CN211320338U

CN211320338U - 天线单元

Info

Publication number: CN211320338U
Application number: CN202020323251.4U
Authority: CN
Inventors: 吴天昊; 崔晓辉; 陆智明; 孟奇; 卢杰
Original assignee: Jiangsu Leitong Communication Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Leitong Communication Technology Co ltd
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-08-21
Anticipated expiration: 2030-03-16

Abstract

本实用新型公开了一种天线单元，天线单元包括：第一介质层；位于第一介质层的下端面的接地面和馈电点；位于第一介质层之上的第二介质层，第二介质层上设置有辐射单元，辐射单元通过十字形接地通道连接接地面，十字形接地通道之间设有缝隙，缝隙能够产生有效电流，辐射单元是对称振子；位于辐射单元之上的馈电线路，且馈电线路和馈电点对辐射单元产生激励；第一介质层和第二介质层的介电常数高于空气的介电常数。本实用新型的辐射单元为复合振子，且该复合振子的方向图的E面和H面的一致性很好，后瓣能量很小，具有很好的前后比，且带宽较宽，功耗较小，效率较高；减小辐射单元的尺寸，既降低振子的整体高度，也在一定程度上减小振子间的耦合。

Description

天线单元

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线单元。

背景技术

随着通信技术的发展，不同频率、不同规格和不同通道数量的天线单元被大面积运用，使得频谱资源不断地被拓展和利用，天面资源已经非常有限。在天面资源匮乏的情况下，需要在保证天线的覆盖范围和覆盖效果的前提下使天线单元小型化。

常规的天线单元有以下几种：第一种是半波长对称振子，其采用金属压铸、钣金成型或PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）双面覆铜板代替金属材料，通过同轴电缆或PCB进行馈电；第二种是贴片振子，其采用金属或者是微带；第三种是半波长微带缝隙振子，其采用同轴电缆或耦合馈电。

第一种天线单元都属于半波对称振子，带宽较宽，但振子尺寸较大，剖面较高，若要追求小型化而缩小阵元间的间距，阵元之间会产生强耦合，从而影响天线的辐射性能和散射参数（S参数）；第二种天线单元的带宽较窄，且前后比较差；第三种天线单元的损耗较大、效率不高。

发明内容

本实用新型提供了一种天线单元，能够解决上述几种类型天线振子的不足之处，以及满足当下的技术需求。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种天线单元，所述天线单元包括：

第一介质层；

位于所述第一介质层的下端面的接地面和馈电点；

位于所述第一介质层之上的第二介质层，所述第二介质层上设置有辐射单元，所述辐射单元通过十字形接地通道连接所述接地面，所述十字形接地通道之间设有缝隙，所述缝隙能够产生有效电流，所述辐射单元是对称振子；

位于所述辐射单元之上的馈电线路，且所述馈电线路和所述馈电点对所述辐射单元产生激励；

所述第一介质层和所述第二介质层的介电常数高于空气的介电常数。

在一种可选的实施方式中，所述十字形接地通道包括四组直角形式的接地通道组，每组接地通道组由一条横向排列的第一接地通道和一条纵向排列的第二接地通道组成；

每组接地通道组中的第一接地通道与相邻的一组接地通道组中的第一接地通道之间设有缝隙，第二接地通道与相邻的另一组接地通道组中的第二接地通道之间设有缝隙。

在一种可选的实施方式中，所述天线单元还包括加载单元，所述加载单元为金属过孔，所述金属过孔与所述辐射单元相连，且贯穿所述第二介质层。

在一种可选的实施方式中，所述天线单元还包括位于所述辐射单元之上的第三介质层以及位于所述第三介质层之上的第四介质层，且所述馈电点包括第一馈电点和第二馈电点，所述第三介质层和所述第四介质层的介电常数高于空气的介电常数；

所述第三介质层和所述第四介质层上的馈电线路与所述第一馈电点形成第一馈电电路，所述第一馈电电路用于对一个极化产生激励；

所述第四介质层上的馈电线路与所述第二馈电点形成第二馈电电路，所述第二馈电电路用于对另一个极化产生激励。

在一种可选的实施方式中，所述第四介质层的表面上设置有寄生单元，所述寄生单元的形状呈中心对称。

在一种可选的实施方式中，所述第一馈电电路包括位于所述第四介质层的表面的第一馈电线路和第二馈电线路，以及位于所述第三介质层的表面的第三馈电线路；

所述第一馈电线路的第一端通过第一馈电通道与所述第一馈电点相连，所述第一馈电线路的第二端通过第二馈电通道与所述第三馈电线路的第一端相连，所述第三馈电线路的第二端通过第三馈电通道与所述第二馈电线路的第一端相连，所述第二馈电线路的第二端与第四馈电通道相连，所述第四馈电通道贯穿所述第四介质层、所述第三介质层和所述第二介质层。

在一种可选的实施方式中，所述第一馈电通道、所述第二馈电通道、所述第三馈电通道和所述第四馈电通道为金属过孔。

在一种可选的实施方式中，所述第二馈电电路包括位于所述第四介质层的表面的第四馈电线路；

所述第四馈电线路的第一端通过第五馈电通道与所述第二馈电点相连，所述第四馈电线路的第二端与第六馈电通道相连，所述第六馈电通道贯穿所述第四介质层、所述第三介质层和所述第二介质层。

在一种可选的实施方式中，所述第五馈电通道和所述第六馈电通道为金属过孔。

在一种可选的实施方式中，所述第一介质层、所述第二介质层、所述第三介质层和所述第四介质层之间压合无间隙。

相比现有技术，本实用新型技术方案具有以下有益效果：

由于辐射单元为对称振子，通过十字形接地通道连接接地面，且十字形接地通道之间设有缝隙，该缝隙能够产生有效电流，所以，可以将它看作两个缝隙振子，理想缝隙天线等效由磁流源激励的对称缝隙，与之相对偶的是尺寸相同的板状对称振子，因此，理想缝隙天线与同尺寸的对称振子天线具有完全一样的方向性，两者可称之为互补天线，只不过是电磁场的极化方向互换而已。可以将辐射单元看作复合振子，且该复合振子的方向图的H面和E面的一致性很好，后瓣能量会很小，具有很好的前后比，且带宽较宽，功耗较小，效率较高。

第一介质层和第二介质层的介电常数高于空气的介电常数，所以，可以减小辐射单元的尺寸，既可以降低振子的整体高度，也可以在一定程度上减小振子间的耦合。

附图说明

图1 为本实用新型提供的天线单元的爆炸图；

图2为本实用新型提供的理想缝隙天线、等效磁流源激励和互补板状对称振子的示意图；

图3为本实用新型提供的E面和H面的电磁场分布图；

图4为本实用新型提供的E面和H面的方向图；

图5为本实用新型提供的第一介质层的仰视图；

图6为本实用新型提供的十字形接地通道之间的有效电流图；

图7为本实用新型提供的三维天线单元的示意图；

图8为本实用新型提供的天线单元的侧视图；

图9为本实用新型提供的天线单元的侧视图；

图10为本实用新型提供的天线单元的俯视图；

图11为本实用新型提供的天线单元的回波损耗和隔离度的仿真图。

具体实施方式

针对现有的天线单元为半波对称振子时，若要追求小型化而缩小阵元间的间距，阵元之间会产生强耦合，从而影响天线的辐射性能和散射参数；天线单元为贴片振子时，带宽较窄，前后比较差；天线单元为半波长微带缝隙振子时，损耗较大、效率不高的问题，本实用新型的解决思路是在与辐射单元相连的十字形接地通道之间设置缝隙，该辐射单元是对称振子，由于该缝隙能够产生有效电流，所以，可以将辐射单元看作板状对称振子和缝隙振子的复合振子，这样就可以结合两种天线单元的辐射特点，既可以改善E面和H面的对称性，又可以使天线单元具有很好的前后比，还可以增大带宽，减少功耗，并提高效率。另外，由于第一介质层、第二介质层、第三介质层和第四介质层的介电常数高于空气的介电常数，所以，可以降低天线单元的尺寸。下面对本实用新型的天线单元进行介绍。

请参考图1，本实施例中的天线单元包括：

第一介质层110；

其中，第一介质层110可以是一层介质层，也可以是由多层介质层压合形成的介质层，本实施例不作限定。当第一介质层110由多层介质层压合形成时，多层介质层之间可以通过特定胶体压合，使得多层介质层之间无间隙，且该特定胶体的介电常数与介质层的介电常数相等。

位于第一介质层110的下端面的接地面111和馈电点112；

其中，馈电点112的数量可以与馈电线路124的数量相对，本实施例不作限定。

位于第一介质层110之上的第二介质层120，第二介质层120上设置有辐射单元121，该辐射单元121通过十字形接地通道122连接接地面111，该十字形接地通道122之间设有缝隙123，该缝隙123能够产生有效电流，辐射单元121是对称振子；

其中，第二介质层120可以使用单面覆铜板，可以在该单面覆铜板上蚀刻形成辐射单元121。

十字形接地通道122由接地通道排列组合而成，且排列之后呈“十”字形。十字形接地通道122之间留有缝隙，该缝隙可以产生有效电流，这样，可以将它看作两个缝隙振子。

请参考图2，理想缝隙天线等效由磁流源激励的对称缝隙，与之相对偶的是尺寸相同的板状对称振，因此，理想缝隙天线与同尺寸的对称振子天线具有完全一样的方向性，两者可称之为互补天线，只不过是电磁场的极化方向互换而已。

理想缝隙天线的E面方向图与对称振子天线的H面方向图完全一致，且理想缝隙天线的H面方向图与对称振子天线的E面方向图完全一致。因此，可以将辐射单元看作复合振子，且该复合振子的方向图的H面和E面的一致性很好，可以改善E面和H面的对称性。请参考图3，图3中的左侧视图示出了理想缝隙天线的E面和H面的电磁场分布，右侧视图示出了对称振子天线的E面和H面的电磁场分布。

根据图4所示的仿真结果可知，本实用新型中的天线单元的后瓣能量会很小，具有很好的前后比。

需要说明的是，第一介质层110和第二介质层120之间可以通过特定胶体压合，使得第一介质层110和第二介质层120之间无间隙，且该特定胶体的介电常数与介质层的介电常数相等。

位于辐射单元121之上的馈电线路124，且馈电线路124和馈电点112对辐射单元121产生激励；

第一介质层110和第二介质层120的介电常数高于空气的介电常数。

由于第一介质层110和第二介质层120的介电常数高于空气的介电常数，所以，相比于以空气作为介质层的天线单元来说，本实用新型中的辐射单元的尺寸可以更小，从而可以降低振子的整体高度，即，本实用新型中的天线单元为低剖面的天线单元。另外，由于本实用新型中的天线单元的尺寸较小，追求小型化天线的前提下，在同一个较小的间距内，振子间的耦合会较弱。

综上所述，本实施例提供的天线单元，由于辐射单元通过十字形接地通道连接接地面，且十字形接地通道之间设有缝隙，该缝隙能够产生有效电流，所以，可以将它看作两个缝隙振子，理想缝隙天线等效由磁流源激励的对称缝隙，与之相对偶的是尺寸相同的板状对称振子，因此，理想缝隙天线与同尺寸的对称振子天线具有完全一样的方向性，两者可称之为互补天线，只不过是电磁场的极化方向互换而已。可以将辐射单元看作复合振子，且该复合振子的方向图的H面和E面的一致性很好，后瓣能量会很小，具有很好的前后比，且带宽较宽，功耗较小，效率较高。

在一个可选的实施例中，十字形接地通道122包括四组直角形式的接地通道组，每组接地通道组由一条横向排列的第一接地通道1221和一条纵向排列的第二接地通道1222组成；每组接地通道组中的第一接地通道1221与相邻的一组接地通道组中的第一接地通道1221之间设有缝隙，第二接地通道1222与相邻的另一组接地通道组中的第二接地通道1222之间设有缝隙。

本实施例中，第一接地通道1221中可以包括多个接地通道，每个接地通道都贯穿第一介质层110和第二介质层120。第二接地通道1222中可以包括多个接地通道，每个接地通道都贯穿第一介质层110和第二介质层120。其中，第一接地通道1221中接地通道的数量与第二接地通道1222中接地通道的数量可以相同。

请参考图5所示的第一介质层110的仰视图，图5中十字形接地通道122包括横向排列的四条第一接地通道1221和纵向排列的四条第二接地通道1222。

请参考图6，图6中的十字形接地通道122之间的缝隙可以产生有效电流。同时，十字形接地通道122可以作为对称振子的巴伦，起到平衡与不平衡转换器的作用。

在一个可选的实施例中，天线单元还可以包括加载单元130，该加载单元130为金属过孔，该金属过孔与辐射单元121相连，且贯穿第二介质层120。

其中，加载单元130可以设置在辐射单元121的四个边角处，由于加载单元130是金属过孔，所以，可以改变辐射单元121的尺寸，从而可以增加天线单元的带宽，扩大频率范围。

在一个可选的实施例中，天线单元还包括位于辐射单元121之上的第三介质层140以及位于第三介质层140之上的第四介质层150，且馈电点112包括第一馈电点1121和第二馈电点1122，第三介质层140和第四介质层150的介电常数高于空气的介电常数；

第三介质层140和第四介质层150上的馈电线路124与第一馈电1121点形成第一馈电电路152，该第一馈电电路152用于对一个极化产生激励；

第四介质层150上的馈电线路124与第二馈电点1122形成第二馈电电路153，该第二馈电电路153用于对另一个极化产生激励。

本实施例中的振子是磁电耦合的双极化复合振子。

在一个可选的实施例中，第四介质层150的表面上设置有寄生单元151，该寄生单元151的形状呈中心对称。比如，寄生单元151可以是口字型，且辐射单元121可以对其进行耦合激励，从而可以提高振子的交叉极化。

可选的，第四介质层150的表面上还可以设置口字型的外框154，该外框154位于寄生单元151的外围，可以增加天线单元的增益，降低振子之间的耦合度，请参考图7所示的三维天线单元的示意图。

在一个可选的实施例中，第一馈电电路152包括位于第四介质层150的表面的第一馈电线路1241和第二馈电线路1242，以及位于第三介质层140的表面的第三馈电线路1243；第一馈电线路1241的第一端161通过第一馈电通道171与第一馈电点1121相连，第一馈电线路1241的第二端162通过第二馈电通道172与第三馈电线路1243的第一端163相连，第三馈电线路1243的第二端164通过第三馈电通道173与第二馈电线路1242的第一端165相连，第二馈电线路1242的第二端166与第四馈电通道174相连，第四馈电通道174贯穿第四介质层150、第三介质层140和第二介质层120。

其中，第一馈电通道171贯穿第四介质层150、第三介质层140、第二介质层120和第一介质层110，第二馈电通道172和第三馈电通道173分别贯穿第四介质层150，第四馈电通道174贯穿第四介质层150、第三介质层140和第二介质层120，请参考图8所示的侧视图。

其中，第一馈电通道171、第二馈电通道172、第三馈电通道173和第四馈电通道174为金属过孔。

在一个可选的实施例中，第二馈电电路153包括位于第四介质层150的表面的第四馈电线路1244；第四馈电线路1244的第一端167通过第五馈电通道175与第二馈电点1122相连，第四馈电线路1244的第二端168与第六馈电通道176相连，第六馈电通道176贯穿第四介质层150、第三介质层140和第二介质层120。

其中，第五馈电通道175贯穿第四介质层150、第三介质层140、第二介质层120和第一介质层110，第六馈电通道176贯穿第四介质层150、第三介质层140和第二介质层120，请参考图9所示的侧视图。

其中，第五馈电通道175和第六馈电通道176为金属过孔。

在一个可选的实施例中，第一馈电电路152和第二馈电电路153在第四介质层150的表面上可以呈十字形交叉，且不相交，请参考图10所示的俯视图。

需要说明的是，第四介质层150可以是单面覆铜板，可以在该单面覆铜板上蚀刻出寄生单元151、第一馈电线路1241、第二馈电线路1242和第四馈电线路1244。第三介质层140可以是单面覆铜板，可以在该单面覆铜板上蚀刻出第三馈电线路1243。

本实施例中，第二介质层120、第三介质层140和第四介质层150之间压合无间隙。

需要说明的是，第二介质层120、第三介质层140和第四介质层150之间可以通过特定胶体压合，使得第二介质层120、第三介质层140和第四介质层150之间无间隙，且该特定胶体的介电常数与介质层的介电常数相等。

请参考图11，其示出了天线单元的回波损耗和隔离度。

以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不限于本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种天线单元，其特征在于，所述天线单元包括：

第一介质层；

位于所述第一介质层的下端面的接地面和馈电点；

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述十字形接地通道包括四组直角形式的接地通道组，每组接地通道组由一条横向排列的第一接地通道和一条纵向排列的第二接地通道组成；

3.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括加载单元，所述加载单元为金属过孔，所述金属过孔与所述辐射单元相连，且贯穿所述第二介质层。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括位于所述辐射单元之上的第三介质层以及位于所述第三介质层之上的第四介质层，且所述馈电点包括第一馈电点和第二馈电点，所述第三介质层和所述第四介质层的介电常数高于空气的介电常数；

5.根据权利要求4所述的天线单元，其特征在于，所述第四介质层的表面上设置有寄生单元，所述寄生单元的形状呈中心对称。

6.根据权利要求4所述的天线单元，其特征在于，所述第一馈电电路包括位于所述第四介质层的表面的第一馈电线路和第二馈电线路，以及位于所述第三介质层的表面的第三馈电线路；

7.根据权利要求6所述的天线单元，其特征在于，所述第一馈电通道、所述第二馈电通道、所述第三馈电通道和所述第四馈电通道为金属过孔。

8.根据权利要求4所述的天线单元，其特征在于，所述第二馈电电路包括位于所述第四介质层的表面的第四馈电线路；

9.根据权利要求8所述的天线单元，其特征在于，所述第五馈电通道和所述第六馈电通道为金属过孔。

10.根据权利要求4所述的天线单元，其特征在于，所述第一介质层、所述第二介质层、所述第三介质层和所述第四介质层之间压合无间隙。