CN115732906A - 天线振子及天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及通信技术领域，公开了一种天线振子及天线阵列，其中的天线振子包括底板、介质基板、非导电支架和寄生贴片，介质基板层叠设在底板上，且介质基板上设置有辐射贴片和馈电网络，馈电网络与辐射贴片电性连接；非导电支架设置在介质基板远离底板的一侧、并可拆卸地连接介质基板和底板；寄生贴片设置在非导电支架上，且寄生贴片与辐射贴片间隔设置。本发明实施例提供的天线振子及天线阵列，能够减少天线零部件，降低天线制造成本，且天线装配简单，产品性能一致性高，便于实现批量生产。

Description

天线振子及天线阵列

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种天线振子及天线阵列。

背景技术

随着5G(5th Generation Mobile Communication Technology,第五代移动通信技术)通信时代的到来，Massive MIMO(Massive Multiple-Input Multiple-Output，大规模多输入多输出技术)天线技术成为5G通信速率和容量提升的关键。5G天线的显著特征一方面是天线振子数目较4G(4th Generation Mobile Communication Technology,第四代移动通信技术)天线成倍增加，另一方面是需要跟射频处理单元(RRU，Remote Radio Unit)集成组合在一体；这就需要天线具有小型化、低剖面、集成一体化、轻量化的特征，同时在生产时需要具备易于安装，整机的一致性好的特点。

5G大规模阵列天线一般由辐射单元、馈电结构、功分馈电网络、隔离条这几部分构成。目前通用的设计方案有两种：模组一体化方案或者单支架方案，其中模组一体化方案是将辐射单元，馈电结构和馈电网络用注塑的方案做成一体，表面用电镀或者化学镀的办法将导电部分做出来，由于该方案对注塑一体化要求较高，经常出现由于工艺一致性不好导致产品性能一致性差的问题，需要后期进行大量的调试工作；现有单支架方案中的辐射单元设计通常以金属工艺振子和PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)振子为主，其结构设计复杂，零部件多，需组装焊接且加工成型工序多，装配复杂且产品性能一致性差，材料及生产制造成本较高。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提出一种天线振子及天线阵列，能够减少天线零部件，降低天线制造成本，且天线装配简单，产品性能一致性高，便于实现批量生产。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种天线振子，包括：

底板；

介质基板，层叠设在所述底板上，所述介质基板上设置有辐射贴片和馈电网络，所述馈电网络与所述辐射贴片电性连接；

非导电支架，设置在所述介质基板远离所述底板的一侧、并可拆卸地连接所述介质基板和所述底板；

寄生贴片，设置在所述非导电支架上，所述寄生贴片与所述辐射贴片间隔设置。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种天线阵列，包括：

多个上述的天线振子，所述多个天线振子呈阵列设置，且多个所述天线振子的所述底板为一体结构。

本发明提出的一种天线振子及天线阵列，将辐射单元分为两部分，一部分为介质基板，介质基板上设置有辐射贴片和馈电网络，辐射贴片和馈电网络同时设置在介质基板上，可以实现辐射贴片的同层馈电，相比于在两个不同的分层上分别设置辐射贴片和馈电网络，这样能够减少天线零部件。辐射单元的另一部分为寄生贴片，与介质基板上的辐射贴片耦合形成辐射单元，两个部分之间通过非导电支架连接固定，实现天线振子的一体化，代替传统的天线振子和功分网络焊接的方式，在减少天线零部件的同时，能够降低天线制造成本，且天线装配简单，产品性能一致性高避开了调试环节，便于实现批量生产。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的天线振子的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的天线振子的另一种结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的非导电支架上设置有两层寄生贴片时的结构示意图；

图4是根据本发明实施例提供的非导电支架上设置有三层寄生贴片时的结构示意图；

图5是根据本发明实施例提供的八单元形式的天线振子的结构示意图；

图6是根据本发明实施例提供的四单元形式的天线振子的结构示意图；

图7是根据本发明实施例提供的天线阵列的结构示意图；

图8是根据本发明实施例提供的天线阵列的另一种结构示意图；

图9是根据本发明实施例提供的具有多层寄生贴片的天线阵列的立体结构示意图；

图10是根据本发明实施例提供的具有多层寄生贴片的天线阵列的俯视结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本发明实施例涉及一种天线振子，如图1所示，该天线振子包括底板10、介质基板20、非导电支架30和寄生贴片40，介质基板20层叠设在底板10上，同时介质基板20上设置有辐射贴片(图中未示出)和馈电网络(图中未示出)，馈电网络与辐射贴片电性连接；非导电支架30设置在介质基板20远离底板10的一侧、并可拆卸地连接介质基板20和底板10；寄生贴片40设置在非导电支架30上，且寄生贴片40与辐射贴片间隔设置。

本发明实施例提供的天线振子，将辐射单元分为两部分，一部分为介质基板20，介质基板20上设置有辐射贴片和馈电网络，辐射贴片和馈电网络同时设置在介质基板20上，可以实现辐射贴片的同层馈电，相比于在两个不同的分层上分别设置辐射贴片和馈电网络，这样能够减少天线零部件。辐射单元的另一部分为寄生贴片40，与介质基板20上的辐射贴片耦合形成辐射单元，两个部分之间通过非导电支架30连接固定，实现天线振子的一体化，代替传统的天线振子和功分网络焊接的方式，在减少天线零部件的同时，能够降低天线制造成本，且天线装配简单，产品性能一致性高避开了调试环节，便于实现批量生产。

其中，底板10位于天线振子的最底层，可以反射辐射贴片的信号，从而抑制天线的后向辐射(即朝向底板10方向的辐射)。此处的介质基板20可以采用PCB基板或者由塑料注塑成型的塑料基板替代，馈电网络采用微带线形式或者共面波导形式。在介质基板20采用PCB基板时，则馈电网络和辐射贴片可以统一刻蚀在PCB基板表面而实现一体化结构；在介质基板20采用注塑技术加工的塑料基板时，馈电网络和辐射贴片可以通过镭雕或者电化镀工艺附着在塑料基板表面，或者也可以由冲压工艺实现平面一体化结构，又或者利用模内注塑或热熔等形式附着在塑料基板表面。

另外，此处的寄生贴片40与介质基板20上的辐射贴片间隔设置，并固定在非导电支架30上，与介质基板20上的辐射贴片形成一个整体。寄生贴片40与底板10均为金属材质，在增加寄生贴片40后，电磁波会在辐射贴片、寄生贴片40以及底板10之间经历多次辐射和反射后，在所需要的方向上相互叠加，而在反方向上相互抵消，这样，增加的寄生贴片40起到引向器的作用，能够引导电磁波进行定向辐射，从而有效提高天线的增益。并且在提高天线增益的同时，天线尺寸并没有明显增加，因为寄生贴片40主要分布在天线振子的高度方向上(即垂直于底板10的方向上)。

而通过非导电支架30可以将底板10、介质基板20和寄生贴片40连接形成一个整体，非导电支架30与底板10、介质基板20之间的可拆卸形式的连接结构有多种，包括但不限于常见的紧固件形式的连接结构，以及卡合形式的连接结构。

在一种可能的实施方式中，如图1所示，可以采用螺钉50作为紧固件对底板10、介质基板20和寄生贴片40进行固定以形成一个整体，即该天线振子还包括至少一个紧固件，每个紧固件依次穿过寄生贴片40、非导电支架30、介质基板20并与底板10连接。具体地，底板10上设置有至少一个压铆螺柱11，同时在介质基板20、非导电支架30以及寄生贴片40上均设置有与压铆螺柱11对应的过钉孔51，可以将螺钉50依次穿过寄生贴片40、非导电支架30、介质基板20上的过钉孔51并旋紧在压铆螺柱11上，从而对底板10、介质基板20和寄生贴片40进行固定以形成一个整体。这样，可以方便对天线振子进行安装和拆卸，只需将螺钉50旋紧在底板10的压铆螺柱11上或者从底板10的压铆螺柱11上拆下即可，简化了天线振子的装配难度，并且灵活度高便于在天线振子上集成更多的辐射单元。

而在另一种可能的实施方式中，可以采用卡合形式的结构将底板10、介质基板20和寄生贴片40连接在一起以形成一个整体。如图2所示，非导电支架30上设置有至少一个卡合部31，介质基板20上设置有与至少一个卡合部31一一对应的让位孔21，底板10上设置有与至少一个卡合部31一一对应的卡合孔12，非导电支架30经由穿过对应的让位孔21、并卡合在对应的卡合孔12内的至少一个卡合部31固定在底板10上。这同样能够简化天线振子的装配难度，只需在装配天线振子时，按压非导电支架30，使非导电支架30上的卡合部31能够卡合在底板10对应的卡合孔12上即可。

其中，在非导电支架30采用卡合形式的连接结构固定在底板10上时，寄生贴片40可以采用紧固件固定在非导电支架30上，或者与非导电支架30采用一体成型结构。如图2所示，当寄生贴片40与非导电支架30采用一体成型结构时，可以在非导电支架30上设置多个支撑柱32，并在寄生贴片40上设置与每个支撑柱32相互配合的过孔41，寄生贴片40可以经由过孔41套设在非导电支架30的多个支撑柱32上。这样，当寄生贴片40与非导电支架30采用一体成型结构时，可以保证寄生贴片40在非导电支架30上的稳定性，确保寄生贴片40与非导电支架30之间的连接强度。而寄生贴片40可以采用模内注塑或者热熔与非导电支架30一体成型，相应地，此处非导电支架30的材质可以为塑胶类绝缘材料。

同时，非导电支架30上设置的寄生贴片40可以不止一个，而此处的不止一个可以为在平行于介质基板20上的方向上不止一个，也可以为在垂直于介质基板20的方向上不止一个，例如当介质基板20上的辐射贴片有多个时，非导电支架30上沿平行于介质基板20的方向上设置的寄生贴片40也可以有多个，或者在非导电支架30上设置多个寄生贴片40与介质基板20上的同一个辐射贴片进行耦合。在一种可能的实施方式中，非导电支架30上设置的寄生贴片40可以有多层，每层寄生贴片40均正对介质基板20上的辐射贴片设置(即图3和图4中所示多层寄生贴片40均分布在同一方向上)，这样的多层寄生贴片40可以起到较好的引向作用，从而改善天线的方向性和增益，并且每层寄生贴片40均能与介质基板20上的辐射贴片耦合，与辐射贴片一起构成了多个谐振回路，从而可以通过调整各层寄生贴片40的尺寸，使各谐振回路的谐振频率向辐射贴片的谐振频率靠近，以增加天线的阻抗带宽。例如，图3示出了非导电支架30上设置有两层寄生贴片40时的装配结构，位于图3中下方的一层寄生贴片40套设在非导电支架30下方一侧的四个支撑柱32上，并且该层寄生贴片40设置有通孔42以供非导电支架30的卡合部31穿过，位于图3中上方的一层寄生贴片40套设在非导电支架30上方一侧的四个支撑柱32上，该层寄生贴片40上可以不设置通孔42。图4则示出了非导电支架30上设置有三层寄生贴片40时的装配结构，位于图4中最下方的一层寄生贴片40套设在非导电支架30下方一侧的四个支撑柱32上，并且该层寄生贴片40设置有通孔42以供非导电支架30的卡合部31穿过，位于图4中中间和最上方的两层寄生贴片40均套设在非导电支架30上方一侧的四个支撑柱32上，其中，为了方便图4中非导电支架30上方一侧的两层寄生贴片40的装配，可以增加非导电支架30上方一侧的其中两个支撑柱32的长度，而在图4中位于最上方一侧的一层寄生贴片40上仅设置两个过孔41，这样，非导电支架30上方一侧的另外两个支撑柱32会挡住该层寄生贴片40下滑，方便将这两层寄生贴片40间隔设置在非导电支架30上。

另外，为了实现天线的小型化，还可以改变非导电支架30上设置的寄生贴片40的表面结构，以改变寄生贴片40表面电流的路径，增加天线等效长度，例如可以在非导电支架30的每个寄生贴片40上设置通孔42和/或在非导电支架30的每个寄生贴片40的外缘设置缺口43(图4所示)，这样可以在不改变天线低频零点的情况下，减小寄生贴片40辐射口径，使天线在宽频带内实现小型化。此处在改变寄生贴片40的表面结构后，不对寄生贴片40的形状进行限定，例如非导电支架30上的每个寄生贴片40可以为方形、圆形或者其他异形结构。

这样的寄生贴片40不仅能够以多层的形式设置在非导电支架30上，还能够以阵列的形式设置在非导电支架30上。在天线振子基于注塑形式实现一体化成型后，可以根据实现辐射单元的分布实现扩容集成，包括但不限于一拖三(即三个辐射单元)，一拖十二(即十二个辐射单元)，一拖二十四(即二十四个辐射单元)，一拖四十八(即四十八个辐射单元)等集成形式。而寄生贴片40依据介质基板20上多个辐射贴片的布置形式，可以采用直线型阵列或者矩形阵列进行设置。

在一种可能的实施方式中，如图5所示，介质基板20呈条状，介质基板20上的辐射贴片有多个，且多个辐射贴片沿平行于介质基板20长度方向的第一方向S间隔设置，这样，介质基板20上的多个辐射贴片呈现为直线型排布。基于介质基板20上的多个辐射贴片的直线型排布形式，非导电支架30上的寄生贴片40可以采用相同的直线型阵列设置形式。具体地，非导电支架30可以包括沿第一方向S设置的多个第一支撑部33，多个第一支撑部33与多个辐射贴片一一对应，非导电支架30上设置有多个寄生贴片40，每个第一支撑部33均连接有正对对应的所述辐射贴片设置的至少一个寄生贴片40。例如，图1示出了具有四个以直线型阵列进行排布的辐射单元的天线振子结构，如图1所示，非导电支架30上设置有四个寄生贴片40，可以形成具有四单元形式的天线振子。图2则示出了具有二单元形式的天线振子结构，图5则示出了具有八单元形式的天线振子结构。

在另一种可能的实施方式中，如图6所示，介质基板20呈矩形，介质基板20上的辐射贴片呈矩阵设置在介质基板20上。这样，基于介质基板20上的多个辐射贴片的矩阵排布形式，非导电支架30上的寄生贴片40可以采用相同的矩阵设置形式。具体地，非导电支架30可以包括呈矩阵设置的多个第二支撑部34，多个第二支撑部34与多个辐射贴片一一对应，非导电支架30上设置有多个寄生贴片40，每个第二支撑部34均连接有正对对应的辐射贴片设置的至少一个寄生贴片40。图6所示的非导电支架30上设置有四个寄生贴片40，可以形成四单元形式的天线振子。

本发明实施例还提供了一种天线阵列，包括多个上述实施例中的天线振子，多个天线振子呈阵列设置，且多个天线振子的底板10、介质基板20为一体结构。此处的天线振子可以为多个以独立单元(即单个辐射单元)形式出现的天线振子集成，也可以为多个以直线型阵列形式出现的天线振子集成，或者可以为以矩阵形式出现的天线振子集成。例如，图7示出了由图5中的八单元形式的天线振子集成的天线阵列结构，图8示出了由图6中的四单元形式的天线振子集成的天线阵列结构，而图9和图10则分别示出了每个天线振子上具有两层以上寄生贴片40时天线阵列的立体结构和俯视结构。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种天线振子，其特征在于，包括：

底板；

介质基板，层叠设在所述底板上，所述介质基板上设置有辐射贴片和馈电网络，所述馈电网络与所述辐射贴片电性连接；

非导电支架，设置在所述介质基板远离所述底板的一侧、并可拆卸地连接所述介质基板和所述底板；

寄生贴片，设置在所述非导电支架上，所述寄生贴片与所述辐射贴片间隔设置。

2.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于：

还包括至少一个紧固件，每个所述紧固件依次穿过所述寄生贴片、所述非导电支架、所述介质基板并与所述底板连接。

3.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于：

所述非导电支架上设置有至少一个卡合部，所述介质基板上设置有与所述至少一个卡合部一一对应的让位孔，所述底板上设置有与所述至少一个卡合部一一对应的卡合孔，所述非导电支架经由穿过对应的所述让位孔、并卡合在对应的所述卡合孔内的所述至少一个卡合部固定在所述底板上。

4.根据权利要求3所述的天线振子，其特征在于：

所述非导电支架包括多个支撑柱，所述寄生贴片设置有与每个所述支撑柱相互配合的过孔，所述寄生贴片经由所述过孔套设在多个所述支撑柱上。

5.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于：

所述非导电支架采用塑胶材质制成，且所述寄生贴片采用模内注塑或热熔与所述非导电支架一体成型。

6.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于：

所述寄生贴片有多层，每层所述寄生贴片均正对所述辐射贴片设置。

7.根据权利要求1所述的天线振子，其特征在于：

所述寄生贴片设置有通孔和/或所述寄生贴片的外缘设置有缺口。

8.根据权利要求1至7任一项所述的天线振子，其特征在于：

所述介质基板呈条状，所述介质基板上的所述辐射贴片有多个，且所述多个辐射贴片沿平行于所述介质基板长度方向的第一方向间隔设置。

9.根据权利要求8所述的天线振子，其特征在于：

所述非导电支架包括沿所述第一方向设置的多个第一支撑部，所述多个第一支撑部与所述多个辐射贴片一一对应，所述非导电支架上设置有多个所述寄生贴片，每个所述第一支撑部均连接有正对对应的所述辐射贴片设置的至少一个所述寄生贴片。

10.根据权利要求1至7任一项所述的天线振子，其特征在于：

所述介质基板呈矩形，所述介质基板上的所述辐射贴片有多个，且所述多个辐射贴片呈矩阵设置在所述介质基板上。

11.根据权利要求10所述的天线振子，其特征在于：

所述非导电支架包括呈矩阵设置的多个第二支撑部，所述多个第二支撑部与所述多个辐射贴片一一对应，所述非导电支架上设置有多个所述寄生贴片，每个所述第二支撑部均连接有正对对应的所述辐射贴片设置的至少一个所述寄生贴片。

12.一种天线阵列，其特征在于，包括：

多个权利要求1至11任一项所述的天线振子，多个所述天线振子呈阵列设置，且多个所述天线振子的所述底板、所述介质基板为一体结构。

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