WO2023030342A1 - 天线振子及天线阵列 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例涉及通信技术领域，公开了一种天线振子及天线阵列，其中的天线振子包括介质基板(10)、辐射单元(20)和馈电单元(30)，介质基板(10)上设置有第一支撑柱(11)，辐射单元(20)与馈电单元(30)为一体成型结构，辐射单元(20)与馈电单元(30)中的至少一者设置有第一过孔(21)，第一支撑柱(11)穿过第一过孔(21)，且第一支撑柱(11)与第一过孔(21)内壁通过热熔固接。
Description
交叉引用
本申请基于申请号为“2021110401766”、申请日为2021年09月06日的中国专利申请提出，并要求该中国专利申请的优先权，该中国专利申请的全部内容在此以引入方式并入本申请。
本申请实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种天线振子及天线阵列。
随着5G(5th Generation Mobile Communication Technolog，第五代移动通信技术)时代的到来，Massive MIMO(Massive Multiple-Input Multiple-Output，大规模多入多出技术)天线阵列比以往的4G(4th Generation Mobile Communication Technolog，第四代移动通信技术)天线产品要求结构更紧凑，天线阵列振子单元数量更多。其中，振子作为天线内部最为重要的功能性部件，传统的振子结构设计复杂，体积大，重量较重，加工成型工序多，生产成本较高。
主流的天线振子主要分为两类：
一类使用钣金、压铸或者PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)振子形成辐射单元，馈电形式以PCB板馈电为主。各部件单独完成装配后，再通过螺钉、铆钉拼装成整机。由于天线阵列的元件众多，故这种形式的天线振子装配复杂。
另一类基于塑料注塑、镭雕、电化镀技术，馈电网络线路和辐射片通过镭雕和/或电化镀方式加工后附着在塑料介质基材上，而在实际的生产应用中，采用镭雕或者电化镀的加工形式容易导致天线振子中的馈电网络线路和辐射片较为粗糙，天线损耗较大，影响天线的增益性能。
发明内容
本申请一些实施例提供了一种天线振子，包括介质基板、辐射单元和馈电单元，所述介质基板上设置有第一支撑柱，所述辐射单元与所述馈电单元为一体成型结构，所述辐射单元与所述馈电单元中的至少一者设置有第一过孔，所述第一支撑柱穿过所述第一过孔，且所述第一支撑柱与所述第一过孔内壁通过热熔固接。
本申请一些实施例还提供了一种天线阵列，包括地板和多个上述的天线振子，多个所述天线振子呈阵列设置在所述地板上，且多个所述天线振子的所述介质基板为一体结构。
图1是根据本申请一些实施例提供的天线振子的结构示意图；
图2是图1所示天线振子的爆炸结构示意图；
图3是图1所示天线振子的俯视结构示意图；
图4是图1所示天线振子的侧视结构示意图；
图5是图1所示天线振子在另一视角下的结构示意图；
图6是根据本申请一些实施例提供的天线阵列的结构示意图；
图7是图6所示天线阵列的爆炸结构示意图；
图8是图6所示天线阵列在另一视角下的结构示意图。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
图1示出了本申请一些实施例提供的天线振子的结构，图2为图1所示天线振子的爆炸结构示意图。如图1和图2所示，本申请一些实施例提供的天线振子包括介质基板10、辐射单元20和馈电单元30，介质基板10上设置有第一支撑柱11，辐射单元20与馈电单元30为一体成型结构，辐射单元20与馈电单元30中的至少一者设置有第一过孔21，介质基板10上的第一支撑柱11穿过第一过孔21，且介质基板10上的第一支撑柱11与第一过孔21内壁通过热熔固接。
本申请一些实施例提供的天线振子，其中的辐射单元20与馈电单元30为一体成型结构，且二者中的至少一者设置有第一过孔21，介质基板10上的第一支撑柱11穿过第一过孔21，并与第一过孔21内壁通过热熔固接，从而实现辐射单元20、馈电单元30与介质基板10之间的装配，这样，一体成型的辐射单元20与馈电单元30和介质基板10之间只需以热熔形式即可完成装配，降低了天线振子的装配难度。同时，辐射单元20与馈电单元30采用一体成型结构，避免了由于采用镭雕或者电化镀形式而导致天线振子的馈电网络线路和辐射片较为粗糙，能够降低天线的损耗，有利于优化天线的增益性能。
介质基板10为辐射单元20与馈电单元30的固定基础，辐射单元20为天线的信号辐射部分，而馈电单元30则起到为辐射单元20馈电的作用，相比于采用各部件独立制作并采用连接件依次装配起来的形式，此处的辐射单元20与馈电单元30采用一体成型结构，再通过第一支撑柱11与第一过孔21间的热熔配合，固定在介质基板10表面上。这样，摆脱了各部件因依次装配而带来的结构复杂度以及装配难度。而此处辐射单元20与馈电单元30的一体成型结构，可以通过金属卷料冲压实现，将金属材料按照预设的形式进行冲压，得到一体结构的辐射单元20与馈电单元30，而第一过孔21可以冲压在辐射单元20所在部分或者馈电单元30所在部分，或者二者所在部分均有。此处的辐射单元20与馈电单元30也可以通过数控车床加工得到，同样可以使得到的一体的辐射单元20与馈电单元30，具有相较于镭雕或电化镀方式更加光滑的表面，以降低天线的损耗。另外，此处介质基板10上的第一支撑柱11可以在热熔后形成蘑菇头形状，将辐射单元20的第一过孔21孔壁固定在第一支撑柱11上，从而将一体结构的辐射单元20与馈电单元30固定在介质基板10表面上。
在一些实施例中，辐射单元20可以采用贴片形式，即图2中所示的矩形贴片，而在其他 实施例中，辐射单元20也可以采用圆形贴片或者菱形贴片，另外，辐射单元20也可以采用微带线形式。而辐射单元20的馈电形式可以采用耦合馈电或者直接馈电，馈电单元30为图2中所示的馈电金属带，馈电金属带与矩形贴片采用金属卷料冲压形成一体结构，可以在确保矩形贴片与馈电金属带的表面精度的同时，确保矩形贴片与馈电金属带之间的连接强度。
而辐射单元20与馈电单元30被固定在介质基板10的表面上，第一支撑柱11在热熔后起到防止辐射单元20与馈电单元30从介质基板10上脱离的作用，因此，并不限定介质基板10上的第一支撑柱11的数量，以及一体成型的辐射单元20与馈电单元30上的第一过孔21的数量，同时辐射单元20的数量也可以依据实际需要设计为一个、两个、三个或者五个。例如图2中所示的辐射单元20的数量有三个，与三个辐射单元20一体成型的馈电金属带有两个，第一过孔21开设在馈电金属带上，每个馈电金属带上的第二过孔41的数量为11个，介质基板10上的第一支撑柱11的数量为22个。
在一些实施例中，介质基板10与第一支撑柱11的材质为塑料，第一支撑柱11与介质基板10为一体成型结构，这样，一方面可以减轻天线振子的重量，实现天线振子的轻量化，另一方面可以增加第一支撑柱11在与介质基板10之间的连接强度，确保辐射单元20与馈电单元30固定在介质基板10上时的可靠性。而在其他实施例中，介质基板10与第一支撑柱11也可以采用不同材质制作而成。
介质基板10上除了固定辐射单元20外，通常还会固定寄生单元40，来提高天线的带宽和增益性能，寄生单元40与辐射单元20间隔设置，用来反射辐射单元20的能量，从而使辐射单元20的信号在特定方向上相互叠加而得到增强，特定方向为辐射单元20正对寄生单元40的方向。而寄生单元40与介质基板10之间的固定同样可以采用支撑柱热熔的形式，如图2所示，可以在寄生单元40上设置第二过孔41，在介质基板10上设置第二支撑柱12，使第二支撑柱12穿过第二过孔41，并与第二过孔41孔壁通过热熔固接。这样，在介质基板10上固定辐射单元20与馈电单元30后，可以将寄生单元40以同样的形式固定在介质基板10上。其中，介质基板10上的第二支撑柱12远离介质基板10的端部直径相较于第二支撑柱12的其他部分的直径有所减小，并且寄生单元40上的第二过孔41直径大于第二支撑柱12远离介质基板10的端部直径，同时小于第二支撑柱12的其他部分的直径。介质基板10上的第二支撑柱12穿过第二过孔41时，寄生单元40会被挡在第二支撑柱12的端部位置而无法继续贴近介质基板10表面。这样，在第二支撑柱12的端部热熔形成蘑菇头形状后，寄生单元40被固定在第二支撑柱12上，并且寄生单元40被固定在第二支撑柱12远离介质基板10的端部位置处，与介质基板10表面固定的辐射单元20间隔分布。
同样并不限定介质基板10上的第二支撑柱12的数量，以及寄生单元40上的第二过孔41的数量。如图2所示，介质基板10上与同一寄生单元40对应的第二支撑柱12的数量可以有四个，四个第二支撑柱12在介质基板10的表面上呈矩形排布，并避开辐射单元20的装配位置。而寄生单元40上的第二过孔41的数量同样有四个，四个第二过孔41同样呈矩形排布在寄生单元40上，通过介质基板10上的四个第二支撑柱12与寄生单元40上的四个第二过孔41之间的配合，可以将寄生单元40有效地固定在介质基板10上。
同时，寄生单元40与辐射单元20一一对应，一个寄生单元40正对一个辐射单元20设置，寄生单元40可以采用金属贴片的形式，例如图2中所示的矩形金属贴片，而在其他可能的实施方式中，寄生单元40也可以采用圆形金属贴片或者菱形金属贴片。
另外，为了有利于提高天线的带宽，可以在用作寄生单元40的金属贴片的周边加载矩形匹配枝节，这种矩形匹配枝节为在金属贴片周边设置的凸出部分，即如图3所示，可以在寄生单元40上设置凸出部42，凸出部42自寄生单元40的边缘向外延伸设置。同时，这样的凸出部42也可以采用其他形式，例如“十”字形或者“♀”形。
而为了提高天线的增益性能，如图2所示，还可以在介质基板10上正对馈电单元30的位置处设置多个镂空区13，每个镂空区13正对馈电单元30的部分表面设置，镂空区13即在设置在介质基板10上的镂空区域，在介质基板10上正对馈电单元30的位置处进行镂空处理，可以减少馈电线路的损耗，从而增加天线的增益性能，另外，对天线的相位、驻波也有一定的调试优化作用。
这样的镂空区域依据馈电单元30的位置进行设置，而馈电单元30正对介质基板10的位置依据馈电单元30的数量可以有多处。如图2所示，馈电单元30的数量有两个，通过两个馈电单元30可以实现辐射单元20的±45度双极化，这样，与辐射单元20一体成型的馈电单元30有两个，两个馈电单元30关于辐射单元20呈对称设置。
另外，馈电单元30可以通过馈电针50与外界连通，馈电针50与馈电单元30一一对应，馈电针50贯穿介质基板10、并与对应的馈电单元30电性连接。如图4和图5所示，馈电针50的一端与馈电单元30的输入端连接，馈电针50的另一端作为天线振子的输入端凸出于介质基板10背向辐射单元20的表面，并穿过地板60，以便馈电针50可以与天线的校准网络或滤波器电性连接。此处馈电单元30的输入端即与馈电针50电性连接的一端。
在一些实施例中，馈电针50可以为埋设于介质基板10上的金属探针，介质基板10成型时，将金属探针预埋在与馈电单元30输入端对应的位置，在一体成型的馈电单元30与辐射单元20基于热熔形式固定在介质基板10的表面后，金属探针便自然与馈电单元30实现电性连接，进而实现信号输入。
另外，馈电针50并不限于金属探针形式，还可以是射频接头等其他形式，馈电针50可以通过焊接、插接的方式连接于外部信号源上。
同时，为了提高天线的增益性能，可以增加辐射单元20的表面电流路径，辐射单元20具有相对设置的第一边缘和第二边缘，辐射单元20上设置有自第一边缘23向第二边缘24凹陷的缺口22。第一边缘23与第二边缘24即图2中用作辐射单元20的矩形贴片的其中相对的两侧边缘，这样的缺口22可以弯曲辐射单元20的表面电流路径。另外，还可以通过在辐射单元20上设置通孔来增加辐射单元20的表面电流路径，同样可以提高天线的增益性能。
而为了改善天线的辐射性能，可以在介质基板10上设置折边14，折边14自介质基板10边缘向设置有辐射单元20一侧弯折延伸。如图4所示，矩形的介质基板10的两侧长边处分别设置有折边14，这样的折边14可以起到反射辐射单元20信号的作用，从而改善天线的辐射性能。
本申请一些实施例还提供了一种天线阵列，如图6至图8所示，该天线阵列包括地板60和多个上述实施例中的天线振子，多个天线振子呈阵列设置在地板60上，且多个天线振子的介质基板10为一体结构。图6中所示的天线振子包括三个辐射单元20，而图6中所示的天线阵列示出了包括两个天线振子的情形，这只是此处的天线阵列的其中一种示意结构，在其他可能的实施方式中，天线阵列还可以包括三个或者更多个天线振子，而馈电单元30与馈电针50的数量相应地可以为四个及以上。
在组装天线阵列时，只需将预设数量的天线振子按照一定的规则排列即可，如图6中所示的直线型排列，天线阵列无需再焊接馈电网络。这样，能够有效地简化生产操作，大大减少了零部件的数量，简化了整机天线的装配焊接工序，提高了装配效率，并且有利于自动化批量生产。
地板60作为金属地层设置于介质基板10远离辐射单元20的表面，这样，将设置于介质基板10上的地板60作为天线阵列的反射板以及辐射单元20的接地端，无需再增加一块单独的反射板，能够降低成本，且降低天线阵列的重量。此处的地板60可以对电磁波信号进行多次反射，从而增强辐射单元20信号的收发效率。
另外，如图7和图8所示，地板60上设置有供馈电针50穿过的第三过孔61，馈电针50可以从地板60上的第三过孔61穿过，以避免馈电针50的输入口接地短路。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。
Claims (10)
- 一种天线振子，包括介质基板(10)、辐射单元(20)和馈电单元(30)，所述介质基板(10)上设置有第一支撑柱(11)，所述辐射单元(20)与所述馈电单元(30)为一体成型结构，所述辐射单元(20)与所述馈电单元(30)中的至少一者设置有第一过孔(21)，所述第一支撑柱(11)穿过所述第一过孔(21)，且所述第一支撑柱(11)与所述第一过孔(21)内壁通过热熔固接。
- 根据权利要求1所述的天线振子，其中：所述介质基板(10)和所述第一支撑柱(11)的材质为塑料，且所述第一支撑柱(11)与所述介质基板(10)为一体成型结构。
- 根据权利要求1所述的天线振子，其中：还包括寄生单元(40)，所述寄生单元(40)上设置有第二过孔(41)，所述介质基板(10)上设置有第二支撑柱(12)，所述第二支撑柱(12)穿过所述第二过孔(21)，且所述第二支撑柱(12)与所述第二过孔(21)内壁通过热熔固接，所述寄生单元(40)与所述辐射单元(20)间隔设置。
- 根据权利要求3所述的天线振子，其中：所述寄生单元(40)上设置有凸出部(42)，所述凸出部(42)自所述寄生单元(40)的边缘向外延伸设置。
- 根据权利要求1至4任一项所述的天线振子，其中：所述介质基板(10)上设置有多个镂空区(13)，所述镂空区(13)正对所述馈电单元(30)表面设置。
- 根据权利要求1所述的天线振子，其中：所述馈电单元(30)有两个，两个所述馈电单元(30)关于所述辐射单元(20)呈对称设置。
- 根据权利要求1或6所述的天线振子，其中：还包括馈电针(50)，所述馈电针(50)与所述馈电单元(30)一一对应，所述馈电针(50)贯穿所述介质基板(10)、并与对应的所述馈电单元(30)电性连接。
- 根据权利要求1所述的天线振子，其中：所述辐射单元(20)具有相对设置的第一边缘(23)和第二边缘(24)，所述辐射单元(20)上设置有自所述第一边缘(23)向所述第二边缘(24)凹陷的缺口(22)。
- 根据权利要求1所述的天线振子，其中：所述介质基板(10)上设置有折边(14)，所述折边(14)自所述介质基板(10)边缘向设置有所述辐射单元(20)一侧弯折延伸。
- 一种天线阵列，包括：地板(60)和多个如权利要求1至9任一项所述的天线振子，多个所述天线振子呈阵列设置在所述地板(60)上，且多个所述天线振子的所述介质基板(10)为一体结构。
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