提出了一种新型双频准八木天线,其具有相对带宽较大的两个工作频带,并可以应用于定向WLAN/Wimax通信系统.该天线采用喇叭形巴伦来增加带宽,采用多支节结构的两对辐射偶极子来激发两个不同的频率.低频辐射偶极子采用阶梯阻抗来减小物理尺寸,通过合理配置两对辐射偶极子和反射器可以获得良好的辐射特性.使用Ansoft HFSS对天线进行优化,并制作了实物.实验测量结果显示该天线S11＜-10 dB的频段为2.36～2.8 GHz和3.3～3.8 GHz,前后比均在10 dB以上,带内增益分别在6 dB和8 dB以上.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2017(041)006【总页数】5页(P47-51)【关键词】双频天线;准八木天线;喇叭形连接结构【作者】赵廷辉;熊阳;余贤【作者单位】南开大学,天津300350;南开大学,天津300350;南开大学,天津300350【正文语种】中文【中图分类】TN82近年来，随着无线通信的快速发展，尤其是无线局域网络(WLAN) 和全球微波互联接入(WiMAX)的持续发展,对拥有大的阻抗带宽和良好辐射特性的双频或多频天线的需求急剧上升[1-3]。
平面印刷准八木天线具有结构紧凑、低剖面、重量轻、增益高和轴向辐射模式等特点而得到广泛的应用[4-12]。
一些研究人员引入开口环双模谐振器来实现双频,该天线的性能与谐振器的特性有关[4]。
一些研究者将低频偶极子作为高频的反射器，用高频偶极子作为低频引向器[5],这类天线增加了电容来调节阻抗匹配，虽然节省了空间，但大大增加了设计难度。
另外一些研究将偶极子上开了两个L形槽来激发不同的频率,并且使用双模谐振器来实现对双频的引向[6]。
然而，这些天线的共同特点就是它们的频带都很窄，这也是八木天线的特点之一。
宽带印刷偶极子天线设计何庆强何海丹(中国西南电子技术研究所，成都610036)摘要：构建了一个宽带印刷偶极子天线，基于等效电路模型进行分析，给出了一套完整的设计计算公式。
采用该方法进行设计，可一次成功，不必进行参数扫描和优化。
给出的例子所得天线带宽达到54.15%，优于最新的国内外报道。
关键词：偶极子，巴伦，等效电路，宽带Design of a Broadband Printed Dipole AntennaHe Qingqiang He Haidan(Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036)Abstract: A broadband printed dipole antenna is created. Based on the analysis of equivalent circuit model, a perfect designing calculated process is given. Applying the proposed method, the dipole design can be successful once time and doesn’t need parameter tune and optimization. The designed dipole obtains a 54.15% bandwidth and has a better wideband characteristic compared with recent reports.Keywords: Dipole; Balun; Equivalent circuit; Broadband1 引言印刷巴伦偶极子天线最早研究起源于1974年[1]。
最近几年的研究表明：通过快速的单元模型分析计算，天线带宽可以达到18%[2]；通过采用V形地平面，天线带宽可以达到33%以上[3]；通过神经网络参数优化，天线的带宽可以达到40%[4]；采用等效电路优化结合周期性加载原理，印刷偶极子天线的带宽可以达到47.8%[5]。
微带偶极子天线的小型化改进设计于臻【摘要】Based on the traditional principles and structure characteristics of dipole antenna , combined with the advantages of microstrip antenna, an inproved miniature microstrip dipole antenna which operates at the center frequency 2.45 GHz is presented in this paper.An soft HFSS software is used to construct , simulate the antenna model.The antenna is tested by the PNA3621 vector network meter.Simulation and measurement re-sults show that the antenna has good performance in 2.2 GHz~2.7 GHz frequency range , antenna has good symmetry pattern and less side -lobe, input voltage standing -wave ratio VSWR and return loss RL are ideal , which agrees well with the simulated results.%基于传统的偶极振子天线的原理和结构特点，结合微带天线的优势，改进设计了一种中心工作频率为2.45 GHz 的微带贴片偶极子天线，缩小了天线尺寸。
设计过程中使用Ansoft HFSS软件搭建天线的模型并进行仿真。
制作的天线利用PNA3621网络分析仪进行了测试，测量结果表明：在2.2 GHz～2.7 GHz频带范围内，天线方向图对称性较好，旁瓣较少，与仿真结果较为吻合，天线输入端电压驻波比和回波损耗较为理想，实现了较宽的频带。
一种基于开口谐振环的高增益宽带双极化天线设计任宇辉;丁君;郭陈江【摘要】A wideband and high gain dual-polarized antenna based on split ring resonators is presented. The antenna is composed of two cross printed dipole antennas vertically fixed on an aluminum plate as ground plane, which are excited by two similar micro-strip baluns. In order to further improve the gain with a broad bandwidth, split ring resonators and complementary split ring resonators are loaded on the printed dipole antennas. Measured results show that the proposed antenna achieves-10 dB return loss with bandwidth of 0.98~2.01 GHz (69%), and its port isolation is higher than 20 dB within that band. The maximum gain of antenna is improved up by 4.1 dB because of split ring resonators. Furthermore, the height of the antenna is reduced about 12% than the LPPDs- DPA.%该文设计并制作了一种基于超材料的高增益宽带双极化天线,该天线由两个正交放置的印刷振子单元、馈电巴伦及金属接地板构成.为了进一步展宽带宽、提高增益,在天线上了加载开口谐振环、互补开口谐振环等超材料结构.测试结果表明,该天线回波损耗小于-10 dB的带宽约为69%(0.98~2.01 GHz),在相同的频带内隔离度大于20 dB.由于开口谐振环的引向作用,天线的辐射特性得到改善,增益最大提高了4.1 dB左右.和已有设计相比,该天线的总体高度减小了约12%.其可以当作独立天线使用,也可用作反射面天线的双极化馈源.【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2017(039)011【总页数】5页(P2790-2794)【关键词】开口谐振环;互补开口谐振环;双极化天线【作者】任宇辉;丁君;郭陈江【作者单位】西北工业大学电子信息学院西安 710129;西北大学信息科学与技术学院西安 710069;西北工业大学电子信息学院西安 710129;西北工业大学电子信息学院西安 710129【正文语种】中文【中图分类】TN823由于双极化天线(Dual-Polarized Antennas, DPAs)可以形成一对极化方式正交，且工作频率相同的电磁波，目前已广泛应用于电子信息领域。
第 21 卷 第 7 期2023 年 7 月Vol.21，No.7Jul.，2023太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology一种小型宽带双极化5G基站天线陈娅莉a，刘倩倩a，李山东b，宗卫华*b(青岛大学 a.电子信息学院；b.物理科学学院，山东青岛266071)摘要：设计了一种适用于2G/3G/4G/5G移动通信的小型宽带±45°双极化基站天线。
该天线由2对偶极子辐射片、2条微带馈线和1块反射板组成，辐射臂和微带馈线采用双面印刷工艺印刷在0.8 mm厚的FR4板，并固定放置于开有圆形槽的反射板上。
对天线实物进行加工测试，测试结果表明，端口1工作频段为1.82~3.60 GHz，端口2工作频段为1.64~3.41 GHz；工作频段内，反射系数小于-10 dB，端口隔离度优于18 dB；交叉极化比在视轴方向大于17 dB，±60°方向大于15 dB；半功率波束65°左右，前后比优于18 dB，测试和仿真结果较吻合。
所设计天线带宽宽，尺寸小，且制作工艺简单，成本低廉，适合批量生产，应用于5G移动通信基站中。
关键词：基站天线；5G天线；双极化天线；宽带天线；小型天线中图分类号：TN828.6 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2021074A miniaturized broadband dual-polarized antenna forA miniaturized broadband dual-polarized antenna for 55G base stationCHEN Yali a，LIU Qianqian a，LI Shandong b，ZONG Weihua*b(a.School of Electronic and Information；b.School of Physics Science，Qingdao University，Qingdao Shandong 266071，China)AbstractAbstract：：A ±45° dual-polarized base station antenna with a small size and a broad bandwidth for 2G/3G/4G/5G mobile communication is proposed in this paper. The proposed antenna comprises twopairs of dipole radiation patches, two microstrip feedlines and a reflector. The radiation patches andmicrostrip feedlines are printed on a FR4 substrate with a thickness of 0.8 mm, using a process calleddouble-sided printed circuit board. The reflector is grooved a circular slot and the antenna is fixed aboveit. The prototype of the proposed antenna is fabricated and measured. The results show that it has abandwidth of 1.82~3.60 GHz(port1) and 1.64~3.41 GHz(port2) respectively, during which, the reflectioncoefficient is less than -10 dB, the port isolation is better than 18 dB, the cross polarizationdiscrimination is better than 17 dB in the boresight direction, and better than 15 dB in ±60° directions,the half power beam width is approximately 65° and the front-to-rear ratio is better than 18 dB. With theadvantages of wide bandwidth, small size, simple manufacturing process and low cost, the proposedantenna is suitable for mass production and is an excellent candidate for applications in 5G mobilecommunication base station.KeywordsKeywords：：base station antenna；5G antenna；dual-polarized antenna；broadband antenna；miniaturized antenna5G New Ratio是基于正交频分复用技术，拥有全新空口的全球性5G标准，可分为sub-6 GHz低频频段(0.45~ 6 GHz)和高频毫米波频段(24.25~52.6 GHz)。
偶极子天线馈电原理概述及解释说明引言1.1 概述偶极子天线是一种常见的无线通信装置，广泛应用于无线电、雷达、卫星通信等领域。
它具有结构简单、易于制造和调整的优点，被广泛用作天线系统中的辐射元件。
然而，在实际应用中，为了保证偶极子天线能够正常工作并发挥最佳性能，馈电原理起着至关重要的作用。
1.2 文章结构本文主要围绕着偶极子天线的馈电原理展开讨论，旨在从基本原理到常见馈电方式以及馈电原理对天线性能的影响因素进行全面介绍。
文章共分为四个主要部分：引言、偶极子天线的基本原理、常见的偶极子天线馈电方式和馈电原理对偶极子天线性能的影响因素。
最后，在结论部分对本文进行总结，并强调偶极子天线馈电原理的重要性。
1.3 目的本文旨在解释和说明偶极子天线的馈电原理，深入揭示不同馈电方式对其性能产生的影响，并探讨如何针对这些影响因素进行优化。
通过详细讨论和分析，希望读者能够全面了解偶极子天线的馈电原理，并能在实际应用中正确选择和配置合适的馈电方式，以提高天线系统的性能和效率。
2. 偶极子天线的基本原理：2.1 基本概念：偶极子天线是一种常见的无线通信天线，由于其结构简单且具有良好的接收和发射性能，在许多领域得到广泛应用。
偶极子天线基于偶极子理论，即将电磁信号分为电场和磁场两个部分，并利用在空间中摆动产生辐射以进行信息传输。
2.2 偶极子的结构和工作原理：偶极子天线通常由一个导体材料制成，外形呈直棒状或折叠形状。
它可以通过连接导线和馈电点与其他电路相连。
当交流信号通过导体时，导体上会形成一个起伏的电势差，从而产生电场和磁场。
这些起伏的电势差产生远距离传输能力。
2.3 馈电方式及其作用机理：偶极子天线可通过不同的馈电方式进行供电。
常见的馈电方式有平行馈电方式、垂直馈电方式和正交馈电方式。
- 平行馈电方式：这种方式中，导线与偶极子平行排列并与之相连。
当交流信号通过导线时，产生的电场沿着偶极子的方向辐射出去。
这种方式适用于需要较高增益和定向性的应用。
一种基于共臂结构的双频印刷偶极子天线作者：刘鑫张帅来源：《现代信息科技》2022年第07期摘要：文章提出一种基于共臂结构的双频印刷偶极子天线，可同时工作在433 MHz和2 390 MHz，可广泛用于无线局域网、物联网通信领域。
该天线由一个工作在高频的二元双面印刷偶极子阵列和一个工作在低频的偶极子下臂组成。
一方面通过加载电容，将高频辐射体设计成为低频印刷偶极子的上臂，来构成低频对称阵子的完整结构。
另一方面通过加载电感，进一步缩短了低频阵子臂的长度。
关键词：共臂;双频;偶极子;天线中图分类号：TN92 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）07-0039-04A Dual-Band Printed Dipole Antenna Based on the Shared ArmsLIU Xin1， ZHANG Shuai2（1.BeiDou Academy， Wuhan Qingchuan University， WuHan 430204， China; 2.Wuhan Second Ship Design and Research Institute， WuHan 430205， China）Abstract： This paper proposes a dual-band printed dipole antenna based on the shared arms structure， and it could work at 433 MHz and 2 390 MHz and it is widely used in fields of wireless local area networks， Internet of Things communication. The antenna is composed of a two-element double sided printed dipole array which works at high frequency and a dipole lower arm which works at low frequency. On the one hand， by loading capacitance， the high frequency radiation body is designed as the upper arm of the low frequency printed dipole to form the complete structure of thelow frequency symmetry array. On the other hand， by loading inductance， the length of the low frequency array arm is further shortened.Keywords： shared arm; dual-band; dipole; antenna0 引言全向天線作为一种基本的天线类型，有着广泛的应用，它被应用在形成无线扩频网络、点对点通信、数据传输等方面。
在传统的全向天线中，例如单极子天线、偶极子天线和套筒天线，印刷偶极子天线因其成本低、重量轻、外形小、易于加工等优点，尤其受到业界的青睐。
在印刷偶极子天线的设计中，宽带化、小型化和高增益是其关键的技术要求[1]。
印刷偶极子天线最独特的特点是它的结构简单地由印刷在介质基片两侧的两个臂组成，通过适当调整这些臂，它的谐振频率和带宽可以满足我们不同的需求。
在无线局域网、物联网通信领域，常用的通信频段是433 MHz频段和2.4 GHz频段。
这是因为根据ITU-R（国际通信联盟无线电通信局）的规定，使用ISM（工业、科学、医疗）频段无需许可证或费用，只需要遵守一定的发射功率，并且不要对其他频段造成干扰即可。
433 MHz和2.4 GHz频段正是各国共同的ISM频段，因此蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、LoRa等无线通信技术均是采用的这两个频段。
可同时工作在433 MHz和2.4 GHz频段的天线，在无线局域网、物联网通信领域有着广泛的用途。
关于双频段、多频段印刷偶极子天线的研究已有很多[2]，在辐射贴片或接地平面上刻蚀狭缝是获得多个频段的常用方法之一[3]。
另一个经典的解决方案是将工作在不同频段的天线放在一起[4]，然而，它需要一个匹配电路，这使设计复杂化。
第三种解决方案是在插槽上添加条带[5]，此外，通过引入各种带隙结构，天线也可以获得多个频段。
近年来，随着材料科学的发展，超材料被广泛应用于多频段天线的设计。
文献[6]提出了一种双单元NRI-TL加载天线，该天线加载了具有串联电容间隙和分流电感条的主偶极天线，以实现多频带行为。
文献[7]中提出的另一个想法表明，可以通过引入互补开口环谐振器来实现双频带响应。
本文提出了一种新型的双频印刷偶极子天线结构，可同时工作在433 MHz和2.4 GHz频段，在无线局域网、物联网通信领域有着广泛的应用。
该天线采用共臂结构，通过将高频辐射体设计为低频印刷偶极子的另一臂，有效缩短了天线的整体尺寸，另一方面通过加载电感，进一步缩短了低频阵子臂的长度，使得整个天线尺寸仅240 mm×8 mm×0.5 mm。
1 双频印刷偶极子天线设计1.1 双频天线整体结构设计基于共臂结构的双频印刷偶极子天线的整体设计思路是采用高频辐射体作为低频偶极子的一个臂，其中高频辐射体采用二元偶极子阵列，一方面可以提升高频段的天线增益，另一方面也正好与低频半波偶极子天线臂的长度相当。
图1（a）是该天线正反面结构示意图，可以看出该天线由一个工作在高频的二元双面印刷偶极子阵列和一个工作在低频的偶极子下臂组成，整个天线的总长度是L1。
工作在高频的二元双面印刷偶极子阵列结构如图1（b）所示，位于介质基板两侧的高频阵子臂相互反向放置，天线介质基板的相对介电常数为εr=2.65，损耗正切角为tanδ=0.005。
该二元偶极子阵列的主要参数包括高频偶极子的宽度W1、高频偶极子臂的长度L4、两个高频偶极子之间的距离L2、高频二元偶极子阵列匹配支节的长度L5，这些参数共同决定了高频段的天线特性。
该二元偶极子阵列与馈电端口之间设置隔离电容，电容的高通特性使得天线工作在低频时，接地阵子上的电流不会串扰到介质基板上半部分的辐射单元上，从而使得高频辐射体成为低频印刷偶极子的上臂，与下臂共同构成低频印刷偶极子的完整结构。
工作在低频的偶极子下臂结构如图1（c）所示，其主要参数为低频偶极子下臂的长度L3，为了缩短低频阵下臂的长度，在下臂上设置了电感。
1.2 双频天线参数优化设计由于采用了加载电感的方式来缩小天线纵向尺寸，需分析电感位置对天线性能的影响。
当电感位置靠近馈电端口时，天线方向图仿真结果如图2中ANT.1曲线所示，可以看出天线方向图出现了上翘，最大增益点不在水平方向上。
随着电感的位置从馈电端口向天线下臂末端移动，天线最大增益点先是越来越接近水平方向，后又逐渐偏离水平方向。
当电感位于天线下臂，距离馈电端口12 mm左右时，天线最大增益点基本处于水平方向，此时的天线方向图仿真结果如图2中ANT.2曲线所示。
除了电感的位置，印刷振子的尺寸调整也会较大程度地影响天线的性能。
高频偶极子的宽度W1、高频偶极子臂的长度L4对天线的高频性能产生影响，低频偶极子下臂的长度L3对天线的低频性能产生影响。
而两个高频偶极子之间的距离L2、高频二元偶极子阵列匹配支节的长度L5既对高频二元偶极子阵列的性能有影响，也对低频偶极子的性能有影响，即对天线的高频和低频性能都可能产生影响。
图3是两个高频偶极子之间的距离L2变化时，天线电压驻波比的仿真结果。
可以看出，随着两个高频偶极子之间距离L2的增大，低频段的谐振点向低频方向移动，但高频段性能较稳定，基本不受其影响。
图4是高频二元偶极子阵列匹配支节的长度L5变化时，天线电压驻波比的仿真结果。
可以看出，随着匹配支节长度L5的增加，低频段的谐振点基本不受影响，但高频段的谐振点向低频方向移动。
利用Ansoft公司的HFSS电磁仿真软件，经过多次迭代优化设计，最终建立了如图5所示的双频天线模型，天线各部分的详细参数如表1所示。
从天线模型中可以看出，天线的主体是一个低频段的偶极子天线，中间是连接SMA射频端口和同轴线的馈电端口，其下臂是一个电感加载的铜管结构，其上臂耦合了一个高频段的二元偶极子阵列天线。
基于F4B板材制作的双频天线实物图如图6所示，整个天线尺寸为240 mm×8 mm×0.5 mm。
2 测试结果及分析2.1 天线射频匹配性能测试通过测试天线在馈电端口处的复阻抗和回波损耗，可以评估天线的射频匹配性能。
首先通过Keysight的N9915A矢量网络分析仪测得天线在馈电端口处的复阻抗如图7所示。
其中Mark点M1设置在天线的低频段433 MHz，从图中可以看出，该点的复阻抗非常接近50 Ω，具有优异的阻抗匹配特性。
Mark点M2设置在天线的高频段2 390 MHz，该点的复阻抗为43.3 Ω-j0.2 Ω，反射系数仅为0.07，由于阻抗不匹配所导致的反射能量可以忽略不计。
因此，天线在433 MHz和2.4 GHz两个频段都具有优异的匹配性能。
其次对天线在馈电端口处的回波损耗S11进行了测量，测量频率范围覆盖0 Hz～3 GHz，测量结果如图8所示。
根据Mark点的测量值，低频段回波损耗S11=-21.72 dB@ 433 MHz，高频段回波损耗S11=-22.3 dB @ 2 390 MHz。
天线在433 MHz和2.4 GHz两个频段的回波损耗均低于-20 dB，射频匹配性能优异。
2.2 天线辐射特性测试天线的辐射特性可以通过测试天线的方向图来评估。
在微波暗室分别测试了12支双频天线在两个目标频段内的方向图，图9是双频天线在低频段的方向图测试结果，可以看出天线在低频段的增益约为1～2 dBi，最大增益点位于水平方向，与仿真结果具有较高一致性。
图10是双频天线在高频段的方向图测试结果，可以看出天线在高频段的增益约为3～4 dBi，最大增益点也正好处于水平方向，天线的辐射特性良好。
3 結论本文成功地设计、制造和分析了一种双频印刷偶极子天线，该天线可同时工作在433 MHz 和2.4 GHz两个频段，在无线局域网、物联网通信领域有着广泛的应用。
为了缩小天线尺寸，一方面通过加载电容，将高频二元印刷偶极子阵列设计成低频偶极子的上臂;另一方面通过加载电感，缩短低频偶极子下臂的长度，使得天线尺寸仅240 mm× 8 mm× 0.5 mm，易于加工和安装，非常适合小型天线的应用。
