CN110416721A - 辐射单元及阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信基站天线技术领域，提供了一种辐射单元及阵列天线，该辐射单元，包括：第一介质基片和第二介质基片；两者之间设置有第一支撑柱；第二介质基片的下表面连接有第二支撑柱；第一介质基片的上表面贴附有引向片，第二介质基片的上表面贴附有辐射片；第二介质基片的下表面布设有馈电电路，并沿第二支撑柱延伸至与第二支撑柱相连接的焊接部；第一介质基片、第一支撑柱、第二介质基片、第二支撑柱和焊接部一体成型。采用双层微带贴片形式的辐射单元，一体成型的辐射单元高度小于0.18λ，具有良好的低剖面特征，降低了辐射单元的高度和重量，提高了辐射单元的可靠性和批量一致性，适合大规模制造且产品轻量化效果非常好。

Description

辐射单元及阵列天线

技术领域

本发明涉及无线通信基站天线技术领域，特别涉及一种辐射单元及阵列天线。

背景技术

移动通信技术迅猛发展，第五代移动通信技术使用大规模天线阵技术，并且往集成化方向发展。由于大规模阵列天线使用辐射单元数量多，布阵密集，因此要求辐射单元轻量化、低剖面、结构简单易于安装。

现有的用于基站天线的辐射单元主要采用以下几种实现方案：第一种，采用半波或全波单元，塑料注塑成型或者金属压铸，一般情况此方案需要λ/4的巴伦，剖面较高；第二种，采用微带辐射单元，通过耦合或者直接馈电的形式来实现双极化，一般采用塑料注塑成型，外加固定结构以及引向器等结构。由于此辐射单元结构件较多，没能做到一体成型，装配复杂。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术缺陷和应用需求，本申请提出一种辐射单元及阵列天线，以解决现有的辐射单元重量大、装配复杂的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，第一方面，本发明提供一种辐射单元，包括：第一介质基片和第二介质基片；第一支撑柱的一端连接于所述第一介质基片的下表面，另一端连接于所述第二介质基片的上表面；所述第二介质基片的下表面连接有第二支撑柱；

所述第一介质基片的上表面贴附有引向片，所述第二介质基片的上表面贴附有辐射片；所述第二介质基片的下表面布设有馈电电路，并沿所述第二支撑柱延伸至与所述第二支撑柱相连接的焊接部；

所述第一介质基片、所述第一支撑柱、所述第二介质基片、所述第二支撑柱以及所述焊接部一体成型。

其中，所述第一支撑柱和所述第二支撑柱均为中空结构。

其中，所述辐射单元的高度小于0.18λ，λ为所述辐射单元中心频点的波长大小。

其中，所述第一介质基片的上表面包括用于蚀刻的第一环状表面；所述第二介质基片的上表面包括用于蚀刻的第二环状表面。

其中，所述第一介质基片和/或所述第二介质基片的中心处设置有通孔。

其中，所述第一介质基片在竖直方向的投影区域位于所述第二介质基片在竖直方向的投影区域的内部。

其中，所述辐射单元包括四组所述馈电电路，四组所述馈电电路以所述第二介质基片的中心轴为中心旋转对称分布。

其中，所述焊接部包括四个以所述第二介质基片的中心轴为中心旋转对称分布的插接脚，每一组所述馈电电路包裹一个所述插接脚。

其中，任一所述插接脚与所述第二支撑柱之间均设置有开槽。

第二方面，本发明提供一种阵列天线，包括上述技术方案提供的辐射单元，以及用于装设每一所述辐射单元的馈电网络。

(三)有益效果

本发明提供的辐射单元以及阵列天线，采用双层微带贴片形式的辐射单元，一体成型的辐射单元整体高度＜0.18λ，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，提高了辐射单元的可靠性和批量一致性，适合大规模制造且产品轻量化效果非常明显。

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他的附图。

图1是本发明实施例提供的辐射单元的上方斜视图；

图2是本发明实施例提供的辐射单元的下方斜视图；

图3是本发明实施例提供的辐射单元的俯视图；

图4是本发明实施例提供的辐射单元的仰视图；

图5是本发明实施例提供的辐射单元沿中心面的侧面剖视图；

图6是本发明实施例提供的另一种辐射单元的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的再一种辐射单元的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种辐射单元的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的又一种辐射单元的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的阵列天线的结构示意图；

其中，001、第一介质基片；002、第一支撑柱；003、第二介质基片；004、第二支撑柱；005、插接脚；006、引向片；007、辐射片；008、馈电电路；009、开槽；010、开孔。

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。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的辐射单元，包括：位于不同高度的第一介质基片001和第二介质基片003；第一介质基片的上表面贴附有引向片006，第二介质基片的上表面贴附有辐射片007；第一支撑柱的一端连接于第一介质基片的下表面，第一支撑柱的另一端连接于第二介质基片的上表面，第二支撑柱的一端安装于第二介质基片的下表面，第二支撑柱的另一端设置有焊接部。第二介质基片的下表面布设有馈电电路008，并沿第二支撑柱延伸至焊接部。

可以理解的是，第一介质基片001和第二介质基片003平行布置，第一介质基片001和第二介质基片003的中心线重合布置，即第一介质基片001位于第二介质基片003的正上方；第一介质基片001和第二介质基片003可以通过第一支撑柱002进行连接，且第一支撑柱002的中心轴线与第二介质基片003的中心线重合布置，第一介质基片001和第二介质基片003均可以采用耐高温塑料制备。

第二支撑柱设置于第二介质基的下表面，第二支撑柱可以是图2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，将第一介质基片001与第二介质基片003相连的一面确认为第一介质基片的下表面，相应地第一介质基片001未与第二介质基片003接触的一面确认为第一介质基片的上表面；将第二介质基片003与第一介质基片001相连的一面确认为第二介质基片的上表面，相应地第二介质基片003未与第一介质基片001接触的一面确认为第二介质基片的下表面。

引向片006布设在第一介质基片的上表面，引向片006可以完全覆盖第一介质基片的上表面，也可以以与第一介质基片的上表面一致的形状布设在第一介质基片的上表面，还可以基于预设形状布设在第一介质基片的上表面的预设位置，本发明实施例对此不作限定。引向片006为附着于第一介质基片的上表面的金属区域。

对应地，辐射片007布设在第二介质基片的上表面，辐射片007可以完全覆盖第二介质基片的上表面，也可以以与第二介质基片的上表面一致的形状布设在第二介质基片的上表面，还可以基于预设形状布设在第二介质基片的上表面的预设位置，本发明实施例对此不作限定。辐射片007为附着于第二介质基片的上表面的金属区域。

馈电电路008布设在辐射片007布设面的背面，即第二介质基片的下表面，以及与第二介质基片的下表面接触的第二支撑柱，最终延伸至与第二支撑柱相连的焊接部，以便于在辐射单元进行安装时，焊接部与馈电网络连接状态下，通过焊接部实现馈电电路008和馈电网络之间的电气连接。

需要说明的是，辐射片007布设在第二介质基片的上表面，馈电电路008布设在第二介质基片的下表面，辐射片007在第二介质基片的上表面的具体布设位置与馈电电路008在第二介质基片的下表面的具体布设位置对应，以便于布设在第二介质基片的上表面的辐射片007与布设在第二介质基片的下表面的馈电电路008形成辐射单元耦合馈电。

第一介质基片、第一支撑柱、第二介质基片、第二支撑柱以及焊接部一体成型，以构成该辐射单元。

在本发明实施中，采用双层微带贴片形式的辐射单元，一体成型的辐射单元整体高度＜0.18λ，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，提高了辐射单元的可靠性和批量一致性，适合大规模制造且产品轻量化效果非常明显。

在上述实施例的基础上，第一介质基片的上表面包括用于蚀刻的第一环状表面；第二介质基片的上表面包括用于蚀刻的第二环状表面。

在本发明实施例中，通过在第一环状表面金属化蚀刻以形成引向片006，即形成金属化表面；

通过在第二环状表面金属化蚀刻以形成辐射片007，即形成金属化表面。

在上述实施例的基础上，辐射单元包括四组馈电电路008，四组馈电电路以第二介质基片的中心轴为中心旋转对称分布。

在本发明实施例中，每组馈电电路008的结构相同，并依次沿第二介质基片的中心轴呈90°旋转对称分布。此处，包含四组馈电电路008的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。

在上述实施例的基础上，如图2所示，焊接部包括四个以第二介质基片的中心轴为中心旋转对称分布的插接脚005，每一组馈电电路008包裹一个插接脚005。

在本发明实施例中，每一组馈电电路包括顶部馈电电路、中间连接部和底部焊接部，其中顶部馈电电路是该组馈电电路布设在第二介质基片的下表面的部分，中间连接部是该组馈电电路布设在第二支撑柱上用于连接顶部馈电电路和底部焊接部的部分，底部焊接部是该组馈电电路布设在焊接部上，包裹在焊接部对应的一个插接脚005的部分。此处，包裹插接脚的底部焊接部用于与馈电网络端口进行电连接，以实现信号激励。

在上述实施例的基础上，如图4所示，为了方便焊锡流动，任一插接脚005与第二支撑柱之间均设置有开槽009。开槽009可以是U型槽、V型槽等各种形状的开槽。

在上述实施例的基础上，如图3所示，第一介质基片001在竖直方向的投影区域位于第二介质基片003在竖直方向的投影区域的内部。

在本发明实施例中，第一介质基片001在竖直方向的投影面完全位于第二介质基片003的上表面。其中，第一介质基片001的形状和第二介质基片003的形状可以相同也可以不同，在此不作具体限定。

在上述实施例的基础上，第一支撑柱002为中空结构。

在本发明实施例中，第一支撑柱002的一端与第一介质基片001的下表面相连，第一支撑柱002的另一端与第二介质基片003的上表面相连。中空的第一支撑柱002在保证结构强度的同时，降低了整个辐射单元的重量。

在上述实施例的基础上，如图5所示，第二介质基片的中心设有通孔，第二支撑柱004为中空结构。

在本发明实施例中，第一介质基片的中心设有开孔010，第二介质基片的中心设有通孔，第一支撑柱002可以为变截面的第一支撑柱002。第一支撑柱002与第一介质基片的下表面连接的一端的外径大于开孔010的直径，第一支撑柱002与第二介质基片的上表面连接的一端的外径大于通孔的直径，开孔010的直径小于通孔的直径。第一支撑柱002与第一介质基片的下表面连接的一端的内径大于第一支撑柱002与第二介质基片的上表面连接的一端的内径。其中，第一介质基片001外边缘和辐射片007内边缘之间的连接线与第二介质基片003之间夹角为a，其中a大于30°，方便辐射片007的加工。

在上述实施例的基础上，第一介质基片001的形状为圆形或者多边形，且引向片006的形状与第一介质基片001的形状相一致；

第二介质基片003的形状为圆形或者多边形，且辐射片007的形状与第二介质基片003的形状相一致。

在本发明实施例中，如图6所示，第一介质基片001的形状为圆环形，引向片006的形状为圆环形；第二介质基片003的形状为矩形，此时辐射片007的形状为矩形。

如图7所示，第一介质基片001的形状为圆环形，引向片006的形状为圆环形；第二介质基片003的形状为圆环形，此时辐射片007的形状为圆环形。

如图8所示，第一介质基片001的形状为矩形，引向片006的形状为矩形；第二介质基片003的形状为矩形，此时辐射片007的形状为矩形。

如图9所示，第一介质基片001的形状为圆环形，引向片006的形状为圆环形；第二介质基片003的形状为多边形，此时辐射片007的形状为多边形。

其中，第一介质基片和/或第二介质基片的中心处设置有通孔。通孔可以为圆形通孔。

在上述实施例的基础上，第一介质基片001、第二介质基片003、第一支撑柱002、第二支撑柱004以及插接脚005一体成型。

本发明实施例中，辐射单元的高度只有最低频率的0.18λ，因为采用微带贴片辐射形式，其高度只有传统半波振子的0.7倍，从而有效实现了辐射单元的低剖面要求。

如图10所示，本发明实施例还提供了一种阵列天线，包括若干个如上述实施例提供的辐射单元，以及用于装设每一辐射单元的馈电网络。

本发明实施例中，每一辐射单元通过焊接部与馈电网络进行焊接，实现馈电电路与馈电网络之间的电气连接，焊接部可以是插脚型焊接结构，还可以是贴焊型焊接结构，本发明实施例不对辐射单元和馈电网络之间的装设方式作具体限定。

馈电网络上设置有若干个馈电端口，用于与辐射单元的焊接部进行电气连接。针对焊接部包括四个插接脚的辐射单元设置有四个馈电端口，每一插接脚对应一个馈电端口，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。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

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)

1.一种辐射单元，其特征在于，包括：第一介质基片和第二介质基片；第一支撑柱的一端连接于所述第一介质基片的下表面，另一端连接于所述第二介质基片的上表面；所述第二介质基片的下表面连接有第二支撑柱；

所述第一介质基片的上表面贴附有引向片，所述第二介质基片的上表面贴附有辐射片；所述第二介质基片的下表面布设有馈电电路，并沿所述第二支撑柱延伸至与所述第二支撑柱相连接的焊接部；

所述第一介质基片、所述第一支撑柱、所述第二介质基片、所述第二支撑柱以及所述焊接部一体成型。

2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述第一支撑柱和所述第二支撑柱均为中空结构。

3.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元的高度小于0.18λ，λ为所述辐射单元中心频点的波长大小。

4.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述第一介质基片的上表面包括用于蚀刻的第一环状表面；所述第二介质基片的上表面包括用于蚀刻的第二环状表面。

5.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述第一介质基片和/或所述第二介质基片的中心处设置有通孔。

6.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述第一介质基片在竖直方向的投影区域位于所述第二介质基片在竖直方向的投影区域的内部。

7.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元包括四组所述馈电电路，四组所述馈电电路以所述第二介质基片的中心轴为中心旋转对称分布。

8.根据权利要求7所述的辐射单元，其特征在于，所述焊接部包括四个以所述第二介质基片的中心轴为中心旋转对称分布的插接脚，每一组所述馈电电路包裹一个所述插接脚。

9.根据权利要求8所述的辐射单元，其特征在于，任一所述插接脚与所述第二支撑柱之间均设置有开槽。

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任一项所述的辐射单元，以及用于装设每一所述辐射单元的馈电网络。