CN111725613A - 一种天线单元及一种滤波天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种天线单元及一种由该天线单元组成的滤波天线阵列，涉及天线技术领域，可以实现天线单元的小型化，从而在保证天线单元隔离度性能、方向图性能的前提下提高滤波天线阵列的集成度。本申请通过在天线单元阵子臂末端设置弯折延伸部，将水平流动的电流成功新引导为非水平流动，实现了天线单元水平尺寸的大幅缩减，实现小型化，从而可以减小由该天线单元组成的滤波天线阵列的横向尺寸。

Description

一种天线单元及一种滤波天线阵列
技术领域
本申请实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种小型化天线单元及一种由该天线单元组成的滤波天线阵列。
背景技术
伴随着移动互联网和物联网的发展，以及移动通信技术的更大带宽、更高速率、更低功耗、更短时延的发展趋势，移动通信***正面临着电路功能模块高度集中化的需求，另外，未来移动通信***对高容量的需求会越来越高，这必然会带来***通道数的急剧增加，随之而来的是天线端口数的不断增长。
但未来的无线站址肯定是越来越稀缺的紧张，这便对天线的集成度要求越来越高。
因此，在提高天线性能的同时减小天线尺寸，成为急需解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种天线单元及一种滤波天线阵列，能够解决现有记住中通过加密天线辐射单元提高集成度导致的天线端口间隔离度的大幅恶化以及方向图严重畸变的问题，以及集成效果不理想的问题。
为达到上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供一种天线单元，该天线单元包括：介质板、阵子单元和馈电装置；其中，介质板包含相对设置的第一表面和第二表面；阵子单元包含十字交叉设置的第一阵子臂和第二阵子臂，该第一阵子臂和第二阵子臂分别包含两部分，该第一阵子臂的第一部分和第二阵子臂的第一部分十字交叉设置于介质板的第一表面，该第一阵子臂的第二部分为第一阵子臂的第一部分的延伸部，穿过介质板向垂直于第二表面的方向延伸；该第二阵子臂的第二部分为第二阵子臂的第一部分的延伸部，穿过介质板向第一方向延伸；其中，该第一方向不平行于介质板；馈电装置包括相对设备的第一端和第二端；该馈电装置的第一端与第一阵子臂的第一部分以及第二阵子臂的第一部分耦合。
上述第一方面提供的天线单元，通过在阵子臂末端设置弯折延伸部，重新引导了电流的流向，即由原来的水平流动变为其他方向的流动，实现了天线单元水平尺寸的大幅缩减，实现小型化，从而可以减小由该天线单元组成的天线阵的横向尺寸；另外，弯折延伸部的设置可以保证其对阵子臂电流引导的有效性，同时也能较好的保持原有的带宽。
在一种可能的实现方式中，第一阵子臂的第一部分和第二阵子臂的第一部分形状包括以下中的任一种：片状、环状、柱状。通过在任意结构的阵子臂(例如片状、环状、柱状)末端设置弯折延伸部，均可实现本申请阵子臂延伸部所要达到的技术效果，即实现电流流向的成功新引导，实现天线单元尺寸的大幅小型化，同时保证其对阵子臂电流引导的有效性，同时也能较好的保持原有的带宽。
在一种可能的实现方式中，第一阵子臂的第二部分和第二阵子臂的第二部分包括以下中的任一种结构：平面结构、曲面结构、弯折面结构。天线单元可以支持任意结构的弯折延伸部(例如平面结构、圆弧面结构、L形面结构、V形面结构、W形面结构)，实现电流流向的成功新引导，实现天线单元尺寸的大幅小型化，同时保证其对阵子臂电流引导的有效性，同时也能较好的保持原有的带宽。
在一种可能的实现方式中，第一阵子臂的第二部分和所第二阵子臂的第二部分还可以包括沿着第一方向向第二方向延伸的延伸部；其中，第二方向不平行于第一方向。天线单元可以支持弯折若干次的延伸部(例如先向垂直于介质板的方向延伸，然后向平行于介质板的方向再次弯折延伸)，实现电流流向的成功新引导，实现天线单元尺寸的大幅小型化，同时保证其对阵子臂电流引导的有效性，同时也能较好的保持原有的带宽。
在一种可能的实现方式中，第一阵子臂的第二部分和第二阵子臂的第二部分设置有缝隙。通过在阵子臂末端弯折延伸部(即阵子臂的第二部分)设置缝隙可以在抑制频段破坏阵子的阻抗匹配，另外，设置缝隙还会由于谐振在其周围产生反向的辐射电流降低天线单元在抑制频段的辐射效果，达到场域解耦的效果，实现较好的滤波特性。
在一种可能的实现方式中，第一阵子臂的第二部分和第二阵子臂的第二部分设置的缝隙的形状包括以下中的任一种：直线形、曲线形、折线形。天线单元可以支持弯折延伸部(即阵子臂的第二部分)上任意形状和结构的缝隙(例如直线形、曲线形、折线形)，实现本申请该缝隙所要达到的滤波特性。
在一种可能的实现方式中，缝隙的长度l满足：
Figure BDA0002003092460000021
其中，λ为无线波的波长，A为预设误差阈值。在缝隙的长度与半波长相当是，作为一种优选的天线臂弯折延伸部上的缝隙，滤波效果更佳。
在一种可能的实现方式中，馈电装置为巴伦馈电装置；该巴伦馈电装置包括至少一块PCB基板，该至少一块PCB基板上设置有巴伦装置和馈电装置；其中，该巴伦装置为设置在PCB基板上的第一微带线，该馈电装置设置在PCB基板上的第二微带线。通过采用PCB印刷的巴伦馈电上的馈电装置为天线辐射单元馈电，通过巴伦装置为平衡/不平衡线路提供阻抗变换，以及实现某些天线馈电的不平衡到平衡的转换。
在一种可能的实现方式中，该馈电装置的第一端通过馈电端口与介质板上排列的阵子臂连接。馈电装置通过馈电端口实现对阵子臂的馈电。
在一种可能的实现方式中，该巴伦馈电装置包括两块十字交叉的PCB基板；该两块十字交叉的PCB基板穿过介质板、第一阵子臂的第二部分和第二阵子臂的第二部分，与第一阵子臂的第一部分以及第二阵子臂的第一部分耦合。通过两块十字交叉的PCB基板构成的巴伦馈电装置，可以实现本申请巴伦馈电装置所要达到的馈电目的和平衡转换的目的。
在一种可能的实现方式中，该第一微带线由双层金属套环构成。通过利用双层金属套环的谐振特性，在想要抑制的频段破坏阵子的阻抗匹配以实现抑制阵子辐射的目的；另外，由于双层金属套环的高谐振特性可以实现极高的频率选择性。
在一种可能的实现方式中，该天线单元还包括：环绕第一阵子臂和第二阵子臂设置的金属框。通过金属框的设置可以更好的改善天线阵中天线单元间的隔离度，以及更好的改善天线阵中的方向图。
在一种可能的实现方式中，该介质板为PCB基板，该介质板为正方形。上述任一种可能的实现方式对于任一种形状、材质和结构的介质板均可实现上述对应的可能的实现方式所要达到的效果。
第二方面，提供一种滤波天线阵列，该滤波天线阵列包括至少两个第一方面任一种天线单元，以及金属反射板；其中，每一个天线单元耦合至该金属反射板。
上述第二方面提供的滤波天线阵列，由上述第一方面任一种可能的实现方式中的天线单元排列组成的天线阵，可以实现更高的集成度，同时可以保证阵元间距、辐射性能和隔离度等要求。
在一种可能的实现方式中，每一个天线单元包括介质底板；该介质底板通过馈电装置的第二端与馈电装置连接；每一个天线单元通过该介质底板耦合至金属反射板。每一个天线单元通过其介质底板耦合至金属反射板构成滤波天线阵列，使得其结构简单、实现方便。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种加密天线阵列的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种收发分离天线阵列的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种包括弯折天线臂的天线单元的结构图；
图4为本申请实施例提供的可能的天线臂结构示例图；
图5为本申请实施例提供的一种包括环形天线臂的天线单元的结构图；
图6为本申请实施例提供的一种天线臂延伸部设置有缝隙的天线单元的结构图；
图7为本申请实施例提供的一种巴伦馈电天线单元的结构图；
图8为本申请实施例提供的一种包括金属框的天线单元的结构图；
图9为本申请实施例提供的一种包括介质底板的天线单元的结构图；
图10为本申请实施例提供的一种滤波天线阵列的俯视图；
图11为本申请实施例提供的一种天线集成度效果对比示意图；
图12为本申请实施例提供的隔离度随天线单元间距变化的仿真曲线示意图；
图13为本申请实施例提供的一种天线隔离度效果对比图；
图14为本申请实施例提供的一种天线阵元隔离度对比图；
图15为本申请实施例提供的一种天线阵列波宽对比图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请作进一步地详细描述。
以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
以下，对本申请实施例可能出现的术语进行解释。
天线阵列：为适合各种场合的应用，将工作在同一频率的两个或两个以上的单个天线单元，按照一定的要求进行馈电和空间排列构成天线***，也叫天线阵。天线阵的辐射场是各天线单元辐射场的矢量和，其特性取决于天线单元的型式、位置、排列方式及其激励幅度和相位。
天线单元：构成天线阵列的天线辐射单元，也可称为阵元。
天线阵的方向图：等于天线单元的方向图与天线阵阵方向图的乘积。
天线阵的排列方式：天线阵的排列方式按天线单元的排列方式可分为线性阵、平面阵和三维立体阵；按辐射图形的指向可分边射阵、端射阵和非边射非端射阵。
线性阵：天线阵各天线单元的中心分别排列在一条直线上。
平面阵：天线阵各天线单元的中心分别排列在一个平面上。
三维立体阵：天线阵各天线单元的中心分别排列在非平面共形表面上。
边射阵：天线阵最大辐射方向垂直于阵列直线或阵平面。
端射阵：天线阵最大辐射方向沿阵列直线或阵平面。
二元阵：是指由两个天线单元组成的天线阵。
常用的天线阵列多用相似元组成，其中，相似元是指个阵元的类型、尺寸、结构相同。
耦合：指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。
波束宽度：分为水平波束宽度和垂直波束宽度，其中，水平波束宽度是指在水平方向上，在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角；垂直波束宽度是指在垂直方向上，在最大辐射方向两侧，辐射功率下降3dB的两个方向的夹角。
通常，为了提高天线的集成度，采用的方法是对天线辐射单元进行加密排列。如图1所示，为一种加密天线阵列的示意图。天线阵列100在同一行或者同一列至少包括两个用于发射无线电信号的天线单元110或至少包括两个用于接收无线电信号的天线单元120排列，如图1中的(a)所示，在天线阵列100的第一区域，排列有若干行天线单元110用于接收信号，在天线阵列100的第一区域，排列有若干行天线单元120用于发射信号，其中，在第一区域与第二区域交叉的第三区域，交叉排列有天线阵列100和天线单元120，使得天线阵列100相比于图1中的(b)所示的未加密排列的结构，尺寸更小，同时可以降低天线阵列对射频前端滤波器、双工器的要求。
或者，为了降低天线阵列对射频前端滤波器、双工器的要求，也可以通过收发分离来增加天线的收发分离特性，实现该目的收益。如图2所示，为一种收发分离天线阵列的示意图。如图2所示，在天线阵列200的第一行排列两若干个用于发射无线电信号的天线单元110，在天线阵列200的第二行排列两若干个用于接收无线电信号的天线单元120，其中，天线阵列200第二行排列的天线单元120起始排列位置为第二行第二列的位置，即天线单元110和天线单元120为交叉排列。
但是，上述图1中的(b)虽然可以减小天线阵列的尺寸，但是由于现有的天线辐射单元尺寸较大，因此进一步高集成化的空间很有限；另外，图1中的(b)以及图2中的天线阵列会造成天线端口间隔离度的大幅恶化以及方向图严重畸变，破坏***的整体性能收益。
因此，本申请实施例提供一种天线单元及一种滤波天线阵列，通过包括水平结构和非水平结构两部分振子单元的天线单元，使流经其中的电流流动在水平面与非水平面，从而大大减小该天线单元在水平面的尺寸，实现小型化；从而大大减小由若干个该天线单元排列而成的天线阵列尺寸，同时，该小型化天线单元也可以进一步与支持加密排列来减小天线阵尺寸，从而降低***对射频前端滤波器、双工器的要求。
图3中的(a)为本申请实施例提出的一种包括弯折天线臂的天线单元300的侧视图；图3中的(b)为本申请实施例提出的一种包括弯折天线臂的天线单元300的***图。该天线单元300包括：介质板310、阵子单元320和馈电装置330；其中，介质板310包含相对设置的第一表面和第二表面；阵子单元320包含十字交叉设置的第一阵子臂321和第二阵子臂322，该第一阵子臂321和第二阵子臂322分别包含两部分，该第一阵子臂的第一部分和第二阵子臂的第一部分十字交叉设置于介质板310的第一表面，该第一阵子臂的第二部分为第一阵子臂的第一部分的延伸部，穿过介质板310向第一方向延伸；其中，第一方向不平行于介质板；该第二阵子臂的第二部分为第二阵子臂的第一部分的延伸部，穿过介质板310向垂直于第二表面的方向延伸；馈电装置330包括相对设备的第一端331和第二端332；该馈电装置330的第一端331与第一阵子臂的第一部分以及第二阵子臂的第一部分耦合。
其中，上述第一阵子臂的第二部分可以包括设置在第一阵子臂321两端的两个延伸部，第二阵子臂的第二部分可以包括设置在第二阵子臂322两端的两个延伸部。
需要说明的是，图3中仅以第一方向为垂直于介质板310的方向作为示例。事实上，第一方向可以为不平行于介质板310的任意方向，例如：垂直于介质板310延伸，与介质板310呈60°延伸。
通过在阵子臂末端设置弯折延伸部实现天线单元水平尺寸的小型化，从而适用于对天线阵列集成度较高且对隔离度又有较高需求的场景，或FDD收发分离天线***中。
需要说明的是，上述馈电装置330可以为任意结构和形式的馈电装置，例如：同轴馈电装置、巴伦馈电装置、波导馈电装置。
需要说明的是，上述馈电装置330的第一端331与第一阵子臂的第一部分以及第二阵子臂的第一部分耦合目的在于与阵子单元320向耦合，因此，图3所示的结构仅作为一种示例，馈电装置330还可以与阵子单元320的其他部分连接实现与阵子单元320的耦合，对于馈电装置330与阵子单元320的具体结构关系，本申请不做限定。
需要说明的是，图3以及本申请实施例后续示例的天线单元均以介质板310为正方形介质板为例进行示例，事实上，介质板310还可以为其他形状，例如，圆形、三角形、椭圆形，对此，本申请不作限定。
其中，介质板310可以为PCB基板，还可以为其他介质的介质板，对此，本申请不作限定。
在一种可能的结构中，馈电装置330的第一端331与第一阵子臂的第一部分以及第二阵子臂的第一部分通过馈电端口耦合。可以通过焊接实现馈电装置330与阵子单元320的耦合，即馈电装置330的第一端331穿过介质板310与第一阵子臂的第一部分以及第二阵子臂的第一部分通过馈电端口焊接。
需要说明的是，图3是以阵子单元320第一阵子臂的第二部分和第二阵子臂的第二部分(即第一阵子臂的延伸部和第二阵子臂的延伸部)为L性弯折面结构的延伸部为例进行说明的，该延伸部还可以为平面结构(如图4中的(a1)和(a2)所示)、曲面结构，例如圆弧面结构(如图4中的(b1)和(b2)所示)、弯折面结构例如V形面结构(如图4中的(c1)和(c2)所示)、W形面结构(如图4中的(d1)和(d2)所示)，其中，图4中的(a2)、(b2)、(c2)和(d2)分别为沿图4中的(a1)、(b1)、(c1)的(d1)中的水平虚线处截断，得到的俯视图。该阵子单元320第一阵子臂的第二部分和第二阵子臂的第二部分还可以为其他结构，例如，柱形结构，对此，本申请不作限定。
在一种可能的结构中，第一阵子臂的第二部分和第二阵子臂的第二部分还包括沿着第一方向向第二方向延伸的延伸部；其中，第二方向不平行于第一方向。如图4中的(e1)和(e2)所示。又例如先向垂直于介质板的方向延伸，然后向平行于介质板的方向再次弯折延伸。
需要说明的是，图3、图4仅作为一种示例，事实上，同一阵子臂两个末端的延伸部结构和形状可以相同，也可以不相同，同样，不同阵子臂的末端的延伸部结构和形状可以相同，也可以不相同，对此，本申请不作限定。如图4中的(e1)和(e2)所示，阵子臂两端的两个延伸部结构并不完全相同。
需要说明的是，本申请对第一阵子臂的第二部分和第二阵子臂的第二部分的弯折次数不做限定，该延伸部可以通过N次弯折延伸来完成延伸，其中，N为正整数。
需要说明的是，图3、图4是以延伸部为实心结构为例进行介绍的，该延伸部还可以为镂空结构、网状结构，例如：菱形网状结构。
需要说明的是，上述图3、图4是以阵子单元320第一阵子臂的第一部分和第二阵子臂的第一部分为十字交叉的对称振子为例进行说明的，上述阵子臂具有延伸部的结构对于任何片状、环状、柱状等形状和结构的阵子单元同样适用，对此，本申请不作限定。
如图5所示，为本申请实施例的一种包括环形天线臂的天线单元的结构图。天线单元300的阵子单元320包括第一阵子臂321和第二阵子臂322，第一阵子臂321的第一部分和第二阵子臂322的第一部分为十字交叉的类似“8”形的环状结构，第一阵子臂321的第二部分(即第一阵子臂321两端在垂直于介质板310方向的延伸部)和第二阵子臂322的第二部分(即第二阵子臂322两端在垂直于介质板310方向的延伸部)均为L形面结构。
同样的，如上所述，图5所示的阵子单元320的阵子臂的延伸部还可以为其他结构。
在一种可能的结构中，阵子单元320的第一阵子臂321的第二部分和第二阵子臂322的第二部分设置有缝隙。
示例性的，如图6所示，为本申请实施例提供的一种天线臂延伸部设置有缝隙的天线单元的结构图。如图6中的(a)所示，天线单元300的阵子单元320包括第一阵子臂321和第二阵子臂322，第一阵子臂321的第一部分和第二阵子臂322的第一部分为十字交叉的类似“8”形的环状结构，第一阵子臂321的第二部分(即第一阵子臂321两端在垂直于介质板310方向的延伸部)和第二阵子臂322的第二部分(即第二阵子臂322两端在垂直于介质板310方向的延伸部)均为L形弯折面结构；在第一阵子臂321的L形弯折面结构和第二阵子臂322的L形弯折面结构上设置有缝隙，该缝隙可以设置在L形弯折面结构上的其中一个弯折面上，如图6中的(a)和图6中的(b)所示，类似“S”形状的缝隙设置在L形弯折面结构中的第一弯折面；该缝隙也可以作为一个完整的缝隙设置在两个弯折面，如图6中的(c)和图6中的(d)所示，类似翻转90°“S”形状的缝隙穿过L形弯折面结构的弯折线设置在两个弯折面；其中，如图6中的(d)为设置有该类似翻转90°“S”形状缝隙的L形弯折面结构的展开图。
需要说明的是，对于图6中的(c)和图6中的(d)的缝隙设置方式，本申请对该缝隙在L形弯折面结构第一弯折面和第二弯折面的分布比例不做限定，示例性的，该类似翻转90°“S”形状的缝隙还可以如图6中的(e)所示的分布比例，即约80％分布在第一弯折面，约20％分布在第二弯折面。
通过缝隙的设置，可以实现良好的频率选择性，也可以分担射频前端对滤波器或双工器的性能要求，实现额外的***成本收益。
需要说明的是，图6仅作为一种示例说明第一阵子臂的第二部分和第二阵子臂的第二部分一种可能的设置有缝隙的结构，该缝隙可以为任何形状，包括直线形、曲线形、折线形，例如：“一”形、“工”形、“U”形、“V”形、“W”形、“C”形，对此，本申请不做限定。
在一种可能的结构中，第一阵子臂的第二部分和第二阵子臂的第二部分上设置的缝隙的长度l满足：
Figure BDA0002003092460000061
其中，λ为无线波的波长，A为预设误差阈值，即缝隙的长度l约等于无线波的波长的二分之一。
在一种可能的结构中，馈电装置330为巴伦馈电装置；该巴伦馈电装置330包括至少一块PCB基板，该至少一块PCB基板上设置有巴伦装置333和馈电装置334；其中，该巴伦装置333为设置在PCB基板上的第一微带线，该馈电装置334设置在PCB基板上的第二微带线。
其中，第一微带线和第二微带线相互分离设置。
如图7所示，为本申请实施例提供的一种巴伦馈电天线单元的结构图。如图7所示，巴伦馈电装置330包括两块十字交叉的PCB基板3301和PCB基板3302，PCB基板3301上设置有巴伦装置333(第一微带线)，PCB基板3302上设置有馈电装置334(第二微带线)，其中，巴伦装置333(第一微带线)的形状为“L”形，馈电装置334(第二微带线)的形状为“丨”形。其中，PCB基板3301和PCB基板3302穿过介质板310、第一阵子臂321的第二部分(延伸部)和第二阵子臂322的第二部分(延伸部)，与第一阵子臂321的第一部分以及第二阵子臂322的第一部分耦合。
通过图7所示的巴伦馈电来实现向天线辐射单元馈电，以及实现天线馈电的平衡的转换。
需要说明的是，图7仅作为一种示例，本申请对馈电装置334的PCB基板形状不做限定，即该PCB基板可以为长方形、正方形、三角形等任意形状；另外，若馈电装置334包括两块PCB基板(例如图7所示的结构)，本申请对两块PCB基板的交叉角度不做限定，即可以为90°十字交叉，也可以为其他角度的“V”字形交叉。
需要说明的是，本申请对巴伦装置333(第一微带线)和馈电装置334(第二微带线)的设置位置及具体形状和尺寸不作限定，例如，第一微带线和第二微带线还可以相对独立的设置在同一个PCB基板上；第一微带线和第二微带线的形状还可以为其他任意直线形、曲线形、折线形，例如：“一”形、“工”形、“U”形、“V形”、“W”形、“S”形。
需要说明的是，图7是基于图6所示结构的阵子单元作出的示例，事实上，图7所示的巴伦装置333的结构对于图3、图4、图5或者其他任一种结构的阵子单元同样适用。
在一种可能的结构中，该巴伦装置333(第一微带线)由双层金属套环构成。
如上所述，通过采用双层套环巴伦馈电和设置有缝隙的天线臂弯折延伸部(即天线臂的第二部分)相结合的方式可以实现更高阶的滤波特性。
在一种可能的结构中，天线单元300还可以包括：环绕第一阵子臂321和第二阵子臂322设置的金属框840。如图8中的(a)和(b)所示，该金属框840为无底无盖的正方体金属框，金属框840围绕第一阵子臂321和第二阵子臂322设置。
通过金属框的设置可以更好的改善天线阵中天线单元间的隔离度，更好的改善方向图。
需要说明的是，图8仅以金属框为无底无盖的正方体作为示例，事实上，该金属框还可以为其他形状，例如，无底无盖的圆柱体。
需要说明的是，本申请对金属框840与介质板310与第一阵子臂321和第二阵子臂322的相对距离不做限定，具体距离设置可以视具体情况而定。
需要说明的是，图8仅基于图3所示结构的天线单元作出示例，事实上，图8所示的围绕第一阵子臂321和第二阵子臂322设置金属框840的结构对于图4、图5、图6或者其他任一种结构的天线单元同样适用。
在一种可能的结构中，如图9所示，为本申请实施例提供的一种包括介质底板的天线单元的结构图。如图9所示，天线单元300还可以包括与馈电装置330的第二端332耦合的正方形介质底板950。
需要说明的是，图9仅以介质底板为正方形作为示例，事实上，介质底板950还可以为其他任意形状，例如圆形，对此，本申请不作限定。
需要说明的是，图9仅基于图3所示结构的天线单元作出示例，事实上，图9所示的包括介质底板950的结构对于图4、图5、图6或者其他任一种结构的天线单元同样适用。
本申请实施例还提供一种滤波天线阵列，该滤波天线阵列由若干个上述任一种天线单元排列组成，下面以上述任一种结构的天线单元为例对本申请的滤波天线阵列进行说明。如图10所示，为本申请实施例提供的一种滤波天线阵列的俯视图。如图10所示，该滤波天线阵列1000包括金属反射板1010以及呈一定规律排列的若干个天线单元300，其中，每一个天线单元300耦合至该金属反射板1010。
在一种可能的结构中，如上文所述，每一个天线单元300还可以包括介质底板950，该介质底板950通过馈电装置330的第二端332与馈电装置330连接；每一个天线单元300通过该介质底板950耦合至金属反射板1010。
如上文所述，该滤波天线阵列1000可以为线性阵(例如二元阵)、平面阵(例如4×4天线阵)，还可以为三维立体阵(例如天线单元排布于球形体外表面构成的天线阵)，对此，本申请不作限定。
下面以平面阵为例对滤波天线阵列1000进行介绍。
其中，该滤波天线阵列1000可以是M×N的方阵，其中，M为天线阵中阵元(即天线单元)的行数，N为天线阵中阵元的列数，M，N为大于或等于2的整数，滤波天线阵列1000各个阵元的间距为D，其中，D指的是相邻毫米波双极化微带天线单元中心之间的距离，单位为λ0，其中，λ0为天线阵的中心频率下，电磁波在真空中的波长。
图10示出的是4×4的天线阵，需要说明的是，该天线阵的排布仅为本申请的一种实现方式，本申请对此不做限制。
由本申请实施例上文中介绍的天线单元300排列组成的滤波天线阵列结构简单、实现方便，可以适用于高集成度的天线阵列设计，可以很好的满足苛刻的阵元间距、辐射性能和隔离度等要求。
示例性的，如图11所示，为本申请实施例提供的一种天线集成度效果对比示意图。图11中的(a)为现有的一种天线阵列100，该天线阵列100为11×4的天线阵，组成该天线阵的天线单元110和天线单元120为现有结构的天线单元；图11中的(b)为本申请实施例的滤波天线阵列1000，该天线阵列也是11×4的天线阵，但是由于天线阵列1000是由本申请中的天线单元300(其中，300-1和300-2分别用于接收信号与发射信号)排列组成，即阵子臂为末端包括有弯折延伸部的结构，因此，可以实现天线单元的小型化，因此可以在保证天线单元间间隔(横向间隔为D2，纵向间隔为D1)的同时实现天线阵列的小型化。
由于天线阵的隔离度随着天线阵列中阵元(即天线单元)间间距的减小而降低，如图12所示，为本申请实施例提供的隔离度随天线单元间距变化的仿真曲线示意图。如图12所示，阵元间距越小，隔离度越低，隔离效果越差，如图12中点C所示，当D＝D0时，阵元(即天线单元)之间的隔离度为10dB，但是若继续缩小阵元间距，隔离度会下降至10dB以下，造成能量损失，影响天线阵的辐射效率。
因此，综合考虑天线阵的集成度和隔离度，可以将阵元间距D设置为大于D0的一个合适的范围内，例如可以将阵元间距D设置为0.4λ0，此时，该天线阵阵元之间的隔离度可以达到10dB以上。
示例性的，如图13所示，为本申请实施例提供的一种天线隔离度效果对比图。图13中的(a)为现有的一种天线阵列200，该天线阵列200为交叉分布的18×6的天线阵，组成该天线阵的天线单元110和天线单元120为现有结构的天线单元；图13中的(b)为本申请实施例的滤波天线阵列1000，该天线阵列也是18×6的天线阵，但是由于天线阵列1000是由本申请中的天线单元300(其中，300-1和300-2分别用于接收信号与发射信号)交叉排列组成，即阵子臂为末端包括有弯折延伸部的结构，因此，虽然天线阵列1000与天线阵列200的尺寸相同，但是天线阵列1000中的天线单元间隔明显大于天线阵列200中天线单元间隔，即横向间隔D4＞D3，纵向间隔D6＞D5，因此，天线阵列1000相比于天线阵列200隔离度性能会更好一些。
如图14所示，为本申请实施例提供的一种天线阵元隔离度对比图。图14中的曲线(a)为图13中的(a)中的天线阵列200的其中两个阵元之间的隔离度示意曲线图，图14中的曲线(b)为图13中的(b)中的天线阵列1000的该中两个阵元之间的隔离度示意曲线图，其中，f为阵元(天线单元)的发射/接收频率，单位为GHz，隔离度的单位为dB，从图14可以看出，天线阵列200的其中两个阵元之间的隔离度基本稳定在-10dB，天线阵列1000的该两个阵元之间的隔离度基本稳定在-20dB到-25dB之间，具体的，在f＝2.5GHz时，现有的该两个阵元的隔离度为-11dB，而本申请中的该两个阵元的隔离度为-23dB；在f＝2.57GHz时，现有的该两个阵元的隔离度为-11dB，而本申请中的该两个阵元的隔离度为-22dB，同样的，对于天线阵列200与天线阵列1000中的其他阵元之间的隔离度，也可以达到图14所示的隔离度差别，可见，相比于现有技术中的天线单元组成的天线阵列，本申请中的滤波天线单元组成的天线阵列中各个阵元之间的隔离度性能更好。
如图15所示，为本申请实施例提供的一种天线阵波宽对比图。图15中的曲线(a)为图13中的(a)中的天线阵列200的波束宽度示意曲线图，图15中的曲线(b)为图13中的(b)中的天线阵列1000的波束宽度示意曲线图，其中，θ为辐射方向与最大辐射方向的夹角，单位为度(°)，从图15中的(a)可以看出，天线阵列200的3dB波束大概集中在-20°到25°之间，3dB波束宽度约为45°，且波沿不同的辐射角度呈不稳定的变化，波束变形较严重，实际上已经无法使用；而图15中的(b)中天线阵列1000的3dB波束宽度约为110°，且辐射图无变形，可见天线阵列1000相比于现有技术中的天线阵列，带宽性能更佳，且方向图性能更佳。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种天线单元，其特征在于，所述天线单元包括：
介质板，所述介质板包含相对设置的第一表面和第二表面；
阵子单元，所述阵子单元包含十字交叉设置的第一阵子臂和第二阵子臂，所述第一阵子臂和第二阵子臂分别包含两部分，所述第一阵子臂的第一部分和所述第二阵子臂的第一部分十字交叉设置于所述介质板的第一表面，所述第一阵子臂的第二部分为所述第一阵子臂的第一部分的延伸部，穿过所述介质板向垂直于所述第二表面的方向延伸；所述第二阵子臂的第二部分为所述第二阵子臂的第一部分的延伸部，穿过所述介质板向第一方向延伸；其中，所述第一方向不平行于所述介质板；
馈电装置，所述馈电装置包括相对设备的第一端和第二端；所述馈电装置的第一端与所述第一阵子臂的第一部分以及所述第二阵子臂的第一部分耦合。
2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，
所述第一阵子臂的第一部分和所述第二阵子臂的第一部分形状包括以下中的任一种：片状、环状、柱状。
3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，所述第一阵子臂的第二部分和所述第二阵子臂的第二部分包括以下中的任一种结构：平面结构、曲面结构、弯折面结构。
4.根据权利要求1-3任一项所述的天线单元，其特征在于，所述第一阵子臂的第二部分和所述第二阵子臂的第二部分还包括沿着所述第一方向向第二方向延伸的延伸部；其中，所述第二方向不平行于所述第一方向。
5.根据权利要求4所述的天线单元，其特征在于，所述第一阵子臂的第二部分和所述第二阵子臂的第二部分设置有缝隙。
6.根据权利要求5所述的天线单元，其特征在于，所述第一阵子臂的第二部分和所述第二阵子臂的第二部分设置的所述缝隙的形状包括以下中的任一种：直线形、曲线形、折线形。
7.根据权利要求6所述的天线单元，其特征在于，所述缝隙的长度l满足：
Figure FDA0002003092450000011
其中，λ为无线波的波长，A为预设误差阈值。
8.根据权利要求1-7任一项所述的天线单元，其特征在于，所述馈电装置为巴伦馈电装置；所述巴伦馈电装置包括至少一块PCB基板，所述至少一块PCB基板上设置有巴伦装置和馈电装置；
其中，所述巴伦装置为设置在所述PCB基板上的第一微带线，所述馈电装置设置在所述PCB基板上的第二微带线。
9.根据权利要求8所述的天线单元，其特征在于，所述巴伦馈电装置包括两块十字交叉的PCB基板；所述两块十字交叉的PCB基板穿过所述介质板、所述第一阵子臂的第二部分和所述第二阵子臂的第二部分，与所述第一阵子臂的第一部分以及所述第二阵子臂的第一部分耦合。
10.根据权利要求8或9所述的天线单元，其特征在于，所述第一微带线由双层金属套环构成。
11.根据权利要求1-10任一项所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括：环绕所述第一阵子臂和第二阵子臂设置的金属框。
12.根据权利要求11所述的天线单元，其特征在于，所述介质板为PCB基板，所述介质板为正方形。
13.一种滤波天线阵列，其特征在于，所述天线阵列包括至少两个所述权利要求1-11任一项所述的天线单元，以及金属反射板；
其中，每一个所述天线单元耦合至所述金属反射板。
14.根据权利要求13所述的天线阵列，其特征在于，每一个所述天线单元包括介质底板；所述介质底板通过所述馈电装置的第二端与所述馈电装置连接；
每一个所述天线单元通过所述介质底板耦合至所述金属反射板。
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