CN116826397A - 阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种阵列天线，包括金属中框、印制电路板PCB、寄生片组件，其中，金属中框用于为阵列天线提供结构支撑，金属中框的一侧与寄生片组件固定连接，金属中框的另一侧与PCB板固定连接；PCB板用于连接固定阵列天线的天线元件，多个天线元件固定连接于同一块PCB板的两侧；寄生片组件包括多个呈阵列分布的寄生片。通过本发明，解决了相关技术中5G阵列天线结构复杂，难以在实现天线轻量化的同时保证天线性能指标的问题，达到了实现天线轻量化的同时保证天线性能指标的效果。
Description
技术领域
本发明实施例涉及基站天线领域，具体而言，涉及一种阵列天线。
背景技术
随着5G大规模天线阵列的快速发展，天线的需求量也随之快速增长，低成本、高性能及小型化的产品一直是不变的主旋律。
现有的5G阵列天线通常采用基于反射板的结构形式，通常包括辐射单元、功分器馈电网络、反射板、转接印制电路板（Printed Circuit Board，PCB），功分器馈电网络和转接PCB板分别设置在反射板的上方和下方。该结构形式有以下缺陷：功分器馈电网络与转接PCB板分别形成于两个PCB板上，然后采用螺钉或铆钉等连接件将功分馈电网络的PCB板、转接PCB板及金属反射板三者拼装组合。然而，在工程实践中，功分器馈电网络和转接PCB板之间需通过PIN针连接来传输信号，PIN针连接两端需焊接，容易爬锡、堆锡、虚焊等，导致天线性能异常，对焊接有较高的要求，直通率会有所下降，生产成本偏高，产能较低。此外，该方案需增加转接的PCB板和PIN针，物料成本也会相应的增加。
相关技术中，如何简化5G阵列天线的结构，实现天线轻量化并保证天线性能指标，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种阵列天线，以至少解决相关技术中5G阵列天线结构复杂，难以在实现天线轻量化的同时保证天线性能指标的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种阵列天线，包括：金属中框、印制电路板PCB、寄生片组件，其中，所述金属中框用于为所述阵列天线提供结构支撑，所述金属中框的一侧与所述寄生片组件固定连接，所述金属中框的另一侧与所述PCB板固定连接；所述PCB板用于连接固定所述阵列天线的天线元件，多个所述天线元件固定连接于同一块所述PCB板的两侧；所述寄生片组件包括多个呈阵列分布的寄生片。
通过本发明，提供了一种阵列天线，包括金属中框、印制电路板PCB、寄生片组件，其中，金属中框用于为阵列天线提供结构支撑，金属中框的一侧与寄生片组件固定连接，金属中框的另一侧与PCB板固定连接；PCB板用于连接固定阵列天线的天线元件，多个天线元件固定连接于同一块PCB板的两侧；寄生片组件包括多个呈阵列分布的寄生片。通过本发明，解决了相关技术中5G阵列天线结构复杂，难以在实现天线轻量化的同时保证天线性能指标的问题，达到了实现天线轻量化的同时保证天线性能指标的效果。
附图说明
图1是根据本发明场景实施例的阵列天线的结构装配图；
图2是根据本发明场景实施例的阵列天线的结构示意图；
图3是根据本发明场景实施例的PCB板的一面示意图；
图4是根据本发明场景实施例的PCB板的另一面示意图；
图5是根据本发明场景实施例的寄生片组件的结构示意图；
图6是根据本发明场景实施例的寄生片的结构示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的实施例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
现有的5G天线单元有以下缺陷：（1）通常采用金属压铸、钣金或PCB振子，天线单元与馈电网络之间通常直接焊接或通过同轴电缆焊接连接，不仅装配复杂，生产成本较高，还会具有较多焊点，同样难以满足低插损、低互调和高一致性的指标要求。（2）通常为偶极子形式，根据镜像原理，偶极子需要放置在距离反射板的λ/4的高度才能保证其电流的一致性，从而获得良好的性能，其中λ为中心工作频率的介质波长。目前这种剖面高度的天线会使得基站的应用空间更加紧张，不符合基站天线小型化和低剖面的发展趋势。（3）基于以上（1）、（2）两个问题缺陷，为了实现低剖面，辐射单元往往采用贴片形式，但贴片天线为了实现较好的谐振，口径较大，也不能像偶极子天线那样灵活优化口径大小，因此在5G组阵,贴片单元之间无可避免地发生耦合和相互干扰，例如电磁能量耦合使驻波、隔离变坏,而散射波的叠加使方向图发生畸变。
基于以上内容，既能简化5G天线阵列的结构，降低天线的剖面高度，实现天线轻量化，又能保证天线性能指标，成为了本领域技术人员需要解决的问题。
本发明实施例提供了一种阵列天线，包括：金属中框、印制电路板PCB、寄生片组件，其中，金属中框用于为阵列天线提供结构支撑，金属中框的一侧与寄生片组件固定连接，金属中框的另一侧与PCB板固定连接；PCB板用于连接固定阵列天线的天线元件，多个天线元件固定连接于同一块PCB板的两侧；寄生片组件包括多个呈阵列分布的寄生片。
在实际实施过程中，金属中框作为天线整体的结构支撑件，具有结构支撑和连接作用，连接PCB板和寄生片组件。金属中框是金属框格结构，其中，金属中框可以是一个整体的大金属框格，即金属中框的中间可以是完整镂空的。金属中框也可以包括多个很小的金属框格，即金属中框的多个小金属框格的中间是镂空的。
在一个示例性实施例中，寄生片组件的数量为多个，多个寄生片组件呈阵列分布于金属中框。
在实际实施过程中，金属中框的面积可以大于寄生片组件，以使得金属中框可以连接多个寄生片组件。
在一个示例性实施例中，天线元件至少包括：贴片辐射单元、馈电网络、连接器、过滤器；PCB板与金属中框连接的一侧设置有贴片辐射单元和馈电网络，PCB板的另一侧设置有连接器和过滤器。
在实际实施过程中，PCB板一侧设有贴片辐射单元和馈电网络，另一侧设有连接器、滤波器等天线元件，其中，上述天线元件的具体连接关系均可以根据本领域的相关技术常识和实际应用进行设置，这里不再展开赘述。若干贴片辐射单元、馈电网络、连接器、滤波器共用一个PCB板，再通过金属中框集中固定寄生片组件和PCB板，能够实现天线结构简化，减少了零部件的数量，有利于实现自动化生产。在实际实施过程中，滤波器可以包括低通滤波器和介质滤波器。
在一个示例性实施例中，PCB板的两侧通过金属化孔连接。
在实际实施过程中，PCB板的两侧可以通过金属化孔（Plating Through Hole，PTH）连接，生产无需装配焊接，且PCB工艺较为成熟，一致性较高，大大提升直通率，有效降低生产成本和提升产能。
在一个示例性实施例中，贴片辐射单元一一对应地设置于寄生片的下方。
在实际实施过程中，金属中框的一侧设置有PCB板，贴片辐射单元设置于PCB板与金属中框连接的一侧，寄生片连接于金属中框的另一侧，寄生片与贴片辐射单元的空间位置关系是上下一一对应的。
在一个示例性实施例中，寄生片组件还包括具有弹性形变的固定支架，寄生片组件通过固定支架与金属中框固定连接。
在实际实施过程中，具有弹性形变的固定支架可以是塑料支架，寄生片组件通过塑料支架与金属中框固定连接。
在一个示例性实施例中，固定支架为中部镂空结构，固定支架的边框上还设置有固定卡夹，寄生片通过固定卡夹固定于固定支架。
在实际实施过程中，金属中框设置的镂空以及固定支架的镂空部分是针对寄生片设置的，目的是为了避免在空间上将寄生片和贴片辐射单元隔离，使得寄生片与贴片辐射单元可以对应工作。
在一个示例性实施例中，PCB板通过螺钉与金属中框固定连接，PCB板与金属中框的连接处接地。
在实际实施过程中，PCB板可以通过螺钉固定在金属中框上，其接触的地方可以采用PCB亮铜接地。
在一个示例性实施例中，寄生片采用超表面结构。
在一个示例性实施例中，寄生片包括介质基板和贴片，多个贴片呈阵列分布于介质基板。
在实际实施过程中，寄生片采用超表面结构，利用超表面的特殊电磁特性，实现多模谐振，增加阻抗带宽，抵消掉了因单元之间耦合导致的阻抗失配,一定程度上减小了驻波,提高了隔离和天线增益。
为了使得本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体的场景实施例进行阐述。
场景实施例一
本发明场景实施例提供一种大规模阵列天线，包括金属中框、寄生片组件、PCB板。其中，金属中框为结构支撑及连接作用，连接PCB板和寄生片组件，同时为天线整体的结构支撑件；PCB板一侧设有贴片辐射单元和馈电网络，另一侧设有连接器、滤波器等；寄生片组件包含寄生片和寄生片塑料支架，寄生片通过寄生片塑料支架安装固定在贴片辐射单元上方。若干贴片辐射单元、馈电网络、连接器、滤波器共用一个PCB板，再通过金属中框集中固定寄生片组件和PCB板，能够实现天线结构简化，减少了零部件的数量，有利于实现自动化生产。本发明场景实施例中的寄生片采用超表面结构，利用超表面的特殊电磁特性，实现多模谐振，增加阻抗带宽，抵消掉了因单元之间耦合导致的阻抗失配，一定程度上减小了驻波,提高了隔离和天线增益。
图1是根据本发明场景实施例的阵列天线的结构装配图，如图1所示，阵列天线包括寄生片组件100、金属中框200、PCB板300。金属中框200为结构支撑及连接作用，连接PCB板300和寄生片组件100，同时为天线整体的结构支撑件。图2是根据本发明场景实施例的阵列天线的结构示意图，如图2所示，金属中框200的结构中间留出很多空缺用于放置寄生片组件100中的寄生片101。在实际实施过程中，金属中框200的空缺可以是一块整体空缺，对应的寄生片组件100的面积也要是整体一块。如果金属中框200的空缺不是整体的空缺，而是如图2所示的多个小面积空缺，对应的寄生片组件100的面积与小面积空缺的面积也是相等的，以便于固定。
图3是根据本发明场景实施例的PCB板的一面示意图，如图3所示，PCB板300为双面板，图3所示的一侧为top层，设有若干贴片辐射单元301和馈电网络302。图4是根据本发明场景实施例的PCB板的另一面示意图，如图4所示，PCB板300的另一侧为Bottom层，设有若干连接器311、低通滤波器312、介质滤波器313、转接线314。上述贴片辐射单元301、馈电网络302、连接器311、低通滤波器312、介质滤波器313、转接线314的具体连接关系或连接方式根据本领域的常规技术和实际需求进行连接即可，这里不再展开描述。
在本发明实施例中，PCB板300的top层和Bottom层信号通过PTH孔连接，生产无需装配焊接，且PCB工艺较为成熟，一致性较高，大大提升直通率，有效降低生产成本和提升产能。PCB板300可通过螺钉来固定在金属中框200上，接触地方采用PCB亮铜接地。
图5是根据本发明场景实施例的寄生片组件的结构示意图，如图5所示，寄生片组件包含寄生片101和塑料支架102，所述寄生片101通过塑料支架102安装固定在贴片辐射单元上方。塑料支架102上设有固定卡夹103，用于固定寄生片101。
本发明实施例提供的大规模阵列天线，区别于代替传统的天线阵列形式中将馈电网络、连接器及滤波器分别形成于两个PCB板上，然后采用螺钉等连接件将馈电功网络的PCB板、连接器及滤波器的PCB板和金属反射板三者拼装组合，此外，若干寄生片往往采用独立的塑料结构件设置于若干辐射单元正上方。本发明实施例中是将若干辐射单元、馈电网络、连接器、滤波器共用一个PCB板，再通过金属中框200集中固定寄生片组件100和PCB板300，从而能够实现天线结构简化，减少了零部件的数量，有利于实现自动化生产。
在本发明实施例中，寄生片101采用超表面结构，利用超表面的特殊电磁特性，实现多模谐振，增加阻抗带宽，抵消掉了因单元之间耦合导致的阻抗失配,一定程度上减小了驻波,提高了隔离和天线增益。
图6是根据本发明场景实施例的寄生片的结构示意图，如图6所示，寄生片101包括介质基板110和贴片111，贴片111呈阵列分布印制于介质基板110上。
如图6所示，寄生片101结构为方形，由3*3个相同的方形贴片111呈阵列排布，每个所述方形贴片111边长a为0.1~0.2λ，方形贴片之间的间距m为0.02~0.04λ，介质基板110宽度W为0.55~0.65λ，其中λ为中心工作频率的介质波长。采用超表面的寄生片101，加载在天线辐射单元的上方，高度为0.03~0.06λ0，其中，λ0为中心工作频率的自由空间波长，通过上述实施例超表面寄生片，不仅提高了天线的隔离和增益，而且具有低剖面。
在实际实施过程中，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，例如寄生片101的超表面结构不限于3*3的相同方形贴片形式，还可以为n*n的相同或不同方形贴片、圆形型贴片，菱形贴片、三角形贴片等其他衍生形式，这些改进也应视为本发明的保护范围，这里不再做具体说明。
综上，本发明实施例提供了一种阵列天线，加载有超表面的大规模阵列天线包括：金属中框、寄生片组件、PCB板。其中，所述若干辐射单元、馈电网络、连接器、滤波器共用一个PCB板，再通过金属中框集中固定所述寄生片组件和所述PCB板，从而能够实现天线结构简化，减少了零部件的数量，有利于实现自动化生产，另一方面：本发明的寄生片采用超表面结构，利用超表面的特殊电磁特性，实现多模谐振，增加阻抗带宽，抵消掉了因单元之间耦合导致的阻抗失配,一定程度上减小了驻波,提高了隔离和天线增益。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种阵列天线，其特征在于，包括：金属中框、印制电路板PCB、寄生片组件，其中，
所述金属中框用于为所述阵列天线提供结构支撑，所述金属中框的一侧与所述寄生片组件固定连接，所述金属中框的另一侧与所述PCB板固定连接；
所述PCB板用于连接固定所述阵列天线的天线元件，多个所述天线元件固定连接于同一块所述PCB板的两侧；
所述寄生片组件包括多个呈阵列分布的寄生片。
2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，其中，所述寄生片组件的数量为多个，多个所述寄生片组件呈阵列分布于所述金属中框。
3.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，其中，所述天线元件至少包括：贴片辐射单元、馈电网络、连接器、过滤器；
所述PCB板与所述金属中框连接的一侧设置有所述贴片辐射单元和所述馈电网络，所述PCB板的另一侧设置有所述连接器和所述过滤器。
4.根据权利要求3所述的阵列天线，其特征在于，其中，所述PCB板的两侧通过金属化孔连接。
5.根据权利要求3所述的阵列天线，其特征在于，其中，所述贴片辐射单元一一对应地设置于所述寄生片的下方。
6.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，其中，所述寄生片组件还包括具有弹性形变的固定支架，所述寄生片组件通过所述固定支架与所述金属中框固定连接。
7.根据权利要求6所述的阵列天线，其特征在于，其中，所述固定支架为中部镂空结构，所述固定支架的边框上还设置有固定卡夹，所述寄生片通过所述固定卡夹固定于所述固定支架。
8.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，其中，所述PCB板通过螺钉与所述金属中框固定连接，所述PCB板与所述金属中框的连接处接地。
9.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，其中，所述寄生片采用超表面结构。
10.根据权利要求9所述的阵列天线，其特征在于，其中，所述寄生片包括介质基板和贴片，多个所述贴片呈阵列分布于所述介质基板。
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