CN110676577A - 天线振子及阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种天线振子及阵列天线，阵列天线包括多个天线振子。天线振子包括一体成型的介质基材、金属辐射片一体成型的馈电网络线路层及馈电结构层。介质基材包括馈电基板及位于馈电基板一侧的辐射基板。金属辐射片、馈电网络线路层及馈电结构层均可通过镀膜等方式形成于介质基材的表面，相当于将传统天线中的辐射单元、馈电网络及馈电结构集成于介质基材上。组装阵列天线时，无需再焊接馈电网络、馈电结构，只需将预设数量的天线振子按照一定侧规则排列即可，故能有效地简化操作。而且，介质基材表面镀金属的复合结构相较于钣金结构的密度更小，故天线振子的质量更轻。因此，上述天线振子能实现阵列天线的轻量化。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种天线振子及阵列天线。
背景技术
大型的阵列天线一般由多个辐射单元与配套的馈电结构及馈电网络组合而成。5G移动通信技术经过几年的发展已经有一定的技术积累，而5G阵列天线的结构则更为庞杂。例如，64TR的5G天线通常是4行8列的子阵组成，且每个子阵一般还包含若干个辐射单元。
目前，主流的阵列天线主要使用钣金、压铸或者PCB振子作为辐射单元，馈电形式以PCB板馈电为主。各部件单独完成装配后，再通过螺钉、铆钉拼装成整机。由于阵列天线的元件众多，故这种方式不仅装配复杂，且会导致天线整机的体积大、重量大。
发明内容
基于此，有必要提供一种能实现轻量化的天线振子及阵列天线。
一种天线振子，包括：
一体成型的介质基材，包括馈电基板及位于所述馈电基板一侧的辐射基板；
形成于所述辐射基板表面的金属辐射片；及
一体成型的馈电网络线路层及馈电结构层，所述馈电网络线路层形成于所述馈电基板的表面，所述馈电结构层由所述馈电基板向所述辐射基板延伸，以向所述金属辐射片馈电。
在其中一个实施例中，所述馈电基板的边缘向所述辐射基板一侧弯折形成翻边，且所述翻边的表面覆设有金属层，以形成隔离带。
在其中一个实施例中，所述馈电结构层与所述金属辐射片电连接，以对所述金属辐射片形成直接馈电。
在其中一个实施例中，所述辐射基板上形成有多个与所述金属辐射片电连接的金属化过孔，所述馈电结构层延伸至与所述金属化过孔电连接。
在其中一个实施例中，所述馈电结构层包括主体电路及与所述主体电路的末端电连接的引线，所述主体电路所在的平面与所述辐射基板间隔设置，所述引线向所述辐射基板延伸，以向所述金属辐射片馈电。
在其中一个实施例中，所述馈电基板的表面局部凹陷形成中空的柱状凸起，所述柱状凸起构成所述辐射基板，所述金属辐射片形成于所述辐射基板背向所述馈电基板的外表面，所述馈电网络线路层形成于所述馈电基板背向所述辐射基板一侧的表面。
在其中一个实施例中，所述柱状凸起构的内部设置有加强筋板，所述主体电路形成于所述加强筋板远离所述金属辐射片一端的端面，所述引线由所述加强筋板的侧壁向所述金属辐射片延伸。
在其中一个实施例中，所述馈电结构层包括两个输出信号的相位差为180度的反相馈电线路。
在其中一个实施例中，所述金属辐射片上形成有两个相互垂直的去金属化缝隙，以将所述金属辐射片分为四个区域，且位于对角的两个区域由同一个所述反相馈电线路馈电。
在其中一个实施例中，所述馈电基板上设置有与所述馈电网络线路层的输入端电连接的馈电针，所述馈电针突出于所述馈电基板背向所述辐射基板的表面。
在其中一个实施例中，所述馈电针为埋设于所述馈电基板的金属针；
或者，所述馈电基板的表面具有凸柱，所述凸柱表面包覆有与所述馈电网络线路层一体成型的金属覆层，以形成所述馈电针。
在其中一个实施例中，还包括金属反射板，所述金属反射板设置于所述馈电基板背向所述辐射基板的一侧。
在其中一个实施例中，所述金属反射板与所述馈电网络线路层间隔设置。
一种阵列天线，包括多个如上述优选实施例中任一项所述的天线振子。
上述天线振子，金属辐射片、馈电网络线路层及馈电结构层均可通过镀膜等方式形成于介质基材的表面，相当于将传统天线中的辐射单元、馈电网络及馈电结构集成于介质基材上。组装阵列天线时，无需再焊接馈电网络、馈电结构，只需将预设数量的天线振子按照一定侧规则排列即可，故能有效地简化操作。而且，介质基材表面镀金属的复合结构相较于钣金结构的密度更小，故天线振子的质量更轻。因此，上述天线振子能实现阵列天线的轻量化。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中阵列天线的结构示意图；
图2为本发明较佳实施例中天线振子的结构示意图；
图3为图2所示天线振子另一角度的结构示意；
图4为图2所示天线振子中介质基材的局部示意图。
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振子100及阵列天线10。阵列天线10可以是5G阵列天线。其中，阵列天线10包括多个天线阵列100。
多个天线振子100可按照预设规则排列。譬如，图1所示的阵列天线10包括8个天线振子100，且每8个天线振子100呈2行4列分布。显然，根据阵列天线10不同的规模需求，其包含的天线振子100的数量以及天线振子100的排列方式也可相应调整。
请一并参阅图2及图3，本发明较佳实施例中的天线振子100包括介质基材110、金属辐射片120、馈电网络线路层130及馈电结构层140。
介质基材110为一体成型的结构，其材质可以是塑料、树脂等。通常，介质基材110采用注塑的方式一体成型。介质基材110包括馈电基板112及辐射基板114，辐射基板114位于馈电基板112一侧。辐射基板114用于对金属辐射片120提供支撑，金属辐射片120形成于辐射基板114的表面。金属辐射片120可实现电磁波信号的收发，故辐射基板114与金属辐射片120配合可相当于传统的辐射单元。
每个介质基材110可包括多个辐射基板114。譬如，图2所示的介质基材110具有三个辐射基板114，且三个辐射基板114在馈电基板112上间隔设置。而由于每个辐射基板114与其上的金属辐射片120可相当于一个辐射单元。因此，每个天线振子100相当于具有三个辐射单元。显然，辐射基板114的数量可根据阵列天线的集成规模进行灵活调整，在此不做限定。
在本实施例中，馈电基板112的边缘向辐射基板114一侧弯折形成翻边1121，且翻边1121的表面覆设有金属层(图未标)，以形成隔离带116。
每个天线振子100上的辐射基板114可位于相应隔离带116内。也就是说，相当于天线振子100的辐射单元位于隔离带116内。因此，组装阵列天线10时，相邻天线振子100之间的干扰可显著减小，从而达到优化隔离度及辐射指标(如交叉极化比、波束宽度)的目的。
具体的，隔离带116可沿馈电基板112的周向形成封闭的环状结构，也可仅分布于馈电基板112的部分边缘。以图2所示的天线振子100为例，馈电基板112为长条形的板状结构，隔离带116分布于馈电基板112相对的两个边缘。而对于圆形的馈电基板112而言，隔离带116也可沿其周向形成封闭的圆环状结构。
金属辐射片120、馈电网络线路层130及馈电结构层140均可通过选择性电镀、LDS(激光直接成型技术)等表面金属成型的方式形成于介质基材110的表面。其材质可以是铜、银等良导体。其中：
馈电网络线路层130形成于馈电基板112的表面。馈电网络线路层130中可集成功分电路、滤波电路、移相电路等功能电路，相当于传统的馈电网络。具体的，采用导电材料在馈电基板112的表面形成预设电路结构的线路，便可得到的馈电网络线路层130。
馈电网络线路层130及馈电结构层140一体成型。也就是说，馈电网络线路层130与馈电结构层140之间无需焊接，不存在焊点。馈电结构层140由馈电基板112向辐射基板114延伸，以向金属辐射片120馈电。馈电结构层140与传统的馈电结构，如馈电巴伦、馈电柱的功能类似，用于向金属辐射片120馈电。其中，馈电结构层140即可直接馈电也可耦合馈电。
为了提升抗干扰能力及隔离度，具体在本实施例中，馈电结构层140与金属辐射片120电连接，以对金属辐射片140形成直接馈电。
进一步的，在本实施例中，辐射基板114上形成有多个金属化过孔1141，馈电结构层140延伸至与金属化过孔1141电连接。金属化过孔1141穿过金属辐射片120上，故与金属辐射片120电连接。此时，馈电结构层140对金属辐射片120形成直接馈电。
本实施例中的天线振子100为双极化天线振子，故每个金属辐射片120采用四点反相馈电。具体在本实施例中，馈电结构层140包括两个输出信号的相位差为180度的反相馈电线路。
每个反相馈电线路均在金属辐射片120上具有两个馈电点，共四个馈电点，同一对角的两个馈电点的极化方向相同，并与另外两个馈电点的极化方向相差180度。如图4所示，馈电结构层140包括第一馈电线路141及第二馈电线路142，两者分别实现正45度及负45度馈电。
而且，两个馈电线路交叉设置。如此，可进一步提升天线振子100的隔离不。而且，两个馈电线路的交叉处，可采用跳线连接，以避免两个馈电线路互相干扰。
进一步的，请再次参阅图2，在本实施例中，金属辐射片120上形成有两个相互垂直的去金属化缝隙122，以将金属辐射片120分为四个区域，且位于对角的两个区域由同一个反相馈电线路馈电。
具体的，两个垂直的去金属化缝隙122构成“十字缝”结构，可通过激光蚀刻将金属辐射片120局部镂空得到去金属化缝隙122，也可在辐射金属片120成型的同时利用选择性电镀的方式一体成型。形成的四个区域相当于两组极化方向相反的辐射臂，同一对角线上的两个区域的极化方向相同，并与另外两个区域的极化方向相反。
而且，由金属辐射片120的极化是正负45°方向，而“十字缝”是水平垂直方向，故十字缝具有加强辐射的效果。在天线振子100工作时，“十字缝”也产生辐射，其辐射场会在金属辐射片120的极化方向上矢量叠加，形成正负45°极化电磁波辐射方向图，从而提升增益指标。
金属辐射片120、馈电网络线路层130及馈电结构层140均可通过镀膜等方式形成于介质基材110的表面。因此，相当于将传统天线中的辐射单元、馈电网络及馈电结构集成于介质基材110上。组装阵列天线100时，无需再另外焊接馈电网络、馈电结构，只需将预设数量的天线振子100按照一定侧规则排列即可。一方面，能有效地简化组装流程。另一方面，元器件的数量大幅减少。而且，介质基材110表面镀金属的复合结构相较于钣金结构的密度更小，故天线振子100的质量更轻，从而可实现阵列天线10的轻量化。
另外，由于介质基材110一体成型，且金属辐射片120、馈电网络线路层130及馈电结构层140均为附着于介质基材110表面的金属层状结构。因此，天线振子100的整体性更好，且各部分元件之间不存在组装间隙及装配误差，故可靠性高。进一步的，天线振子100内部焊点少。而且，组装阵列天线10时也无需过多焊接操作，故阵列天线10中的焊点数量相较于传统天线也大幅减少，故互调稳定性更高。
在本实施例中，馈电结构层140包括主体电路143及与主体电路143的末端电连接的引线145，主体电路143所在的平面与辐射基板114间隔设置，引线145向辐射基板114延伸，以向金属辐射片120馈电。
具体的，主体电路143部分包括功分、同步等电路结构，与辐射基板114间隔设置，可避免其与金属辐射片120产生干扰，从而提升天线振子100的隔离度。引线145为导体结构，可对金属辐射片120进行直接或耦合馈电。
请再次参阅图2，在本实施例中，馈电基板112的表面局部凹陷形成中空的柱状凸起，柱状凸起构成辐射基板114，金属辐射片120形成于辐射基板114背向馈电基板120的外表面，馈电网络线路层130形成于馈电基板120背向辐射基板114一侧的表面。
具体的，中空的柱状凸起可以呈立方体形，即其侧壁呈矩形。通过在馈电基板112上做局部凹陷的方式形成辐射基板114，可使介质基材110的结构更合理，注塑的良品率更好。
如图2所示，金属辐射片120形成于辐射基板114的上表面，馈电网络线路层130形成于馈电基板120的下表面。需要指出的是，介质基材110的具体结构可以为多种多样，只要能对金属辐射片120、馈电网络线路层130及馈电结构层140提供支撑即可。
请一并参阅图4，进一步的，在本实施例中，柱状凸起构的内部设置有加强筋板1143，主体电路143形成于加强筋板1143远离金属辐射片120一端的端面，引线145由加强筋板1143的侧壁向金属辐射片120延伸。
加强筋板1143一方面可以增加介质基材100的机械强度；另一方面，加强筋板1143还可增加馈电结构层140附着位置，从而方便其成型。具体的，由于加强筋板1143的支撑，可使金属辐射片120与馈电结构层140的主体电路143相互远离。
在本实施例中，馈电基板112上设置有与馈电网络线路层130的输入端电连接的馈电针118，馈电针118突出于馈电基板112背向辐射基板114的表面。
具体的，馈电针118用于将馈电网络线路层130与外部信号源连接，实现电信号的传输。馈电针118可通过焊接、插接的方式连接于外部信号源上。而且，突出的馈电针118更有利于快速对馈电网络线路层130的输入端实现定位，可提升组装的效率。
在一个实施例中，馈电针118为埋设于馈电基板112的金属针。介质基材110成型时，将金属针预埋在与馈电网络线路层130的输入端对应的位置。馈电网络线路层130成型后，金属针便自然与馈电网络线路层130实现电连接，进而实现信号输入。
金属针形成的馈电针的机械强度高且耐磨损，经过多次拆装后，馈电针118的导电性能不会受到影响。因此，有助于提升天线振子100的可靠性及耐用性。
在另一个实施例中，馈电基板112的表面具有凸柱(图未示)，凸柱表面包覆有与馈电网络线路层130一体成型的金属覆层，以形成馈电针118。
具体的，凸柱可在介质基材100成型的同时成型，而金属覆层则可在形成馈电网络线路层130及馈电结构层140的同时成型。凸柱可对金属覆层提供支撑，以使金属覆层形成柱状的导电结构。可见，设置馈电针118并不会额外增加天线振子100的加工步骤，有利于简化工序。
而且，由于馈电针118表面起导电作用的金属覆层与馈电网络线路层130一体成型，故两者之间的一致性更好，还有利于改善天线振子100的互调性。
请再次参阅图3，在本实施例中，天线振子100还包括金属反射板150，金属反射板150设置于馈电基板112背向辐射基板114的一侧。
具体的，金属反射板150的表面轮廓一般与馈电基板112的表面轮廓大致相同，且其表面相对。金属反射板150可通过螺接、焊接等方式安装于介质基材110上。为了减少焊点并避免引入其他元件，本实施例中的馈电基板112上设置有插槽(图未示)，金属反射板150插设于插槽内。
金属反射板150可对电磁波信号进行多次反射，从而增强金属辐射片120信号收发的效率。另外，金属反射板150还可作为馈电网络线路层130及馈电结构层140的接地层。
需要指出的是，在其他实施例中，单个天线振子100上的金属反射板150可省略。而在组装阵列天线100时，可提供一共用的反射板，多个天线振子100则可集成于该共用的反射板上。
进一步的，在本实施例中，金属反射板150与馈电网络线路层130间隔设置。因此，可使馈电网络线路层130形成空气微带线馈电网络，空气微带线结构减小了介质损耗，可提高阵列天线100的增益。
上述天线振子100，金属辐射片120、馈电网络线路层130及馈电结构层140均可通过镀膜等方式形成于介质基材110的表面，相当于将传统天线中的辐射单元、馈电网络及馈电结构集成于介质基材110上。组装阵列天线100时，无需再焊接馈电网络、馈电结构，只需将预设数量的天线振子100按照一定侧规则排列即可，故能有效地简化操作。而且，介质基材110表面镀金属的复合结构相较于钣金结构的密度更小，故天线振子的质量更轻。因此，上述天线振子100能实现阵列天线10的轻量化。
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 (14)
1.一种天线振子，其特征在于，包括：
一体成型的介质基材，包括馈电基板及位于所述馈电基板一侧的辐射基板；
形成于所述辐射基板表面的金属辐射片；及
一体成型的馈电网络线路层及馈电结构层，所述馈电网络线路层形成于所述馈电基板的表面，所述馈电结构层由所述馈电基板向所述辐射基板延伸，以向所述金属辐射片馈电。
2.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于，所述馈电基板的边缘向所述辐射基板一侧弯折形成翻边，且所述翻边的表面覆设有金属层，以形成隔离带。
3.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于，所述馈电结构层与所述金属辐射片电连接，以对所述金属辐射片形成直接馈电。
4.根据权利要求3所述的天线振子，其特征在于，所述辐射基板上形成有多个与所述金属辐射片电连接的金属化过孔，所述馈电结构层延伸至与所述金属化过孔电连接。
5.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于，所述馈电结构层包括主体电路及与所述主体电路的末端电连接的引线，所述主体电路所在的平面与所述辐射基板间隔设置，所述引线向所述辐射基板延伸，以向所述金属辐射片馈电。
6.根据权利要求5所述的天线振子，其特征在于，所述馈电基板的表面局部凹陷形成中空的柱状凸起，所述柱状凸起构成所述辐射基板，所述金属辐射片形成于所述辐射基板背向所述馈电基板的外表面，所述馈电网络线路层形成于所述馈电基板背向所述辐射基板一侧的表面。
7.根据权利要求6所述的天线振子，其特征在于，所述柱状凸起构的内部设置有加强筋板，所述主体电路形成于所述加强筋板远离所述金属辐射片一端的端面，所述引线由所述加强筋板的侧壁向所述金属辐射片延伸。
8.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于，所述馈电结构层包括两个输出信号的相位差为180度的反相馈电线路。
9.根据权利要求8所述的天线振子，其特征在于，所述金属辐射片上形成有两个相互垂直的去金属化缝隙，以将所述金属辐射片分为四个区域，且位于对角的两个区域由同一个所述反相馈电线路馈电。
10.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于，所述馈电基板上设置有与所述馈电网络线路层的输入端电连接的馈电针，所述馈电针突出于所述馈电基板背向所述辐射基板的表面。
11.根据权利要求10所述的天线振子，其特征在于，所述馈电针为埋设于所述馈电基板的金属针；
或者，所述馈电基板的表面具有凸柱，所述凸柱表面包覆有与所述馈电网络线路层一体成型的金属覆层，以形成所述馈电针。
12.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于，还包括金属反射板，所述金属反射板设置于所述馈电基板背向所述辐射基板的一侧。
13.根据权利要求12所述的天线振子，其特征在于，所述金属反射板与所述馈电网络线路层间隔设置。
14.一种阵列天线，其特征在于，包括多个如上述权利要求1至13任一项所述的天线振子。
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