CN108417998A - 天线及其辐射单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种天线及其辐射单元。辐射单元包括一体成型的非金属支撑体、一体成型的金属电路层、馈电网络接地层及辐射体。非金属支撑体及金属电路层构成了一体成型的馈电结构及馈电网络。在馈电网络介质层与馈电结构介质层之间，以及馈电网络电路层与馈电结构电路层之间不存在焊接断面。在使用过程中，只需将同轴馈线的内导体及外导体分别进行焊接即可。因此，上述天线及辐射单元中的焊点显著地减少，从而避免造成损耗过大及互调隐患增加，进而使得上述天线的一致性更好。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，特别涉及一种天线及其辐射单元。
背景技术
随着移动通信网络的精细化深度覆盖、5G网络的试商用、未来的大规模阵列天线的部署以及基站主设备及天线朝逐步融合的方向发展，通信系统对天线的小型化、轻量化等提出了更高的要求。
传统基站天线多采用金属压铸或钣金振子以及PCB振子。压铸或钣金振子重量太大，PCB振子的装配复杂。而且，无论何种形式的振子，馈电网络多采用PCB形式，振子与馈电网络之间需要直接焊接或者通过同轴电缆连接，焊点较多。
由于焊点较多，故导致损耗相应的增加、互调隐患增多。因此，基站天线性能的一致性较差。
发明内容
基于此，有必要针对现有基站天线性能的一致性较差的问题，提供一种性能一致性较好的天线及其辐射单元。
一种辐射单元，包括：
一体成型的非金属支撑体，包括呈板状的馈电网络介质层及位于所述馈电网络介质层一侧的馈电结构介质层；
一体成型的金属电路层，包括形成于所述馈电网络介质层朝向所述馈电结构介质层一侧的馈电网络电路层及形成于所述馈电结构介质层上的馈电结构电路层；
馈电网络接地层，形成于所述馈电网络介质层背向所述馈电结构介质层的一侧；及
辐射体，设于所述馈电结构介质层远离所述馈电网络介质层的一端，且所述馈电结构电路层对所述辐射体形成馈电。
在其中一个实施例中，所述馈电结构电路层包括顶层电路层及底层电路层，且所述底层电路层与所述馈电网络接地层电连接，所述馈电结构电路层及所述馈电结构介质层组成馈电巴伦。
在其中一个实施例中，所述馈电网络介质层上设置有多个金属化过孔，以使所述底层电路层与所述馈电网络接地层电连接。
在其中一个实施例中，所述馈电结构电路层为全电路层，所述馈电结构电路层及所述馈电结构介质层组成馈电柱。
在其中一个实施例中，所述馈电网络介质层的表面具有多个加强筋。
在其中一个实施例中，所述馈电结构介质层远离所述馈电网络介质层的一端设置有凸起，所述辐射体上开设有卡口，所述凸起与所述卡口卡合，以将所述辐射体固定于所述馈电结构介质层上。
在其中一个实施例中，，所述辐射体包括基材及形成于所述基材表面的金属层。
在其中一个实施例中，还包括外导体焊接部，所述非金属支撑体还包括馈线支撑结构，所述金属电路层还包括形成于所述馈线支撑结构上的芯线焊接部，所述外导体焊接部形成于所述馈线支撑结构并与所述馈电网络接地层电连接。
在其中一个实施例中，所述馈线支撑结构包括两个同心设置的半圆环支撑座，所述芯线焊接部及所述外导体焊接部分别形成于所述两个半圆环支撑座的内壁，且所述芯线焊接部所在的所述半圆环支撑座的直径小于所述外导体焊接部所在的所述半圆环支撑座的直径。
一种天线，包括：多个如上述优选实施例中任一项所述的辐射单元，所述多个辐射单元呈阵列分布。
在其中一个实施例中，所述馈电网络电路层具有多个输出接口，所述辐射体为多个，且至少一个所述输出接口与其余所述输出接口反相设置。
上述天线及辐射单元，非金属支撑体及金属电路层构成了一体成型的馈电结构及馈电网络。在馈电网络介质层与馈电结构介质层之间，以及馈电网络电路层与馈电结构电路层之间不存在焊接断面。在使用过程中，只需将同轴馈线的内导体及外导体分别进行焊接即可。因此，上述天线及辐射单元中的焊点显著地减少，从而避免造成损耗过大及互调隐患增加，进而使得上述天线的一致性更好。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中天线的结构示意图；
图2为图1所示天线中辐射单元的结构示意图；
图3为图2所示辐射单元中一体成型的非金属支撑体及金属电路层的结构示意图；
图4为图2所示辐射单元的局部放大示意图；
图5为另一个实施例中辐射单元的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明提供了一种天线10及辐射单元100。其中，天线10包括辐射单元100及反射板200。
多个辐射单元100固定于反射板200上并呈阵列分布，从而组成辐射天线阵列。使用过程中，可采用同轴馈线分别与多个辐射单元100实现电连接，从而实现馈电。同轴馈线一般包括内导体及外导体。
请一并参阅图2、图3及图4，本发明较佳实施例中的辐射单元100包括馈电网络介质层110a、馈电结构介质层120a、馈电网络电路层110b、馈电结构电路层120b、馈电网络接地层110c、及辐射体140。
馈电网络介质层110a呈板状，馈电结构介质层120a位于馈电网络介质层110a的一侧。馈电结构介质层120a可以呈条形、板状或柱状，其一端与馈电网络介质层110a的表面固定连接，另一端朝远离馈电网络介质层110a的方向延伸。
而且，馈电网络介质层110a、馈电结构介质层120a形成一体成型的非金属支撑体(图未标)。具体的，可采用树脂、塑料等非金属材料通过注塑工艺一体成型，以得到馈电网络介质层110a及馈电结构介质层120a。
在本实施例中，馈电网络介质层110a的表面具有多个加强筋111。多个加强筋111可交错设置，可起到增加馈电网络介质层110a结构强度的作用。而电网络介质层110a在一体成型的非金属支撑体中起支撑作用，故通过设置加强筋111可增强非金属支撑体的结构稳定性。
馈电网络电路层110b及馈电结构电路层120b为一体成型的金属电路层(图未标)。其中，馈电网络电路层110b形成于馈电网络介质层110a朝向馈电结构介质层120a一侧。馈电结构电路层120b形成于馈电结构介质层120a上。具体在本实施例中，馈电网络电路层110b包括输出接口(图未示)。馈电网络电路层110b与馈电结构电路层120b通过输出接口连接。
具体的，一体成型的金属电路层可以由LDS(激光直接成型)工艺、印刷或其他局部金属化工艺实现。因此，馈电网络电路层110b与馈电结构电路层120b之间不存在焊接断面。
馈电网络接地层110c形成于馈电网络介质层110a背向馈电结构介质层120a的一侧。具体的，可通过在馈电网络介质层110a表面涂布金属涂料、印刷导电层等方式形成馈电网络接地层110c。此外，馈电网络接地层110c还可以反射电磁波信号以替代反射板200的功能。因此，在其他实施例中，天线10中的反射板200也可省略。
其中，馈电网络介质层110a、馈电网络电路层110b及馈电网络接地层110c构成馈电网络110。具体的，馈电网络110可以是两个独立的功分器。馈电结构介质层120a及馈电结构电路层120b构成馈电结构120。
辐射体140设于馈电结构介质层120a远离馈电网络介质层110a的一端，且馈电结构电路层120b对辐射体140形成馈电。辐射体140一般由铜、铝等金属材料制成，其外部轮廓可以呈圆形、矩形或其他形状。此外，辐射体140上可形成至少一组辐射振子。针对双极化天线，四个辐射振子两两组成一对并呈十字交叉分布，且对角的两个辐射振子极化方向相同。
具体在本实施例中，辐射体140包括基材(图未示)及形成于基材表面的金属层(图未示)。此时，辐射体140为微带结构。因此，与压铸或钣金方式形成的辐射体相比，辐射体140的体积及重量显著减小，从而有利于实现天线10的小型化。
在通讯基站中，信号收发器的电信号经同轴馈线传输至馈电网络110，经过馈电网络110对电信号的处理及分配，电信号通过馈电结构120传输至辐射体140，并在辐射体140的表面形成电磁波向空间辐射。
由于馈电网络110与馈电结构120为一体成型，在馈电网络介质层110a、馈电结构介质层120a之间，以及馈电网络电路层110b、馈电结构电路层120b之间不存在焊接断面。在使用过程中，只需将同轴馈线的内导体及外导体分别进行焊接即可，而无需进行其他焊接操作。因此，天线10及辐射单元100中的焊点显著地减少，从而避免造成损耗过大及互调隐患增加，进而使得天线10的一致性更好。
此外，馈电网络110及馈电结构120一体成型的设计可减少装配工序，节省工时，从而提高了生产效率高并降低生产成本。
在本实施例中，馈电结构介质层120a远离馈电网络介质层110a的一端设置有凸起121，辐射体140上开设有卡口141。凸起121与卡口141卡合，以将辐射体140固定于馈电结构介质层120a上。
具体的，辐射体140是使用过程中可能发生损坏而需要更换。凸起121与卡口141卡合，故辐射体140相对于馈电结构介质层120a可拆卸。因此，可方便对辐射体进行更换。
需要指出的是，在其他实施例中，为了进一步提升效率，降低互调隐患。当辐射体140为微带结构时，其可以与馈电结构介质层120a一体成型。
在本实施例中，辐射单元100还包括外导体焊接部130c，非金属支撑体还包括馈线支撑结构130a，金属电路层还包括形成于馈线支撑结构130a上的芯线焊接部130b。
外导体焊接部130c形成于馈线支撑结构130a并与馈电网络接地层110c电连接。外导体焊接部130c也可通过LDS(激光直接成型)工艺、印刷或其他局部金属化工艺实现。具体在本实施例中，馈电网络介质层110a上设置有多个金属化过孔(图未示)，以使外导体焊接部130c与馈电网络接地层110c电连接。
金属化过孔可以通过先在馈电网络介质层110a上开通孔，再向通孔内灌注液态金属并冷却形成。因此，金属化过孔可起到连通馈电网络介质层110a两个表面的作用。通过金属化过孔连接外导体焊接部130c与馈电网络接地层110c，可无需在馈电网络介质层110a的边缘额外走线，从而简化了电路结构，有利于提升辐射单元100的可靠性及加工效率。
其中，芯线焊接部130b及外导体焊接部130c分别用于与同轴馈线的内导体及外导体焊接。因此，天线10在使用过程，只需将同轴馈线的内导体及外导体分别焊接于芯线焊接部130b及外导体焊接部130c即可，从而可保证同轴馈线与馈电网络电路层110b电连接的稳定性。
进一步的，在本实施例中，馈线支撑结构130a包括两个同心设置的半圆环支撑座131。芯线焊接部130b及外导体焊接部130c分别形成于两个半圆环支撑座131的内壁，且芯线焊接部130b所在的半圆环支撑座131的直径小于外导体焊接部130c所在的半圆环支撑座131的直径。
具体的，同轴馈线一般呈圆柱形。半圆环支撑座131可使形成于其内壁的芯线焊接部130b及外导体焊接部130c也呈圆弧形，故芯线焊接部130b及外导体焊接部130c的表面形状分别与内导体及外导体的表面形状相匹配。因此，同轴馈线焊接于芯线焊接部130b及外导体焊接部130c时，接触面积更大且接触更紧密，焊接可靠性更高。
在本实施例中，辐射体140、输出接口均为多个，且至少一个输出接口与其余输出接口反相设置。
具体的，同一个辐射单元100中了包含多个辐射体140，每个辐射体140均对应一组馈电结构120。同时，每组馈电结构120都与馈电网络110上的一组输出接口连接。而将多个输出接口反相设置，可有效地改善隔离度。
馈电结构120存在多种实现方式，可根据辐射单元100的具体情况进行应用。如图2及图3所示，在本实施例中，馈电结构电路层120b包括顶层电路层(图未示)及底层电路层(图未示)，且底层电路层与馈电网络接地层110c电连接。
此时，馈电结构120的形式为馈电结构电路层120b及馈电结构介质层120a组成的馈电巴伦。而且，底层电路层与辐射体140电连接，顶层电路层对辐射体140进行非接触式的耦合馈电。
进一步的，在本实施例中，馈电网络介质层110a上设置有多个金属化过孔，以使底层电路层与馈电网络接地层110c电连接。
具体的，该金属化过孔与连接外导体焊接部130c和馈电网络接地层110c的金属化过孔结构相同，仅设置位置存在区别。同样的，通过金属化过孔可在无需额外走线的情况下实现底层电路层与馈电网络接地层110c的电连接，从而简化了电路结构，有利于提升辐射单元100的可靠性及加工效率。
如图5所示，在另一个实施例中，馈电结构电路层120b为全电路层，馈电结构电路层120b及馈电结构介质层120a组成馈电柱。
此时，全电路层与辐射体140电连接，全电路层对辐射体140进行接触式的直接馈电。
上述天线10及辐射单元100，非金属支撑体及金属电路层构成了一体成型的馈电结构120及馈电网络110。在馈电网络介质层110a与馈电结构介质层120a之间，以及馈电网络电路层110b与馈电结构电路层120b之间不存在焊接断面。在使用过程中，只需将同轴馈线的内导体及外导体分别进行焊接。因此，天线10及辐射单元100中的焊点显著地减少，从而避免造成损耗过大及互调隐患增加，进而使得天线10的一致性更好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种辐射单元，其特征在于，包括：
一体成型的非金属支撑体，包括呈板状的馈电网络介质层及位于所述馈电网络介质层一侧的馈电结构介质层；
一体成型的金属电路层，包括形成于所述馈电网络介质层朝向所述馈电结构介质层一侧的馈电网络电路层及形成于所述馈电结构介质层上的馈电结构电路层；
馈电网络接地层，形成于所述馈电网络介质层背向所述馈电结构介质层的一侧；及
辐射体，设于所述馈电结构介质层远离所述馈电网络介质层的一端，且所述馈电结构电路层对所述辐射体形成馈电。
2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电结构电路层包括顶层电路层及底层电路层，且所述底层电路层与所述馈电网络接地层电连接，所述馈电结构电路层及所述馈电结构介质层组成馈电巴伦。
3.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电网络介质层上设置有多个金属化过孔，以使所述底层电路层与所述馈电网络接地层电连接。
4.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电结构电路层为全电路层，所述馈电结构电路层及所述馈电结构介质层组成馈电柱。
5.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电网络介质层的表面具有多个加强筋。
6.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述馈电结构介质层远离所述馈电网络介质层的一端设置有凸起，所述辐射体上开设有卡口，所述凸起与所述卡口卡合，以将所述辐射体固定于所述馈电结构介质层上。
7.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射体包括基材及形成于所述基材表面的金属层。
8.根据权利要求1至7任一项所述的辐射单元，其特征在于，还包括外导体焊接部，所述非金属支撑体还包括馈线支撑结构，所述金属电路层还包括形成于所述馈线支撑结构上的芯线焊接部，所述外导体焊接部形成于所述馈线支撑结构并与所述馈电网络接地层电连接。
9.根据权利要求8所述的辐射单元，其特征在于，所述馈线支撑结构包括两个同心设置的半圆环支撑座，所述芯线焊接部及所述外导体焊接部分别形成于所述两个半圆环支撑座的内壁，且所述芯线焊接部所在的所述半圆环支撑座的直径小于所述外导体焊接部所在的所述半圆环支撑座的直径。
10.一种天线，其特征在于，包括：多个如上述权利要求1至9任一项所述的辐射单元，所述多个辐射单元呈阵列分布。
11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，所述馈电网络电路层具有多个输出接口，所述辐射体为多个，且至少一个所述输出接口与其余所述输出接口反相设置。
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