CN116093606A

CN116093606A - 偶极子阵列天线

Info

Publication number: CN116093606A
Application number: CN202310271673.XA
Authority: CN
Inventors: 赵伟
Original assignee: Shenzhen Sunway Communication Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Sunway Communication Co Ltd
Priority date: 2023-03-09
Filing date: 2023-03-09
Publication date: 2023-05-09

Abstract

本发明公开了偶极子阵列天线，包括天线单元，天线单元包括介质板，介质板内设有相连的偶极子天线和地层，介质板的顶面设有为偶极子天线馈电的馈电巴伦，介质板的底面设有反射板，反射板连接地层；介质板为包括由上至下依次相连的至少四层基板，位于下方的基板的介电常数大于位于上方的基板的介电常数。偶极子阵列天线的介质板采用至少四层基板且各层基板的介电常数由上至下依次增大，当电磁波通过基板分界面时，会发生折射现象，使得电磁波波束向下倾斜，产生向下的辐射分量，与反射板反射引起的向上反射分量相互抵消，从而抑制波束倾斜，进而修正偶极子阵列天线的波束偏转，使其波束指向端射方向，达到了提高天线水平面辐射增益的效果。

Description

偶极子阵列天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及偶极子阵列天线。

背景技术

在毫米波雷达探测、5G毫米波通信等场景下，对天线方向图提出了不偏转、一致性良好等性能要求。

偶极子天线是一种端射型天线，通常要求为天线留出净空区域，但是受限于工作空间的大小，例如在手机等消费类电子设备中，往往是没有净空区域能够留给偶极子天线的，为解决此矛盾，业内通常会在偶极子阵列天线的介质板1的底面增设反射板2(如图1所示)，然而，即便是加装了反射板，偶极子阵列天线的方向图还是存在波束偏移倾斜的现象(如图2至图5所示，其中，图2为现有的带有反射板的偶极子阵列天线在28GHZ的3D方向图，图3为现有的带有反射板的偶极子阵列天线在28GHZ的2D方向图，从图2和图3可以观察到天线最大增益在偏离y轴45度或者说偏离Z轴45度，说明偶极子阵列天线在28GHz时为倾斜波束，波束指向不在端射方向；图4为现有的带有反射板的偶极子阵列天线在39GHZ的3D方向图，图5为现有的带有反射板的偶极子阵列天线在39GHZ的2D方向图，从图4和图5可以观察到天线最大增益在偏离y轴35度或者说偏离Z轴55度，说明偶极子阵列天线在39GHz时为倾斜波束，波束指向不在端射方向)，所以必须想办法修正使其波束指向端射方向。

发明内容

本发明的主要目的是提出新型结构的偶极子阵列天线，旨在解决现有的偶极子阵列天线波束偏转的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：偶极子阵列天线，包括天线单元，所述天线单元包括介质板，所述介质板内设有相连的偶极子天线和地层，所述介质板的顶面设有为所述偶极子天线馈电的馈电巴伦，所述介质板的底面设有反射板，所述反射板连接所述地层；所述介质板为包括由上至下依次相连的至少四层基板，相邻的两层所述基板中，位于下方的所述基板的介电常数大于位于上方的所述基板的介电常数。

本发明的有益效果在于：偶极子阵列天线的介质板采用至少四层基板设计，且各层基板的介电常数由上至下依次增大，当电磁波通过基板分界面时，会发生折射现象，使得电磁波波束向下倾斜，产生向下的辐射分量，而向下的辐射分量与反射板反射引起的向上反射分量相互抵消，从而抑制波束倾斜，进而修正偶极子阵列天线的波束偏转，使其波束指向端射方向，达到了提高天线水平面辐射增益的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为现有的带有反射板的偶极子阵列天线的结构示意图；

图2为现有的带有反射板的偶极子阵列天线在28GHZ的3D方向图；

图3为现有的带有反射板的偶极子阵列天线在28GHZ的2D方向图；

图4为现有的带有反射板的偶极子阵列天线在39GHZ的3D方向图；

图5为现有的带有反射板的偶极子阵列天线在39GHZ的2D方向图；

图6为本发明实施例一的偶极子阵列天线的结构示意图；

图7为本发明实施例一的偶极子阵列天线的透视图；

图8为本发明实施例一的偶极子阵列天线中的天线单元的透视图；

图9为本发明实施例一的偶极子阵列天线在28GHZ的3D方向图；

图10为本发明实施例一的偶极子阵列天线在28GHZ的2D方向图；

图11为本发明实施例一的偶极子阵列天线在39GHZ的3D方向图；

图12为本发明实施例一的偶极子阵列天线在39GHZ的2D方向图。

附图标号说明：

1、介质板；11、第一板；12、第二板；13、第三板；14、第四板；

2、反射板；

3、馈电巴伦；31、第一枝节；32、第二枝节；33、第三枝节；

4、偶极子天线；41、偶极子单元；411、矩形枝节；412、梯形枝节；

5、地层；51、第一地枝节；52、第二地枝节；

6、接地柱；

7、焊盘；

8、馈电柱。

具体实施方式

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“和/或”为例，包括方案，或方案，或和同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在本申请中，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；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。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申请中的具体含义。

实施例一

请参照图6至图12，本发明的实施例一为：偶极子阵列天线，可应用于手机、平板电脑等终端设备中。

如图6至图8所示，偶极子阵列天线包括多个天线单元，所述天线单元包括介质板1，所述介质板1内设有相连的偶极子天线4和地层5，所述介质板1的顶面设有为所述偶极子天线4馈电的馈电巴伦3，所述介质板1的底面设有反射板2，所述反射板2连接所述地层5；所述介质板1为包括由上至下依次相连的至少四层基板，相邻的两层所述基板中，位于下方的所述基板的介电常数大于位于上方的所述基板的介电常数。

数量为多个的所述天线单元呈一排设置，本实施例中，所述天线单元的数量为四个，即本实施例的偶极子阵列天线为1X4阵列天线。

由于需要电磁波经过多次折射，以调整电磁波向下的辐射分量，所以所述介质板1中所述基板的层数不应少于四层；而出于加工成本、生产效益等多方面因素的考虑，优选所述介质板1中所述基板的数量小于或等于10，进一步优选的，所述介质板1中所述基板的数量小于或等于6，当所述介质板1中所述基板的层数为4至6层时，可同时兼顾加工制造成本和电磁波调整难度。

所述地层5与所述偶极子天线4位于同一组相邻的两层所述基板之间。本实施例中，所述介质板1具有四层所述基板，将该四层所述基板由上至下依次命名为第一板11、第二板12、第三板13及第四板14，所述馈电巴伦3设于所述第一板11的顶面，所述反射板2设于所述第四板14的底面，所述反射板2可以是设于所述第四板14的底面的铜箔层，所述地层5和所述偶极子天线4均设于所述第一板11与所述第二板12之间。

具体来说，所述地层5整体呈凹字型，所述地层5包括第一地枝节51和两个第二地枝节52，所述第一地枝节51的两端分别连接有所述第二地枝节52，所述偶极子天线4位于两个所述第二地枝节52之间。呈凹字型的所述地层5为半包围结构，可以有效地提高相邻的两个所述天线单元之间的隔离度，利于改善天线的性能。

更具体的，所述偶极子天线4包括镜像设置的两个偶极子单元41，所述偶极子单元41包括相连的矩形枝节411和梯形枝节412，所述矩形枝节411远离所述梯形枝节412的一端连接所述第一地枝节51，所述梯形枝节412位于所述矩形枝节411远离另一所述偶极子单元41的一侧，所述矩形枝节411的长度方向与所述第二地枝节52的长度方向一致。优选的，所述第二地枝节52远离所述第一地枝节51的一端的端部与所述第一地枝节51之间的距离小于或等于所述梯形枝节412与所述第一地枝节51之间的距离，也就是说，所述第二地枝节52的延伸长度不宜过长，以免影响偶极子阵列天线的性能表现。

所述馈电巴伦3包括依次相连的第一枝节31、第二枝节32及第三枝节33、所述第一枝节31与所述第三枝节33平行。沿所述介质板1的厚度方向透视所述偶极子阵列天线，所述第二枝节32横亘在所述偶极子天线4的两个所述矩形枝节411的上方，且所述第二枝节32的长度方向与所述矩形枝节411的宽度方向一致。

所述介质板1内设有连接所述馈电巴伦3的馈电柱8，所述馈电柱8连接所述第一枝节31远离所述第二枝节32的一端，所述地层5及所述反射板2上分别设有用于避空所述馈电柱8的避空区，因所述避空区的存在，所述馈电柱8不会与所述地层5及所述反射板2导通。

所述介质板1内设有接地柱6，所述接地柱6连接所述地层5与所述反射板2，所述馈电柱8的两侧分别设有所述接地柱6，如此可以减少所述馈电柱8的信号泄露以及外界信号对于馈电柱8信号传输的干扰。为进一步改善所述馈电柱8的信号泄露以及外界信号对于馈电柱8信号传输的干扰，本实施例中，所述介质板1的顶面设有焊盘7，所述接地柱6连接所述焊盘7。

本实施例中，所述第一板11的介电常数为2.65，厚度为0.2mm，所述第二板12的介电常数为3.55，厚度为0.3mm，所述第三板13的介电常数为6.4，厚度为0.3mm，所述第四板14的介电常数为10，厚度为0.9mm；

图9为本实施例的偶极子阵列天线在28GHZ的3D方向图，图10为本实施例的偶极子阵列天线在28GHZ的2D方向图，从图9和图10可以观察到偶极子阵列天线的最大增益在y轴方向上，波束无偏转，说明偶极子阵列天线在28GHz时已经修正成端射波束；图11为本实施例的偶极子阵列天线在39GHZ的3D方向图，图12为本实施例的偶极子阵列天线在39GHZ的2D方向图，从图11和图12可以观察到偶极子阵列天线的最大增益在y轴方向上，波束无偏转，说明偶极子阵列天线在39GHz时已经修正成端射波束。

上述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.偶极子阵列天线，其特征在于：包括天线单元，所述天线单元包括介质板，所述介质板内设有相连的偶极子天线和地层，所述介质板的顶面设有为所述偶极子天线馈电的馈电巴伦，所述介质板的底面设有反射板，所述反射板连接所述地层；所述介质板为包括由上至下依次相连的至少四层基板，相邻的两层所述基板中，位于下方的所述基板的介电常数大于位于上方的所述基板的介电常数。

2.根据权利要求1所述的偶极子阵列天线，其特征在于：所述地层与所述偶极子天线位于同一组相邻的两层所述基板之间。

3.根据权利要求2所述的偶极子阵列天线，其特征在于：所述地层整体呈凹字型，所述地层包括第一地枝节和两个第二地枝节，所述第一地枝节的两端分别连接有所述第二地枝节，所述偶极子天线位于两个所述第二地枝节之间。

4.根据权利要求3所述的偶极子阵列天线，其特征在于：所述偶极子天线包括镜像设置的两个偶极子单元，所述偶极子单元包括相连的矩形枝节和梯形枝节，所述矩形枝节远离所述梯形枝节的一端连接所述第一地枝节，所述梯形枝节位于所述矩形枝节远离另一所述偶极子单元的一侧。

5.根据权利要求1所述的偶极子阵列天线，其特征在于：所述馈电巴伦包括依次相连的第一枝节、第二枝节及第三枝节、所述第一枝节与所述第三枝节平行。

6.根据权利要求1所述的偶极子阵列天线，其特征在于：所述介质板内设有连接所述馈电巴伦的馈电柱，所述地层及所述反射板上分别设有用于避空所述馈电柱的避空区。

7.根据权利要求6所述的偶极子阵列天线，其特征在于：所述介质板内设有接地柱，所述接地柱连接所述地层与所述反射板，所述馈电柱的两侧分别设有所述接地柱。

8.根据权利要求7所述的偶极子阵列天线，其特征在于：所述介质板的顶面设有焊盘，所述接地柱连接所述焊盘。

9.根据权利要求1所述的偶极子阵列天线，其特征在于：所述基板的数量小于或等于10。

10.根据权利要求9所述的偶极子阵列天线，其特征在于：所述基板的数量小于或等于6。