CN111755838B - 天线单元及阵列天线通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天线单元及阵列天线通信设备，涉及智能天线的技术领域，天线单元，包括：至少一个天线阵子和反射板；天线阵子按照预设的排列方式设置在反射板上，以形成天线阵列；天线阵子包括微带天线和引向片，反射板上设置有馈电电路，微带天线设置在反射板上，且，连接至馈电电路构成的馈电网络中；微带天线的其中一个边缘上设置有接地线，引向片与微带天线相对设置。本发明提供的天线单元及阵列天线通信设备，通过引向片与微带天线相对设置可以优化天线单元的驻波和隔离度，在微带天线的其中一个边缘上设置的接地线还可以作为天线阵子的去耦线使用，也进一步提升了天线阵列的隔离度，便于天线阵列的设计和使用。

Description

天线单元及阵列天线通信设备

技术领域

本发明涉及智能天线的技术领域，尤其是涉及一种天线单元及阵列天线通信设备。

背景技术

随着全球5G(5th generation mobile networks，第五代移动通信技术)通信领域建设展开，MIMO(multiple-in multiple-out，MIMO，多进多出)天线越来越的应用在5G基站上，匹配的基站部署，一般都采用基站+天线的方式，对应的天线厚度也比较低。

考虑到对天线厚度的限制，天线单元多考虑使用低轮廓的贴片单元，但贴片单元在阵列中，通常因为周边环境问题，使其阻抗特性和极化隔离度恶化严重，这对天线阵列的设计和使用，造成极大困难，降低了用户的体验度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种天线单元及阵列天线通信设备，以缓解上述技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种天线单元，包括：至少一个天线阵子和反射板；

所述天线阵子按照预设的排列方式设置在所述反射板上，以形成天线阵列；

所述天线阵子包括微带天线和引向片，所述反射板上设置有馈电电路，所述微带天线设置在所述反射板上，且，连接至所述馈电电路构成的馈电网络中；

所述微带天线的其中一个边缘上设置有接地线，所述引向片与所述微带天线相对设置。

优选地，在一种较佳的实施例中，上述天线单元还设置有支撑架；

所述支撑架用于支撑所述引向片，以使所述引向片与所述微带天线相对设置。

优选地，在一种较佳的实施例中，上述微带天线为预设的多边形结构。

优选地，在一种较佳的实施例中，上述预设的多边形结构为以下之一：圆形结构、方形结构，或者近似八边形结构。

优选地，在一种较佳的实施例中，上述引向片为金属片，用于辐射信号。

优选地，在一种较佳的实施例中，上述引向片上对称设置有预设数量个开槽结构，所述开槽结构对称设置在所述引向片的边缘位置，且，所述开槽结构的开口方向沿所述引向片的径向向外设置。

优选地，在一种较佳的实施例中，上述引向片的基本形状为以下形状之一：圆形，方形，菱形，或者多边形。

优选地，在一种较佳的实施例中，上述引向片为平面结构。

优选地，在一种较佳的实施例中，上述引向片为对称非平面结构；其中，对称非平面结构的所述引向片的边缘朝向所述反射板折弯预设角度，以形成斗状结构；所述开槽结构对称设置在折弯后的边缘位置。

第二方面，本发明实施例还提供一种阵列天线通信设备，所述阵列天线通信设备设置有第一方面所述的天线单元。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的天线单元及阵列天线通信设备，包括反射板和在该反射板上按照预设的排列方式设置的天线阵子，以在反射板上形成天线阵列，而天线阵子包括用于辐射信号的微带天线和引向片，可以满足天线单元的信号辐射功能，同时引向片与微带天线相对设置可以优化天线单元的驻波隔离度，在微带天线的其中一个边缘上设置的接地线还可以作为天线阵子的去耦线使用，也进一步提升了天线阵列的隔离度，便于天线阵列的设计和使用。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种天线单元的拆解示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种天线单元的拆解示意图；

图3为本发明实施例提供的一种天线单元的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种微带天线的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种引向片的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种引向片的电流路径示意图；

图7为本发明实施例提供的一种电场耦合示意图；

图8为一种普通天线阵子的阻抗曲线；

图9为本发明实施例提供的一种天线阵子的阻抗曲线；

图10为一种普通天线阵子的隔离度曲线；

图11为本发明实施例提供的一种天线阵子的隔离度曲线；

图12为一种普通天线阵子的水平面方向图；

图13为本发明实施例提供的一种天线阵子的水平面方向图。

图标：100-引向片；101-支撑架；102-反射板；103-微带天线；104-接地线；201-铆钉。

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，下面将结合附图对本发明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。

目前，现有的贴片天线，通常有直馈，耦合馈电等方式，即，通过探针直接馈电和微带线直接馈电，称为直接馈电，以及使用馈电片和辐射片耦合的方式进行耦合式馈电，上述馈电方式，在组成阵列之后，其极化隔离度往往比较差，需要在阵列中加入一些金属件来调试隔离度，金属件的尺寸位置稍有偏差，差异也比较大，造成天线的生产调试效率较低。基于此，本发明实施例提供的一种天线单元及阵列天线通信设备，可以改善上述技术问题，同时，也便于天线阵列的设计和使用。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种天线单元进行详细介绍。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供了一种天线单元，包括：至少一个天线阵子和反射板。

其中，天线阵子按照预设的排列方式设置在反射板上，以形成天线阵列。

具体地，天线阵子包括微带天线和引向片，该微带天线和引向片均用于辐射信号，以满足天线单元的信号辐射功能，同时，在反射板上设置有馈电电路，微带天线设置在反射板上，且，连接至馈电电路构成的馈电网络中。

进一步，上述微带天线的其中一个边缘上设置有接地线，引向片与微带天线相对设置，通过在天线单元中加载接地线，并设置引向片的方式，可以优化天线的隔离度，提升天线单元的性能。

因此，本发明实施例提供的天线单元，包括反射板和在该反射板上按照预设的排列方式设置的天线阵子，以在反射板上形成天线阵列，而天线阵子包括用于辐射信号的微带天线和引向片，可以满足天线单元的信号辐射功能，同时引向片与微带天线相对设置可以优化天线单元的驻波隔离度，在微带天线的其中一个边缘上设置的接地线还可以作为天线阵子的去耦线使用，也进一步提升了天线阵列的隔离度，便于天线阵列的设计和使用。

在实际使用时，上述反射板通常是PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)板的形式，上述馈电电路可以直接印制在该PCB板上，并构成天线单元的馈电网络，因此，本发明实施例中的反射板也可以成为馈电PCB板。

进一步，上述天线阵子包括的微带天线也可以直接印制在该PCB上，以减少天线单元的厚度，使得天线单元占用更少的空间，因此，本发明实施例中的微带天线，也可以成为PCB微带天线，而包括该微带天线的天线阵子也可以成为PCB天线阵子。

此外，为了使引向片与微带天线相对设置，并保持该相对的位置，本发明实施例的天线单元还设置有支撑架；该支撑架用于支撑引向片，以使引向片与微带天线相对设置。

为了便于理解，图1和图2分别示出了一种天线单元的拆解示意图，其中，图1中，以反射板上设置3个天线阵子为例进行说明，且，3个天线阵子组成1*3的阵列，如图1所示，从左到右依次是引向片100、支撑架101和反射板102。

其中，由于图1中是以3个天线阵子为例，因此，图1中的引向片也为3个。进一步，图1中，以微带天线印制在反射板上为例进行说明，因此，图1中，还包括印制在反射板上的微带天线103，以及，设置在微带天线103的其中一个边缘上的接地线104。通常，该接地线也称为去耦线，一般在微带天线的一边中点引入一节接地线，并设置成“T”字型，可以使天线阵列环境中各个天线阵子的隔离度有明显的提升。

在实际使用时，图1中的支撑架101通常是塑料材质，并且多为不规则的形状，可以通过卡扣卡接在反射板上，用于将引向片安装在微带天线的上方，并与微带天线之间留有一定间隙，以便于使引向片与微带天线相对设置。

进一步，图1中，将多个微带天线连接起来的线路即为印制在反射板上的馈电电路，用于传输信号，并将信号分配给三个微带天线，同时，图1中，布设在馈电电路的阴影部分为印制在反射板上的保护地，以增强天线系统的抗干扰性能。

进一步，图2是与图1对应的天线单元的拆解示意图的立体图，如图2所示，从上到下依次是引向片100、支撑架101和反射板102，且，反射板上的多个线路为印制的馈电电路和微带天线。

其中，图2中包括4个图1所示的1*3的天线单元，即，相当于是4列天线阵子，按照图2所示的排列方式设置在反射板上，以形成天线阵列。此外，图2中还示出了多个用于组装各个结构的铆钉201，用于将引向片100、支撑架101和反射板102进行组装，并且，按照该铆钉的钉孔，通常也设置在图1最右侧所示的阴影部分中。

进一步，图3示出了一种天线单元的示意图，具体地，图3所示的天线单元为图2所示的拆解图对应的组装图，且为天线单元的俯视图。应当理解，图1、图2和图3中所示的天线阵子的数量，以及天线阵子组成的天线阵列的形式仅仅是一种示例性的形式，在其他实施方式中，天线阵子的数量，以及天线阵列的形式还可以有其他的形式，具体以实际使用情况为准，本发明实施例对此不进行限制。

在实际使用时，为了便于微带天线能够接入到馈电电路组成的馈电网络，上述微带天线通常设置有馈电端口，微带天线通过该馈电端口连接至所述馈电电路。

具体地，上述微带天线为预设的多边形结构，且微带天线的预设位置设置有开孔，如，在微带天线的中心部位设置开孔。

进一步，上述预设的多边形结构为以下之一：圆形结构、方形结构，或者近似八边形结构；且，上述馈电端口为预设的多边形结构±45°方向上的馈电端口。

为了便于理解，图4示出了一种微带天线的结构示意图，具体地，示出的是一种近似八边形结构的微带天线。

其中，该近似八边形结构的微带天线实际是基于圆形微带天线制成的，具体地，如图4所示，是在圆形微带天线上减去两个垂直直径的两端部分，并且，如图4所示，馈电端口设置在±45°方向上。

进一步，图4中，是在微带天线的中心设置的开孔，在实际使用时，该开孔还可以设置在其他的预设位置，具体以实际使用情况为准，本发明实施例对此不进行限制。

在实际使用时，上述引向片为金属片，用于辐射信号，进一步，上述引向片上对称设置有预设数量个开槽结构，该开槽结构对称设置在引向片的边缘位置，且，开槽结构的开口方向沿引向片的径向向外设置。

具体地，引向片的基本形状为以下形状之一：圆形，方形，菱形，或者多边形。

为了便于理解，图5示出了一种引向片的结构示意图，其中，图5中示出了多种基本形状的引向片。其中，第一行和第二行的左侧引向片为圆形引向片，右侧为与微带天线的近似八边形结构类似形状的引向片。

具体地，图5中所示的各类引向片，可以和反射板上的微带天线共同作用，形成天线方向图。其中，图5中是在引向片的边缘对称设置四个开槽结构的实施方式，这种开槽结构能改变天线阵子在组成天线阵列之后的隔离度，其原因是开槽之后和原来未开槽相比，末端的电平位置发生变化，可以假设天线的辐射方向是在±45°，那么在0、90°做开槽，微带天线的边缘电流末端，就从原来的外沿变成里面，开槽后电流分布的改变，使天线单元的隔离度发生变化，但因整个引向片上的电流分布，呈现轴对称+中心对称的结构，使得末端电流在引向片边缘部分的变化，在辐射场方面可以互相抵消的，辐射场分布仍可等效成对称分布，所以并没有特别恶化方向图。

为了便于理解，图6示出了引向片的电流路径示意图，如图6所示，图6中左侧为未开槽的引向片表面电流分布，右侧为开槽后的引向片表面电流分布，由图6可以看出，开槽结构和不开槽引向片的电流分布是不同的，而电流的局部方向和总体路径改变，能贡献一部分隔离度优化的幅度。

进一步，上述引向片为平面结构，或者，上述引向片为对称非平面结构。其中，图1和图2中示出的是引向片为非平面结构的实施方式，图5中，第二行所示的引向片，可以将平面结构的边缘沿图中所示线段弯折预设角度，进而形成非平面结构的引向片。

此外，图5中第三行所示的引向片，也是一种非平面结构的实施方式，具体地，可以在一个正方形的平面上，将其四边或者四角，向下弯折相同的角度，也可以在弯折之后，将其四边或者四角，修改为其他的形状，比如四边的开槽，或者四角的尖角钝化，或者，设置成圆形角等，而最终形成的非平面结构，通常是中间高，四周低的形状，以四边形(或八边形)为例，四边形的四个边位置同时向下弯折相同角度，形成一个斗状结构，再在弯折后的四个边中心做开槽结构；或者，圆形平面结构，将周长的区域，向下弯折后，选取0°，90°180°，270°位置做开槽结构，进而形成本发明实施例中的对称非平面结构。

当对称非平面结构的金属材质的引向片放置在微带天线的正上方之后，可以通过其非平面结构所带来的耦合电流变化，局部的改变场分布，从而达到收敛阻抗曲线的目的。

为例便于理解，图7示出了一种电场耦合示意图，具体地，图7示出的是平面结构的引向片与对称非平面结构的引向片与反射板之间的电场耦合的对比示意图，其中，图7中左侧为平面结构的引向片的耦合电场，右侧为对称非平面结构的引向片的耦合电场，由图7可以看出，对称非平面结构的引向片和反射板之间的电场分布，在引向片边缘的不同，即，电场在引向片外围的耦合高度变化，因此，对称非平面结构的引向片能使阵子的阻抗收敛为图9所示的形状。

在实际使用时，上述图1或图2所示的天线单元，其工作频段为2500MHz-2700MHz，并且，本发明实施例中，通过在微带天线的其中一个边缘上设置接地线，可以使天线阵列环境中的天线阵子的隔离度有明显的提升。

进一步，本发明实施例中，微带天线有相对设置的引向片，通过对引向片的开槽深浅变化，也能使天线单元的驻波隔离度优化，使阻抗曲线收敛在理想范围内。

为了便于理解，图8示出了一种普通天线阵子的阻抗曲线，图9为本发明实施例中相对设置有引向片的天线阵子的阻抗曲线，具体地，图8和图9为两者在组成天线阵列之后的阻抗曲线(驻波)对比，由图8和图9可以看出，本发明实施例中，相对设置有引向片的天线阵子，其阻抗曲线收敛很多，很容易做匹配组阵。

进一步，图10为一种普通天线阵子的隔离度曲线，图11为本发明实施例中相对设置有引向片的天线阵子的隔离度曲线，具体地，图10和图11是两者在组成多组并联的1*3阵列之后的隔离度曲线对比。由图10和图11可以看出，本发明实施例中的隔离度的改善平均有4dB以上，整体极化隔离均值的改善在6、7dB左右，说明在加入引向片的基础上，再加入接地线之后，天线振子的隔离度有较大的改善。

进一步，图12为普通天线阵子的水平面方向图，图13为本发明实施例中天线单元的天线阵子的水平面方向图，具体地，图12和图13是两者在组成阵列之后的方向图对比，由图12和图13可以看出，两者主极化方向图相同，交叉极化方向图电平曲线发散，但也是相同量级的。

综上，本发明实施例提供的天线单元具有以下优点：

(1)通过与微带天线相对设置的引向片，并将引向片设置成非平面结构，以及开槽等措施，可以使天线阵子获得比较收敛的阻抗，易于匹配，同时也优化了隔离度。

(2)接地线可以作为去耦线使用，能有效的改善天线单元组成子阵列后的隔离度，并且可以和引向片共同使用。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种阵列天线通信设备，具体地，该阵列天线通信设备设置有上述天线单元。

本发明实施例提供的阵列天线通信设备，与上述实施例提供的天线单元具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的阵列天线通信设备的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种天线单元，其特征在于，包括：至少两个天线阵子和反射板；

所述天线阵子按照预设的排列方式设置在所述反射板上，以形成天线阵列；

所述天线阵子包括微带天线和引向片，所述反射板上设置有馈电电路，所述微带天线设置在所述反射板上，且，连接至所述馈电电路构成的馈电网络中；

所述微带天线的其中一个边缘上设置有接地线，所述引向片与所述微带天线相对设置；

所述引向片上对称设置有预设数个开槽结构，所述开槽结构对称设置在所述引向片的边缘位置，且，所述开槽结构的开口方向沿所述引向片的径向向外设置；

所述引向片为对称非平面结构；

其中，对称非平面结构的所述引向片的边缘朝向所述反射板折弯预设角度，以形成斗状结构；

所述开槽结构对称设置在折弯后的边缘位置。

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还设置有支撑架；

所述支撑架用于支撑所述引向片，以使所述引向片与所述微带天线相对设置。

3.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述微带天线为预设的多边形结构。

4.根据权利要求3所述的天线单元，其特征在于，所述预设的多边形结构为以下之一：圆形结构、方形结构，或者近似八边形结构。

5.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述引向片为金属片，用于辐射信号。

6.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述引向片的基本形状为以下形状之一：圆形，方形，菱形，或者多边形。

7.一种阵列天线通信设备，其特征在于，所述阵列天线通信设备设置有权利要求1～6任一项所述的天线单元。

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