CN211670319U - 天线元件及包括该天线元件的基站天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及天线元件和包括该天线元件的基站天线。一种天线元件(10)包括一体成型的辐射部(11)和信号馈送部(12)。辐射部(11)具有由金属板材形成的辐射部本体(111)。信号馈送部(12)是通过以钣金工艺从辐射部本体(111)冲压出多个片状体(121)并使所述片状体(121)向辐射部本体(111)的一侧弯折而形成的。辐射部(11)还包括通过在角部区域弯折辐射部本体(111)而形成的辐射臂。根据本实用新型的天线元件制造工艺简单且制造成本低、效率高，并且具有轻的重量、宽的带宽和高度的性能一致性。

Description

天线元件及包括该天线元件的基站天线

技术领域

本实用新型涉及通信设备领域，更具体地，涉及一种天线元件以及包括该天线元件的基站天线。

背景技术

作为发射和接收信号单元的5G天线元件是Sub-6G有源天线系统(AAS)的关键组件。为了使射频拉远单元(RRU)适应不同电信市场的频段差异，需要将天线元件设计成支持更宽的带宽(同时支持B42和B43频段)，并简化构造和安装过程。

当前的5G基站主要采用双极化天线，包括贴片天线(patch antenna)、偶极子天线(dipole antenna)等。通常，贴片天线受限于其结构特点而具有较窄的带宽；如果射频拉远单元要求支持多个频段，则需要重新设计贴片天线元件。与贴片天线相比，偶极子天线能实现更宽的带宽，但是尺寸和重量更大，并且组装工艺更为复杂。

在双极化基站天线的制造方面，目前行业内普遍采用金属压铸、PCB印制或塑料电镀等工艺。

金属压铸天线由于其3D辐射构造可以支持更宽的带宽，但其具有以下弊端：1)较高的模具制作成本和较长的研发周期，并且一旦压铸模具制作好后，便很难再优化天线结构；2)与PCB天线或塑料电镀天线相比，金属压铸的天线元件要重得多；3)压铸产品公差比较难控制，导致产品一致性低。由于波束成形的要求，5G天线元件需要具有高度的一致性。如果天线元件的一致性得不到保证，将严重影响无线电电压驻波比(VSWR)、隔离度、波束赋型精度等。

PCB天线采用印刷电路板技术来制造辐射元件，可以带来诸如无需开模、研发周期短、高度一致性、制造精度高、重量轻等优点。但是，由于PCB天线的辐射构造通常基于2D表面，因此无法使用垂直构造部件来优化阻抗匹配。因此，与金属压铸天线相比，PCB天线的带宽要窄得多。

塑料电镀天线在特殊塑料表面添加金属活化剂，采用电镀或化镀等工艺，使金属粒子附着在塑料表面。此类产品可实现天线单元与功分网络单元加工一体化，装配简单。但是，由于基站天线整体尺寸较大，整体开模容易导致模具变形而无法使用，因此只能局部单元开模。另外塑料电镀天线由于制备工艺复杂，金属活化剂价格昂贵等因素，目前此类产品成本居高不下。

实用新型内容

本实用新型是鉴于以上技术问题而提出的，旨在提供一种制造工艺简单且制造成本低、研发周期短、重量轻、带宽较宽且具有高度一致性的天线元件。

根据本实用新型的一方面，提供了一种天线元件，该天线元件包括一体成型的辐射部和信号馈送部。所述辐射部具有由金属板材形成的辐射部本体。所述信号馈送部是通过以钣金工艺从所述辐射部本体冲压出多个片状体并使所述片状体向所述辐射部本体的一侧弯折而形成的。所述辐射部还包括通过在角部区域弯折所述辐射部本体而形成的辐射臂。

在本实用新型的一个实施方式中，在所述辐射部本体的每个边的中央部形成有凹口。

在本实用新型的一个实施方式中，在所述辐射部本体的中央区域形成有多个槽孔。所述槽孔可以是E字形槽孔或T字形槽孔，其中E字形的封闭端或T字形的顶端靠近所述凹口。

在本实用新型的一个实施方式中，所述辐射部本体总体上呈正方形，所述信号馈送部包括四个所述片状体，所述辐射部本体上对应于所述片状体的冲压而形成的四个缺口对称分布在所述辐射部本体的两条对角线上。

在本实用新型的一个实施方式中，所述辐射部包括八个辐射臂，所述八个辐射臂分布在所述辐射部本体的四个边的端部。替代地，所述辐射部可包括四个辐射臂，每个辐射臂设置在所述辐射部本体的相应一个角部处，并且是通过沿相对于所述辐射部本体的两个相邻边倾斜的直线弯折而形成的。

在本实用新型的一个实施方式中，所述辐射臂从所述辐射部本体朝向所述信号馈送部所在的一侧延伸。所述辐射臂可被弯折成大致垂直于所述辐射部本体所在的平面。

在本实用新型的一个实施方式中，所述片状体在远离所述辐射部本体的端部弯折出适于与天线馈电板连接的支脚。

在本实用新型的一个实施方式中，在所述支脚上形成有至少一个焊孔。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种基站天线，该基站天线包括天线馈电板以及多个如上所述的天线元件。所述天线元件的信号馈送部被电气地和机械地连接到所述天线馈电板。

根据本实用新型的天线元件能够以减轻的重量和简化的安装工艺支持更宽的带宽。与传统的金属压铸偶极子天线相比，根据本实用新型的天线元件在具有同样辐射性能的情况下可减轻70％的重量。由于使用了钣金工艺，可大大降低开模成本和缩短研发周期。可以使用SMT技术将大量的天线元件同时焊接到天线馈电板上，从而大大简化天线阵列的安装。通过在天线元件的角部区域形成辐射臂，能够实现宽的带宽。

附图说明

本实用新型的各种实施例的上述和其它方面、特征和益处通过以下参考附图的详细描述而变得更加显而易见。在附图中相同的附图标记或标号指代相同或等同的元素。附图不一定按比例绘制，其中：

图1是根据本实用新型第一实施例的天线元件的侧视图；

图2是根据第一实施例的天线元件的俯视图；

图3是根据第一实施例的天线元件的仰视图；

图4是根据本实用新型第二实施例的天线元件的侧视图；

图5是根据第二实施例的天线元件的俯视图；

图6是根据第二实施例的天线元件的仰视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的实施例的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本实用新型的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，也都属于本实用新型保护的范围。

图1、图2和图3分别示出了根据本实用新型第一实施例的天线元件10的侧视图、俯视图和仰视图。结合图1、图2和图3可知，根据该实施例的天线元件10包括通过钣金工艺一体成型的辐射部11和信号馈送部12。辐射部11具有由单个金属板材形成的辐射部本体111，该辐射部本体111总体上呈正方形。信号馈送部12是通过以钣金工艺从辐射部本体111冲压出多个片状体121并使片状体121向辐射部本体111的下侧弯折而形成的。辐射部11还包括通过在角部区域弯折辐射部本体111而形成的辐射臂112。

传统的偶极子天线需要将辐射部分和巴伦馈电部分组装在一起，然后通过激光或感应钎焊将馈电点一个接一个地焊接在天线馈电板上。本实施例中的天线元件10包括通过钣金工艺一体成型的辐射部11和信号馈送部12，不仅能够容易地制造天线元件10，还便于使用SMT将大批量的天线元件10同时焊接在天线馈电板上。与传统偶极子天线相比，这大大简化了阵列天线的安装。通过在天线元件10的角部区域形成辐射臂112，能够实现宽的带宽。

在本文中，术语“钣金工艺”指的是使用剪板机、数控冲床、(激光、等离子、水射流)切割机、折弯机等设备将金属薄板通过剪、冲/切、折等步骤使其产生塑性变形，形成所希望的形状和尺寸。

参见图2，在本实施例中，辐射部11包括八个辐射臂112，这八个辐射臂112分布在辐射部本体111的四个边的端部。即，在辐射部本体111的每一个角部处设置有两个彼此分离的辐射臂112。

应当理解，辐射臂112不限于图中所示的矩形片状，而是可以设计成任何合适的形状。通过调节辐射臂112的几何参数(包括形状、宽度、长度)，可以改变天线元件10的阻抗，从而能够与馈电网络进行宽带阻抗匹配。由此，天线元件10可在宽带范围内工作。

在本实施例中，如图1所示，辐射臂112从辐射部本体111朝向信号馈送部12所在的下侧弯折或延伸。由此，能够充分利用天线安装空间。本领域技术人员可以想到，如果天线元件10的安装空间允许，辐射臂112也可以从辐射部本体111朝上侧弯折或延伸。

弯折后的辐射臂112与辐射部本体111之间形成一夹角。该夹角优选为大致90°，即，辐射臂112弯折成大致垂直于辐射部本体111所在的平面。然而本实用新型不限于此，辐射臂112与辐射部本体111之间所形成的夹角也可以小于90°(弯折角度大于90°)或者大于90°(弯折角度小于90°)。

如图2和图3所示，在辐射部本体111的每个边的中央部冲压出凹口113。此外，还在辐射部本体111的中央区域冲压出四个槽孔114。这些槽孔114分布在辐射部本体111的通过相对两边的中点的对称轴线上。槽孔114的具体构型可以设计成长条形、T字形或E字形等。图2和图3中所示的槽孔114可以认为是T字形槽孔，其中T字形的顶端的两个边缘朝T字形的底侧略微延伸；而当这两个边缘延伸的长度较大时，则可以认为形成了E字形槽孔。T字形的顶端或E字形的封闭端靠近在辐射部本体111的相应边的中央部形成的凹口113。T字形的尾端或E字形的开口端中线亦可开有短横槽。或者，各T字形的尾端或E字形的开口端中线在辐射部本体111的中点相联通。本领域技术人员能够理解，各个槽孔114也可构造成其他形状的异形槽，或者采用在辐射部本体111的中点相联通的十字形狭槽。通过调整凹口113和槽孔114的数量、形状、大小或位置，可以调整天线元件10上的表面电流路径和天线元件10的阻抗，从而能够实现隔离度和交叉极化比等参数的优化以及与馈电网络的阻抗匹配的改善。

图2和图3中还示出了天线元件10在辐射部本体111上具有由于冲压出片状体121而留下的缺口115。缺口115的数量与片状体121的数量相同，在本实施例中为四个。从图2和图3中可以看出，这四个缺口115对称分布在辐射部本体111的两条对角线上。冲压出的四个片状体121与辐射部本体111相连接的部位分布在辐射部本体111的对角线上靠近辐射部本体111的中央区域的位置。优选地，各个片状体121与辐射部本体111的连接部位距辐射部本体111的中心的距离相等。

此外，虽然图中示出片状体121具有大致矩形的形状，但是本领域技术人员能够理解，片状体121可以设计成不同于矩形的形状。

参见图1可以清楚地看出，在片状体121的远离辐射部本体111的端部，通过弯折而形成有支脚1211，这些支脚1211构造成与天线馈电板(未示出)以电气的方式和机械的方式相连接，以实现对辐射部11的支承并实现向辐射部11的信号馈送。这些支脚1211可以由片状体121的自由端部朝向(即，向内)或远离(即，向外)通过辐射部本体111的中心且与辐射部本体111所在平面垂直的轴线弯折一部分而成。

有利地，在支脚1211的朝向天线馈电板的侧面上形成有焊孔1212，以便在进行SMT时改善天线元件与天线馈电板之间的焊膏连接。每个支脚1211上形成的焊孔1212的数量可以为一个或多个(图中所示为三个)。

通过调整凹口113、槽孔114、缺口115等表面结构的数量、形状、大小或位置，可以调整天线元件10上的表面电流路径和天线元件10的阻抗，从而能够实现隔离度和交叉极化比等参数的优化以及与馈电网络的阻抗匹配的改善。此外，设置在辐射部本体111角部区域的辐射臂112与凹口113、槽孔114、缺口115等表面结构相结合，可以更方便地调节天线元件10的宽频辐射特性，大大提高了带宽调节的灵活性。

图4、图5和图6分别示出了根据本实用新型第二实施例的天线元件的侧视图、俯视图和仰视图。第二实施例与上述第一实施例的区别在于，在辐射部本体的每个角部区域仅设有一个辐射臂112’，用以代替第一实施例中在每个角部区域处的两个分离的辐射臂112。即，第二实施例中的辐射部本体包括四个辐射臂112’，每个辐射臂设置在辐射部本体的相应一个角部处，并且是通过沿相对于辐射部本体的两个相邻边倾斜(优选地与这两个相邻边大致成45°角)的直线弯折而形成的。除了用四个辐射臂112’代替八个辐射臂112之外，第二实施例在其他方面与第一实施例是相同的，在此省略了其详细说明。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也落入本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种天线元件(10)，其特征在于包括一体成型的辐射部(11)和信号馈送部(12)，所述辐射部(11)具有由金属板材形成的辐射部本体(111)，所述信号馈送部(12)是通过以钣金工艺从所述辐射部本体(111)冲压出多个片状体(121)并使所述片状体(121)向所述辐射部本体(111)的一侧弯折而形成的，所述辐射部(11)还包括通过在角部区域弯折所述辐射部本体(111)而形成的辐射臂(112)。

2.根据权利要求1所述的天线元件(10)，其特征在于，在所述辐射部本体(111)的每个边的中央部形成有凹口(113)。

3.根据权利要求2所述的天线元件(10)，其特征在于，在所述辐射部本体(111)的中央区域形成有多个槽孔(114)。

4.根据权利要求3所述的天线元件(10)，其特征在于，所述槽孔(114)为E字形槽孔或T字形槽孔，其中E字形的封闭端或T字形的顶端靠近所述凹口(113)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线元件(10)，其特征在于，所述辐射部本体(111)总体上呈正方形，所述信号馈送部(12)包括四个所述片状体(121)，所述辐射部本体(111)上对应于所述片状体(121)的冲压而形成的四个缺口(115)对称分布在所述辐射部本体(111)的两条对角线上。

6.根据权利要求5所述的天线元件(10)，其特征在于，所述辐射部(11)包括八个所述辐射臂(112)，所述八个辐射臂分布在所述辐射部本体(111)的四个边的端部。

7.根据权利要求5所述的天线元件(10)，其特征在于，所述辐射部(11)包括四个所述辐射臂(112)，每个辐射臂设置在所述辐射部本体(111)的相应一个角部处，并且是通过沿相对于所述辐射部本体(111)的两个相邻边倾斜的直线弯折而形成的。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的天线元件(10)，其特征在于，所述辐射臂(112)从所述辐射部本体(111)朝向所述信号馈送部(12)所在的一侧延伸。

9.根据权利要求8所述的天线元件(10)，其特征在于，所述辐射臂(112)被弯折成垂直于所述辐射部本体(111)所在的平面。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的天线元件(10)，其特征在于，所述片状体(121)在远离所述辐射部本体(111)的端部弯折出适于与天线馈电板连接的支脚(1211)。

11.根据权利要求10所述的天线元件(10)，其特征在于，在所述支脚(1211)上形成有至少一个焊孔(1212)。

12.一种基站天线，其特征在于包括天线馈电板以及多个根据权利要求1-11中任一项所述的天线元件(10)，所述天线元件的信号馈送部(12)被电气地和机械地连接到所述天线馈电板。

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