CN112072287B - 一种双极化天线模块 - Google Patents

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Abstract

本发明双极化天线模块的辐射单元和承载辐射单元的基板都采用介质材料，承载的介质基板与辐射单元一体成型，其一个介质基板上可以一起成型多个辐射单元，有效的减少加工成本；其中辐射单元的顶面采用选择性电镀及LDS加工有辐射片，省去了单个辐射单元的引向片，减少耗材。本发明双极化天线模块的腔体内的填充凸块和在介质凸块上的第二支部相对设置，改善腔体内电场的分布，减少正45°和负45°两幅极化在馈源处的电场相互干涉的情况。简单的说，就是以改善两个馈源之间电场干扰，改善两个馈源之间的隔离度。

Description

一种双极化天线模块
技术领域
本发明涉及通信天线技术领域，具体涉及一种双极化天线模块。
背景技术
近几十年来，通信技术飞速发展、日新月异。目前，随着4G技术的成熟与广泛商用，物联网和移动互联网业务的不断创新反正，移动通信正朝着5G的发展阶段大步迈进。5G技术致力于应对2020后多样化、差异化业务的巨大挑战，满足超高速率、超低时延、高速移动、高能效和超高流量与连接数密度等多维能力指标，目前已经成为下一代移动网络的演进目标。
Marconi在很早就一处了多输入多输出(MIMO)技术，对提升空间天线资源利用率，提升无线通信系统通道容量具有重要现实意义。MIMO技术已经广泛应用在3G、4G系统之中，但是，随着信息化时代的快速发展，常规的MIMO技术已经不再满足日益增长的通信需求，为了满足对系统容量和效率的更高要求，MIMO技术在面向5G的技术演进过程中还需要进行不断的改进和发展。
5G大规模MIMO天线是需要在天线列阵上布置大量的天线，首先从基本的物理材料和重量上就需要不断的更新，如何减少耗材，减轻产品的重量是最直接的问题，也是制造厂商关注的问题之一；另外，单个辐射单元的驻波效果和隔离度是研发人员重点研究的方向之一；大量的天线集中在一起，频道污染也是大规模MIMO研发人员所要突破的难点之一。
发明内容
鉴于此，有必要设计一种新的双极化天线模块，用以解决现有技术中天线隔离度不佳的问题。
为了解决上述问题，本发明双极化天线模块，由若干个子阵单元连接而成，每个子阵单元均包括一个介质基板和设置在介质基板上的辐射单元和功分器，以及将该功分器传输过来的能量传输给所述辐射单元上的馈电结构，所述辐射单元至少包括凸出于所述介质基板上表面且底部镂空的腔体和设置在该腔体上的辐射片，所述腔体包括与介质基板垂直的侧壁和覆盖在侧壁上方与介质基板平行的顶壁，其中，馈电结构包括刻蚀于该介质基板上的馈电线路和置于所述腔体内部顶壁上位于顶壁一侧的两个介质凸块，两个介质凸块分别与所述功分器连接传输正45°和负45°两幅极化方向的能量耦合至所述辐射单元，所述腔体内与介质凸块相对的一侧还设有填充部，该填充部由顶壁起沿侧壁延伸而成。
优先地，介质凸块包括由顶壁起沿所述侧壁延伸的第一支部和由所述顶壁起沿该第一支部远离侧壁的一侧延伸的第二支部。
优先地，腔体大致呈正方体状，所述介质凸块的第一支部沿腔体的对角线向中心延伸，所述第二支部与该第一支部大致垂直。
优先地，第二支部以第一支部为基准分为长臂和短臂，该长臂的长度大于短臂的长度，所述第一支部沿两个所述介质凸块之间的侧壁的中线镜像对称设置，所述第二支部沿该侧壁的中线为非镜像对称设置。
优先地，所述填充部上至少设置一斜边与所述第二支部相对，该斜边设置成平面或是曲面。
优先地，定义所述腔体外的顶壁面为外顶面，所述辐射片设置于该外顶面上，所述辐射片设置有若干成规律排列的缺失槽。
优先地，若干个所述辐射单元组成一个子阵单元，该等辐射单元一体成型在介质基板上。
优先地，功分器采用选择性电镀及LDS加工成型在介质基板上。
优先地，相邻的所述子阵单元之间通过一个或多个连接桥固连形成双极化天线模块阵列。
与现有技术相比，本发明双极化天线模块的辐射单元和承载辐射单元的基板都采用介质材料，承载的介质基板与辐射单元一体成型，其一个介质基板上可以一起成型多个辐射单元，有效的减少加工成本；其中辐射单元的顶面采用选择性电镀及LDS加工有辐射片，省去了单个辐射单元的引向片，减少耗材；再者，本发明双极化天线模块的腔体内的填充凸块和在介质凸块上的第二支部相对设置，改善腔体内电场的分布，减少正45°和负两幅极化在馈源处的电场相互干涉的情况。简单的说，就是以改善两个馈源之间电场干扰，改善两个馈源之间的隔离度。
附图说明
图1是本发明实施方式立体示意图；
图2是本发明实施方式另一视角的立体示意图；
图3是本发明实施方式仰视示意图；
图4是图3局部放大示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
请参照图1至图4所示，本发明双极化天线模块(未图示)，主要材质为介质材料，通过择性电镀及LDS加工在介质载体上形成相关的电气组件以带到加工工艺简单，起到制造成本低的效果。本发明双极化天线模块由若干个子阵单元(未图示)连接而成，每个子阵单元均包括一个介质基板 10和设置在介质基板10上的至少一个辐射单元20与功分器(未图示)，功分器用以分配能量至每个辐射单元20。若干个子阵单元按照规律排列组合成双极化天线模块。
请参照图1至图2所示，辐射单元20至少包括凸出于介质基板10上表面且底部镂空的腔体21，也就是说，腔体21的一端为敞开的开口。该腔体21包括与介质基板10垂直的侧壁210和覆盖在侧壁210上方与介质基板10 平行的顶壁211，顶壁211和侧壁210共同围成一个腔体21，腔体21的侧壁210可以设置呈多边形结构或者是圆柱形结构。当腔体21的侧壁210设置成多边形结构时，相邻所述侧壁210连接处设有与腔体21表面垂直的加强柱(未图示)；当腔体21的侧壁210设置成圆柱形时，腔体21的侧壁210 上规律的设置加强柱。
定义腔体21内的侧壁210面为内侧面2100，定义腔体21内的顶壁211 面为内顶面2110；定义腔体21外的侧壁210面为外侧面2101，定义腔体21 外的顶壁211面为外顶面2111；同时定义该介质基板10凸伸腔体21的一面为上表面101，与之相对的一面为下表面102。其中，腔体21的外顶面 2111上设置辐射片22用以发射能量信号，功分器通过馈电结构(未标识) 将能量传输给辐射片22。请参照图1所示，辐射片22采用选择性电镀及 LDS在腔体21的外顶面2111加工而成，辐射片22设置有若干成规律排列的缺失槽220，也可以理解为，在外顶面2111上部分地方不加工使外顶面 2111裸露，形成辐射片22的缺失槽220，该缺失槽220用以改变电流流向，挺高辐射性能。
请参照图2至图4所示，其中，馈电结构包括刻蚀于该介质基板10上的馈电线路41和置于腔体21内部顶壁211上位于顶壁211一侧的两个介质凸块30，也就是说，以腔体21的中心线(附图纵向中心线)划分，两个介质凸块30位于中心线的同一边。这两个介质凸块30分别与功分器连接传输正45°和负45°两幅极化方向的能量耦合至辐射片22，可以理解为该等介质凸块30起驻波的作用。
请参照图3至图4所示，每个介质凸块30都包括由顶壁211的内顶面2110起沿侧壁210的内侧面2100延伸的第一支部301和由顶壁211的内顶面2110起沿该第一支部301远离侧壁210的一侧延伸的第二支部302，也就是说，介质凸块30大致成T字型。其中，第一支部301沿该侧壁210的中心线(附图横向中心线)镜像对称设置，所述第二支部302沿该侧壁210的中心线(附图横向中心线)为非镜像对称设置，也可以理解为，以两个介质凸块30之间的侧壁210的中心线为基准，第一支部301相对中心线镜像对称，第二支部302相对中心线为非镜像对称。本实施例腔体21大致呈正方体，以正方形的内顶面2110为基准，第一支部301沿腔体21的内顶面 2110的对角线向中心延伸，也就说，以内顶面2110为的中心为基准，是一个为正45°方向，一个为负45°方向，分别传输正45°和负45°两幅极化方向的能量耦合至辐射片22。请参照图4所示，其中，第二支部302与该第一支部301大致垂直，第二支部302以第一支部301为基准分为长臂3020 和短臂3021，该长臂3020的长度大于短臂3021的长度，也就是说，第二支部302从第一支部301朝垂直第一支部301的方向延伸，但是延伸的长度不一样，形成长短臂3021，还可以理解为第二支部302的长臂3020和短臂3021 在以内顶面2110的中心为圆心的情况下，长臂3020延伸的方向大致为顺时针延伸设置或逆时针延伸设置。该设计相较于没有介质凸块30设计的效果在于：介质凸块30将功分器传来的能量进行调整，再将能量稳定规律的耦合至辐射片22上，在第一支部301上设置第二支部302，用以调整与辐射片22的相应位置关系达到更好的驻波效果。
请参照图2至图3所示，本发明双极化天线模块的腔体21内与介质凸块30相对的一侧设置有填充部50，该填充部50由顶壁211起沿侧壁210 延伸至侧壁210末端，也就是说，该填充部50由内顶壁211起沿侧壁210 延伸至下表面102。以腔体21的中心线划分，两个介质凸块30位于中心线的同一边，填充部50位于中心线的另一边。请参照图3所示，其中，填充部50上至少设置一斜边501与所述第二支部302相对，该斜边501设置成平面或是曲面，也就是说，填充部50上与第二支撑部相对的一面可以是任意形状。
请参照图2至图3所示，本实施例的腔体21大致成正方体，所以介质凸块30和填充部50分别位于相对四个棱角处，填充部50大致成等腰三角形，其斜边501与对角的第二支部302正面相对。因为，辐射单元20的腔体21内部在工作状态时，内部有正45°和负45°两幅极化方向的能量在输入，正45°和负45°两个方向的馈电在腔体21内所形成的电场会出现相互干涉的情况。本发明双极化天线模块的腔体21内的填充凸块和在介质凸块 30上的第二支部302相对设置，改善腔体21内电场的分布，减少正45°和负45°两幅极化在馈源处的电场相互干涉的情况。简单的说，就是以改善两个馈源之间电场干扰，改善两个馈源之间的隔离度。
若干个辐射单元20组成一个子阵单元，一个子阵单元上的辐射单元20 最佳设计为偶数个。腔体21作为该等辐射单元20的介质载体一起成型置于介质基板10上，也就是说若干个腔体21与介质基板10同时成型，其加工工艺的一致性高，保证每个辐射单元20具有相同的精度，提高辐射单元20 的一致性。其中，介质基板10两侧设有与介质基板10板面垂直的竖直加强板，改善频道污染的问题。若干个子阵单元组成双极化天线模块，相邻的所述子阵单元之间通过一个或多个连接桥(未图示)固连。随着产品的小型化，若干个子阵单元也可以一体成型为双极化天线模块，这样更加节约加工成本。当若干个子阵单元一体成型为双极化天线模块时，介质基板10 两侧设有与介质基板10板面垂直的竖直加强板放置介质基板10变形。功分器采用选择性电镀及LDS加工成型在介质基板10的下表面102上。功分器一端与信号输出输入端连接，功分出来的另一端与辐射单元20连接，传输信号。
由上述可知，本发明双极化天线模块的辐射单元20和承载辐射单元20 的基板都采用介质材料，承载的介质基板10与辐射单元20一体成型，其一个介质基板10上可以一起成型多个辐射单元20，有效的减少加工成本；其中辐射单元20的顶面采用选择性电镀及LDS加工有辐射片22，省去了单个辐射单元20的引向片，减少耗材；再者，本发明双极化天线模块采用增加介质凸块30的有效体积，有效的改善驻波效果。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双极化天线模块，由若干个子阵单元连接而成，每个子阵单元均包括一个介质基板和设置在介质基板上的辐射单元和功分器，以及将该功分器传输过来的能量传输给所述辐射单元上的馈电结构，
所述辐射单元至少包括凸出于所述介质基板上表面且底部镂空的腔体和设置在该腔体上的辐射片，所述腔体包括与介质基板垂直的侧壁和覆盖在侧壁上方与介质基板平行的顶壁，
其特征在于：所述馈电结构包括刻蚀于该介质基板上的馈电线路和置于所述腔体内部顶壁上位于顶壁一侧的两个介质凸块，两个介质凸块分别与所述功分器连接传输正45°和负45°两幅极化方向的能量耦合至所述辐射单元，
所述腔体内与介质凸块相对的一侧还设有填充部，该填充部由顶壁起沿侧壁延伸而成。
2.根据权利要求1所述的双极化天线模块，其特征在于：所述介质凸块包括由顶壁起沿所述侧壁延伸的第一支部和由所述顶壁起沿该第一支部远离侧壁的一侧延伸的第二支部。
3.根据权利要求2所述的双极化天线模块，其特征在于：所述腔体大致呈正方体状，所述介质凸块的第一支部沿腔体的对角线向中心延伸，所述第二支部与该第一支部大致垂直。
4.根据权利要求3所述的双极化天线模块，其特征在于：所述第二支部以第一支部为基准分为长臂和短臂，该长臂的长度大于短臂的长度，所述第一支部沿两个所述介质凸块之间的侧壁的中线镜像对称设置，所述第二支部沿该侧壁的中线为非镜像对称设置。
5.根据权利要求2所述的双极化天线模块，其特征在于：所述填充部上至少设置一斜边与所述第二支部相对，该斜边设置成平面或是曲面。
6.根据权利要求1所述的双极化天线模块，其特征在于：定义所述腔体外的顶壁面为外顶面，所述辐射片设置于该外顶面上，所述辐射片设置有若干成规律排列的缺失槽。
7.根据权利要求1所述的双极化天线模块，其特征在于：若干个所述辐射单元组成一个子阵单元，若干个所述辐射单元一体成型在介质基板上。
8.根据权利要求7所述的双极化天线模块，其特征在于：所述功分器采用选择性电镀及LDS加工成型在介质基板上。
9.根据权利要求7所述的双极化天线模块，其特征在于：相邻的所述子阵单元之间通过一个或多个连接桥固连形成双极化天线模块阵列。
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