CN109755721A - 微带辐射单元和阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种微带辐射单元和阵列天线，其中微带辐射单元包括介质基材、辐射电路和馈电电路；其中，介质基材为一体注塑成型，介质基材包括顶部、支撑部和焊接部，支撑部分别与顶部和焊接部相连；辐射电路布设在顶部上表面，馈电电路布设在顶部下表面，并沿支撑部延伸至焊接部。本发明实施例提供的微带辐射单元和阵列天线，实现了辐射单元的一体化，结构简单，无需装配，提高了辐射单元的可靠性和一致性，更适合大规模制造。此外，微带辐射单元，具有良好的低剖面特征，有效降低了辐射单元的高度，进一步降低了辐射单元重量，实现了辐射单元的轻量化。

Description

微带辐射单元和阵列天线

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种微带辐射单元和阵列天线。

背景技术

随着移动通信技术迅猛发展，第5代移动通信技术(5th-Generation，5G)应用大规模天线技术，在基站端布置几十甚至上百个天线规模的天线阵列来提升网络容量。5G时代的大规模天线技术将天线变成了一体化有源天线(Active Antenna Unit，AAU)，AAU集成了天线与射频拉远单元(Radio Remote Unit，RRU)，造成了AAU整机重量的直线上升，给铁塔承重和施工带来极大的困扰，因此天线轻量化成为最直观最需要解决的难题。

现有的辐射单元主要包括如下三种方案，第一种方案是采用铝合金一体压铸成型结构，由于采用密度较高的金属基材，振子重量较重，不满足大规模天线轻量化的诉求，且辐射部分和馈电部分分离，装配较为复杂，不适合大规模自动化生产。第二种方案采用PCB结构，辐射部分和馈电部分蚀刻在不同的平面基板PCB上，然后再将各个部件焊接在一起以产生电气接触，这种实现方式虽然大大降低了辐射单元的重量，但是由于零件多，装配复杂，可靠性低，非常不利于大规模自动化生产。第三种方案在第一种方案的基础上进行了改良，其辐射体部分采用工程塑料注塑成型，然后整体电镀的方式，虽然降低了辐射单元的重量，但是其辐射部分和馈电部分仍然属于分离结构，装配上仍然复杂。

因此，如果在实现辐射单元轻量化的同时，满足装配的简易化要求，以便于大规模自动化生产，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种微带辐射单元和阵列天线，用以解决现有的辐射单元重量大、装配复杂的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种微带辐射单元，包括介质基材、辐射电路和馈电电路；

其中，所述介质基材为一体注塑成型，所述介质基材包括顶部、支撑部和焊接部，所述支撑部分别与所述顶部和所述焊接部相连；

所述辐射电路布设在所述顶部上表面，所述馈电电路布设在所述顶部下表面，并沿所述支撑部延伸至所述焊接部。

第二方面，本发明实施例提供一种阵列天线，包括若干个如第一方面所提供的微带辐射单元，以及用于装设每一所述微带辐射单元的馈电网络。

本发明实施例提供的一种微带辐射单元和阵列天线，通过一体注塑成型的介质基材减轻了辐射单元的重量，将辐射电路和馈电电路均布设在介质基材上，实现了辐射单元的一体化，结构简单，无需装配，提高了辐射单元的可靠性和一致性，更适合大规模制造。此外，采用单层辐射电路实现微带辐射单元，具有良好的低剖面特征，有效降低了辐射单元的高度，进一步降低了辐射单元重量，实现了辐射单元的轻量化。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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余的附图。

图1为本发明实施例提供的微带辐射单元的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的微带辐射单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的微带辐射单元的俯视图；

图4为本发明另一实施例提供的微带辐射单元的俯视图；

图5为本发明实施例提供的微带辐射单元的顶视图；

图6为本发明实施例提供的阵列天线的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的馈电网络的结构示意图；

图8为本发明另一实施例提供的阵列天线的结构示意图；

附图标记说明：

1-微带辐射单元； 11-介质基材； 12-辐射电路；

13-馈电电路； 14-非导电区域； 15-加强筋；

111-顶部； 112-支撑部； 113-焊接部；

114-延伸孔； 1131-插接脚； 1132-开槽；

121-顶部辐射电路； 122-延伸辐射电路； 131-顶部馈电电路；

132-中间连接部； 133-底部焊接部； 2-馈电网络；

21-馈电端口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其余实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有的辐射单元普遍存在的重量较重，不满足大规模天线轻量化的诉求，且装配较为复杂，不适合大规模自动化生产的问题，本发明实施例提供了一种微带辐射单元，在实现辐射单元轻量化的同时，满足装配的简易化要求。图1为本发明实施例提供的微带辐射单元的结构示意图，如图1所示，微带辐射单元包括介质基材11、辐射电路12和馈电电路13；其中，介质基材11为一体注塑成型，介质基材11包括顶部111、支撑部112和焊接部113，支撑部112分别与顶部111和焊接部113相连；辐射电路12布设在顶部111上表面，馈电电路13布设在顶部111下表面，并沿支撑部112延伸至焊接部113。

具体地，介质基材11是自上而下包括顶部111、支撑部112和焊接部113的一体注塑成型的单个部件，其中支撑部112为顶部111与焊接部113之间的连接部件，支撑部112可以是图1中示出的单个柱状结构，还可以是由多个支撑组件构成的。此处，将顶部111与支撑部112接触的一面确认为顶部111的下表面，相应地顶部111未与支撑部112接触的一面确认为顶部111的上表面。辐射电路12布设在顶部111的上表面，辐射电路12可以完全覆盖顶部111上表面，也可以以与顶部111上表面一致的形状布设在顶部111上表面，还可以基于预设形状布设在顶部111上表面的预设位置，本发明实施例对此不作限定。对应地，馈电电路13布设在辐射电路12布设面的背面，即顶部111下表面，以及与顶部111下表面接触的支撑部112，最终延伸至焊接部113，以便于在微带辐射单元进行安装时，焊接部113与馈电网络连接状态下，通过焊接部113实现馈电电路13和馈电网络之间的电气连接。需要说明的是，辐射电路12布设在顶部111上表面，馈电电路13布设在顶部111下表面，辐射电路12在顶部111上表面的具体布设位置与馈电电路13在顶部111下表面的具体布设位置对应，以便于布设在顶部111上表面的辐射电路12与布设在顶部111下表面的馈电电路13形成辐射单元耦合馈电。

此外，辐射电路12与馈电电路13在介质基材11上的布设，可以通过3D-MID(3DMolded Interconnect Device，三维模塑互连器件)技术实现。

本发明实施例提供的微带辐射单元，通过一体注塑成型的介质基材11减轻了辐射单元的重量，将辐射电路12和馈电电路13均布设在介质基材11上，实现了辐射单元的一体化，结构简单，无需装配，提高了辐射单元的可靠性和一致性，更适合大规模制造。此外，采用单层辐射电路实现微带辐射单元，具有良好的低剖面特征，有效降低了辐射单元的高度，进一步降低了辐射单元重量，实现了辐射单元的轻量化。

基于上述实施例，图2为本发明另一实施例提供的微带辐射单元的结构示意图，如图2所示，微带辐射单元中，顶部111的中心开设有延伸孔114，延伸孔114在支撑部中向焊接部方向延伸；辐射电路延伸布设至延伸孔114的孔壁上。

具体地，顶部111的中心开设有延伸孔114，延伸孔114向焊接部方向延伸，此处延伸孔114可以是通孔，即介质基材的支撑部和焊接部均为中空设计，延伸孔114还可以是盲孔，即延伸孔114在支撑部中延伸但未打通，本发明实施例对此不作具体限定。通过在介质基材中开设延伸孔114，能够进一步减少用料，减轻微带辐射单元的重量。

在此基础上，将布设在顶部111上表面的辐射电路延伸布设至延伸孔114的孔壁上，图2中，将辐射电路分为两部分，一部分为布设在顶部111上表面的辐射电路即顶部辐射电路121，另一部分为延伸至延伸孔114孔壁上的辐射电路即延伸辐射电路122。由于延伸孔114是开设在支撑部中心的孔，可将支撑部视为中空设计，将延伸孔114的孔壁视为支撑部的内壁，将布设有馈电电路的支撑部表面视为支撑部的外壁，通过在支撑部内壁延伸布设辐射电路，能够极大程度上改善微带辐射单元的交叉极化指标。

基于上述任一实施例，微带辐射单元中，辐射电路上还布设有非导电区域。

具体地，为了提升极化隔离度，顶部上表面还设置有非导电区域，本发明实施例不对非导电区域的形状、数量和具体设置位置作限定。图3为本发明实施例提供的微带辐射单元的俯视图，如图3所示，介质基材顶部111为圆形，顶部111布设有辐射电路12，顶部111中心开设有延伸孔114，以顶部111中心为中心，上表面均匀布设有四组去金属化的非导电区域14，每一非导电区域14均为一字形。图4为本发明另一实施例提供的微带辐射单元的俯视图，如图4所示，介质基材顶部111为八边形，顶部111布设有辐射电路12，顶部111中心开设有延伸孔114，以顶部111中心为中心，上表面均匀布设有四组去金属化的非导电区域14，每一非导电区域14均为八字形。

基于上述任一实施例，微带辐射单元中，顶部还布设有加强筋。

具体地，通过在介质基材的顶部加设加强筋，能够提升一体化介质基材的结构强度和顶部平面结构的平整度，可以在顶部四周边缘处设置“口”字形裙边加强筋，还可以基于顶部中心在顶部表面设置“十”字形加强筋，本发明实施例不对此作具体限定。

基于上述任一实施例，微带辐射单元中，辐射电路与馈电电路均基于介质基材的中心轴对称布设，因而将微带辐射单元作为单个部件进行整机装配时，辐射单元与馈电网络的电连接装配无需额外识别，非常适合在大规模阵列天线应用上实现自动化生产。

基于上述任一实施例，图5为本发明实施例提供的微带辐射单元的顶视图，如图5所示，微带辐射单元包括四组馈电电路13，四组馈电电路13以介质基材11的中心轴为轴心均匀分布。

具体地，每组馈电电路13的结构相同，并依次沿中心轴呈90°旋转分布。此处，包含四组馈电电路13的微带辐射单元即双极化辐射单元，双极化辐射单元的每个极化由相对且对称设置的两组馈电电路13进行差分(180°相差)馈电，以抑制高次模式，进一步降低两个端口之间的耦合，提升了双极化振子+45°极化和-45°极化的方向图一致性和隔离度。

基于上述任一实施例，微带辐射单元中，焊接部113包括四个以介质基材11的中心轴为轴心均匀分布的插接脚1131，每一馈电电路13包裹一个插接脚1131。

具体地，参考图5，每一馈电电路13包括顶部馈电电路131、中间连接部132和底部焊接部133，其中顶部馈电电路131是该组馈电电路13布设在介质基材顶部111的部分，中间连接部132是该组馈电电路13布设在介质基材支撑部112上用于连接顶部馈电电路131和底部焊接部133的部分，底部焊接部133是该组馈电电路13布设在介质基材11的焊接部113上，包裹在焊接部113对应的一个插接脚1131的部分。此处，包裹插接脚1131的底部焊接部133用于与馈电网络端口进行电连接，以实现信号激励。

基于上述任一实施例，参考图5，微带辐射单元中，焊接部113的任意两个相邻的插接脚1131之间设置有开槽1132。通过开槽1132的设置，进一步降低了一体化介质基材11的重量。此处，开槽1132可以是U型槽、V型槽等各种形状的开槽。

基于上述任一实施例，微带辐射单元为三维模塑互连器件，整个微带辐射单元为单一部件，简化了供应链，结构简单，提高了辐射单元的可靠性和一致性，适合大规模制造。

基于上述任一实施例，图6为本发明实施例提供的阵列天线的结构示意图，如图6所示，阵列天线包括若干个微带辐射单元1，以及用于装设每一微带辐射单元1的馈电网络2。

具体地，每一微带辐射单元1通过介质基材的焊接部与馈电网络2进行焊接，实现馈电电路与馈电网络2之间的电气连接，焊接部可以是插脚型焊接结构，还可以是贴焊型焊接结构，本发明实施例不对微带辐射单元1和馈电网络2之间的装设方式作具体限定。

图7为本发明实施例提供的馈电网络的结构示意图，参考图7，馈电网络2上设置有若干个馈电端口21，用于与微带辐射单元的焊接部进行电气连接。图7中针对焊接部包括四个插接脚的微带辐射单元设置有四个馈电端口21，每一插接脚对应一个馈电端口21，在四个插接脚具备旋转中心对称性的情况下，装配时，仅需将四个插接脚直接与四个馈电端口21对接即可，无需额外识别，可以实现盲插组装，能够显著缩短了天线生产中的组装时间，提高组装效率，非常适合在大规模阵列天线应用上实现自动化生产。

基于上述任一实施例，图8为本发明另一实施例提供的阵列天线的结构示意图，如图8所示，该阵列天线包括微带辐射单元1和馈电网络2。

参考图5，微带辐射单元1包括介质基材11、辐射电路12和馈电电路13。其中介质基材11为一体化结构，由耐高温工程塑料一体注塑成型，介质基材11包括顶部111、支撑部112、焊接部113和加强筋15，顶部111中心位置设置有延伸孔114，与支撑部112形成顺滑过渡结构，俯视无遮挡。辐射电路12包括设置在介质基材顶部111上表面的顶部辐射电路121和设置在延伸孔114孔壁表面的延伸辐射电路122，此外，顶部辐射电路121上设置有去金属化间隙，即非导电区域14。馈电电路13包括设置在介质基材顶部111下表面的顶部馈电电路131、设置在介质基材支撑部112外壁表面的中间连接部132以及设置在介质基材焊接部113并包裹整个介质基材焊接部113的四个焊接脚的底部焊接部133。

此处，介质基材顶部111平面结构为正方形，还可以为圆型或其余多边形结构，顶部111中心设置的延伸孔114，能够降低用料，减轻一体化介质基材11的重量。设置在介质基材顶部111的顶部辐射电路121，其电路形状与介质基材11的顶部111平面形状一致。顶部辐射电路121上，以介质基材11的中心轴为轴心，设置的四组结构相同的非导电区域14，形状为“一”字型或“Λ”形或其它变形形状，以提升极化隔离度。沿着介质基材顶部111的延伸孔114和介质基材支撑部112的连接部位向介质基材支撑部112内表面，即延伸孔114的孔壁向下延伸设置的延伸辐射电路122，能够大大提升微带辐射单元1的交叉极化比指标。

加强筋15分别设置在介质基材顶部111的四周边缘，呈“口”字裙边，以及顶部111下表面中心呈“十”字，以提升一体化介质基材11的结构强度和顶部111平面结构的平整度。此外，支撑部112形成中空型闭合结构，以加强一体化介质基材11的结构强度，支撑部112可以是圆桶形，也可以为其它闭合形状。焊接部113包括四个90°旋转环绕的插接脚1131，插接脚1131两两相邻的区域内设置“U”型开槽1132，以进一步降低一体化介质基材11的重量。

微带辐射单元1共包含四组馈电电路13，每组结构相同，依次沿中心轴90°旋转分布。针对单一馈电电路13，馈电电路13中设置在顶部111下表面的顶部馈电电路131与辐射电路12形成辐射单元耦合馈电，中间连接部132连接顶部馈电电路131和底部焊接部133，以实现整个馈电电路13的连续电连接。包裹插接脚1131的底部焊接部133用于与馈电网络2的馈电端口进行电连接，以实现信号激励。此处，底部焊接部133可以设置为插脚型插焊型结构，还可以设置为圆盘形贴焊型结构，本发明实施例对此不作具体限定。基于上述结构的四组馈电电路13，共同实现双极化微带辐射单元1的馈电激励，以抑制高次模式，进一步降低两个端口之间的耦合，提升双极化振子+45°极化和-45°极化的方向图一致性和隔离度。需要说明的是，本发明实施例中，采用耦合馈电方式能够有效提升振子匹配带宽。

本发明实施例提供的微带辐射单元1，采用了单层辐射电路12结构，微带辐射单元1整体高度＜0.15λ(此处λ表示波长)，具有良好的低剖面特征；其次，微带辐射单元1特别设置了延伸辐射电路122，极大改善了微带辐射单元1的交叉极化指标；再者，微带辐射单元1为3D-MID模塑互连器件，重量非常轻，适合在大规模阵列天线应用，且整个微带辐射单元1为单一部件，简化了供应链，结构简单，提高了辐射单元的可靠性和一致性，适合大规模制造；此外，微带辐射单元1的辐射部分和馈电部分全部基于辐射单元单个部件中心对称，四个插焊脚无需额外识别可盲插在馈电网络2的四个馈电端口，显著缩短了天线生产中的组装时间，提高组装效率，非常适合在大规模阵列天线应用上实现自动化生产。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微带辐射单元，其特征在于，包括介质基材、辐射电路和馈电电路；

其中，所述介质基材为一体注塑成型，所述介质基材包括顶部、支撑部和焊接部，所述支撑部分别与所述顶部和所述焊接部相连；

所述辐射电路布设在所述顶部上表面，所述馈电电路布设在所述顶部下表面，并沿所述支撑部延伸至所述焊接部。

2.根据权利要求1所述的微带辐射单元，其特征在于，所述顶部的中心开设有延伸孔，所述延伸孔在所述支撑部中向所述焊接部方向延伸；

所述辐射电路延伸布设至所述延伸孔的孔壁上。

3.根据权利要求1所述的微带辐射单元，其特征在于，所述辐射电路上还布设有非导电区域。

4.根据权利要求1所述的微带辐射单元，其特征在于，所述顶部还布设有加强筋。

5.根据权利要求1所述的微带辐射单元，其特征在于，所述辐射电路与所述馈电电路均基于所述介质基材的中心轴对称布设。

6.根据权利要求1所述的微带辐射单元，其特征在于，所述微带辐射单元包括四组所述馈电电路，所述四组馈电电路以所述介质基材的中心轴为轴心均匀分布。

7.根据权利要求6所述的微带辐射单元，其特征在于，所述焊接部包括四个以所述介质基材的中心轴为轴心均匀分布的插接脚，每一所述馈电电路包裹一个所述插接脚。

8.根据权利要求7所述的微带辐射单元，其特征在于，所述焊接部的任意两个相邻的所述插接脚之间设置有开槽。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的微带辐射单元，其特征在于，所述微带辐射单元为三维模塑互连器件。

10.一种阵列天线，其特征在于，包括若干个如权利要求1至9中任一项所述的微带辐射单元，以及用于装设每一所述微带辐射单元的馈电网络。