CN103441332A - 一种微带阵列天线及基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微带阵列天线及基站，涉及天线技术领域，为解决手工安装和焊接探针时生产效率低、焊接的一致性不好，会导致天线电气性能一定程度的恶化的问题而发明。本发明一种微带阵列天线包括多个导体层和设置于每两层导体层之间的绝缘间隔层，所述多个导体层和绝缘间隔层堆叠设置，多个导体层中至少一个导体层为参考地层；至少一个导体层为辐射单元层；至少一个导体层为馈电网络层；至少一个辐射单元层上的各馈电点与至少一个馈电网络层上的各馈电点之间通过设置于绝缘间隔层上的金属化过孔对应连接。本发明可用于移动通讯基站天线的设计。

Description

一种微带阵列天线及基站

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种微带阵列天线及基站。

背景技术

微带天线包含很多种结构形式，从微带天线的构成来看，微带天线包含3个基本的组成部分，分别是辐射单元、参考地和馈电结构。

由于阵列天线具有多个辐射单元，因此馈电结构需要使用馈电网络，用以对输入信号按一定的功率比例和相位关系进行功率分配。

图1和图2所示为现有技术微带阵列天线的馈电网络通常采用的两种布置形式：

参照图1，图1所示的阵列天线结构中包含两个辐射单元1，一个信号输入端口3，信号输入之后通过馈电网络2分别连接到两个辐射单元1。

在此结构中，辐射单元1与馈电网络2集中在一层导体中进行设计，馈电网络2需要占用额外的面积，特别是在阵列辐射单元较多馈电网络比较复杂的情况下，馈电网络2需要占用很大的面积，不利于产品小型化设计需求的满足；同时由于馈电网络2的微带线与辐射单元1存在耦合问题，对阵列天线的方向图会造成一定程度的影响。

参照图2，图2所示的微带天线采用了三层导体结构，下层为一个双面PCB（PrintedCircuitBoard，印制电路板）6，PCB6上层为完整的铜箔5，做为辐射单元的参考地，同时也用作背面微带线的参考地；PCB6下层为微带线，作为馈电网络2＇。信号输入端口3＇连接到PCB6下层的微带线，通过微带线连接到探针4，探针4一端焊接到微带线末端，另一端焊接到辐射单元1＇，信号从信号输入端口3＇输入之后通过馈电网络2＇分配后再通过探针4连接到各个辐射单元1＇，此馈电结构为背面馈电结构。

背面馈电结构的优势在于集成度高，由于参考地位于馈电网络2＇和辐射单元1＇中间，馈电网络2＇的布置不受辐射单元1＇的影响，可以在辐射单元1＇投影区域内进行布置。因此这种结构的阵列天线最终面积取决于辐射阵列所需面积，馈电网络2＇一般不会增加面积开销；但这种天线结构存在的最大问题在于可加工性不好，馈电网络微带线到辐射单元1＇之间需要使用探针4进行连接，探针4需要手工安装和焊接，生产效率低。另外，受手工组装焊接的一致性不好，会导致天线电气性能一定程度的恶化。

发明内容

本发明的实施例提供一种微带阵列天线及基站，使得阵列天线采用背面馈电结构时不需要使用探针，从而克服了现有技术手工安装和焊接探针时生产效率低、焊接的一致性不好，会导致天线电气性能一定程度的恶化的问题。

为达到上述目的，第一方面，本发明的实施例提供了一种微带阵列天线：

所述微带阵列天线包括多个导体层和设置于每两层导体层之间的绝缘间隔层，所述多个导体层和绝缘间隔层堆叠设置，所述多个导体层中：至少一个导体层为参考地层；至少一个导体层为辐射单元层；至少一个导体层为馈电网络层；至少一个辐射单元层上的各馈电点与至少一个馈电网络层上的各馈电点之间通过设置于绝缘间隔层上的金属化过孔对应连接。

在第一种可能实现的方式中，结合第一方面，所述绝缘间隔层为PCB的绝缘基板和/或若干限位垫片。

在第二种可能实现的方式中，结合第一方面，所述微带阵列天线采用多层PCB制作。

在第三种可能实现的方式中，结合第一方面，所述微带阵列天线的各层结构之间通过螺栓紧固连接。

在第四种可能实现的方式中，根据第一方面或第一种至第三种中任一种可能实现的方式，所述多个导体层依次为：馈电网络层、参考地层、多个辐射单元层，所述馈电网络层、参考地层以及处于最靠近所述参考地层的辐射单元层均集成于一个多层PCB上，所述馈电网络层上的各馈电点与所述最靠近所述参考地层的辐射单元层上的各馈电点之间通过设置于多层PCB上的金属化过孔对应连接。

在第五种可能实现的方式中，根据第四种可能实现的方式，各所述辐射单元层之间的绝缘间隔层包括若干限位垫片和设置于若干限位垫片上的PCB的绝缘基板，所述辐射单元层设置于PCB的绝缘基板的上表面和/或下表面。

在第六种可能实现的方式中，根据第四种可能实现的方式，所述辐射单元层包括多个在同一平面上彼此间隔设置的辐射单元，各所述辐射单元层之间的绝缘间隔层为若干限位垫片，所述辐射单元为金属薄片，每个限位垫片上设置一个辐射单元。

在第七种可能实现的方式中，根据第六种可能实现的方式，处于同一绝缘间隔层的各限位垫片高度相同，各绝缘间隔层上的限位垫片在竖直方向上位置对应。

在第八种可能实现的方式中，根据第四种可能实现的方式，所述馈电网络层与所述参考地层之间和/或所述参考地层与所述最靠近所述参考地层的辐射单元层之间设有内层馈电网络层。

第二方面，本发明的实施例提供了一种基站，包括：

信号处理设备，包括上述任一项所述的微带阵列天线；

所述微带阵列天线用于收发无线信号；

所述信号处理设备用于接收所述微带阵列天线接收的无线信号并进行处理，并将处理后的信号通过所述微带阵列天线发送。

与现有技术相比，本发明实施例提供的上述技术方案具有如下优点：本发明实施例将辐射单元层上的各馈电点与馈电网络层上的各馈电点之间通过设置于绝缘间隔层上的金属化过孔对应连接，由此，通过金属化过孔进行馈电，从而不需要使用探针，从而避免了现有技术手工安装和焊接探针时生产效率低、焊接的一致性不好，会导致天线电气性能一定程度的恶化的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为现有技术中微带阵列天线的结构示意图；

图2为现有技术微带阵列天线采用背面馈电结构的结构示意图；

图3为本发明实施例微带阵列天线的结构示意图；

图4为本发明实施例微带阵列天线的爆炸图；

图5为本发明实施例微带阵列天线的回波损耗测试结果图；

图6为本发明实施例微带阵列天线一种具体的结构示意图；

图7为本发明实施例微带阵列天线的辐射单元为金属薄片结构时的示意图；

图8为本发明实施例微带阵列天线使用内层馈电网络层时的结构示意图；

图9为本发明实施例一种基站的结构框图。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图3，图3为本发明实施例微带阵列天线的一个具体实施例，本实施例中所述微带阵列天线包括多个导体层100和设置于每两层导体层100之间的绝缘间隔层200，所述多个导体层100和绝缘间隔层200堆叠设置，多个导体层100中：至少一个导体层为参考地层110；至少一个导体层为辐射单元层120；至少一个导体层为馈电网络层130；至少一个辐射单元层120上的各馈电点与至少一个馈电网络层130上的各馈电点之间通过设置于绝缘间隔层200上的金属化过孔201对应连接。

本发明实施例提供的微带阵列天线的工作过程如下：使用时，将信号输入端口300与馈电网络层130连接，信号由信号输入端口300接入馈电网络层130，通过馈电网络层130按照一定的概率比例和相位关系分配为多路信号后分别连接到金属化过孔201，再通过金属化过孔201连接到辐射单元层120；最后通过辐射单元层120将信号能量辐射到空间。

本发明实施例提供的微带阵列天线，由于辐射单元层120上的各馈电点与馈电网络层130上的各馈电点之间通过设置于绝缘间隔层200上的金属化过孔201对应连接，因此，可以通过金属化过孔201进行馈电，使得阵列天线的馈电结构不需要使用探针，从而避免了现有技术手工安装和焊接探针时生产效率低、焊接的一致性不好，会导致天线电气性能一定程度的恶化的问题。

所述绝缘间隔层200可以选用PCB的绝缘基板制作或选用若干限位垫片制作，也可选用PCB的绝缘基板与限位垫片组合的方式制作，由此，可通过选择不同厚度的限位垫片或PCB的绝缘基板来控制各辐射单元层120之间的距离，使各辐射单元层120之间以及辐射单元层120与参考地110之间保持一个特定的距离，以保证辐射单元层120工作在确定的频率范围之内。

为了使制作工艺简化，可以采用具有多层金属层的PCB（即多层PCB）制作所述微带阵列天线。由此，只需在各金属层上制作出需要的微带线形状即可，制作工艺简单且节约了成本。

可选地，所述微带阵列天线的各层结构之间可以通过多种方式连接，比如粘接、焊接或通过螺纹连接，为了便于拆卸，优选使用螺栓400紧固连接。由此，方便对天线进行维修更换。

具体地，参照图3，所述微带阵列天线可以选用如下结构：将多个导体层由下往上依次制作为馈电网络层130、参考地层110、多个辐射单元层120，并且将馈电网络层130、参考地层110以及最靠近所述参考地层的辐射单元层120均集成于一个多层PCB210上，所述馈电网络层130上的各馈电点与最靠近所述参考地层的辐射单元层120上的各馈电点之间通过设置于多层PCB上的金属化过孔201对应连接，且所述金属化过孔201与所述参考地层110不接触。

本实施例中，除最靠近所述参考地层的辐射单元层外的其余的辐射单元层可以不与最靠近所述参考地层的辐射单元层在同一PCB板，例如，图3中，最上层的辐射单元层120位于另一块PCB（或者也可以不位于一块PCB，而直接以金属薄片的形式存在）。

如果具体设计各个辐射单元层，使各层之间相互耦合工作可以结合实际需求来完成，这种设计为本领域技术人员公知的技术，这里不再赘述。

参照图4，每一层辐射单元层120包括多个设置在同一平面上且彼此间隔设置的辐射单元121。图4所示为设置了四个辐射单元121的天线结构，将此天线进行回波损耗测试，测试结果如图5所示：在2500MHz～2690MHz频率范围内，阵列天线的回波损耗<-17dB，完全满足移动通讯基站设备对天线的要求。

辐射单元层120可选择多层，由于各辐射单元层120之间通过电磁场耦合实现能量转移和对外辐射，无需直流连结点，因此多层辐射单元层的使用对组装效率不会产生太大影响，为了便于控制各辐射单元层120之间的距离，各辐射单元层120之间可通过若干限位垫片220和设置于若干限位垫片220上的PCB的绝缘基板230隔开，如图6所示，所述辐射单元层120可设置于PCB的绝缘基板230的上表面或下表面，也可根据需要在PCB的绝缘基板230的上、下表面均设置辐射单元层120。由此，可通过选择不同厚度的限位垫片220来控制各辐射单元层120之间的距离，不需要将PCB的绝缘基板制作的很厚，通过采用多层辐射单元可以形成多个谐振点，以实现多频段或较宽频段的天线设计需求，不需要制作很厚的PCB的绝缘基板，在实现了宽带化的天线设计的同时节省了材料。

参照图7，各辐射单元层120也可选用如图7所示的结构：将各辐射单元层120之间通过若干限位垫片220隔开，将辐射单元121制作为各个独立的金属薄片，在每个限位垫片220上设置一个辐射单元121。由此，不需要使用PCB，节省了材料且使得天线整体重量减轻。

优选地，可使处于同一绝缘间隔层的各限位垫片220高度相同，由此，使得处于同一辐射单元层120的各辐射单元121均位于同一平面内，天线布置结构更加合理，同时可将各绝缘间隔层上的限位垫片220在竖直方向上位置对应，即在堆叠时，将各层的限位垫片220在竖直方向上设置于同一直线上，由此使得各层的限位垫片220在堆叠时更加稳固。

参照图8，当馈电网络连线很多且连线之间存在交叉时，可在馈电网络层130与参考地层110之间设置内层馈电网络层131，或者在参考地层110与最靠近所述参考地层的辐射单元层120之间设置内层馈电网络层131，也可在馈电网络层130与参考地层110之间以及参考地层110与最靠近所述参考地层的辐射单元层120之间均设置内层馈电网络层131，由此，在遇到馈电网络连线存在交叉的情况时，可以通过内层馈电网络层131进行连线，从而绕过交叉点，可以有效解决高复杂度馈电网络的布线问题。

参见图9，本发明实施例还提供了一种基站90，包括如上任一实施例中所述的微带阵列天线92以及信号处理设备91，其中，微带阵列天线用于收发无线信号；信号处理设备用于接收所述微带阵列天线接收的无线信号并进行处理，并将处理后的信号通过所述微带阵列天线发送。这里的信号处理设备可以包括射频模块、基带模块以及业务处理模块等多个用于对无线信号处理的单元，信号处理设备的实现为现有技术，这里不再赘述。

由于本实施例提供的基站设置了上述任一实施例中所述的微带阵列天线，所以也能产生相同的技术效果，解决相同的技术问题。

关于本发明实施例的基站的其他构成（如机框、散热系统、电源等）也为本领域的技术人员所熟知，在此不再详细说明。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种微带阵列天线，其特征在于：包括多个导体层和设置于每两层导体层之间的绝缘间隔层，所述多个导体层和绝缘间隔层堆叠设置，所述多个导体层中：

至少一个导体层为参考地层；

至少一个导体层为辐射单元层；

至少一个导体层为馈电网络层；

至少一个辐射单元层上的各馈电点与至少一个馈电网络层上的各馈电点之间通过设置于绝缘间隔层上的金属化过孔对应连接。

2.根据权利要求1所述的微带阵列天线，其特征在于：所述绝缘间隔层为PCB的绝缘基板和/或若干限位垫片。

3.根据权利要求1所述的微带阵列天线，其特征在于：所述微带阵列天线采用多层PCB制作。

4.根据权利要求1所述的微带阵列天线，其特征在于：所述微带阵列天线的各层结构之间通过螺栓紧固连接。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的微带阵列天线，其特征在于：所述多个导体层依次为：馈电网络层、参考地层、多个辐射单元层，所述馈电网络层、参考地层以及最靠近所述参考地层的辐射单元层均集成于一个多层PCB上，所述馈电网络层上的各馈电点与所述最靠近所述参考地层的辐射单元层上的各馈电点之间通过设置于多层PCB上的金属化过孔对应连接。

6.根据权利要求5所述的微带阵列天线，其特征在于：

多个辐射单元层中除最靠近所述参考地层的辐射单元层外的其余辐射单元与最靠近所述参考地层的辐射单元层不在同一个多层PCB上。

7.根据权利要求5所述的微带阵列天线，其特征在于：各所述辐射单元层之间的绝缘间隔层包括若干限位垫片和设置于若干限位垫片上的PCB的绝缘基板，所述辐射单元层设置于PCB的绝缘基板的上表面和/或下表面。

8.根据权利要求5所述的微带阵列天线，其特征在于：所述辐射单元层包括多个在同一平面上彼此间隔设置的辐射单元，各所述辐射单元层之间的绝缘间隔层为若干限位垫片，所述辐射单元为金属薄片，每个限位垫片上设置一个辐射单元。

9.根据权利要求8所述的微带阵列天线，其特征在于：处于同一绝缘间隔层的各限位垫片高度相同，各绝缘间隔层上的限位垫片在竖直方向上位置对应。

10.根据权利要求5所述的微带阵列天线，其特征在于：所述馈电网络层与所述参考地层之间和/或所述参考地层与所述最靠近所述参考地层的辐射单元层之间设有内层馈电网络层。

11.一种基站，其特征在于，包括：

信号处理设备，如权利要求1～10中任一项所述的微带阵列天线；

所述微带阵列天线用于收发无线信号；

所述信号处理设备用于接收所述微带阵列天线接收的无线信号并进行处理，并将处理后的信号通过所述微带阵列天线发送。

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