CN112072301A - 双极化低剖面宽带5g基站天线 - Google Patents

双极化低剖面宽带5g基站天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了双极化低剖面宽带5G基站天线，包括若干个阵子组件、功率分配层、塑料基板层；所述的塑料基板层为一体化注塑成型的壳体，其高度不大于0.112倍的波长；所述的阵子组件包括3个辐射单元，所述的3个辐射单元安装在塑料基板层上，且相邻两个辐射单元之间的间距相等；所述的功率分配层采用印刷电路工艺印刷在塑料基板层上。本发明采用了探针馈电的天线激励方式，天线基板采用开模注塑工艺，天线电路采用印刷电路板工艺印刷而成，天线可一次性完成加工，可有效降低天线剖面，减少天线的焊点。且天线的尺寸小、结构简单、易于生产及安装。

Description

双极化低剖面宽带5G基站天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种双极化低剖面宽带5G基站天线。
背景技术
在现代移动通信领域中,天线作为无线微波通信的核心器件，其包络特性和可集成度对通信质量的影响越来越重要。与常用的微波天线相比，贴片天线具有体积小、重量轻、制作简单、易于集成、方便共形等优点。可广泛地应用于机载雷达、卫星通信、移动通信和卫星电视系统。显著减少通信设备所占空间并提高通信设备的性能。
由于贴片天线单元增益较高、波束宽且辐射效率低，易于加工、结构稳定性高，故贴片天线常用于基站天线之中。
基站天线是整个无线通信系统射频前端中最为关键的部件之一，基站天线的性能将影响每一位用户的语音、视频信号。5G通信系统采用64T64R制式，天线子阵数量为128副或以上，且天线将与RRU(射频拉远单元)集成形成AAU(有源天线单元)。低剖面的基站天线不仅能满足用户的实际需求，还可以减小天线的重量与体积，提高天线的结构稳定性，增加基站的抗风载力。
目前基站天线主要存在的缺点在于天线阵列的剖面较高，天线振子结构需要二次装配、焊接。由于基站天线的体积和重量很难降低，较高的剖面使得基站天线在室外安装时，安装难度较高。同时在实际使用过程当中抵抗风载能力不强、天线整体体积过大，且天线的生产和装配复杂度比较高。其次传统的焊接基站天线在生产过程中的焊接问题、复杂的结构将导致一次性互调良率不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种双极化低剖面宽带5G基站天线，可以解决现有技术中的天线剖面高、体积大、生产加工难度大的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
双极化低剖面宽带5G基站天线，包括若干个阵子组件、功率分配层、塑料基板层；所述的塑料基板层为一体化注塑成型的壳体，其高度不大于0.112倍的波长；所述的阵子组件包括3个辐射单元，所述的3个辐射单元安装在塑料基板层上，且相邻两个辐射单元之间的间距相等；所述的功率分配层采用印刷电路工艺印刷在塑料基板层上。
进一步的，双极化低剖面宽带5G基站天线还包括金属地层和反射板；所述的金属地层覆盖塑料基板层的外表面；所述的反射板通过金属地层与塑料基板层固连。
进一步的，所述的塑料基板层包括底板和两个侧壁；所述的底板上设置了等间距的3个凸台和两个以上的金属化通孔；所述的底板的下表面设有两个以上的凹槽。
进一步的，所述的侧壁的外侧设有覆盖金属层，所述的覆盖金属层与金属地层相连接。
进一步的，所述的辐射单元包括辐射贴片、第一馈电探针和第二馈电探针；第一馈电探针和第二馈电探针馈电耦合至辐射贴片；所述的辐射贴片采用印刷电路工艺印刷在塑料基板层的凸台的上表面；第一馈电探针和第二馈电探针呈正交摆放并且分别安装在塑料基板层的底板的下表面凹槽中。
进一步的，所述的辐射贴片的形状与凸台上表面形状相同。
进一步的，第一馈电探针为L形或者Y形，所述的第二馈电探针的形状与第一馈电探针的形状相同。
进一步的，所述的功率分配层包括第一馈电网络和第二馈电网络；第一馈电网络和第二馈电网络由连续的不等宽、不等长金属带构成，采用印刷电路工艺印刷在塑料基板层的底板的上表面且对称分布。
进一步的，所述的第一馈电网络通过金属化通孔与第一馈电探针相连，第二馈电网络通过金属化通孔与第二馈电探针相连。
进一步的，所述的第一馈电网络和第二馈电网络上设有第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口，且第一馈电端口的输入功率:第二馈电端口的输入功率:第三馈电端口的输入功率＝1:1:1。
本发明采用了探针馈电的天线激励方式，天线基板采用开模注塑工艺，天线电路采用印刷电路板工艺印刷而成，天线可一次性完成加工，可有效降低天线剖面，减少天线的焊点。且天线的尺寸小、结构简单、易于生产及安装。
附图说明
图1为本发明中的双极化低剖面宽带5G基站天线结构的爆炸示意图；
图2为本发明中的辐射单元的结构示意图；
图3为本发明中的辐射单元的底部示意图；
图4为本发明中的功率分配层的结构示意图；
图5为本发明中的双极化低剖面宽带5G基站天线的高度示意图；
图6为本发明中的工作频段在2300MHz-3000MHz的天线的驻波比性图；
图7为本发明中的工作频段在2300MHz-3000Mhz的天线的隔离度性图；
图8为本发明中的工作频段在2300MHz-2900Mhz的天线的水平面与垂直面的方向图；
图9为本发明中的工作频段在2300MHz-2900Mhz的天线的增益曲线图。
附图标记说明：
1：辐射单元，101：辐射贴片，102：第一馈电探针，103：第二馈电探针，2：功率分配层，201：第一馈电网络，202：第二馈电网络，2011：第一馈电端口，2012：第二馈电端口，2013：第三馈电端口，3：塑料基板层，301：底板，302、凸台，303：金属化通孔，304：侧壁，305：凹槽，4：金属地层，5：反射板。a：工作频段在2300MHz时天线的水平表面的增益曲线图，h：工作频段在2300MHz时天线的垂直表面的增益曲线图，b：工作频段在2400MHz时天线的水平表面的增益曲线图，i：工作频段在2400MHz时天线的垂直表面的增益曲线图，c：工作频段在2500MHz时天线的水平表面的增益曲线图，j：工作频段在2500MHz时天线的垂直表面的增益曲线图，d：工作频段在2600MHz时天线的水平表面的增益曲线图，k：工作频段在2600MHz时天线的垂直表面的增益曲线图，e：工作频段在2700MHz时天线的水平表面的增益曲线图，l：工作频段在2700MHz时天线的垂直表面的增益曲线图，g：工作频段在2800MHz时天线的水平表面的增益曲线图，m：工作频段在2800MHz时天线的垂直表面的增益曲线图，f：工作频段在2900MHz时天线的水平表面的增益曲线图，n：工作频段在2900MHz时天线的垂直表面的增益曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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他实施例，都属于本公开保护的范围。
本发明的双极化低剖面宽带5G基站天线，如图1所示，包括：若干阵子组件、功率分配层2、塑料基板层3、金属地层4和反射板5。塑料基板层3为一体化注塑成型的壳体，塑料基板层3的高度不大于0.112倍的波长。一个阵子组件包括3个辐射单元1，3个辐射单元安装在塑料基板层3上，且相邻两个辐射单元之间的间距相等。功率分配层2采用印刷电路工艺印刷在塑料基板层3上。金属地层4覆盖塑料基板层3的外表面。反射板5通过金属地层4与塑料基板层固连。
进一步的，在本发明的优选实施例中，塑料基板层3包括底板301和两个侧壁304，塑料基板层3的底板301上设置了等间距的3个凸台302和两个以上的金属化通孔303。底板301的下表面设有两个以上的凹槽305。
进一步的，在本发明的优选实施例中，辐射单元1包括辐射贴片101、第一馈电探针102和第二馈电探针103。第一馈电探针102和第二馈电探针103馈电耦合至辐射贴片101。辐射贴片101采用印刷电路工艺印刷在塑料基板层3的凸台302上表面，辐射贴片101为矩形、X形或其他形状的金属。辐射贴片101的形状与凸台302上表面形状相同。第一馈电探针102为L形或者Y形金属，第二馈电探针形状与第一馈电探针形状相同。第一馈电探针102和第二馈电探针103呈正交摆放并且分别安装在塑料基板层3的底板301的下表面凹槽305中，凹槽305用于支撑第一金属探针和第二金属探针。
进一步的，在本发明的优选实施例中，功率分配层2包括第一馈电网络201和第二馈电网络202。第一馈电网络201和第二馈电网络202由连续的不等宽、不等长金属带构成，采用印刷电路工艺印刷在塑料基板层3的底板301的上表面上形成。第一馈电网络201和第二馈电网络202结构相同并对称地分布在塑料基板层3上。第一馈电网络201通过金属化通孔303与第一馈电探针相连，第二馈电网络202通过金属化通孔303与第二馈电探针相连。
功率分配层2上设有第一馈电点和第二馈电点，第一馈电点与所述第二馈电点呈轴对称分布。
第一馈电网络和第二馈电网络上设有第一馈电端口2011、第二馈电端口2012、第三馈电端口2013，且第一馈电端口的输入功率:第二馈电端口的输入功率:第三馈电端口的输入功率＝1:1:1。
塑料基板层3的侧壁304或凸台302不高于本发明的双极化低剖面宽带5G基站天线的剖面。所述的侧壁304的外侧设有覆盖金属层，覆盖金属层与金属地层4相连接。
本发明的双极化低剖面宽带5G基站天线的剖面高度为0.112*λ。其中，λ＝C/f，C表示光速，f表示本发明的双极化低剖面宽带5G基站天线工作的中心频率。
塑料基板层3由注塑工艺一体加工而成。
功率分配层2的第一馈电网络201和第二馈电网络202上设有多级带宽匹配网络，用于提高所述一种双极化低剖面宽带5G基站天线的阻抗带宽。如图4所示，第一馈电网络和第二馈电网络为对称结构，在所述的第一馈电网络上设计了一个1分3路的微带线结构，为了实现宽带匹配，采用多级阻抗变换线(连续的不等宽、不等长金属带)设计不同功分比的功分器，在实现各个端口能量大小相同的同时，拓展了频带宽度。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果:
1)现有的基站天线的剖面较高且天线阵列采用较复杂的馈电网络，天线辐射单元的结构也较为复杂。本发明中的双极化低剖面宽带5G基站天线的塑料基板层3采用一体化注塑成型工艺制造而成，辐射贴片及馈电网络采用印刷电路工艺直接印刷在塑料基板层3上，无需二次组装焊接，提高了结构稳定性，简化了基站天线本身的生产工艺。
2)本发明中的双极化低剖面宽带5G基站天线，由于其高度为0.112个波长，与现有的高度为0.25个波长的基站天线相比，大大降低了天线的高度，有效缩小了天线的尺寸，实现基站天线的小型化。
3)本发明中的双极化低剖面宽带5G基站天线，由于降低了天线的高度，一般情况下会使天线的阻抗带宽变窄。本发明通过功率分配层上设置多级带宽匹配网络，对馈电网络进行修正，拓宽天线的阻抗带宽。
4)本发明中的双极化低剖面宽带5G基站天线,塑料基板层的侧壁外侧设有覆盖金属层，使得基站天线的隔离度大幅提高。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“径向”、“周向”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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。“若干个”的含义是至少一个。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.双极化低剖面宽带5G基站天线，其特征在于，包括若干个阵子组件、功率分配层、塑料基板层；所述的塑料基板层为一体化注塑成型的壳体，其高度不大于0.112倍的波长；所述的阵子组件包括3个辐射单元，所述的3个辐射单元安装在塑料基板层上，且相邻两个辐射单元之间的间距相等；所述的功率分配层采用印刷电路工艺印刷在塑料基板层上。
2.根据权利要求1所述的双极化低剖面宽带5G基站天线，其特征在于，还包括金属地层和反射板；所述的金属地层覆盖塑料基板层的外表面；所述的反射板通过金属地层与塑料基板层固连。
3.根据权利要求1所述的双极化低剖面宽带5G基站天线，其特征在于，所述的塑料基板层包括底板和两个侧壁；所述的底板上设置了等间距的3个凸台和两个以上的金属化通孔；所述的底板的下表面设有两个以上的凹槽。
4.根据权利要求3所述的双极化低剖面宽带5G基站天线，其特征在于，所述的侧壁的外侧设有覆盖金属层，所述的覆盖金属层与金属地层相连接。
5.根据权利要求1所述的双极化低剖面宽带5G基站天线，其特征在于，所述的辐射单元包括辐射贴片、第一馈电探针和第二馈电探针；第一馈电探针和第二馈电探针馈电耦合至辐射贴片；所述的辐射贴片采用印刷电路工艺印刷在塑料基板层的凸台的上表面；第一馈电探针和第二馈电探针呈正交摆放并且分别安装在塑料基板层的底板的下表面凹槽中。
6.根据权利要求5所述的双极化低剖面宽带5G基站天线，其特征在于，所述的辐射贴片的形状与凸台上表面形状相同。
7.根据权利要求5所述的双极化低剖面宽带5G基站天线，其特征在于，第一馈电探针为L形或者Y形，所述的第二馈电探针的形状与第一馈电探针的形状相同。
8.根据权利要求1所述的双极化低剖面宽带5G基站天线，其特征在于，所述的功率分配层包括第一馈电网络和第二馈电网络；第一馈电网络和第二馈电网络由连续的不等宽、不等长金属带构成，采用印刷电路工艺印刷在塑料基板层的底板的上表面且对称分布。
9.根据权利要求8所述的双极化低剖面宽带5G基站天线，其特征在于，所述的第一馈电网络通过金属化通孔与第一馈电探针相连，第二馈电网络通过金属化通孔与第二馈电探针相连。
10.根据权利要求8所述的双极化低剖面宽带5G基站天线，其特征在于，所述的第一馈电网络和第二馈电网络上设有第一馈电端口、第二馈电端口、第三馈电端口，且第一馈电端口的输入功率:第二馈电端口的输入功率:第三馈电端口的输入功率＝1:1:1。
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