CN113036420B - 天线单元以及天线模组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种天线单元以及天线模组，该天线单元包括：天线层，包括相互之间绝缘的天线本体、第一微带线以及第二微带线；馈电层，位于天线层一侧，包括与天线本体耦合的第一馈线以及第二馈线，第一馈线、第二馈线之间绝缘；其中，第一微带线的一端、第一馈线的一端通过第一导电孔电连接，第二微带线的一端、第二馈线的一端通过第二导电孔电连接，且第一微带线、第一馈线之间的第一导电孔的长度与第一微带线的长度之和、以及第二微带线、第二馈线之间的第二导电孔的长度与第二微带线的长度之和均为二分之一波长的整数倍。本申请所提供的天线单元既能够避免背钻带来的缺陷，也能够在满足天线性能的要求下降低加工成本。

Description

天线单元以及天线模组

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种天线单元以及天线模组。

背景技术

近年来，由于电子空间技术迅速发展，导致应用在设备上的天线种类和形式日益增多，并且对其性能的要求也在不断提高，例如目前天线均朝着小型化的趋势发展。

本申请的发明人发现，目前的毫米波天线存在成本高、加工效率低等问题。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种天线单元以及天线模组，既能够避免背钻带来的缺陷，也能够在满足天线性能的要求下，降低加工成本。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种天线单元，包括：天线层，包括相互之间绝缘的天线本体、第一微带线以及第二微带线，所述第一微带线、所述第二微带线分布在所述天线本体的两侧；馈电层，位于所述天线层一侧，包括与所述天线本体耦合的第一馈线以及第二馈线，所述第一馈线、所述第二馈线之间绝缘，所述第一馈线与所述第二馈线处于同一直线且延伸方向相反；地平层，位于所述馈电层远离所述天线层一侧；其中，所述第一微带线的一端、所述第一馈线的一端通过第一导电孔电连接，所述第二微带线的一端、所述第二馈线的一端通过第二导电孔电连接，且所述第一微带线、所述第一馈线之间的所述第一导电孔的长度与所述第一微带线的长度之和、以及所述第二微带线、所述第二馈线之间的所述第二导电孔的长度与所述第二微带线的长度之和均为二分之一波长的整数倍；同时，所述天线层、所述馈电层以及所述地平层均进一步包括接地部，所述天线层的所述接地部、所述馈电层的所述接地部以及所述地平层的所述接地部电连接。

其中，所述第一馈线、所述第二馈线均朝向所述天线本体延伸。

其中，所述第一微带线在所述馈电层上的正投影与所述第一馈线、所述第二微带线在所述馈电层上的正投影与所述第二馈线均垂直设置。

其中，所述天线层的所述接地部、所述馈电层的所述接地部以及所述地平层的接地部通过多个第三导电孔电连接，其中，至少部分所述第三导电孔围设在所述天线本体的四周且至少隔离所述天线本体与所述第一微带线、所述第二微带线。

其中，所述天线单元呈方体结构，所述第一微带线设置在所述天线本体与所述天线单元的第一边缘之间，所述第二微带线设置在所述天线本体与所述天线单元的第二边缘之间，且所述第一微带线的延伸方向与所述第一边缘的延伸方向、所述第二微带线的延伸方向与所述第二边缘的延伸方向均平行设置。

其中，所述第一微带线、所述第二微带线的延伸方向相反，且所述第一微带线的两端、所述第二微带线的两端与所述天线单元的边缘之间均穿设有所述第三导电孔。

其中，所述天线单元还包括：功分层，位于所述地平层远离所述馈电层一侧，包括反相功分器，其中，所述第一导电孔、所述第二导电孔均穿过所述地平层而分别与所述反相功分器的两个输出端连接。

其中，所述天线单元还包括：介质材料层，所述天线层与所述馈电层之间、所述地平层与所述功分层之间设有所述介质材料层；粘接层，所述馈电层与所述地平层之间设有所述粘接层。

其中，所述介质材料层为芯板，和/或，所述粘接层为半固化片。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种天线模组，包括多个上述的天线单元，多个所述天线单元呈阵列排布。

本申请的有益效果是：本申请的方案一方面设置第一微带线、第一馈线之间的第一导电孔的长度与第一微带线的长度之和、以及第二微带线、第二馈线之间的第二导电孔的长度与第二微带线的长度之和均为二分之一波长的整数倍，使得第一微带线、第一馈线之间的第一导电孔加上第一微带线而组成的这一整体等效为开路以及第二微带线、第二馈线之间的第二导电孔加上第二微带线而组成的这一整体等效为开路，进而得天线单元的加工过程中无需采用背钻工艺，且无需进行多次压合制程，既能够避免背钻带来的缺陷，也能够在满足天线性能的要求下，降低加工成本，另一方面设置第一馈线、第二馈线对天线本体进行反相馈电，使得天线单元交叉极化比与方向图的对称性大幅改善。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。其中：

图1是本申请天线单元一实施方式的剖面结构示意图；

图2是图1天线单元中天线层的俯视结构示意图；

图3是图1天线单元中馈电层的俯视结构示意图；

图4是图1天线单元中地平层的俯视结构示意图；

图5是图1天线单元中功分层的俯视结构示意图；

图6是本申请天线模组一实施方式的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图1，图1是本申请天线单元一实施方式的剖面结构示意图。在该实施方式中，天线单元1000包括依次层叠设置的天线层1100、馈电层1200、地平层1300以及功分层1400。

其中天线层1100与馈电层1200之间、地平层1300与功分层1400之间均设置有介质材料层1500，其中介质材料层1500可以是芯板；馈电层1200与地平层1300之间设有粘接层1600，其中粘接层1600的材料可以是半固化片。

其中，天线层1100、馈电层1200、地平层1300以及功分层1400的材料均为导电材料，例如为铜箔、金、铝等材料。

在制备天线单元1000时，可以先在一块双面板两表面的导电层上分别加工天线层1100、馈电层1200，以及在另一块双面板两表面的导电层上加工地平层1300、功分层1400，然后在两块双面板之间设置例如半固化片等的粘接材料后压合，后续再经过一系列的步骤形成天线单元1000。

参阅图2，天线层1100包括天线本体1110、第一微带线1120以及第二微带线1130，天线本体1110、第一微带线1120以及第二微带线1130之间绝缘，且第一微带线1120、第二微带线1130分布在天线本体1110的两侧。

参阅图3，馈电层1200包括第一馈线1210以及第二馈线1220，第一馈线1210以及第二馈线1220均与天线本体1110耦合且第一馈线1210、第二馈线1220之间绝缘，同时第一馈线1210、第二馈线1220处于同一直线且延伸方向相反。

可选的，天线本体1110与馈电层1200绝缘。

具体地，第一馈线1210、第二馈线1220传输的射频信号自天线层1100与馈电层1200之间的介质材料层1500耦合馈入天线本体1110，即馈电方式为耦合馈电。

同时，第一馈线1210、第二馈线1220所传输的射频信号相反，第一馈线1210、第二馈线1220对天线本体1110进行反相馈电，以使得天线单元1000交叉极化比与方向图的对称性大幅改善。

同时，第一微带线1120的一端、第一馈线1210的一端通过第一导电孔1001电连接，第二微带线1130的一端、第二馈线1220的一端通过第二导电孔1002电连接，且第一微带线1120、第一馈线1210之间的第一导电孔1001的长度与第一微带线1120的长度之和、以及第二微带线1130、第二馈线1220之间的第二导电孔1002的长度与第二微带线1130的长度之和均为二分之一波长的整数倍，即图1中

，其中，

为波长，

为整数，例如

为1、2、3等。

具体地，设置第一微带线1120、第一馈线1210之间的第一导电孔1001的长度与第一微带线1120的长度之和为二分之一波长的整数倍，使得第一微带线1120、第一馈线1210之间的第一导电孔1001加上第一微带线1120而组成的这一整体的阻抗等效为无穷大，即第一微带线1120、第一馈线1210之间的第一导电孔1001加上第一微带线1120而组成的这一整体等效为开路。

同样地，设置第二微带线1130、第二馈线1220之间的第二导电孔1002的长度与第二微带线1130的长度之和均为二分之一波长的整数倍，使得第二微带线1130、第二馈线1220之间的第二导电孔1002加上第二微带线1130而组成的这一整体的阻抗等效为无穷大，即第二微带线1130、第二馈线1220之间的第二导电孔1002加上第二微带线1130而组成的这一整体等效为开路。

参阅图5，功分层1400包括反相功分器1410，反相功分器1410设有一个输入端1411以及两个输出端1412，同时结合图1，第一导电孔1001、第二导电孔1002均穿过地平层1300而分别与反相功分器1410的两个输出端1412连接。

具体地，反相功分器1410将接收到的射频信号分为两路射频信号，分成的两路射频信号相位相差180°，且该两路射频信号中的其中一路经第一导电孔1001传输至第一馈线1210，另一路经第二导电孔1002传输至第二馈线1220。

结合图1至图5，天线层1100、馈电层1200、地平层1300以及功分层1400均进一步包括接地部1140，天线层1100的接地部1140、馈电层1200的接地部1140、地平层1130的接地部1140以及功分层1400的接地部1140电连接。

具体地，地平层1300、接地部1140的设置使得天线层1100、馈电层1200以及功分层1400均能够接地。

在现有技术的制备过程中，为了保证自功分层1400传输至第一导电孔1001与第一馈线1210连接处的射频信号、传输至第二导电孔1002与第二馈线1220连接处的射频信号均只会经天线层1100与馈电层1200之间的介质材料层1500馈入天线本体1110，方式之一是在将各个材料层层叠设置并压合后，形成贯通孔，并在贯通孔内通过例如电镀等方式形成导电材料，从而得到导电孔，然后通过背钻工艺将导电孔自天线层1100至馈电层1200之间的部分挖除，该加工方式存在加工成本高、背钻后残桩的高度范围较大导致批量一致性差（即同一批产品在加工后残桩的高度不同）等劣势，方式之二是先将馈电层1200、地平层1300以及功分层1400层叠设置，然后形成贯穿馈电层1200、地平层1300以及功分层1400的导电孔，最后在馈电层1200远离地平层1300一侧放置天线层1100，该方式的加工需要多次压合制程，加工效率低下，加工成本较高。

而在本申请中，设置第一微带线1120、第一馈线1210之间的第一导电孔1001的长度与第一微带线1120的长度之和、以及第二微带线1130、第二馈线1220之间的第二导电孔1002的长度与第二微带线1130的长度之和均为二分之一波长的整数倍，使得第一微带线1120、第一馈线1210之间的第一导电孔1001加上第一微带线1120而组成的这一整体等效为开路以及第二微带线1130、第二馈线1220之间的第二导电孔1002加上第二微带线1130而组成的这一整体等效为开路，从而等效为自功分层1400传输至第一导电孔1001与第一馈线1210连接处的射频信号、自功分层1400传输至第二导电孔1002与第二馈线1220连接处的射频信号均只会经天线层1100与馈电层1200之间的介质材料层1500馈入天线本体1110，从而能够保证天线单元1000的性能。

从上述内容可以看出，本申请的方案一方面设置第一微带线1120、第一馈线1210之间的第一导电孔1001的长度与第一微带线1120的长度之和、以及第二微带线1130、第二馈线1220之间的第二导电孔1002的长度与第二微带线1130的长度之和均为二分之一波长的整数倍，使得第一微带线1120、第一馈线1210之间的第一导电孔1001加上第一微带线1120而组成的这一整体等效为开路以及第二微带线1130、第二馈线1220之间的第二导电孔1002加上第二微带线1130而组成的这一整体等效为开路，进而得天线单元1000的加工过程中无需采用背钻工艺，且无需进行多次压合制程，既能够避免背钻带来的缺陷，也能够在满足天线性能的要求下，降低加工成本，另一方面设置第一馈线1210、第二馈线1220对天线本体1110进行反相馈电，使得天线单元1000交叉极化比与方向图的对称性大幅改善。

继续参阅图2和图3，第一馈线1210、第二馈线1220均朝向天线本体1110延伸。

具体地，上述设置可以最大程度上减小射频信号在传输过程中的损失。

继续参阅图2和图3，第一微带线1120在馈电层1200上的正投影与第一馈线1210、第二微带线1130在馈电层1200上的正投影与第二馈线1220均垂直设置。

具体地，上述设置可以使得当天线本体1110呈矩形结构时（如图2所示），第一微带线1120、第二微带线1130均不指向天线本体1110，从而避免第一微带线1120、第二微带线1130和天线本体1110之间耦合能量，影响性能。

继续参阅图2和图3，在本实施方式中，天线本体1110呈矩形结构，且第一馈线1210、第二馈线1220所处的直线与天线本体1110在馈电层1200上的正投影的对称轴线重合。

继续参阅图1至图5，天线层1100的接地部1140、馈电层1200的接地部1140以及地平层1300的接地部1140通过多个第三导电孔1003电连接，其中，至少部分第三导电孔1003围设在天线本体1110的四周且至少隔离天线本体1110与第一微带线1120、第二微带线1130。

具体地，多个第三导电孔1003构成了围设在天线本体1110外围的金属化围框，该金属化围框能够抑制天线单元1000的表面波，达到改善天线单元1000的辐射性能的目的。

继续参阅图1至图5，天线单元1000呈方体结构，第一微带线1120设置在天线本体1110与天线单元1000的第一边缘1之间，第二微带线1130设置在天线本体1110与天线单元1000的第二边缘2之间，且第一微带线1120的延伸方向与第一边缘1的延伸方向、第二微带线1130的延伸方向与第二边缘2的延伸方向均平行设置。

具体地，结合图6，上述设置可以使得当多个天线单元1000呈阵列排布而构成天线模组时，任一个天线单元1000中的第一微带线1120、第二微带线1130均不指向任何一个天线本体1110，避免第一微带线1120、第二微带线1130和天线本体1110之间耦合能量，影响性能。

继续参阅图2，第一微带线1120、第二微带线1130的延伸方向相反，且第一微带线1120的两端、第二微带线1130的两端与天线单元1000的边缘之间均穿设有第三导电孔1003。

具体地，结合图6，上述设置可以使得当多个天线单元1000呈阵列排布而构成天线模组时，每个第一微带线1120、第二微带线1130的四周均设置有第三导电孔1003，但是针对单个天线单元1000而言，只需要在第一微带线1120、第二微带线1130的三周设置第三导电孔1003。

需要说明的是，在其他实施方式中，第一微带线1120、第二微带线1130的延伸方向可以相同，以及第一微带线1120、第二微带线1130的四周均可以设置有第三导电孔1003。

可以理解的是，当第三导电孔1003内填充的导电材料与天线层1100/馈电层1200/地平层1300/功分层1400的接地部1140的材料相同时，当俯视天线层1100/馈电层1200/地平层1300/功分层1400时，无法将接地部1140与第三导电孔1003进行区分。也就是说，当第三导电孔1003内填充的导电材料、天线层1100、馈电层1200、地平层1300、功分层1400的材料均为铜时，图2至图5中，应该无法区别接地部1140与第三导电孔1003。

参阅图6，本申请还保护一种天线模组，该天线模组包括多个上述所提及的天线单元1000，多个天线单元1000呈阵列排布，其中多个天线单元1000的具体结构可参见上述，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种天线单元，其特征在于，包括：

天线层，包括相互之间绝缘的天线本体、第一微带线以及第二微带线，所述第一微带线、所述第二微带线分布在所述天线本体的两侧；

馈电层，位于所述天线层一侧，包括与所述天线本体耦合的第一馈线以及第二馈线，所述第一馈线、所述第二馈线之间绝缘，所述第一馈线与所述第二馈线处于同一直线且延伸方向相反；

地平层，位于所述馈电层远离所述天线层一侧；

其中，所述第一微带线的一端、所述第一馈线的一端通过第一导电孔电连接，所述第二微带线的一端、所述第二馈线的一端通过第二导电孔电连接，且所述第一微带线、所述第一馈线之间的所述第一导电孔的长度与所述第一微带线的长度之和、以及所述第二微带线、所述第二馈线之间的所述第二导电孔的长度与所述第二微带线的长度之和均为二分之一波长的整数倍；

同时，所述天线层、所述馈电层以及所述地平层均进一步包括接地部，所述天线层的所述接地部、所述馈电层的所述接地部以及所述地平层的所述接地部电连接；

同时，所述天线单元还包括功分层，所述功分层位于所述地平层远离所述馈电层一侧，包括反相功分器，其中，所述第一导电孔、所述第二导电孔均穿过所述地平层而分别与所述反相功分器的两个输出端连接。

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一馈线、所述第二馈线均朝向所述天线本体延伸。

3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，所述第一微带线在所述馈电层上的正投影与所述第一馈线、所述第二微带线在所述馈电层上的正投影与所述第二馈线均垂直设置。

4.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线层的所述接地部、所述馈电层的所述接地部以及所述地平层的接地部通过多个第三导电孔电连接，其中，至少部分所述第三导电孔围设在所述天线本体的四周且至少隔离所述天线本体与所述第一微带线、所述第二微带线。

5.根据权利要求4所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元呈方体结构，所述第一微带线设置在所述天线本体与所述天线单元的第一边缘之间，所述第二微带线设置在所述天线本体与所述天线单元的第二边缘之间，且所述第一微带线的延伸方向与所述第一边缘的延伸方向、所述第二微带线的延伸方向与所述第二边缘的延伸方向均平行设置。

6.根据权利要求5所述的天线单元，其特征在于，所述第一微带线、所述第二微带线的延伸方向相反，且所述第一微带线的两端、所述第二微带线的两端与所述天线单元的边缘之间均穿设有所述第三导电孔。

7.根据权利要求6所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括：

介质材料层，所述天线层与所述馈电层之间、所述地平层与所述功分层之间设有所述介质材料层；

粘接层，所述馈电层与所述地平层之间设有所述粘接层。

8.根据权利要求7所述的天线单元，其特征在于，所述介质材料层为芯板，和/或，所述粘接层为半固化片。

9.一种天线模组，其特征在于，包括多个如权利要求1至8任一项所述的天线单元，多个所述天线单元呈阵列排布。

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