CN210015944U - 一种小型化的低剖面双极化辐射单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其延长电流路径，且在同等尺寸条件下，使得辐射电流的路径增加，工作频段向低频段方向扩展，且整个辐射单元结构简单，便于实现生产自动化、提高生产效率。其包括介质载体、PCB板，介质载体包括的十字交叉布置的馈电支撑板、正方形的平板，馈电支撑板位于平板的下端面中心位置、且和平板为一体结构，馈电支撑板的十字中心轴位于平板的中心轴延长线上，平板的上表面布置有正方形的第一辐射体，第一辐射体的每条边的内侧均设置有对应的长方形的缝隙，第一辐射体的相邻的每条边的内侧的缝隙的形状呈垂直状态、没有交点设置，第一辐射体的每对对边的内侧的缝隙的形状关于其中心对称布置。

Description

一种小型化的低剖面双极化辐射单元

技术领域

本实用新型涉及移动通信天线的技术领域，具体为一种小型化的低剖面双极化辐射单元。

背景技术

以信息技术为代表的新一轮科技和产业变革，正在逐步孕育升级。在视频流量激增，用户设备增长和新型应用普及的态势下，迫切需要第五代移动通讯系统(5G)的技术快速成熟与应用，包括移动通信，Wi-Fi，高速无线数传无一例外的需要相比现在更快的传输速率，更低的传输延时以及更高的可靠性。为了满足移动通信的对高数据速率的需求，一是需要引入新技术提高频谱效率和能量利用效率，二是需要拓展新的频谱资源。

然而，考虑到上述系统、天线阵的实际应用场景和应用环境，带有Massive MIMO天线阵的5G基站建站时，由于实际空间受限，天线阵的体积不能很大。天线阵物理尺寸受限的情况下，多个天线单元之间的互相耦合、干扰，必然会造成天线性能的下降，主要表现在以下几个方面：

(1)造成天线副瓣较高，对阵列的波束扫描能力有较大的影响；

(2)由于天线单元之间互相的干扰，造成信噪比变差，进而直接影响数据吞吐率；

(3)使得能够有效辐射的能量减少，造成天线阵增益降低，能量利用效率低下。

综上所述，在5G适用的低频段和高频段，迫切需要寻找一种行之有效的改善空间受限的Massive MIMO天线阵列的性能的理论和设计方法，能够即缩小天线阵体积，又保持原有的天线阵性能。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其延长电流路径，且在同等尺寸条件下，使得辐射电流的路径增加，工作频段向低频段方向扩展，且整个辐射单元结构简单，便于实现生产自动化、提高生产效率。

一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其特征在于：其包括介质载体、PCB板，所述介质载体包括的十字交叉布置的馈电支撑板、正方形的平板，所述馈电支撑板位于所述平板的下端面中心位置、且和平板为一体结构，所述馈电支撑板的十字中心轴位于所述平板的中心轴延长线上，所述平板的上表面布置有正方形的第一辐射体，所述第一辐射体的每条边的内侧均设置有对应的长方形的缝隙，所述第一辐射体的相邻的每条边的内侧的缝隙的形状呈垂直状态、没有交点设置，所述第一辐射体的每对对边的内侧的缝隙的形状关于其中心对称布置；

所述平板的下表面布置有第二寄生辐射体，所述第二寄生辐射体为封闭的方环结构，所述第二寄生辐射体的四条边的每条边长均相等，相邻的边互相垂直、且有交点，所述第二寄生辐射体的中心位于所述平板的中心轴延长线上；

所述馈电支撑板被分隔为四块垂直于平板的局部板，每块所述局部板均垂直于相邻的局部板布置，每块局部板的其中一垂直表面布置有一个馈电探针，相邻的局部板上的馈电探针互相垂直设置，组合形成一块整板的一对局部板上的对应的馈电探针关于所对应的整板的中垂面镜像布置；

每个所述馈电探针的底部设置有连接区域，所述连接区域位于对应的所述局部板的底端面；

所述PCB板的上表面对应印刷有馈电网络，所述馈电网络对应于每个馈电探针的连接区域分别设置有馈点，每个所述连接区域焊接连接对应位置的馈点。

其进一步特征在于：所述馈电探针沿着十字中心轴的绕转一圈的方向顺次为第一馈电探针、第二馈电探针、第三馈电探针、第四馈电探针，所述第一馈电探针所对应的连接区域对应于第一馈点，所述第二馈电探针所对应的连接区域对应于第二馈点，所述第三馈电探针所对应的连接区域对应于第三馈点，所述第四馈电探针所对应的连接区域对应于第四馈点，四个所述馈电探针与馈电网络所对应的馈点相连接，形成±45°极化，通过馈电网络形成等幅和相差180°相位的信号激励到对应的馈电探针；

所述第一馈点、第三馈点通过馈电网络合成等幅和相差180°相位的激励信号、并通过第一匹配段进行射频信号传输，形成+45°极化，第二馈点与第四馈点通过馈电网络合成等幅和相差180°相位的激励信号、并通过第二匹配段进行射频信号传输，形成-45°极化；

所述馈电探针具体为呈η形状的馈电探针，所述馈电探针具体包括靠近十字中心轴的第一竖条、远离十字中心轴的第二竖条、靠近平板的第一横条、靠近PCB板的第二横条，所述第一竖条的上端连接所述第一横条的内端，所述第一横条的外端连接所述第二竖条的上端，所述第二竖条的下端连接所述第二横条的外端，所述第二横条的内端连接连接条的上端，所述连接条的底部连接所述连接区域的对应侧边；

所述连接区域的侧边宽度大于所述第二横条的内端宽度，所述连接条的底部宽度和所述连接区域的对应侧边的宽度相等；

四个所述缝隙的具体为对应的长方形、呈90°旋转对称结构，所述缝隙的宽度为0.002-0.1个工作中心频点的波长，所述缝隙的长度为0.1-0.2个工作中心频点的波长，所述缝隙的长度沿着第一辐射体的对应位置边长平行布置；

所述第二寄生辐射体所占的面域的宽度为0.25-0.4个工作中心频点的波长，所述第二寄生辐射体每条边的宽度为0.004-0.1个工作中心频点的波长；

组合形成一块整板的一对局部板上的馈电探针为一对馈电探针，每对馈电探针的两个馈电探针之间的间距为0.1-0.3个工作中心频点的波长；

所述介质载体高度为0.02-0.1个工作中心频点的波长，所述介质载体的介电常数为1.0-12.0；

所述介质载体为塑料材质，其通过3D塑料振子工艺一次成型形成馈电支撑板、正方形的平板，之后利用LDS工艺，分别在平板的上表面形成正方形的第一辐射体、在平板的下表面形成方环形的第二寄生辐射体、在馈电支撑板上形成对应的馈电探针，然后通过SMT表面贴装技术将馈电探针的连接区域焊接到PCB板的馈电网络的对应位置的馈点，实现整个双极化辐射单元的自动化生产、提高生产效率。

采用本实用新型的结构后，通过在第一辐射体的表面开缝、形成缝隙，使得贴片表面的电流路径被截断，电流只能绕缝隙的边缘流过，可以延长电流路径，以达到小型化、低剖面的目的；通过设计方环形的寄生辐射贴片，在同等尺寸条件下，辐射电流的路径增加，工作频段向低频段方向扩展，确保实现小型化、低剖面的效果。

附图说明

图1为本实用新型的立体图爆炸图结构示意图；

图2为本实用新型的介质载体的平板俯视图；

图3为本实用新型PCB板的俯视图结构示意图；

图4为本实用新型除去PCB板的立体图结构示意图；

图5为本实用新型结构所对应的实施例的电压驻波比曲线图；

图6为本实用新型结构所对应的实施例的辐射方向图；

图中序号所对应的名称如下：

介质载体1、PCB板2、馈电支撑板3、局部板31、平板4、第一辐射体5、缝隙6、第二寄生辐射体7、馈电探针8、第一馈电探针81、第二馈电探针82、第三馈电探针83、第四馈电探针84、第一竖条801、第二竖条802、第一横条803、第二横条804、斜向连接条805、馈电网络9、第一匹配段9、第二匹配段92、连接区域10、第一馈点111、第二馈点112、第三馈点113、第四馈点114。

具体实施方式

一种小型化的低剖面双极化辐射单元，见图1-图4：其包括介质载体1、PCB板2，介质载体1包括的十字交叉布置的馈电支撑板3、正方形的平板4，馈电支撑板3位于平板4的下端面中心位置、且和平板4为一体结构，馈电支撑板3的十字中心轴位于平板4的中心轴延长线上，平板4的上表面布置有正方形的第一辐射体5，第一辐射体5的每条边的内侧均设置有对应的长方形的缝隙6，第一辐射体5的相邻的每条边的内侧的缝隙6的形状呈垂直状态、没有交点设置，第一辐射体5的每对对边的内侧的缝隙6的形状关于其中心对称布置；

平板4的下表面布置有第二寄生辐射体7，第二寄生辐射体7为封闭的方环结构，第二寄生辐射体7的四条边的每条边长均相等，相邻的边互相垂直、且有交点，第二寄生辐射体7的中心位于平板4的中心轴延长线上，

馈电支撑板3被分隔为四块垂直于平板的局部板31，每块局部板31均垂直于相邻的局部板31布置，每块局部板31的其中一垂直表面布置有一个馈电探针8，相邻的局部板31上的馈电探针8互相垂直设置，组合形成一块整板的一对局部板31上的对应的馈电探针8关于所对应的整板的中垂面镜像布置；

每个馈电探针8的底部设置有连接区域，连接区域位于对应的局部板31的底端面，

PCB板2的上表面对应印刷有馈电网络9，馈电网络9对应于每个馈电探针8的连接区域10分别设置有馈点11，每个连接区域10焊接连接对应位置的馈点11。

具体实施例中，馈电探针8沿着十字中心轴的绕转一圈的方向顺次为第一馈电探针81、第二馈电探针82、第三馈电探针83、第四馈电探针84，第一馈电探针81所对应的连接区域10对应于第一馈点111，第二馈电探针82所对应的连接区域10对应于第二馈点112，第三馈电探针83所对应的连接区域10对应于第三馈点113，第四馈电探针84所对应的连接区域10对应于第四馈点114，四个馈电探针8与馈电网络9所对应的馈点相连接，形成±45°极化，通过馈电网络9形成等幅和相差180°相位的信号激励到对应的馈电探针8；

第一馈点111、第三馈点113通过馈电网络9合成等幅和相差180°相位的激励信号、并通过第一匹配段91进行射频信号传输，形成+45°极化，第二馈点112与第四馈点114通过馈电网络9合成等幅和相差180°相位的激励信号、并通过第二匹配段92进行射频信号传输，形成-45°极化；

馈电探针8具体为呈η形状的馈电探针，馈电探针8具体包括靠近十字中心轴的第一竖条801、远离十字中心轴的第二竖条802、靠近平板的第一横条803、靠近PCB板的第二横条804，第一竖条801的上端连接第一横条803的内端，第一横条803的外端连接第二竖条802的上端，第二竖条802的下端连接第二横条804的外端，第二横条804的内端连接连接条805的上端，连接条805的底部连接连接区域10的对应侧边；

连接区域10的侧边宽度大于第二横条804的内端宽度，连接条805的底部宽度和连接区域10的对应侧边的宽度相等；

四个缝隙6的具体为对应的长方形、呈90°旋转对称结构，缝隙6的宽度为0.002-0.1个工作中心频点的波长，缝隙6的长度为0.1-0.2个工作中心频点的波长，缝隙6的长度沿着第一辐射体5的对应位置边长平行布置；

第二寄生辐射体7所占的面域的宽度为0.25-0.4个工作中心频点的波长，第二寄生辐射体7每条边的宽度为0.004-0.1个工作中心频点的波长；

组合形成一块整板的一对局部板31上的馈电探针8为一对馈电探针，每对馈电探针的两个馈电探针8之间的间距为0.1-0.3个工作中心频点的波长；

介质载体1高度为0.02-0.1个工作中心频点的波长，介质载体1的介电常数为1.0-12.0。

图5为采用本实用新型结构的双极化辐射单元±45°极化端口电压驻波比，在2490-2710MHz频段内，小于1.25，具有良好的匹配性能。

图6为本采用本实用新型结构的双极化辐射单元的辐射方向图，水平面波束宽度为62°±2°，具有良好的辐射性能。

具体制作方法如下，介质载体为塑料材质，其通过3D塑料振子工艺一次成型形成馈电支撑板、正方形的平板，之后利用LDS工艺，分别在平板的上表面形成正方形的第一辐射体、在平板的下表面形成方环形的第二寄生辐射体、在馈电支撑板上形成对应的馈电探针，然后通过SMT表面贴装技术将馈电探针的连接区域焊接到PCB板的馈电网络的对应位置的馈点，实现整个双极化辐射单元的自动化生产、提高生产效率。

通过在第一辐射体的表面开缝、形成缝隙，使得贴片表面的电流路径被截断，电流只能绕缝隙的边缘流过，可以延长电流路径，以达到小型化、低剖面的目的；通过设计方环形的寄生辐射贴片，在同等尺寸条件下，辐射电流的路径增加，工作频段向低频段方向扩展，确保实现小型化、低剖面的效果。

文中LDS工艺所对应的中文名称为激光直接成型工艺，是一种专业镭射加工、射出与电镀制程的3D-MID生产技术，其原理是将普通的塑胶元件/电路板赋予电气互连功能、支撑元器件功能和塑料壳体的支撑、防护等功能，以及由机械实体与导电图形结合而产生的屏蔽、天线等功能结合於一体，形成所谓3D-MID，适用於IC Substrate、HDIPCB、Lead Frame局部细线路制作。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其特征在于：其包括介质载体、PCB板，所述介质载体包括的十字交叉布置的馈电支撑板、正方形的平板，所述馈电支撑板位于所述平板的下端面中心位置、且和平板为一体结构，所述馈电支撑板的十字中心轴位于所述平板的中心轴延长线上，所述平板的上表面布置有正方形的第一辐射体，所述第一辐射体的每条边的内侧均设置有对应的长方形的缝隙，所述第一辐射体的相邻的每条边的内侧的缝隙的形状呈垂直状态、没有交点设置，所述第一辐射体的每对对边的内侧的缝隙的形状关于其中心对称布置；

所述平板的下表面布置有第二寄生辐射体，所述第二寄生辐射体为封闭的方环结构，所述第二寄生辐射体的四条边的每条边长均相等，相邻的边互相垂直、且有交点，所述第二寄生辐射体的中心位于所述平板的中心轴延长线上；

所述馈电支撑板被分隔为四块垂直于平板的局部板，每块所述局部板均垂直于相邻的局部板布置，每块局部板的其中一垂直表面布置有一个馈电探针，相邻的局部板上的馈电探针互相垂直设置，组合形成一块整板的一对局部板上的对应的馈电探针关于所对应的整板的中垂面镜像布置；

每个所述馈电探针的底部设置有连接区域，所述连接区域位于对应的所述局部板的底端面；

所述PCB板的上表面对应印刷有馈电网络，所述馈电网络对应于每个馈电探针的连接区域分别设置有馈点，每个所述连接区域焊接连接对应位置的馈点。

2.如权利要求1所述的一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其特征在于：所述馈电探针沿着十字中心轴的绕转一圈的方向顺次为第一馈电探针、第二馈电探针、第三馈电探针、第四馈电探针，所述第一馈电探针所对应的连接区域对应于第一馈点，所述第二馈电探针所对应的连接区域对应于第二馈点，所述第三馈电探针所对应的连接区域对应于第三馈点，所述第四馈电探针所对应的连接区域对应于第四馈点，四个所述馈电探针与馈电网络所对应的馈点相连接，形成±45°极化，通过馈电网络形成等幅和相差180°相位的信号激励到对应的馈电探针。

3.如权利要求2所述的一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其特征在于：所述第一馈点、第三馈点通过馈电网络合成等幅和相差180°相位的激励信号、并通过第一匹配段进行射频信号传输，形成+45°极化，第二馈点与第四馈点通过馈电网络合成等幅和相差180°相位的激励信号、并通过第二匹配段进行射频信号传输，形成-45°极化。

4.如权利要求1所述的一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其特征在于：所述馈电探针具体为呈η形状的馈电探针，所述馈电探针具体包括靠近十字中心轴的第一竖条、远离十字中心轴的第二竖条、靠近平板的第一横条、靠近PCB板的第二横条，所述第一竖条的上端连接所述第一横条的内端，所述第一横条的外端连接所述第二竖条的上端，所述第二竖条的下端连接所述第二横条的外端，所述第二横条的内端连接连接条的上端，所述连接条的底部连接所述连接区域的对应侧边。

5.如权利要求4所述的一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其特征在于：所述连接区域的侧边宽度大于所述第二横条的内端宽度，所述连接条的底部宽度和所述连接区域的对应侧边的宽度相等。

6.如权利要求1所述的一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其特征在于：四个所述缝隙的具体为对应的长方形、呈90°旋转对称结构，所述缝隙的宽度为0.002-0.1个工作中心频点的波长，所述缝隙的长度为0.1-0.2个工作中心频点的波长，所述缝隙的长度沿着第一辐射体的对应位置边长平行布置。

7.如权利要求1所述的一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其特征在于：所述第二寄生辐射体所占的面域的宽度为0.25-0.4个工作中心频点的波长，所述第二寄生辐射体每条边的宽度为0.004-0.1个工作中心频点的波长。

8.如权利要求1所述的一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其特征在于：组合形成一块整板的一对局部板上的馈电探针为一对馈电探针，每对馈电探针的两个馈电探针之间的间距为0.1-0.3个工作中心频点的波长。

9.如权利要求1所述的一种小型化的低剖面双极化辐射单元，其特征在于：所述介质载体高度为0.02-0.1个工作中心频点的波长，所述介质载体的介电常数为1.0-12.0。

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