CN114122701A - 辐射单元及阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种辐射单元及阵列天线，辐射单元包括：第一基板和第二基板，第一基板垂直嵌入第二基板；第二基板上设有第一辐射臂组和第二辐射臂组，第一基板上设有第一馈电电路和第二馈电电路，第一馈电电路包括第一馈电段、第一接地层和第三接地层，第二馈电电路包括第二馈电段、第三馈电段、第二接地层和第四接地层；第一馈电段、第三馈电段、第二接地层和第三接地层均设于第一基板的第一侧；第二馈电段、第一接地层和第四接地层均设于第一基板的第二侧。本发明的辐射单元，第一基板占用空间小，第一馈电电路和第二馈电电路的结构设置使得辐射单元本身电路耦合减少，提升了辐射单元自隔离，相邻辐射单元之间的互耦效应弱，有利于天线的小型化。

Description

辐射单元及阵列天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种辐射单元及阵列天线。

背景技术

随着通信技术的发展，新通信频谱通信制式的引入，2G、3G、4G和5G这几个通信制式将长期共存。支持更多频段、更多制式的多系统共用阵列天线逐渐成为运营商需求的主流产品。目前，多频共用天线需支持690～960MHz、1690～2690MHz、3300～3800MHz等多个频段的集成。

当天线多频段组阵小型化设计时，例如工作于低频带的第一天线元件、中频带的第二天线元件以及高频带的第三天线元件，电磁环境愈加复杂。各个频段之间互耦严重，导致存在以下问题：被配置为在低频带中辐射的第一天线元件被在中频带中辐射的第二天线元件激励，中频波段与低频波段工作频带的第一谐波部分重叠，因此，即使第一天线元件当前不活动并且根本不辐射，第一天线元件也被当前在中波段中辐射的第二天线元件的辐射激励为工作频带。因此，由第二天线元件辐射的大量能量耦合到第一天线元件。同理，中频波段的天线元件也会被高频波段天线元件激励，造成能量耦合，这造成多频天线之间隔离度恶化，天线方向图指标恶化。

现有频段中的辐射单元，第一馈电巴伦和第二馈电巴伦正交设置，低频辐射单元自身由于馈电电路耦合，自隔离度较差，由于第一馈电巴伦和第二馈电巴伦组成的巴伦结构占用空间较大，在形成多频段阵列天线时，工作于低频段的辐射单元与相邻的且工作于高频段的辐射单元之间的距离较近，高低频之间的互耦较大，低频段的辐射单元之间馈电巴伦距离较近，互耦也较大，因此不利于天线的小型化。

发明内容

本发明提供一种辐射单元及阵列天线，用以解决现有多频天线中的辐射单元存在低频自隔离度较差，高低频、低低频之间互耦影响较大，天线指标下降，不利于天线小型化的问题。

第一方面，本发明提供一种辐射单元，包括：第一基板和第二基板，所述第一基板垂直嵌入所述第二基板；

所述第二基板上设有第一辐射臂组和第二辐射臂组，所述第一辐射臂组的极化方向和所述第二辐射臂组的极化方向相互垂直；

所述第一基板具有第一侧面和第二侧面，所述第一基板上设有第一馈电电路和第二馈电电路，所述第一馈电电路和所述第一辐射臂组电连接，所述第二馈电电路和所述第二辐射臂组电连接；

所述第一馈电电路包括第一馈电段、第一接地层和第三接地层，所述第二馈电电路包括第二馈电段、第三馈电段、第二接地层和第四接地层；所述第一接地层和所述第三接地层通过金属化孔电连接；所述第二接地层层和所述第四接地层通过金属化孔电连接。

所述第一馈电段、所述第三馈电段、所述第二接地层和所述第三接地层均设于所述第一基板的第一侧；所述第二馈电段、所述第一接地层和所述第四接地层均设于所述第一基板的第二侧。

根据本发明提供的一种辐射单元，所述第一馈电段包括第一馈电直线段和第一馈电折线段，所述第一馈电直线段沿所述第一基板的长度方向布设，所述第一馈电折线段由所述第一馈电直线段的端部沿所述第一基板的宽度方向弯折形成，所述第一馈电折线段相对于所述第二基板的两侧设置；

所述第二馈电段与所述第一馈电直线段平行布置，所述第三馈电段沿所述第一基板的宽度方向弯折形成，所述第三馈电段相对于所述第二基板的两侧设置。

根据本发明提供的一种辐射单元，所述第三接地层沿所述第一基板的长度方向设有第一开口，所述第一馈电直线段夹设于所述第一开口。

根据本发明提供的一种辐射单元，所述第四接地层沿所述第一基板的长度方向设有第二开口，所述第二馈电段夹设于所述第二开口。

根据本发明提供的一种辐射单元，所述辐射单元还包括第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘和所述第二焊盘均设于所述第一基板的底部，所述第一焊盘和所述第二焊盘均连通所述第一基板的两侧。

根据本发明提供的一种辐射单元，所述辐射单元还包括滤波枝节，所述第一辐射臂组以及所述第二辐射臂组均连接有所述滤波枝节。

根据本发明提供的一种辐射单元，所述第二馈电段和所述第三馈电段通过金属化孔电连接。

根据本发明提供的一种辐射单元，所述第一基板和所述第二基板一体成型或焊接成型。

第二方面，本发明提供一种阵列天线，包括上述的辐射单元。

根据本发明提供的一种阵列天线，所述第一基板与所述阵列天线的轴线平行或者垂直布置。

本发明提供的辐射单元及阵列天线，第一基板的一端与第二基板连接，第一馈电电路和第二馈电电路设于第一基板的两侧，第一基板占用空间小，通过第一馈电电路和第二馈电电路向设于第二基板上的第一辐射臂组和第二辐射臂组馈入信号，第一馈电电路和第二馈电电路的结构设置使得辐射单元本身电路耦合减少，提升了辐射单元自隔离，相邻辐射单元之间的互耦效应弱，有利于阵列天线的小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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。

图1是本发明提供的辐射单元的斜视图；

图2是本发明提供的辐射单元的结构示意图之一；

图3是本发明提供的辐射单元的结构示意图之二；

图4是本发明提供的辐射单元的俯视图；

图5是本发明提供的阵列天线的结构示意图；

图6是本发明提供的辐射单元的装配示意图之一；

图7是本发明提供的辐射单元的装配示意图之二；

附图标记：

1：第一基板； 101：第一馈电段；

102：第三接地层； 103：第一接地层；

104：第二馈电段； 105：第四接地层；

106：第二接地层； 107：第一焊盘；

108：第二焊盘； 109：第三馈电段；

2：第二基板； 201：第一辐射臂；

202：第二辐射臂； 203：第三辐射臂；

204：第四辐射臂； 205：滤波枝节；

3：辐射单元安装板； 4：第一辐射单元；

5：第二辐射单元； 6：反射板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1至图7描述本发明实施例的辐射单元及阵列天线。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的辐射单元，包括第一基板1和第二基板2，第一基板1垂直嵌入第二基板2。

第二基板2上设有第一辐射臂组和第二辐射臂组，第一辐射臂组的极化方向和第二辐射臂组的极化方向相互垂直。

第一基板1具有第一侧面和第二侧面，第一基板1上设有第一馈电电路和第二馈电电路，第一馈电电路和第一辐射臂组电连接，第二馈电电路和第二辐射臂组电连接。

第一馈电电路包括第一馈电段101、第一接地层103和第三接地层102，第二馈电电路包括第二馈电段104、第三馈电段109、第二接地层106和第四接地层105。

第一馈电段101、第三馈电段109、第二接地层106和第三接地层102均设于第一基板1的第一侧；第二馈电段104、第一接地层103和第四接地层105均设于第一基板1的第二侧。

如图1和图4所示，第二基板2上设有第一辐射臂组和第二辐射臂组，第一辐射臂组包括位于+45度极化方向上的第一辐射臂201和第二辐射臂202，第二辐射臂组包括位于-45度极化方向上的第三辐射臂203和第四辐射臂204。

定义第一基板1的相对的两个侧面分别为第一侧面和第二侧面，第一馈电电路和第二馈电电路分别设于第一基板1的相对的两侧。第一馈电电路与第一辐射臂201和第二辐射臂202电连接，用于向第一辐射臂201和第二辐射臂202馈入信号。第二馈电电路与第三辐射臂203和第四辐射臂204电连接，用于向第三辐射臂203和第四辐射臂204馈入信号。

第一基板1和第二基板2可以通过卡接或者焊接的方式进行连接，例如，第二基板2上设有条形孔，条形孔的尺寸和第一基板1的宽度和厚度尺寸相适配，第一基板1的一端垂直插入条形孔，通过焊接方式实现第一基板1和第二基板2的固定连接。

第一基板1和第二基板2采用PCB板制作，或者采用工程塑料板制作，工程塑料板应具有设置功能电路的功能。具体地，第一基板1的一端垂直插入第二基板2，第一基板1和第二基板2通过焊接方式固定连接。或者第一基板1和第二基板2也可以通过模塑互联技术一体成型，并在一体成型的塑料件上设置功能电路，第一馈电电路和第二馈电电路可以通过电路印刷工艺成型于第一基板1上，有利于减小制作周期，提高生产效率。

现有技术中，辐射单元的两条馈电电路分别设于两个正交设置的基板上，通过两个正交设置的基板上的两条馈电电路分别与位于+45度极化方向上的辐射臂及位于-45度极化方向上的辐射臂的电连接，实现信号的传输。由于正交设置的两个基板占用空间较大，在形成多频段阵列天线时，工作于低频段的辐射单元与相邻的工作于高频段的辐射单元之间的距离较近，高频和低频之间的互耦较大。由于馈电电路的两个基板正交设置，低频段的辐射单元之间，互耦也较大，造成低频阵列自隔离和互隔离的恶化。

本发明实施例中，第一馈电电路包括第一馈电段101、第一接地层103和第三接地层102，第一馈电段101和第三接地层102位于第一基板1的第一侧，第一接地层103位于第一基板1的第二侧。

定义沿第一基板1的长度方向的两端分别为第一端和第二端，第一端与第二基板2连接，第二端通过辐射单元安装板3固定在反射板6上。

第一接地层103与第三接地层102相对设置，第一馈电段101与第三接地层102和第一接地层103形成CPW结构。第一基板1上设有多个金属化孔，第一接地层103通过金属化孔与第三接地层102电连接。第一馈电段101位于第二端的端部为信号输入端，第一馈电段101位于第一端的端部与第一辐射臂201电连接，第一接地层103位于第一端的端部与第二辐射臂202电连接，当激励信号输入第一馈电段101时，由此实现对+45度极化方向的第一辐射臂201和第二辐射臂202的馈电激励。

第二馈电电路包括第二馈电段104、第三馈电段109、第二接地层106和第四接地层105，第二接地层106和第三馈电段109位于第一基板1的第一侧，第二馈电段104和第四接地层105位于第一基板1的第二侧。

第二接地层106和第四接地层105相对设置，第二馈电段104与第四接地层105和第二接地层106形成CPW结构，第二接地层106通过金属化孔与第四接地层105电连接。第二馈电段104和第三馈电段109可以通过导线连接或者金属化孔连接。

第二馈电段104位于第二端的端部为信号输入端，第三馈电段109位于第一端的端部与第三辐射臂203电连接，第四接地层105位于第一端的端部与第四辐射臂204电连接，当激励信号输入第二馈电段104时，由此实现对-45度极化方向的第三辐射臂203和第四辐射臂204的馈电激励。

第一馈电段101的端部和第一接地层103的端部可以通过导线连接、焊接等方式分别与第一辐射臂201和第二辐射臂202电连接。第三馈电段109的端部和第四接地层105的端部可以通过导线连接、焊接等方式分别与第三辐射臂203和第四辐射臂204电连接。

第一馈电电路和第二馈电电路位于第一基板1的两侧，两路馈电电路之间耦合作用减弱，使得辐射单元自身电路耦合减弱，辐射单元自隔离度提升，相邻辐射单元互相接收的交叉极化信号减弱，在将该辐射单元应用于多频段阵列天线中时，接收到不同频阵列和同频阵列的互耦也相应的减少，第一基板1占用空间小，辐射单元之间的间距可以进一步缩小。

在本发明实施例中，第一基板1的一端与第二基板2连接，第一馈电电路和第二馈电电路设于第一基板1的两侧，第一基板1占用空间小，通过第一馈电电路和第二馈电电路向设于第二基板2上的第一辐射臂组和第二辐射臂组馈入信号，第一馈电电路和第二馈电电路的结构设置使得辐射单元本身电路耦合减少，提升了辐射单元自隔离，相邻辐射单元之间的互耦效应弱，有利于天线的小型化。

如图2和图3所示，在可选的实施例中，第一馈电段101包括第一馈电直线段和第一馈电折线段，第一馈电直线段沿第一基板1的长度方向布设，第一馈电折线段由第一馈电直线段的端部沿第一基板1的宽度方向弯折形成，第一馈电折线段相对于第二基板2的两侧设置。

第二馈电段104与第一馈电直线段平行布置，第三馈电段109沿第一基板1的宽度方向弯折形成，第三馈电段109相对于第二基板2的两侧设置。

具体地，第一馈电直线段沿第一基板1的长度方向由第一基板1的第二端向第一端延伸形成，第一馈电折线段自第一馈电直线段的端部沿第一基板1的宽度方向弯折形成，第一馈电折线段的部分位于第二基板2的下方，第一馈电折线段的部分位于第二基板2的上方，用于和第一辐射臂201电连接。

第二馈电段104沿第一基板1的长度方向由第一基板1的第二端向第一端延伸形成，第二馈电段104和第一馈电直线段错位布设于第一基板1的两侧，第二馈电段104和第一馈电直线段平行设置。

第三馈电段109和第二馈电段104通过金属化孔连接，第三馈电段109自第二馈电段104的端部沿第一基板1的宽度方向弯折形成，第三馈电段109的部分位于第二基板2的下方，第三馈电段109的部分位于第二基板2的上方，用于和第三辐射臂203电连接。

在本发明实施例中，第一馈电直线段和第二馈电段104位于第一基板1的两侧，第一馈电直线段和第二馈电段104错位设置，第三馈电段109和第二馈电段104通过金属化孔连接，有利于减弱第一馈电电路和第二馈电电路之间的耦合效应，第一馈电电路和第二馈电电路布局更加紧凑，有利于减小第一基板1的宽度，进一步有利于辐射单元的小型化。

如图2所示，在可选的实施例中，第三接地层102沿第一基板1的长度方向设有第一开口，第一馈电直线段夹设于第一开口。

具体地，第一馈电段101、第一接地层103和第三接地层102均为金属层，第一馈电段101、第一接地层103和第三接地层102可以通过印刷工艺成型于第一基板1上。

第三接地层102的中间部位设有条形开口，条形开口的尺寸根据实际需求设置，条形开口由第三接地层102的一端延伸至另一端，第一馈电直线段夹设于条形开口处，第一馈电直线段与第三接地层102和第一接地层103形成CPW结构。

如图3所示，在可选的实施例中，第四接地层105沿第一基板1的长度方向设有第二开口，第二馈电段104夹设于第二开口。

具体地，第二馈电段104、第二接地层106和第四接地层105均为金属层，第二馈电段104、第二接地层106和第四接地层105可以通过印刷工艺成型于第一基板1上。

第四接地层105上设有条形开口，条形开口的尺寸与第二馈电段104相适配，第二馈电段104夹设于条形开口内，第二馈电段104与第四接地层105和第二接地层106形成CPW结构。

如图2和图3所示，在可选的实施例中，辐射单元还包括第一焊盘107和第二焊盘108，第一焊盘107和第二焊盘108均设于第一基板1的底部，第一焊盘107和第二焊盘108均连通第一基板1的两侧。

具体地，第一基板1的底部设有第一焊盘107和第二焊盘108，第一焊盘107通过金属化孔连通第一基板1的第一侧和第二侧，第二焊盘108也通过金属化孔连通第一基板1的第一侧和第二侧。

第一馈电段101与第一焊盘107电连接，第一基板1的两侧均设有第一焊盘107，两侧的第一焊盘107通过金属化孔连通，使得第一焊盘107可在第一基板1的第一侧或者第二侧与移相器馈电网络电连接。第二馈电段104与第二焊盘108电连接，第一基板1的两侧均设有第二焊盘108，两侧的第二焊盘108通过金属化孔连通，第二焊盘108也可在第一基板1的第一侧或者第二侧与移相器馈电网络电连接。由此可实现辐射单元与移相器馈电网络的灵活连接，有利于天线的结构布局。

在本发明实施例中，第一焊盘107和第二焊盘108通过金属化孔连通第一基板1的第一侧和第二侧，有利于辐射单元与馈电网络的灵活连接，有利于天线的结构布局。

如图4所示，在可选的实施例中，辐射单元还包括滤波枝节205，第一辐射臂组以及第二辐射臂组均连接有滤波枝节205。

具体地，第一辐射臂组包括位于+45度极化方向上的第一辐射臂201和第二辐射臂202，第二辐射臂组包括位于-45度极化方向上的第三辐射臂203和第四辐射臂204。第一辐射臂201、第二辐射臂202、第三辐射臂203和第四辐射臂204可以为方形结构，第一辐射臂201、第二辐射臂202、第三辐射臂203和第四辐射臂204的每条边上均设置有等效电容、电感的滤波枝节205，用于抑制谐波。

如图5所示，本发明实施例还提供一种阵列天线，包括上述的辐射单元。

如图1所示，第一基板1的第一端与第二基板2连接，第一基板1的第二端安装于辐射单元安装板3，辐射单元安装板3上设有安装孔，辐射单元安装板3可以通过铆钉压合固定在阵列天线的反射板6上。

阵列天线采用工作于第一频段的第一辐射单元4和工作于第二频段的第二辐射单元5组成多频天线阵列，第一辐射单元4为上述实施例中所描述的辐射单元，例如，第一频段为低频段，第二频段为高频段，第一辐射单元4嵌设于第二辐射单元5之间。

第一频段的第一辐射单元4的两路馈电电路位于第一基板1的两侧，使得第一辐射单元4自身两路馈电电路之间的耦合效应减弱，相邻辐射单元互相接收的交叉极化信号减弱，有利于提升第一频段同频阵列的自隔离。

第一馈电电路和第二馈电电路位于第一基板1的两侧，第一频段的第一辐射单元4和第二频段的第二辐射单元5的互耦也相应的减少，由此同频隔离度和异频隔离度得到提升，方向图指标得到提升。由于同频和不同频之间的互耦减少，该结构的辐射单元与相邻的工作于第二频段的辐射单元之间的间距可以进一步缩小，有利于天线的小型化。

第一辐射单元4的四个辐射臂上设有多组滤波枝节205，能够抑制谐波，可以大幅减少多频阵列的耦合影响。

第一馈电段101与第一焊盘107电连接，第一焊盘107可在第一基板1的第一侧或者第二侧实现与移相器馈电网络的电连接。第二馈电段104与第二焊盘108电连接，第二焊盘108也可在第一基板1的第一侧或者第二侧实现与移相器馈电网络的电连接。第一辐射单元4与馈电网络灵活电连接，有利于阵列天线布局的灵活性。

如图6和图7所示，在可选的实施例中，第一基板1与阵列天线的轴线平行或者垂直。

具体地，第一基板1可以与第二高频阵列的轴线平行，也可以与第二高频阵列的轴线垂直。

例如，需要减少来自横向阵列之间的耦合影响时，辐射单元在安装时，将第一基板1调整为与第二频段阵列的轴线垂直。需要减少来自纵向阵列之间的耦合影响时，辐射单元在安装时，将第一基板1调整为与第二频段阵列的轴线平行。

辐射单元可以根据实际需求来调整第一基板1的安装方位，有利于确保天线的性能指标。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种辐射单元，其特征在于，包括：第一基板和第二基板，所述第一基板垂直嵌入所述第二基板；

所述第二基板上设有第一辐射臂组和第二辐射臂组，所述第一辐射臂组的极化方向和所述第二辐射臂组的极化方向相互垂直；

所述第一基板具有第一侧面和第二侧面，所述第一基板上设有第一馈电电路和第二馈电电路，所述第一馈电电路和所述第一辐射臂组电连接，所述第二馈电电路和所述第二辐射臂组电连接；

所述第一馈电电路包括第一馈电段、第一接地层和第三接地层，所述第二馈电电路包括第二馈电段、第三馈电段、第二接地层和第四接地层；所述第一接地层和所述第三接地层通过金属化孔电连接；所述第二接地层层和所述第四接地层通过金属化孔电连接。

所述第一馈电段、所述第三馈电段、所述第二接地层和所述第三接地层均设于所述第一基板的第一侧；所述第二馈电段、所述第一接地层和所述第四接地层均设于所述第一基板的第二侧。

2.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述第一馈电段包括第一馈电直线段和第一馈电折线段，所述第一馈电直线段沿所述第一基板的长度方向布设，所述第一馈电折线段由所述第一馈电直线段的端部沿所述第一基板的宽度方向弯折形成，所述第一馈电折线段相对于所述第二基板的两侧设置；

所述第二馈电段与所述第一馈电直线段平行布置，所述第三馈电段沿所述第一基板的宽度方向弯折形成，所述第三馈电段相对于所述第二基板的两侧设置。

3.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，所述第三接地层沿所述第一基板的长度方向设有第一开口，所述第一馈电直线段夹设于所述第一开口。

4.根据权利要求2所述的辐射单元，其特征在于，所述第四接地层沿所述第一基板的长度方向设有第二开口，所述第二馈电段夹设于所述第二开口。

5.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元还包括第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘和所述第二焊盘均设于所述第一基板的底部，所述第一焊盘和所述第二焊盘均连通所述第一基板的两侧。

6.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述辐射单元还包括滤波枝节，所述第一辐射臂组以及所述第二辐射臂组均连接有所述滤波枝节。

7.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述第二馈电段和所述第三馈电段通过金属化孔电连接。

8.根据权利要求1所述的辐射单元，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板一体成型或焊接成型。

9.一种阵列天线，其特征在于，包括：权利要求1至8任一项所述的辐射单元。

10.根据权利要求9所述的阵列天线，其特征在于，所述第一基板与所述阵列天线的轴线平行或者垂直布置。

Images