CN220233463U - 相控阵天线及通信设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种相控阵天线及通信设备，涉及天线技术领域。该相控阵天线包括多个天线单元，天线单元包括辐射子单元及馈电子单元，馈电子单元包括带线及与带线对应的作为反射地面的第一金属板，带线用于传输信号，第一金属板的边缘设置有锯齿状结构。如此，通过在天线单元的带线对应的作为反射地面的金属板边缘设置锯齿状结构，从而增加耦合电流路径，尽可能地减小相邻天线单元间的影响，提高隔离度，并且该方式可行性较高，容易实现，不影响天线性能。

Description

相控阵天线及通信设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种相控阵天线及通信设备。

背景技术

在无线通信系统中，天线作为不可替代的部分，起着接收和发射信号的作用。随着科学技术的不断发展，无线通信系统的要求越来越高，对于天线而言，其性能指标要求也就越来越高，才能满足当前系统需求，才能适应当前复杂的电磁环境。相控阵天线由于存在能够灵活控制波束的优势，因此被天线研究工作者大量研究，常被设计在实际运用场景中，比如定位、跟踪等。微带形式的天线因为外观小巧、结构灵活、易批量生产、易改变电性能、易集成，所以常被作为相控阵天线单元。随着天线研究能力和技术不断更新迭代，小型化阵列是大势所趋，然而减小阵列尺寸也就意味着天线单元间的间距减小，隔离度不够，进而导致大角度扫描驻波变差、天线方向图变形、波束指向偏移、扫描盲区等不良影响。因此提高天线单元间隔离度已成为小型化微带天线阵列设计中的一个重要问题。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种相控阵天线及通信设备，其能够通过在天线单元的带线对应的作为反射地面的金属板边缘设置锯齿状结构，从而增加耦合电流路径，尽可能地减小相邻天线单元间的影响，提高隔离度，并且该方式可行性较高，容易实现，不影响天线性能。

本申请的实施例可以这样实现：

第一方面，本申请实施例提供一种相控阵天线，包括多个天线单元，所述天线单元包括辐射子单元及馈电子单元，

所述馈电子单元包括带线及与所述带线对应的作为反射地面的第一金属板，所述带线用于传输信号，所述第一金属板的边缘设置有锯齿状结构。

在可选的实施方式中，所述第一金属板的每个边缘均分别设置有所述锯齿状结构。

在可选的实施方式中，所述第一金属板的边缘设置有多个所述锯齿状结构，和/或，所述锯齿状结构为三角形。

在可选的实施方式中，所述锯齿状结构的锯齿与所述第一金属板的金属板主体连接。

在可选的实施方式中，所述辐射子单元与所述馈电子单元各自独立设置，所述辐射子单元设置在所述馈电子单元远离所述第一金属板的一侧。

在可选的实施方式中，所述辐射子单元包括依次层叠设置的第二金属板、第一介质基板、第一粘接层、第三金属板及第二介质基板，其中，所述第二金属板与所述馈电子单元之间的距离大于所述第二介质基板与所述馈电子单元之间的距离，所述第三金属板上设置有耦合缝隙；

所述辐射子单元还包括辐射贴片，所述辐射贴片设置在所述第一介质基板远离所述第一粘接层的一侧。

在可选的实施方式中，所述辐射子单元包括多个第一地孔，

多个第一地孔设置在所述辐射贴片的周围；

所述第一地孔由所述第二金属板贯穿至所述第三金属板处。

在可选的实施方式中，所述馈电子单元包括依次层叠设置的第二粘接层、所述带线、第三介质基板及所述第一金属板，其中，所述第二粘接层与所述辐射子单元之间的距离小于所述第一金属板与所述辐射子单元之间的距离。

在可选的实施方式中，所述天线单元还包括多个第二地孔，

多个第二地孔设置在所述耦合缝隙的周围；

所述第二地孔由所述第三金属板贯穿至所述第一金属板。

第二方面，本申请实施例提供一种通信设备，所述通信设备包括前述实施方式中任意一项所述的相控阵天线。

本申请实施例提供的相控阵天线及通信设备，相控阵天线包括多个天线单元，该天线单元中包括辐射子单元及馈电子单元，馈电子单元包括带线及与带线对应的作为反射地面的第一金属板，带线用于传输信号，第一金属板的边缘设置有锯齿状结构。如此，通过在天线单元的带线对应的作为反射地面的金属板边缘设置锯齿状结构，从而增加耦合电流路径，增加耦合电流路径即增加耦合电流的流动，在传输过程中，就会消耗耦合能量，进而减小天线单元间的影响，提高隔离度，并且该方式可行性较高，容易实现，不影响天线性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的天线单元的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的天线单元的结构示意图之二；

图3为图2中I部的放大示意图；

图4为是否在第一金属地板周围设置锯齿状结构的天线单元的隔离度示意图。

图标：10-天线单元；100-辐射子单元；110-第二金属板；113-辐射贴片；115-空隙；117-第一地孔；120-第一介质基板；130-第一粘接层；140-第三金属板；143-耦合缝隙；147-第二地孔；150-第二介质基板；200-馈电子单元；210-第二粘接层；220-带线；230-第三介质基板；240-第一金属板；241-通孔；243-金属板主体；245-锯齿状结构。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

当前最常用提高隔离度的方法有两种。第一种是在馈电结构中增加额外的枝节提高天线单元间的隔离度，但是该方法会因为加工精度的不确定性而影响天线单元驻波。第二种是在天线单元表面间增加了一些带阻谐振结构等提高隔离度，该方法会引起表面波的产生，进而影响阵列合成后的方向图。

针对上述情况，本申请实施例提供一种相控阵天线及通信设备，通过在带线的反射地面周围设置锯齿状结构，从而增加耦合电流路径，尽可能地减小相邻天线单元间的影响，提高隔离度，并且该方式可行性较高，容易实现，不影响天线性能。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1～图3，图1为本申请实施例提供的天线单元10的结构示意图之一，图2为本申请实施例提供的天线单元10的结构示意图之二，图3为图2中I部的放大示意图。本申请实施例提供了一种相控阵天线，该相控阵天线中包括了多个天线单元10，该天线单元10为微带天线，即相控阵天线为微带相控阵天线。在本实施例中，所述天线单元10中包括辐射子单元100及馈电子单元200。所述辐射子单元100与馈电子单元200可以是一体设计的，也可以分开单独设计的，具体可以结合实际需求设置。

在本实施例中，所述馈电子单元200可以包括带线220及与所述带线220对应的作为反射地面的第一金属板240。所述带线220用于传输信号，所述第一金属板240的边缘设置有锯齿状结构245。

如此，通过在天线单元10的带线220的反射地面(即第一金属板240)的边缘设置锯齿状结构，从而增加耦合电流路径。增加了锯齿形状，即增加了耦合电流路径，增加了耦合电流的流动，在传输过程中，就消耗了耦合能量，进而减小了天线单元间的影响，提高隔离度。并且，该方式可行性较高，容易实现，不影响天线性能。

可选地，在本实施例中，所述第一金属板240的部分边缘可设置有所述锯齿状结构245，或者，所述第一金属板240的各边缘均设置有所述锯齿状结构245。可选地，设置有所述锯齿状结构245的边缘，可仅有边缘的一部分设置了所述锯齿状结构245，也可以边缘上全部设置了所述锯齿状结构245。所述锯齿状结构245所在的边缘及具体设置具体可以结合实际需求设置，在此不进行具体限定。

可选地，所述第一金属板240的设置有锯齿状结构245的边缘可以设置有一个锯齿状结构245或多个锯齿状结构245，具体可以结合实际需求设置，在此不进行具体限定。

在本实施例中，所述第一金属板240可以包括金属板主体243及锯齿状结构245，所述金属板主体243与锯齿状结构245连接。所述锯齿状结构245的具体样式可以结合实际需求设置，比如，为三角形、矩形等。可选地，在所述锯齿状结构245为矩形时，且所述第一金属板240的边缘上设置有多个锯齿状结构245时，矩形的锯齿状结构245任意一端可以与所述金属板主体243连接，且相邻的锯齿状结构245之间存在间隙。在所述锯齿状结构245为两端宽度不一的结构时，比如，三角形时，所述锯齿状结构245的锯齿可如图2及图3所示与所述第一金属板240的金属板主体243连接，锯齿也可以位于所述锯齿状结构245远离所述金属板主体243的一侧，具体可以结合实际需求设置。

下面以所述第一金属板240为如图2所示的矩形对锯齿状结构245的结构及设置方式进行解释说明。

在所述第一金属板240为如图2所示的矩形时，该所述第一金属板240的其中一侧或者多侧边缘上设置有锯齿状结构245。假设所述第一金属板240的上侧边缘设置锯齿状结构245，可选地，锯齿状结构245可以仅设置在第一金属板240的上侧的左半部分或者右半部分或者中间部分等，也可以分布在第一金属板240的上侧的全部区域内。

可选地，在第一金属板240的上侧满布锯齿状结构245的情况下，可以设置N个锯齿状结构245时，第一金属板240的上侧可以设置N个锯齿状结构245，也可以设置M(其中，M＜N)个锯齿状结构245。

在所述锯齿状结构245为三角形时，所述锯齿状结构245的其中一个尖角可与所述金属板主体243连接，与该尖角相对的边则与所述金属板主体243平行。如此，便于将该多个天线单元10组成天线阵列。

作为一种可能的实现方式，可以通过在所述第一金属板240的边缘进行刻蚀，形成图3所示的三角形通孔241，进而形成三角形的锯齿状结构245。其中，三角形通孔241的一条边为所述金属板主体243的边，三角形的锯齿状结构245的一个尖角与所述金属板主体243连接。如此，通过在带线220的反射地面周围刻蚀出蚀锯齿形状的结构，从而提高天线单元10之间的隔离度。

可选地，在本实施例中，所述辐射子单元100与所述馈电子单元200各自独立设置，所述辐射子单元100设置在所述馈电子单元200远离所述第一金属板240的一侧。如此，馈电结构和辐射部分单独设计，实现馈电与辐射不在一层，从而能够兼顾馈电和辐射，使其不相互受影响，可增加灵活度，以及有效地降低交叉极化电平。

可选地，在本实施例中，所述辐射子单元100可以包括依次层叠设置的第二金属板110、第一介质基板120、第一粘接层130、第三金属板140及第二介质基板150。其中，所述第二金属板110与所述馈电子单元200之间的距离大于所述第二介质基板150与所述馈电子单元200之间的距离，也即第二介质基板150更靠近所述馈电子单元200；所述第一粘接层130采用粘接材料。所述辐射子单元100还包括辐射贴片113，所述辐射贴片113设置在所述第一介质基板120远离所述第一粘接层130的一侧。可选地，所述辐射贴片113可以为图1及图2所示的蝶形，还可以为矩形或者其他形状。

在本实施例中，所述第二金属板110为一个框型结构，所述辐射贴片113设置在该框型结构的中部，与框型结构不接触。作为一种可能的实现方式，可以对一个金属板进行刻蚀，形成空隙115、框型结构的第二金属板及辐射贴片113。其中，所述空隙115的形状可以结合辐射贴片113的形状要求确定。

在本实施例中，所述第三金属板140上设置有耦合缝隙143，以便将信号向上耦合到辐射贴片113上。可选地，所述耦合缝隙143可以为H型缝隙，也可以为一字形缝隙，具体可以结合实际需求设置。作为一种可能的实现方式，所述耦合缝隙143可以为H型缝隙，如此由于H形缝隙的两边缝隙相当于电抗元件，能够调节其尺寸实现阻抗匹配，因此该H型的耦合缝隙143可以增加驻波带宽，并且第三金属板140可隔绝带状线馈电层的杂散对辐射贴片113辐射的影响。

在本实施例中，所述辐射子单元100包括多个第一地孔117，多个第一地孔117设置在所述辐射贴片113的周围。所述第一地孔117由所述第二金属板110贯穿至所述第三金属板140处。可以理解的是，图3中第一地孔117下的柱状结构用于表示第一地孔117从所述第二金属板110开始贯穿，实际中并未设置该柱状结构。可以在所述第二金属板110、第一介质基板120、第一粘接层130及第三金属板140对应位置处均开孔，然后在孔的内壁涂上相应材料，从而形成第一地孔117。通过设置多个第一地孔117，可以在辐射层限制天线单元10之间的耦合，从而提高隔离度。

在本实施例中，所述馈电子单元200可以包括依次层叠设置的第二粘接层210、所述带线220、第三介质基板230及所述第一金属板240。其中，所述第二粘接层210与所述辐射子单元100之间的距离小于所述第一金属板240与所述辐射子单元100之间的距离，也即，所述第二粘接层210更靠近所述辐射子单元100。所述第二粘接层210采用粘接材料。

在本实施例中，所述馈电子单元200还可以包括多个第二地孔147，所述多个第二地孔147设置在所述耦合缝隙143的周围。所述第二地孔147由所述第三金属板140贯穿至所述第一金属板240。可以理解的是，图3中第二地孔147下的柱状结构用于表示第二地孔147从所述第三金属板140开始贯穿，实际中并未设置该柱状结构。可以在所述第三金属板140、第二介质基板150、第二粘接层210、第三介质基板230及第一金属板240对应位置处均开孔，然后在孔的内壁涂上相应材料，从而形成第二地孔147。通过设置多个第二地孔147，可以在馈电层限制天线单元10之间的耦合，从而提高隔离度。其中，上述第一金属板240、第二金属板110及第三金属板140均为金属地。

所述带线220采用的是带状线馈电结构，如此既不影响辐射贴片113的天线性能，且易于后级链路匹配。

电磁波信号可对带线220进行激励以传输信号，进而通过耦合缝隙143向上耦合到辐射贴片113上，最后通过辐射贴片113辐射信号。其中，可选地，在所述带线220垂直投影到所述第三金属板140上，所述带线220的位置A位于所述耦合缝隙143的中间，位置A与带线220的一端末端之间的距离为四分之一波长。在所述耦合缝隙143为H型时，上述位置A可位于H型缝隙中连接两边缝隙的缝隙处。

在本实施例中，所述第三金属板140上可设置有H型缝隙，从而增加驻波带宽，并且利用第三金属板140隔绝了带状线馈电层的杂散对辐射贴片113辐射的影响；带线220采用的是带状线馈电结构，可不影响辐射贴片的天线性能，并且易于后级链路匹配；馈电结构和辐射部分单独设计，从而增加了灵活度，也有效地降低了交叉极化电平。并且，通过设置第一地孔117及第二地孔147，可束缚电磁能量，即增强天线辐射效率，同时可最大限度降低相邻单元之间的影响，提高天线单元间隔离度。同时，同时在第一金属板240的周围刻蚀锯齿形状的结构，可增加耦合能量的路径，将耦合能量束缚在天线单元内，进而减小相邻天线单元间的影响，提高天线单元间的隔离度。

是否在第一金属地板周围设置锯齿状结构的天线单元的隔离度仿真结果如图4所示，频段为30-40GHz，A为设置后的隔离度，B为未设置的隔离度，相比于没有设置锯齿形状的结构，隔离度提高了2-3dB。

本申请实施例还提供一种通信设备，该通信设备包括上述的相控阵天线。所述通信设备可以是手机或其他类型的终端。

综上所述，本申请实施例提供了一种相控阵天线及通信设备，相控阵天线包括多个天线单元，该天线单元中包括辐射子单元及馈电子单元，馈电子单元包括带线及与带线对应的作为反射地面的第一金属板，带线用于传输信号，第一金属板的边缘设置有锯齿状结构。如此，通过在天线单元的带线对应的作为反射地面的金属板边缘设置锯齿状结构，从而增加耦合电流路径，增加耦合电流路径即增加耦合电流的流动，在传输过程中，就会消耗耦合能量，进而减小天线单元间的影响，提高隔离度，并且该方式可行性较高，容易实现，不影响天线性能。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相控阵天线，其特征在于，包括多个天线单元，所述天线单元包括辐射子单元及馈电子单元，

所述馈电子单元包括带线及与所述带线对应的作为反射地面的第一金属板，所述带线用于传输信号，所述第一金属板的边缘设置有锯齿状结构。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述第一金属板的每个边缘均分别设置有所述锯齿状结构。

3.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述第一金属板的边缘设置有多个所述锯齿状结构，和/或，所述锯齿状结构为三角形。

4.根据权利要求3所述的相控阵天线，其特征在于，所述锯齿状结构的锯齿与所述第一金属板的金属板主体连接。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的相控阵天线，其特征在于，所述辐射子单元与所述馈电子单元各自独立设置，所述辐射子单元设置在所述馈电子单元远离所述第一金属板的一侧。

6.根据权利要求5所述的相控阵天线，其特征在于，

所述辐射子单元包括依次层叠设置的第二金属板、第一介质基板、第一粘接层、第三金属板及第二介质基板，其中，所述第二金属板与所述馈电子单元之间的距离大于所述第二介质基板与所述馈电子单元之间的距离，所述第三金属板上设置有耦合缝隙；

所述辐射子单元还包括辐射贴片，所述辐射贴片设置在所述第一介质基板远离所述第一粘接层的一侧。

7.根据权利要求6所述的相控阵天线，其特征在于，所述辐射子单元包括多个第一地孔，

多个第一地孔设置在所述辐射贴片的周围；

所述第一地孔由所述第二金属板贯穿至所述第三金属板处。

8.根据权利要求6所述的相控阵天线，其特征在于，所述馈电子单元包括依次层叠设置的第二粘接层、所述带线、第三介质基板及所述第一金属板，其中，所述第二粘接层与所述辐射子单元之间的距离小于所述第一金属板与所述辐射子单元之间的距离。

9.根据权利要求8所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线单元还包括多个第二地孔，

多个第二地孔设置在所述耦合缝隙的周围；

所述第二地孔由所述第三金属板贯穿至所述第一金属板。

10.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括权利要求1-9中任意一项所述的相控阵天线。