CN115603050B - 一种去耦单元及天线 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种去耦单元及天线，去耦单元包括基板、设在基板内的封闭隔断环、设在封闭隔断环内壁上的吸收膜、设在基板上的包括底面和斜面的天线位，设在斜面上并围绕底面均匀设置的谐振环、设在封闭隔断环内的吸收模组以及连接微带线，连接微带线的第一端位于底面处，第二端向远离底面的方向延伸后再水平延伸并绕过封闭隔断环，天线位在基板上的投影位于封闭隔断环在基板上的投影区域内。天线包括上述去耦单元。本申请涉及一种去耦单元及天线，可以通过组合拦截的方式在有限空间内实现阵列天线中相邻天线间的去耦，使得天线的体积得以小型化，能够满足基站设备小型化的使用需求。

Description

一种去耦单元及天线

技术领域

本申请涉及通信设备技术领域，尤其是涉及一种去耦单元及天线。

背景技术

天线是在无线电收发系统中，向空间辐射或从空间接收电磁波的装置。天线是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介中传播的电磁波，或者进行相反的变换，在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。

随着通信技术的快速发展，对天线带宽和数据吞吐量的要求也越来越高，传输率开始无线逼近信道容量，对于信道的优化技术（例如频分复用）和硬件优化（例如多天线技术）的使用，使得大数据吞吐量成为可能。

但是多天线技术也存在信号干扰，会影响天线的覆盖效果和信道质量，例如目前的5G基站，需要同时兼容多代通讯技术，需要对基站天线进行隔离，以使得阵列天线中的天线能够正常工作。目前采用的方式多为增大间距和使用金属隔离件，但是这会是天线的体积和重量增加，在设备小型化上存在劣势。

发明内容

本申请提供一种去耦单元及天线，可以通过组合拦截的方式在有限空间内实现阵列天线中相邻天线间的去耦，使得天线的体积得以小型化，能够满足基站设备小型化的使用需求。

本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了一种去耦单元，包括：

基板；

封闭隔断环，设在基板内，内壁上设有吸收膜；

天线位，设在基板上，天线位包括底面和斜面，天线位在基板上的投影位于封闭隔断环在基板上的投影区域内；

谐振环，设在斜面上并围绕底面均匀设置；

吸收模组，设在封闭隔断环内；以及

连接微带线，设在基板内，第一端位于底面处，第二端向远离底面的方向延伸后再水平延伸并绕过封闭隔断环；

其中，封闭隔断环的工作深度与吸收模组的工作深度存在重合区域；

封闭隔断环与吸收模组的有效工作深度之和大于天线模块的厚度。

在第一方面的一种可能的实现方式中，天线位的深度大于天线模块的厚度。

在第一方面的一种可能的实现方式中，谐振环的最高点位于天线顶面的上方。

在第一方面的一种可能的实现方式中，谐振环包括第一开口环和位于第一开口环内的第二开口环，第一开口环和第二开口环的开口方向相反。

在第一方面的一种可能的实现方式中，吸收模组包括设在封闭隔断环内的滤波外形组件和间隔设在滤波外形组件上的滤波器；

还包括设在基板内的接地微带线，接地微带线的第一端与滤波器的输出端连接，第二端用于接地。

在第一方面的一种可能的实现方式中，滤波器包括：

信号聚拢腔；

输入端和输出端，输入端与信号聚拢腔连接；

谐振单元，设在输入端和输出端之间；以及

耦合连接线，多个连接端分别伸入到谐振单元上的凹陷内且不与谐振单元接触。

在第一方面的一种可能的实现方式中，信号聚拢腔的最高点位于天线顶面的上方，信号聚拢腔的最低点位于天线底面的下方。

在第一方面的一种可能的实现方式中，相邻滤波器的滤波覆盖范围存在重叠。

在第一方面的一种可能的实现方式中，封闭隔断环内的滤波器分为多个滤波器组，每个滤波器组的滤波范围不同；

具有不同滤波范围的滤波器组在封闭隔断环内交替设置。

第二方面，本申请提供了一种天线，包括如第一方面及第一方面任意实现方式中所述的去耦单元。

整体而言，本申请提供的一种去耦单元及天线，通过谐振环和吸收模组的组合拦截方式，大幅度降低了阵列天线中相邻天线模块间发出的信号间的耦合，可以使阵列天线中的天线模块能够正常收发信号。谐振环使用了倾斜加矩形设计的方案，既适应了相邻天线模块间缝隙狭小的应用场景，还具有了一定的高度，使谐振环的覆盖面积增加，能够得到更好的去耦效果。

吸收模组配合谐振环进行去耦，主要拦截相邻天线模块发出信号在基板内的耦合。另外，下沉式设计的天线位还具有一定的信号聚拢效果，避免了天线模块发出的信号在基板表面进行耦合。

上述三种解耦方式的组合，使阵列天线中天线模块在小缝隙的部署场景中能够正常工作，同时满足了小型化和高性能两个使用要求，满足了基站设备小型化的使用需求。

附图说明

图1是本申请提供的一种去耦单元的平面结构示意图。

图2是基于图1给出的一种去耦单元的截面结构示意图。

图3是图2中A部分的放大示意图。

图4是本申请提供的一种吸收膜在封闭隔断环内的位置示意图。

图5是本申请提供的一种谐振环的结构性示意图。

图6是本申请提供的一种谐振环、天线模块和吸收模组的高度对比示意图。

图7是本申请提供的一种天线位的信号聚拢效果示意图。

图8是本申请提供的一种吸收模组的结构示意图。

图9是本申请提供的一种滤波器的结构示意图。

图10是本申请提供的一种滤波外形组件上基坑的形状示意图。

图中，1、基板，2、封闭隔断环，21、吸收膜，3、天线位，31、底面，32、斜面，4、谐振环，41、第一开口环，42、第二开口环，5、吸收模组，6、连接微带线，51、滤波外形组件，52、滤波器，53、接地微带线，521、信号聚拢腔，522、输入端，523、输出端，524、谐振单元，525、耦合连接线。

具体实施方式

为了更加清楚的理解本申请中的技术方案，首先对相关技术进行介绍。

在实际应用中，电磁波是由天线发出的，因此电磁波的极化也就是天线的极化，极化方式有线极化，圆极化和椭圆极化，对于电磁波，极化实际上是电波在其中振动的平面。

天线的极化与输入信号的极化相匹配非常重要，匹配度越高，获取的信号质量也就越好，如果出现极化不匹配的情况，则信号电平会相应降低。对于地面无线电通信应用，信号一旦被传输，则其极化将大致保持不变，因此对于阵列天线而言，需要其能够接收各种类型的信号。例如正常的5G手机将会包含11根天线，5G NR会有4根天线，LTE有4根天线，Wi-Fi需要两根天线，GPS需要一根天线，以上共计11根天线。

5G商用的一个重要挑战是开发多频段基站天线，包括与现有4G、3G以及2G基站天线的融合，也包括对多个运营商5G工作频段的兼容。5G的另外一个挑战就是小型化，随着电子器件和电路系统向着小型化、集成化、多功能的方向发展，留给天线的空间越来越小，这就要求在设计天线时要尽可能降低天线的剖面高度与尺寸，在保证优良性能的前提下尽可能减小天线尺寸。

辐射单元作为阵列天线的核心，主要用于无线电波的发射和接收。所谓天线的宽频化和小型化，一个重要的前提就是辐射单元的宽频化和小型化。针对5G阵列天线，传统的4G铝合金压铸形式辐射单元由于重量大，已经不再适用于重量轻的集成度高的产品。

以下结合附图，对本申请中的技术方案作进一步详细说明。

请参阅图1至图3，为本申请公开的一种去耦单元，去耦单元由基板1、封闭隔断环2、吸收膜21、天线位3、谐振环4、吸收模组5和连接微带线6等组成，基板1上设有多个天线位3，每一个天线位3中能够安装一个天线模块，多个天线模块组成阵列天线。

基板1内部设有封闭隔断环2，封闭隔断环2的内壁上设有一层吸收膜21，吸收膜21的作用是吸收经过封闭隔断环2的电磁波，主要起到拦截作用，降低相邻天线间的干扰，如图4所示，吸收膜21位于封闭隔断环2的顶面和外侧面上，不便加工时吸收膜21可以包裹在吸收模组5上，再将吸收模组5放置在封闭隔断环2内。

请参阅图1，天线位3包括底面31和斜面32，此处以天线模块的形状为矩形为例，天线位3由一个底面31和四个斜面32组成，四个斜面32分为两组，在远离底面31的方向上，同一组斜面32间的间距趋于增加。

同时，天线位3在基板1上的投影位于封闭隔断环2在基板1上的投影区域内，此处还可以理解为天线位3位于封闭隔断环2内。

谐振环4设在斜面32上并围绕底面31均匀设置，谐振环4的作用是去耦。应理解，造成天线间隔离度差的原因主要有空间波干扰和表面电流干扰，利用谐振环提高隔离度，主要是利用了谐振环的超材料特性，能够在一定的频段内产生负的磁导率或介电常数，这样可以在一定频段内阻止与谐振环尺寸对应谐振频率的电磁波辐射，降低天线间的互耦，改善天线的隔离度。

请参阅图5，谐振环4包括第一开口环41和位于第一开口环41内的第二开口环42，第一开口环41和第二开口环42的开口方向相反。

在一些可能的实现方式中，第一开口环41和第二开口环42均采用矩形结构，矩形结构的长度和宽度可以根据天线模块间的缝隙宽度进行调整。应理解，为了实现小型化，两个天线模块之间的举例应当尽可能的小，如果谐振环4采用圆形或者椭圆形设计，会使谐振环4的体积有限，并且需要通过增加数量的方式来弥补未覆盖区域，这会增加制造难度，同时在回波损耗上的控制难度也会增加。

矩形结构的谐振环4在数量上具有优势，例如在天线模块的一侧可以设置一个第一开口环41，第一开口环41里面可以放置一个第二开口环42，也可以放置多个第二开口环42。

吸收模组5设在封闭隔断环2内，作用是避免天线模块在基板1内部的耦合。应理解，本申请中的谐振环4部署在了一个斜面32上，使得谐振环4具有了一定的高度，同时天线位3对天线模块发出的信号还具有一定的聚拢效果。这种结构可以在一定程度上降低天线模块发出的信号在基板1表面处的耦合，并且倾斜设置的谐振环4还能够起到类似于屏蔽墙的作用，避免天线模块发出的信号沿着基板1的表面传递。

如图6中所示，吸收模组5可以封装完成后直接安装在封闭隔断环2内，吸收模组5的高度小于封闭隔断环2的深度，封闭隔断环2的剩余部分使用胶水填充。

但是还需要注意的是，天线模块发出的部分信号还是会在基板1出现耦合现象，因为天线模块发出的信号是在三维空间内传递的，这部分基板1内耦合的信号同样会干扰天线模块的正常收发信号。

为了解决该问题，在封闭隔断环2内增加了吸收模组5，请参阅图3和图6，吸收模组5的作用与谐振环4的作用相同，同样是将天线模块发出的部分信号拦截。在工作深度方向上，谐振环4的工作深度与吸收模组5的工作深度存在重合区域，得益于谐振环4的倾斜设置，吸收模组5可以位于谐振环4的中间部分的下方，这样谐振环4较低一端就会位于吸收模组5的最高点的下方。

请参阅图6，图中的天线模块使用虚线表示，谐振环4与吸收模组5的有效工作深度之和（S1）大于天线模块（S2）的厚度，这样可以较大程度的阻止相邻的天线模块发出的信号的耦合，当然，为了控制厚度，依然存在微量的天线模块发出的信号从基板1的背面溢出后进行耦合，但是经过本申请提供的去耦单元的拦截后，这部分溢出的信号可以忽略，或者说其产生的影响可以忽略不计。

连接微带线6第一端位于底面31处，第二端向远离底面31的方向延伸后再水平延伸并绕过封闭隔断环2，作用是连接信号收发机，信号收发机发出的信号通过连接微带线6传递给天线模块，天线模块收到的信号通过连接微带线6传递给信号收发机。

整体而言，本申请提供的去耦单元，通过谐振环4和吸收模组5的组合拦截方式，大幅度降低了阵列天线中相邻天线模块间发出的信号间的耦合，可以使阵列天线中的天线模块能够正常收发信号。通过谐振环4使用了倾斜加矩形设计的方案，既适应了相邻天线模块间缝隙狭小的应用场景，还使得谐振环4具有了一定的高度，使谐振环4的覆盖面积增加，能够得到更好的去耦效果，图1所示。

吸收模组5配合谐振环4进行去耦，主要拦截相邻的天线模块在基板1内的耦合。另外，下沉式设计的天线位3还具有一定的信号聚拢效果，避免了天线模块发出的信号在基板1表面进行耦合，图7中虚线所示。

上述三种解耦方式的组合，使阵列天线中天线模块在小缝隙的部署场景中能够正常工作，同时满足了小型化和高性能两个使用要求，满足了基站设备小型化的使用需求。

请参阅图6，天线位3的深度要大于天线模块（S2）的厚度，这种结构中，对于位于天线位3内的天线模块发出的信号，位于边缘处的信号会被斜面32上的谐振环4吸收，或者说天线模块发出的信号能够沿着斜面32限定的范围进行发散，这种结构从根本上解决了信号在基板1表面处耦合的问题。

进一步地，谐振环4的最高点位于天线顶面的上方，目的是减少天线模块发出信号进入到基板1中的量。应理解，为了控制谐振环4的影响范围，需要将控制谐振环4仅部署在斜面32上，作用有两个，第一个是在天线模块发射信号时，相邻的天线模块发出的信号不会在基板1的表面处发生接触；第二个是在天线模块接收信号时，谐振环4对于信号的拦截效果就会下降，意味着天线模块能够得到强度更高的信号。

接收信号过程中，天线位3的形状设计也能够起到聚拢信号的作用。

请参阅图3和图8，吸收模组5由设在封闭隔断环2内的滤波外形组件51、间隔设在滤波外形组件51上的滤波器52和设在基板1内的接地微带线53三部分组成，接地微带线53的第一端与滤波器52的输出端连接，第二端用于接地。

在一些可能的实现方式中，滤波器52使用印刷或者金属溅射的方式制作，滤波外形组件51分为两层，滤波器52夹在两层之间。

滤波器52的作用是过滤信号，在前文中提到，天线模块发出的部分信号会进入到基板1内，滤波器52的作用正是将这部分信号拦截。在实际的应用场景中，滤波器52的过滤机制设置规则是将占比最大的信号拦截，剩余的少量信号通过接地微带线53导出。

在一些可能的实现方式中，对于两个相邻的滤波器52而言，可以共用一条接地微带线53。

请参阅图9，滤波器52由信号聚拢腔521、输入端522、输出端523、谐振单元524和耦合连接线525等组成，信号聚拢腔521朝向对应的天线位3，作用是收集信号，输入端522与信号聚拢腔521连接，多个谐振单元524间隔设在输入端522与输出端523之间，相邻的谐振单元524不连接。

在一些可能的实现方式中，信号聚拢腔521的制作工艺是，首先在滤波外形组件51上开设对应形状的基坑，然后使用金属溅射的方式在基坑内制作信号聚拢腔521。

耦合连接线525的多个连接端分别伸入到谐振单元524上的凹陷内且不与谐振单元524接触，耦合连接线525通过连接端与谐振单元524组成一个整体，对信号从输入端522流入的信号进行过滤。

耦合连接线525与谐振单元524形成一种特殊的交叉耦合结构，利用信号在谐振单元524上通过不同路径相叠加后反相产生零点，可以实现在阻带具有多个传输零点。

应理解，天线模块的工况是确定的，通过多个传输零点的设计，可以使滤波器52得过滤具有高针对性，也就是前文中提到的将占比最大的信号拦截，剩余的少量信号通过接地微带线53导出，这种设计能够将滤波器52的过滤功能最大化。

信号聚拢腔521的作用是提高滤波器52在高度方向上的滤波覆盖范围，在一些可能的实现方式中，信号聚拢腔521的最高点位于天线顶面的上方，信号聚拢腔521的最低点位于天线底面的下方。

进一步地，相邻滤波器52的滤波覆盖范围存在重叠，重叠的目的是提高拦截效果，当然，信号聚拢腔521的截面形状还可以设计成矩形，如图10所示。

封闭隔断环2内的滤波器52分为多个滤波器组，每个滤波器组的滤波范围不同，并且，具有不同滤波范围的滤波器组在封闭隔断环2内交替设置。

滤波器52分组的目的是提高单个滤波器52的针对性，前文中提到，耦合连接线525与谐振单元524形成一种特殊的交叉耦合结构，利用信号在谐振单元524上通过不同路径相叠加后反相产生零点，可以实现在阻带具有多个传输零点，但是考虑到小型化的需要，单个滤波器52的传输零点数量应当尽可能的小。

这就需要对滤波器52进行分组，不同组的滤波器52的传输零点参数不同，或者理解为使用两个或者多个滤波器52（少量传输零点）来代替单个滤波器52（大量传输零点），用以小型化的使用需求。

本申请还公开了一种天线，包括上述内容中记载的任意一种去耦单元。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种去耦单元，其特征在于，包括：

基板（1）；

封闭隔断环（2），设在基板（1）内，内壁上设有吸收膜（21）；

天线位（3），设在基板（1）上，天线位（3）包括底面（31）和斜面（32），天线位（3）在基板（1）上的投影位于封闭隔断环（2）在基板（1）上的投影区域内；天线位（3）的底面（31）用于放置天线模块；

谐振环（4），设在斜面（32）上并围绕底面（31）均匀设置；

吸收模组（5），设在封闭隔断环（2）内；以及

连接微带线（6），第一端位于底面（31）处并用于连接天线模块，第二端向远离底面（31）的方向延伸后再水平延伸并绕过封闭隔断环（2）并用于连接信号收发机；

其中，封闭隔断环（2）的厚度与吸收模组（5）的厚度存在重合区域；

吸收模组（5）包括设在封闭隔断环（2）内的滤波外形组件（51）和间隔设在滤波外形组件（51）上的滤波器（52）；

还包括设在基板（1）内的接地微带线（53），接地微带线（53）的第一端与滤波器（52）的输出端（523）连接，第二端用于接地；

封闭隔断环（2）与吸收模组（5）的有效厚度之和大于天线模块的厚度；

滤波器（52）包括：

信号聚拢腔（521）；

输入端（522）和输出端（523），输入端（522）与信号聚拢腔（521）连接；

多个谐振单元（524），设在输入端（522）和输出端（523）之间；以及

耦合连接线（525），耦合连接线（525）的多个连接端分别伸入到谐振单元（524）上的凹陷内且不与谐振单元（524）接触；

其中，输入端（522）与对应相邻的谐振单元（524）连接；输出端（523）与对应相邻的谐振单元（524）连接。

2.根据权利要求1所述的去耦单元，其特征在于，天线位（3）的厚度大于天线模块的厚度。

3.根据权利要求2所述的去耦单元，其特征在于，谐振环（4）的最高点位于天线顶面的上方。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的去耦单元，其特征在于，谐振环（4）包括第一开口环（41）和位于第一开口环（41）内的第二开口环（42），第一开口环（41）和第二开口环（42）的开口方向相反。

5.根据权利要求1所述的去耦单元，其特征在于，信号聚拢腔（521）的最高点位于天线顶面的上方，信号聚拢腔（521）的最低点位于天线底面的下方。

6.根据权利要求1所述的去耦单元，其特征在于，相邻滤波器（52）的滤波覆盖范围存在重叠。

7.根据权利要求1所述的去耦单元，其特征在于，封闭隔断环（2）内的滤波器（52）分为多个滤波器组，每个滤波器组的滤波范围不同；

具有不同滤波范围的滤波器组在封闭隔断环（2）内交替设置。

8.一种天线，其特征在于，包括如权利要求1至7中任意一项所述的去耦单元。

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