CN107394382A - 一种天线阵元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线阵元，通过设置三层基板层，并在第一基板层内的第一金属层表面贴附具有不同尺寸的贴片、在第二基板层内的金属层设置耦合缝隙、在第三基板层内的金属层设置馈电微带、以及在所述第二基板层和所述第三基板层内穿透设置包围所述馈电微带的至少一个金属过孔，由此可以使得本申请实施例的天线阵元在具有高隔离度的同时还具有较佳的宽带性能，因此具有提高天线阵元的各项通信指标性能、提升大型天线阵列的适用性，以及保证大型天线阵列的高度集成化的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种天线阵元。
背景技术
目前，传统的大型天线阵列为了实现高度集成化通常采用简单形式的探针馈电贴片天线阵元，这种形式的天线阵元的贴片多为矩形或圆形，其带宽非常窄，通常只有只有1％～7％。现有技术中为了使天线阵元具有更宽的带宽通常会在上述形式的天线阵元辐射贴片上再加一层寄生贴片，然而该种这种结构对于信号强度的损耗较大，天线信号增益非常低。而现有的另一种增大天线带宽的方式是采用缝隙耦合馈电，但是，当将该种方式应用到大型天线阵列的阵元中时，由于天线阵元间的耦合性强，需要在天线阵列中增加金属化接地孔以提高隔离度，然而当将天线阵列四周增加金属化接地孔后又会造成减小带宽的后果。
由此可见，现有技术中存在着大型天线阵列中的天线阵元或带宽窄、或天线信号增益非常低的技术问题。
发明内容
本申请提供一种天线阵元，用以解决现有技术中存在着的大型天线阵列中的天线阵元或因需要实现较佳宽带范围而使得天线信号增益非常低、或因需要保证隔离度而造成带宽较窄的技术问题。
本申请提供了一种天线阵元，包括：
第一基板层，包括第一介质板和贴附在所述第一介质板表面上的第一金属层；
第二基板层，包括第二介质板和贴附在所述第二介质板表面上的第一金属层，所述第二金属层贴附于所述第一介质板；
第三基板层，包括第三介质板和贴附在所述第三介质板表面上的第三金属层，所述第三金属层贴附于所述第二介质板；
第一辐射贴片组和第二辐射贴片组，贴附在所述第一金属层的表面上且与所述第一介质板相对，所述辐射贴片组包括偶数个贴片，所述偶数个贴片的形状尺寸相同且对称设置，其中，所述第一辐射贴片组中的第一贴片和所述第二辐射贴片组中的第二贴片尺寸不同，且所述第一贴片的谐振频率与所述第二贴片的谐振频率之间的频率差值小于等于预设频率值；
耦合缝隙，设置在所述第二金属层上，且与所述第一辐射贴片组和所述第二辐射贴片组中的所有贴片在所述第二金属层上的投影部分重合；
馈电微带，设置在所述第三金属层上，所述馈电微带用以通过所述耦合缝隙为所述第一辐射贴片组和所述第二辐射贴片组中的所有贴片馈电；
至少一个金属过孔，穿透设置于所述第二基板层和所述第三基板层内，位于所述馈电微带的外侧并包围所述馈电微带。
可选地，所述第一辐射贴片组中的贴片与所述第二辐射贴片组中的贴片均相对于第一对称线对称设置。
可选地，所述第一辐射贴片组包括四个贴片，所述第二辐射贴片组包括两个贴片，其中，所述第二辐射贴片组中的两个第二贴片设置在所述第一辐射贴片组中的四个贴片之间。
可选地，所述耦合缝隙的形状为矩形并关于所述第一对称线为对称，所述耦合缝隙与所述第一贴片以及所述第二贴片的中心在所述第二金属层上的投影重合。
可选地，所述馈电微带为T型结构。
可选地，所述至少一个金属过孔围绕设置在所述馈电微带的外侧构成T形。
可选地，所述第一贴片的中心谐振频率f(1)与所述第二贴片的中心谐振频率f(2)之间的频率差值满足如下关系式：
可选地，所述第三基板层还包括：
第四金属层，贴附在所述第三介质板的相对于所述第三金属层的表面上。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中的天线阵元通过设置三层基板层，并在第一基板层内的第一金属层表面贴附具有不同尺寸的贴片、在第二基板层内的金属层设置耦合缝隙、在第三基板层内的金属层设置馈电微带、以及在所述第二基板层和所述第三基板层内穿透设置包围所述馈电微带的至少一个金属过孔，由此可以使得本申请实施例的天线阵元在具有高隔离度的同时还具有较佳的宽带性能，因此具有提高天线阵元的各项通信指标性能、提升大型天线阵列的适用性，以及保证大型天线阵列的高度集成化的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种天线阵元的立体结构图；
图2为本发明实施例提供的一种天线阵元的立体剖面结构图；
图3为本发明实施例提供的一种天线阵元的第一内层结构图；
图4为本发明实施例提供的一种天线阵元的第二内层结构图；
图5为本发明实施例提供的一种天线阵元的俯视结构图；
图6为本发明实施例提供的一种天线阵元的俯视剖面结构图。
具体实施方式
本申请提供一种天线阵元，用以解决现有技术中存在着的大型天线阵列中的天线阵元或带宽窄、或天线信号增益非常低的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本申请实施例中的天线阵元通过设置三层基板层，并在第一基板层内的第一金属层表面贴附具有不同尺寸的贴片、在第二基板层内的金属层设置耦合缝隙、在第三基板层内的金属层设置馈电微带、以及在所述第二基板层和所述第三基板层内穿透设置包围所述馈电微带的至少一个金属过孔，由此可以使得本申请实施例的天线阵元在具有高隔离度的同时还具有较佳的宽带性能，因此具有提高天线阵元的各项通信指标性能、提升大型天线阵列的适用性，以及保证大型天线阵列的高度集成化的技术效果。
下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例一
请参考图1、图2、图3、图4、图5、和图6，本申请实施例一提供一种天线阵元，包括：
第一基板层101，包括第一介质板和贴附在所述第一介质板表面上的第一金属层1011；
第二基板层102，包括第二介质板和贴附在所述第二介质板表面上的第一金属层1011，所述第二金属层1021贴附于所述第一介质板；
第三基板层103，包括第三介质板和贴附在所述第三介质板表面上的第三金属层1031，所述第三金属层1031贴附于所述第二介质板；
第一辐射贴片组和第二辐射贴片组，贴附在所述第一金属层1011的表面上且与所述第一介质板相对，所述辐射贴片组包括偶数个贴片，所述偶数个贴片的形状尺寸相同且对称设置，其中，所述第一辐射贴片组中的第一贴片104和所述第二辐射贴片组中的第二贴片105尺寸不同，且所述第一贴片104的谐振频率与所述第二贴片105的谐振频率之间的频率差值小于等于预设频率值；
耦合缝隙106，设置在所述第二金属层1021上，且与所述第一辐射贴片组和所述第二辐射贴片组中的所有贴片在所述第二金属层1021上的投影部分重合；
馈电微带107，设置在所述第三金属层1031上，所述馈电微带107用以通过所述耦合缝隙106为所述第一辐射贴片组和所述第二辐射贴片组中的所有贴片馈电；
至少一个金属过孔108，穿透设置于所述第二基板层102和所述第三基板层103内，位于所述馈电微带107的外侧并包围所述馈电微带107。
需要指出的是，在本申请实施例中，所述第一贴片104可以是指所述第一辐射贴片组中的所有贴片，同理，所述第二贴片105可以是指所述第二辐射贴片组中的所有贴片。具体地，在本申请实施例中，所述第一辐射贴片组包括四个贴片，所述第二辐射贴片组包括两个贴片，其中，所述第二辐射贴片组中的两个第二贴片105设置在所述第一辐射贴片组中的四个贴片之间。当然，在本申请实施例的技术方案中，还可以根据需要设置第三辐射贴片组、第四辐射贴片组，等等，每个辐射贴片组中的贴片的尺寸都可以为不同，用户可以根据需要而自行设置，只要满足多个辐射贴片组分别对应的谐振频率近似即可，也就是只要满足多个辐射贴片组分别对应的谐振频率之间的差值小于等于一设定的频率值即可。进一步地，所述第一辐射贴片组中的贴片与所述第二辐射贴片组中的贴片相对于一条对称线对称设置，该对称线也就是所述第一对称线。需要注意的是，所述第一贴片104的谐振频率与所述第二贴片105的谐振频率之间的频率差值小于等于预设频率值，其具体意义可以理解为所述第一贴片104的谐振频率与所述第二贴片105的谐振频率非常接近，在实际操作过程中可以通过计算关系式来具体确定所述第一贴片104的谐振频率与所述第二贴片105的谐振频率之间的具体关系，例如，在本申请实施例中则可采用如下计算关系式：所述第一贴片104的中心谐振频率f(1)与所述第二贴片105的中心谐振频率f(2)之间的频率差值满足如下关系式：
具体地，在本申请实施例中，所述耦合缝隙106的形状为矩形且同样关于所述第一对称线为对称，并且，所述耦合缝隙106与所述第一贴片104以及所述第二贴片105的中心在所述第二金属层1021上的投影重合；由此可以有效提高馈电微带107的馈电效率。进一步地，为了再进一步提高馈电微带107和贴片组的布局合理性，本申请实施例中的所述馈电微带107为T型结构。因此，本申请实施例中的所述至少一个金属过孔108围绕设置在所述馈电微带107的外侧也构成T形。由此可以实现较大程度的提高本申请实施例天线阵元的空间利用效率。
本申请实施例中的技术方案对介质板的材料不作进一步限定，只要是可贴附天线阵元的辐射贴片并最终形成天线阵元的板状材料都可以作为本申请实施例中的介质板的材料。同理，本申请实施例中的技术方案也对金属层的金属类材料不作进一步限定，只要是适用于制作天线阵元，能够达到本申请实施例技术方案中所记载的实施目的的材料，则都可以作为制作所述金属层的材料。
本申请实施例天线阵元在实际应用过程中，可以由所述馈电微带107通过所述耦合缝隙106为所述第一辐射贴片组和第二辐射贴片组中的辐射贴片供电，而供电后的辐射贴片，也就是所述贴片可向外辐射电磁波。采用“T”型的馈电微带107和相配和的矩形耦合缝隙106可实现天线阵元在结构上的良好匹配。而所述辐射贴片组中的第一贴片104和所述第二辐射贴片组中的第二贴片105具有不同的尺寸，因此可形成不同的辐射谐振频率(也就是所述谐振频率)。在本申请实施例的天线阵元中，所述第一贴片104的辐射谐振频率和所述第二贴片105的辐射谐振频率相接近，由此可使所述天线阵元具有较佳的宽带性能。而所述至少一个金属过孔108可使得所述第二基板层102和所述第三基板层103内具有谐振腔，当所述至少一个金属过孔108处于馈电微带107的外侧并包围所述馈电微带107时，可以有效阻挡电磁波在沿所述第二基板层102和所述第三基板层103所在平面的方向上穿行。而在本申请实施例的天线阵元中，当所述至少一个金属过孔108将“T”型馈电微带107包围起来后，可以实现多方位有效的阻挡电磁波，形成更佳的隔离效果。由此在采用多个所述天线阵元组成大型天线阵列时，可以提高多个所述天线阵元间的隔离度，而不需要在多个所述天线阵元外添加隔离孔，因此也就不会造成减小天线带宽的后果。需要注意的是，本申请实施例中的所述包围所述馈电微带107，可以是指不完全的近似包围所述馈电微带107，只要所述至少一个金属过孔108能够满足阻挡大部分沿所述第二基板层102和所述第三基板层103所在平面的方向上传播的电磁波，即可认为满足包围所述馈电微带107。
作为一种优选，所述第三基板层还包括第四金属层，所述第四金属层贴附在所述第三介质板的相对于所述第三金属层的表面上。在安装本申请实施例中的天线阵元时，可以将所述第四金属层作为底座进行安装设置，由此可以通过所述第四金属层起到与其它电气设备进行电性连接的作用。
本申请实施例中的天线阵元可以通过PCB加工工艺实现，适用于对带宽、隔离度、集成化等有严格要求的大型阵列天线上。
由此可见，本申请实施例中的天线阵元通过设置三层基板层，并在第一基板层101内的第一金属层1011表面贴附具有不同尺寸的贴片、在第二基板层102内的金属层设置耦合缝隙106、在第三基板层103内的金属层设置馈电微带107、以及在所述第二基板层102和所述第三基板层103内穿透设置包围所述馈电微带107的至少一个金属过孔108，由此可以使得本申请实施例的天线阵元在具有高隔离度的同时还具有较佳的宽带性能，因此具有提高天线阵元的各项通信指标性能、提升大型天线阵列的适用性，以及保证大型天线阵列的高度集成化的技术效果。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。进一步地，本申请技术方案中的各个方法步骤可以颠倒，变换先后顺序而依然落入本申请所涵盖的发明范围中。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种天线阵元，其特征在于，包括：
第一基板层，包括第一介质板和贴附在所述第一介质板表面上的第一金属层；
第二基板层，包括第二介质板和贴附在所述第二介质板表面上的第一金属层，所述第二金属层贴附于所述第一介质板；
第三基板层，包括第三介质板和贴附在所述第三介质板表面上的第三金属层，所述第三金属层贴附于所述第二介质板；
第一辐射贴片组和第二辐射贴片组，贴附在所述第一金属层的表面上且与所述第一介质板相对，所述辐射贴片组包括偶数个贴片，所述偶数个贴片的形状尺寸相同且对称设置，其中，所述第一辐射贴片组中的第一贴片和所述第二辐射贴片组中的第二贴片尺寸不同，且所述第一贴片的谐振频率与所述第二贴片的谐振频率之间的频率差值小于等于预设频率值；
耦合缝隙，设置在所述第二金属层上，且与所述第一辐射贴片组和所述第二辐射贴片组中的所有贴片在所述第二金属层上的投影部分重合；
馈电微带，设置在所述第三金属层上，所述馈电微带用以通过所述耦合缝隙为所述第一辐射贴片组和所述第二辐射贴片组中的所有贴片馈电；
至少一个金属过孔，穿透设置于所述第二基板层和所述第三基板层内，位于所述馈电微带的外侧并包围所述馈电微带。
2.如权利要求1所述的天线阵元，其特征在于，所述第一辐射贴片组中的贴片与所述第二辐射贴片组中的贴片均相对于第一对称线对称设置。
3.如权利要求2所述的天线阵元，其特征在于，所述第一辐射贴片组包括四个贴片，所述第二辐射贴片组包括两个贴片，其中，所述第二辐射贴片组中的两个第二贴片设置在所述第一辐射贴片组中的四个贴片之间。
4.如权利要求2所述的天线阵元，其特征在于，所述耦合缝隙的形状为矩形并关于所述第一对称线为对称，所述耦合缝隙与所述第一贴片以及所述第二贴片的中心在所述第二金属层上的投影重合。
5.如权利要求1所述的天线阵元，其特征在于，所述馈电微带为T型结构。
6.如权利要求5所述的天线阵元，其特征在于，所述至少一个金属过孔围绕设置在所述馈电微带的外侧构成T形。
7.如权利要求1所述的天线阵元，其特征在于，所述第一贴片的中心谐振频率f(1)与所述第二贴片的中心谐振频率f(2)之间的频率差值满足如下关系式：
8.如权利要求1所述的天线阵元，其特征在于，所述第三基板层还包括：
第四金属层，贴附在所述第三介质板的相对于所述第三金属层的表面上。
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| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Zhihui Inventor after: Guo Fanyu Inventor after: Zhao Guohua Inventor after: Hu Rong Inventor after: Yan Wei Inventor after: Zhao Xuewen Inventor after: Xiang Mao Inventor before: Guo Fanyu Inventor before: Chen Zhihui Inventor before: Zhao Guohua Inventor before: Hu Rong Inventor before: Yan Wei Inventor before: Zhao Xuewen Inventor before: Xiang Mao |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |